浸泡條件對燕麥發芽過程中酶活性的影響

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(1.賀州學院食品與生物工程學院,廣西賀州 542899) (2.賀州學院食品科學與工程技術研究院,廣西賀州 542899)

浸泡條件對燕麥發芽過程中酶活性的影響

張巧1,2,段振華1,2,陳鳳雪1,鄧春麗1,2,陳振林1,2,*

(1.賀州學院食品與生物工程學院,廣西賀州 542899) (2.賀州學院食品科學與工程技術研究院,廣西賀州 542899)

為探究浸泡條件對燕麥發芽過程中淀粉酶、蛋白酶以及纖維素酶活力的影響,通過在不同的浸泡溫度、時間和含有不同金屬離子的浸泡水溶液中浸泡燕麥籽粒,測定燕麥中各酶活力隨發芽時間的變化情況。研究結果表明,燕麥浸泡最優條件為浸泡溫度15 ℃,時間8 h,浸泡水溶液添加2 mmol/L MgSO4。在此浸泡條件下,16 ℃發芽10 d,發芽燕麥中的總淀粉酶、α-淀粉酶、蛋白酶和纖維素酶活力較高,分別達到54.39、25.3、0.55 和1.35 U/g。

燕麥發芽,浸泡條件,酶活性,金屬離子,淀粉酶

燕麥中含有β-葡聚糖、多酚和燕麥皂苷等活性成分,營養價值較高,具有降低膽固醇、穩定血糖水平等保健功能[1-3]。燕麥的發芽就是發生一系列復雜的生理生化反應,同時產生各種酶,如蛋白酶、淀粉酶、氧化還原酶等,這些酶制劑的形成對產品的色澤、風味等感官產生重要的影響[4-5]。且種子萌發過程中,內源酶在外界條件下被逐漸激發,不僅酶活力不斷變化,酶作用下的淀粉、蛋白質、多酚、黃酮等營養成分也隨之改變[6-7]。付曉燕[8]研究了燕麥發芽過程中酚類物質的變化,結果表明,酚類物質的含量在發芽過程中明顯提高;徐托明[9]研究了裸燕麥發芽過程中三大營養素的變化,總氮和脂肪含量變化不明顯,游離氨基酸、還原糖含量明顯增加,發芽后營養價值增加。

浸泡和發芽處理是燕麥發芽過程中的重要步驟,不僅可以提高燕麥的營養價值,還可以降低燕麥籽粒的植酸或蛋白酶抑制劑的含量,有效提高燕麥中礦物質和維生素等的生物利用率[10]。近年來,燕麥發芽的相關研究主要集中在比較發芽前后燕麥的物理特性和營養成分的變化情況,而關于燕麥浸泡和發芽條件的相關報道非常少。優化燕麥浸泡和發芽條件,提高燕麥發芽后的營養物質含量和酶活力,對于燕麥產品的深加工有重要的意義。本文主要以不同的條件浸泡燕麥,研究燕麥發芽過程中主體酶(淀粉酶、蛋白酶和纖維素酶)活力的變化趨勢。優化浸泡條件,以期達到縮短發芽周期或提高發芽后各酶活力。通過發芽形成的酶制劑可用于燕麥自身的酶解,而不需要外加酶制劑,不僅節約了成本,也為燕麥新產品的開發提供一定的參考依據。

1 材料與方法

1.1材料與儀器

燕麥種子 山西省朔州市,晉燕八號,水分含量約8%;次氯酸鈉、可溶性淀粉、麥芽糖、酪氨酸、酪蛋白、羧甲基纖維素鈉、3,5-二硝基水楊酸、乙二胺四乙酸二鈉鹽,AR 國藥集團化學試劑有限公司。

PMB53水分分析儀 深圳盛美儀器有限公司;722N分光光度計 上海儀電分析儀器有限公司;HWS12型電熱恒溫水浴鍋 上海一恒科學儀器有限公司;KRQ-250P人工氣候箱 上海齊欣科學儀器有限公司;5424R高速冷凍離心機 Eppendorf公司。

1.2實驗方法

1.2.1 燕麥籽粒的消毒處理 挑選出飽滿且無裂口的燕麥籽粒50 g,用2%的次氯酸鈉溶液浸泡30 s進行表面消毒,用去離子水沖洗干凈,然后浸泡在200 mL的去離子水中。

