綠豆品種篩選及萌發(fā)過程中生長特性、營養(yǎng)成分變化

趙天瑤，張亞宏，康玉凡

（中國農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，北京100193）

綠豆（Vigna radiata L.）又名青小豆或植豆，起源于亞洲的東南部，種植時(shí)間悠久，品種資源類型豐富。綠豆不僅營養(yǎng)全面，含有豐富的蛋白質(zhì)、碳水化合物、膳食纖維及維生素等，還具有解毒、抗菌抑菌、降血脂、預(yù)防癌癥、抗腫瘤等作用[1-2]，因而廣受消費(fèi)者的喜愛[3]。萌發(fā)以后的綠豆?fàn)I養(yǎng)價(jià)值豐富，保健作用優(yōu)良，對保障國家蔬菜的應(yīng)急供應(yīng)，推動(dòng)農(nóng)業(yè)發(fā)展，滿足人們?nèi)粘G色蔬菜的營養(yǎng)需求具有重要的意義。

萌發(fā)可以提高種子的營養(yǎng)價(jià)值，尤其是在提高種子蛋白質(zhì)質(zhì)量方面有著顯著的效果。種子在萌發(fā)過程中，蛋白酶被激活后從結(jié)合態(tài)轉(zhuǎn)化為游離態(tài)；種子內(nèi)部新陳代謝增加，分子量較大的貯藏蛋白被水解和消耗，不溶性氮含量下降；蛋白質(zhì)組分及其氨基酸構(gòu)成發(fā)生變化，影響其營養(yǎng)及功能特性[4-5]。此外種子萌發(fā)可以減少或消除谷物和豆類等中有毒、有害或抗?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)的含量，提高蛋白與淀粉的消化率，增加谷物內(nèi)某些限制性氨基酸和維生素等營養(yǎng)物質(zhì)的含量[6]。Taylor等[7]研究表明，大豆在萌發(fā)過程中一些酶如淀粉酶、蛋白酶、植酸酶會(huì)被激活，使蛋白質(zhì)、碳水化合物以及脂肪等被降解，其營養(yǎng)價(jià)值得以提高；Ghumman等[8]研究結(jié)果證明萌發(fā)0～96 h時(shí)，隨著萌發(fā)時(shí)間的不斷延長，小扁豆和馬嘴豆的蛋白質(zhì)含量均呈逐漸上升的趨勢。Wang等[9]將萌發(fā)與未萌發(fā)的大豆和綠豆的植酸、植酸酶活性及某些礦質(zhì)元素進(jìn)行比較和分析，發(fā)現(xiàn)萌發(fā)后大豆和綠豆的植酸酶活性增強(qiáng)，植酸含量下降，同時(shí)Zn、Fe和Ca等元素含量增加。因此，種子萌發(fā)處理對產(chǎn)品的生產(chǎn)及利用有著重要意義。本文從不同綠豆品種中篩選出富含蛋白的優(yōu)質(zhì)品種，以期為綠豆蛋白的加工提供理論依據(jù)，同時(shí)觀察不同萌發(fā)時(shí)期綠豆的生長特征及營養(yǎng)品質(zhì)的變化，為綠豆的有效利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

試驗(yàn)選取了來自我國不同綠豆產(chǎn)區(qū)的綠豆品種7份（冀綠7號、中綠5號、吉綠7號、中綠1號、白綠8號、中綠9號、中綠2號），種子保存在4℃冰箱中備用。

硫酸銅、硫酸鉀、氫氧化鈉、考馬斯亮藍(lán)G-250、氯化鈉、牛血清蛋白、苯酚、濃硫酸、乙醇、石油醚、磷酸、鹽酸：均為分析純，北京廣達(dá)恒益科技有限公司。

人工氣候培養(yǎng)箱：上海比朗儀器有限公司；CM-700d色度儀：柯尼卡美能達(dá)公司；HW.SY21-KP4恒溫水浴鍋：北京市長風(fēng)儀器有限公司；KDN-08C定氮儀：上海雷磁儀器廠；UV759CRT紫外分光光度計(jì)：上海佑科儀器儀表有限公司；索氏脂肪抽提器：天津玻璃儀器廠；RADWAG分析天平：北京乾明基因技術(shù)有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 綠豆種質(zhì)資源的描述

參考《綠豆種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》[10]測定7個(gè)綠豆品種的種質(zhì)性狀，測定的性狀包括粒長、粒寬、籽粒大小、百粒重。

1.2.2 萌發(fā)處理

挑選大小一致、健康飽滿綠豆籽粒，加入80℃的蒸餾水燙種3 min后加常溫蒸餾水浸泡6 h～8 h；將浸泡好的綠豆種子平鋪到發(fā)芽盤中，將發(fā)芽盤置于豆芽自動(dòng)栽培箱中孵育，條件設(shè)定為生長室溫度為25℃，水箱溫度為19℃，每隔4小時(shí)淋一次水，淋水時(shí)間15 s。每隔12小時(shí)取樣一次后經(jīng)液氮處理，保存在-40℃冰箱中備用。

1.2.3 測定方法

采用凱氏定氮法測定7個(gè)綠豆品種粗蛋白含量[11]；采用考馬斯亮藍(lán)法測定萌發(fā)后蛋白含量[12]；脂肪的測定采用索氏抽提法[13]；總糖測定采用苯酚-硫酸法[14]；綠豆種皮色度的測定采用CM-700d色度儀測定，參照張維等[15]的方法略作改動(dòng)。