1.2.2 浸泡溫度對燕麥發芽酶活力的影響 將消毒好的燕麥分別置于15、20、25 ℃的培養箱中,浸泡12 h后,濾紙吸干表面水分,燕麥籽粒置于16 ℃的氣候箱中發芽12 d,相對濕度保持在90%以上,每隔一段時間取樣,測定含水率、總淀粉酶、α-淀粉酶、蛋白酶、纖維素酶活力。

1.2.3 浸泡時間對燕麥發芽酶活力的影響 將消毒好的燕麥置于15 ℃的培養箱中,分別浸泡8、12、24 h后,濾紙吸干表面水分,燕麥籽粒置于16 ℃的氣候箱中發芽12 d,相對濕度保持在90%以上,每隔一段時間取樣,測定含水率、總淀粉酶、α-淀粉酶、蛋白酶、纖維素酶活力。

1.2.4 浸泡液金屬離子對燕麥發芽酶活力的影響 在去離子水中分別添加2 mmol/L的NaCl、MgSO4、FeSO4、EDTA,燕麥浸泡后置于15 ℃的培養箱中8 h,濾紙吸干表面水分,燕麥籽粒置于16 ℃的氣候箱中發芽12 d,相對濕度保持在90%以上,每隔一段時間取樣,測定含水率、總淀粉酶、α-淀粉酶、蛋白酶、纖維素酶活力。

1.2.5 濕基含水率的測定 參照GB5009.3-2016《食品安全國家標準 食品中水分的測定》,測定發芽過程中燕麥的含水率。

1.2.6 發芽燕麥中酶的提取制備 參照文獻[11]并稍作修改。稱取一定量的發芽燕麥,測定其水分含量,計算其干重。將發芽燕麥置于研缽中,加少許石英砂和10倍燕麥干重的緩沖液(50 mmol/L的PBS,pH6.5),冰浴上研磨;將勻漿倒入離心管。4 ℃放置2 h提取酶,每隔數分鐘攪動一次,10000 r/min離心5 min,上清液即為酶液。

1.2.7 淀粉酶活力的測定 采用DNS比色法,參照文獻[12]并稍作修改。

總淀粉酶活力的定義:40 ℃,pH7.0條件下,以 1%淀粉為底物,1 min內產生1 mg麥芽糖所需的酶量,定義為一個總淀粉酶活力單位。

α-淀粉酶活力的定義:先將稀釋酶液在pH7.0,70 ℃水浴15 min,冷卻至40 ℃。40 ℃,pH7.0條件下,以 1%淀粉為底物,1 min內產生1 mg麥芽糖所需的酶量,定義為一個α-淀粉酶活力單位。

1.2.8 蛋白酶活力的測定 采用福林-酚試劑法,參照文獻[13]并稍作修改。

蛋白酶活力的定義:40 ℃,pH7.0條件下,1 min水解酪蛋白產生1 μg酪氨酸所需的酶量,定義為一個蛋白酶活力單位。

1.2.9 纖維素酶活力的測定 采用DNS比色法,參考文獻[14]并稍作修改。

纖維素酶活力的定義:50 ℃,pH5.5條件下,1 min分解0.5%的羧甲基纖維素鈉產生1 μmol葡萄糖所需的酶量,定義為一個纖維素酶活力單位。

1.2.10 數據處理 所有數據均為3次以上重復實驗的平均值,使用Origin 8.0進行數據處理。

2 結果與分析

2.1燕麥浸泡和發芽過程中含水率的變化

燕麥的浸泡就是一個吸水的過程,浸泡后的燕麥種子,其種皮吸水軟化,有利于燕麥內重要生命活動的進行。燕麥浸泡過程中含水率的變化情況見圖1(a),含水率隨浸泡時間的增加而不斷增長,前期含水率增長較快,后期增長速度減慢。

燕麥發芽過程中含水率的變化情況見圖1(b)所示,燕麥發芽前的含水率為15%,在相對濕度高于90%的環境中,燕麥種子不斷吸收環境中的水分,且隨著發芽過程中燕麥組織的分化,其含水量不斷增加,這與大豆發芽過程中水分含量的變化趨勢相一致[15]。且燕麥籽粒在發芽前期,吸收水分較多,水分含量增長較快,后期則處于一種較飽和的狀態,水分含量增長較慢。

圖1 燕麥浸泡和發芽過程中含水率的變化Fig.1 Changes of moisture rate in oats during soaking and germination

圖2 不同浸泡溫度對燕麥發芽過程中酶活力的影響Fig.2 Effects of soaking temperatures on enzymes activity in oats during germination

2.2浸泡溫度對產酶活力的影響

有研究表明,浸泡溫度、浸泡時間對種子萌發和活力有一定的影響[16-17]。不同浸泡溫度下,燕麥發芽過程中各酶活力的變化情況如圖2所示。經浸泡后的燕麥籽粒,在適當的條件下進行發芽,在發芽前期(6 d前),各酶活力增加比較緩慢;發芽中期(6～10 d),酶活力增長較快;發芽后期(10 d后),酶活力增長速率減慢。

在不同浸泡溫度下,燕麥發芽期間總淀粉酶活力的變化趨勢見圖2(a),15、20 ℃溫度下浸泡的燕麥,其總淀粉酶活力稍高于25 ℃浸泡后的發芽燕麥。α-淀粉酶活力的變化趨勢見圖2(b),經15、20、25 ℃浸泡過的燕麥,在發芽前期,三者的α-淀粉酶活力差異較小;發芽中后期,浸泡溫度低的燕麥,其α-淀粉酶活力反而較高。蛋白酶活力的變化趨勢見圖2(c),在發芽前中期,浸泡溫度高的燕麥,其蛋白酶活力也相對較高;到發芽12 d,三者的蛋白酶活力差異較小。纖維素酶活力的變化趨勢見圖2(d),在發芽中后期,浸泡溫度低的燕麥籽粒,發芽時形成的纖維素酶的活力較高?？傮w而言,浸泡溫度較低的燕麥籽粒,發芽中后期的總淀粉酶、α-淀粉酶、纖維素酶活力均較高,蛋白酶活力差異不顯著,因此確定燕麥浸泡溫度為15 ℃。

2.3浸泡時間對產酶活力的影響

不同浸泡時間下,燕麥發芽過程中的各酶活力變化情況如圖3所示。由圖3可知,燕麥浸泡時間對總淀粉酶、α-淀粉酶、纖維素酶活力的影響在發芽前期不明顯,到發芽中后期較為明顯。由圖3(a)不同浸泡時間下燕麥總淀粉酶活力的變化情況可知,浸泡時間為24 h的燕麥籽粒,發芽過程中的總淀粉酶活力增長較緩慢,其總淀粉酶活力明顯低于浸泡8、12 h的發芽燕麥。由圖3(b)不同浸泡時間下燕麥α-淀粉酶活力的變化情況可知,在發芽中后期,隨著燕麥浸泡時間的延長,燕麥發芽時的α-淀粉酶活力明顯降低。由圖3(c)不同浸泡時間下燕麥蛋白酶活力的變化情況可知,浸泡8、12、24 d的燕麥發芽過程中的蛋白酶活力差別較小。由圖3(d)不同浸泡時間下燕麥纖維素酶活力的變化情況可知,浸泡時間越長的燕麥,發芽過程中的纖維素酶活力越低。因此,確定燕麥浸泡的最佳時間是8 h。相對而言,本研究采用的燕麥種子,發芽過程中各酶的增長趨勢較為緩慢,發芽10 d時間才基本上達到最高酶活力,而其他燕麥種子的發芽時間大約4～7 d[7-9]。

2.4不同金屬離子對產酶活力的影響

在浸泡液中添加不同的金屬離子,燕麥籽粒在發芽期間各酶活力變化情況如圖4所示。由圖4(a)和圖4(b)可知,浸泡在NaCl和MgSO4水溶液的燕麥,發芽時的總淀粉酶和α-淀粉酶活力較高,且MgSO4對燕麥總淀粉酶活力的促進作用強于NaCl。而經EDTA浸泡過的燕麥,發芽時的酶活力明顯低于空白組,對總淀粉酶的抑制作用較強。李珊[18]研究了制麥過程中添加金屬離子對大麥發芽過程中淀粉酶活力的影響,結果表明,適當濃度的金屬離子Mg2+、Na+也對α-淀粉酶、β-淀粉酶活性有一定的激活作用。由圖4(c、d)可知,經FeSO4浸泡過的燕麥籽粒,對發芽時的蛋白酶和纖維素酶的活力影響不大,而NaCl和MgSO4仍促進發芽燕麥的蛋白酶和纖維素酶的增長,EDTA抑制酶活力的增長。燕麥發芽中的淀粉酶、蛋白酶和纖維素酶的活力與金屬離子密切相關,而EDTA能夠絡合金屬離子,對各酶活力有抑制作用。因此,確定在浸泡液中添加2 mmol/L的MgSO4。

圖3 不同浸泡時間對燕麥發芽產酶活力的影響Fig.3 Effects of soaking time on enzymes activity in oats during germination

2.5燕麥發芽過程中各酶活力的變化趨勢

綜合上述優化結果,將燕麥的浸泡溫度設定為15 ℃,浸泡時間為8 h,浸泡水中添加2 mmol/L的MgSO4,在燕麥發芽過程中,總淀粉酶、α-淀粉酶、蛋白酶和纖維素酶活力的變化情況見圖5所示。總淀粉酶在燕麥發芽過程中的酶活力大小不斷增加,其平均增長速率分別為2.28 U/g·d-1(0～6 d)和7.09 U/g·d-1(6～10 d)。在發芽的第10 d后,酶活力增加非常緩慢。α-淀粉酶活力的變化趨勢為在發芽的前6 d,酶活力緩慢增加,平均增長速率為1.13 U/g·d-1,在第6～10 d,酶活力增長較快,平均增長速率為4.24 U/g·d-1,第10 d后,α-淀粉酶活力下降。蛋白酶活力在發芽的前8 d一直保持緩慢增長,8 d后,蛋白酶活力下降,但下降速率減慢。纖維素酶活力在發芽期間一直保持增長,發芽前6 d的平均增長速率為0.031 U/g·d-1,6～12 d的平均增長速率為0.19 U/g·d-1。綜上所述,確定最佳發芽時間為10 d,各酶活力分別為總淀粉酶54.39 U/g,α-淀粉酶25.3 U/g、蛋白酶0.55 U/g、纖維素酶1.35 U/g。

3 結論

在一定時間范圍內,燕麥發芽過程中的含水率、淀粉酶、蛋白酶、纖維素酶活力不斷增加。且發芽前的浸泡溫度、浸泡時間、金屬離子均對酶活性產生一定的影響,確定較佳的浸泡條件為:浸泡溫度15 ℃,浸泡時間8 h,添加2 mmol/L的MgSO4。在此條件下

浸泡,16 ℃發芽,發芽時間10 d時,總淀粉酶、α-淀粉酶、蛋白酶、纖維素酶活力分別達到54.39、25.3、0.55和1.35 U/g。

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Effectsofsoakingconditionsonenzymesactivityinoatsduringgermination

ZHANGQiao1,2,DUANZhen-hua1,2,CHENFeng-xue1,DENGChun-li1,2,CHENZhen-lin1,2,*

(1.College of Food and Biological Engineer,Hezhou University,Hezhou 542899,China; 2.Institute of Food Science and Engineering Research,Hezhou University,Hezhou 542899,China)

In order to explore the effect of soaking conditions on the activity of amylase,protease and cellulose formed in the oats germination process,the activity of various enzymes in oats with germination time was measured through soaking the oat seeds in different temperatures,time and solutions with different metal ions. Results revealed that the optimal soaking conditions were 15 ℃ of soaking temperature,8 h of soaking time,2 mmol/L of MgSO4added in the soaking solution. Under these soaking conditions,the activity of total amylase,α-amylase,protease and cellulose were higher when the oats germinated at 16 ℃ for 10 d,with the activity of 54.39,25.3,0.55 and 1.35 U/g,respectively.

oat germination;soaking conditions;enzyme activity;metal ions;amylase

2017-04-18

張巧(1990-)，女，碩士研究生，助教，研究方向：農產品研究與開發，E-mail:zq2203@126.com。

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陳振林(1963-)，男，碩士研究生，研究員，研究方向：農產品研究與開發，E-mail:myin182@163.com。

2016年廣西果蔬保鮮和深加工研究人才小高地(廳發[2015]41號)；廣西特聘專家專項經費(廳發[2016]21號)。

TS210.1

A

1002-0306(2017)21-0088-05

10.13386/j.issn1002-0306.2017.21.018