2 結(jié)果與分析

2.1 綠豆品種種質(zhì)資源描述

對收集的7個(gè)綠豆品種的種質(zhì)性狀進(jìn)行測定，如表1所示，不同品種的綠豆種質(zhì)性狀存在不同。

表1 不同綠豆品種種質(zhì)性狀描述Table 1 Germplasm characterization of different mung bean cultivars

綠豆的籽粒長范圍為5.14 mm～5.70 mm、粒寬范圍為4.08 mm～4.38 mm，其中粒長最大的品種為中綠5號，最小的品種為中綠9號；粒寬最大的品種為中綠1號，最小的品種為中綠9號。不同綠豆品種的籽粒均勻度存在差異，有5個(gè)均勻樣品，分別是中綠5號、吉綠7號、中綠1號、白綠8號、中綠2號；而冀綠7號籽粒不均勻，中綠9號為中等均勻；此外，不同綠豆品種的百粒重范圍為6.25 g～7.79 g，其中中綠1號的百粒重最大，中綠9號百粒重最小。同時(shí)，從表1中可以看出，7個(gè)綠豆品種全是大籽粒。

對不同品種綠豆種質(zhì)性狀各個(gè)指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)粒長和粒寬之間存在顯著的正相關(guān)性（r=0.660，p＜0.01），粒長和百粒重之間存在極顯著的正相關(guān)性（r=0.715，p＜0.01），粒寬與百粒重也存在顯著的正相關(guān)性（r=0.682，p<0.01）。綠豆的粒長、粒寬、百粒重三者之間存在相關(guān)性，因此可以通過綠豆品種的粒長和粒寬初步判斷其百粒重的大小。

2.2 不同綠豆品種的種皮色度

對收集的7個(gè)綠豆品種的種皮進(jìn)行色度差分析，如表2所示。

表2 不同綠豆品種種皮色度Table 2 Color value of different mung bean cultivars seed coat

不同品種的綠豆L*、a*、b*均有顯著差異（p＜0.05），說明不同品種的綠豆種皮色澤存在差別。7個(gè)綠豆品種亮度L*指數(shù)范圍在29.45～46.24，其中中綠1號的L*最大，吉綠7號最小；紅度a*指數(shù)范圍為-0.33～1.20，其中冀綠7號a*最大，吉綠7號最小，即最接近綠色；黃度b*指數(shù)范圍為0.97～28.38，b*越大越偏向正值，色澤越偏向黃色，b*越小越偏向藍(lán)色；其中中綠1號b*值最大，吉綠7號b*值最小。

對不同品種綠豆的種皮色度（L*、a*、b*）進(jìn)行相關(guān)性分析后發(fā)現(xiàn)，不同品種綠豆L*值和b*值存在顯著的正相關(guān)關(guān)系（r=0.725，p＜0.01），這說明種皮的亮度和黃度存在緊密的聯(lián)系。7個(gè)綠豆品種種皮色度存在的差異性是由于不同綠豆品種基因型差異以及種植地區(qū)的氣候條件、生態(tài)環(huán)境等因素造成的。

2.3 不同綠豆品種的粗蛋白含量

對綠豆的粗蛋白進(jìn)行了測定，結(jié)果如圖1所示。

圖1 不同綠豆品種粗蛋白含量Fig.1 Crude protein content of different cultivars of mung bean

從圖中可以看出，7種綠豆品種蛋白質(zhì)含量為19.29%～23.54%，其中白綠8號的蛋白質(zhì)含量最高，吉綠7號的蛋白質(zhì)含量最低，因此選用蛋白質(zhì)含量較高的白綠8號作為萌發(fā)的試驗(yàn)材料。綠豆粗蛋白含量的差異性與不同樣本的基因型及種植過程中播種、施肥、整地、防蟲害等因素有著一定的關(guān)系[16-17]。

2.4 綠豆不同萌發(fā)時(shí)期生長特性及營養(yǎng)成分變化

2.4.1 萌發(fā)綠豆生長特性的變化

不同萌發(fā)時(shí)期豆芽的生長特征變化見表3。

表3 不同萌發(fā)階段綠豆生長變化Table 3 Growth changes of mung bean during different germination period

從表中可以看出，隨著萌發(fā)時(shí)間的增加，綠豆芽下胚軸長呈顯著上升趨勢，從12 h的5.89 mm上升到96 h的102.38 mm，其中萌發(fā)48 h～72 h上升速度較快。隨著萌發(fā)時(shí)間的延長，下胚軸粗呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢，萌發(fā)60 h時(shí)胚軸粗達(dá)到最大為2.47 mm。同時(shí)，隨著萌發(fā)時(shí)間的延長，綠豆芽重量不斷地增加，從12 h的0.14 g增加到96 h的0.60 g，其中48 h～72 h時(shí)增長速度最快。綠豆萌發(fā)的鮮重和胚軸長都是隨著萌發(fā)時(shí)間的增加而增加，這是由于隨著綠豆萌發(fā)時(shí)間的延長，芽體內(nèi)的酶活力不斷增加，呼吸作用加強(qiáng)，物質(zhì)分解、轉(zhuǎn)換和運(yùn)輸速率加快，有利于芽體內(nèi)的細(xì)胞拉長和擴(kuò)張，使得豆芽快速生長[18]。在萌發(fā)過程中可能是在萌發(fā)60 h后芽體內(nèi)細(xì)胞分裂速加快，物質(zhì)的橫向運(yùn)輸較弱而縱向的運(yùn)輸較強(qiáng)，表現(xiàn)出胚軸軸徑下降。

2.4.2 萌發(fā)綠豆?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)的變化

種子吸水萌發(fā)后會(huì)產(chǎn)生許多生理代謝的改變，使種子的營養(yǎng)成分發(fā)生變化[19]。表4表示的是不同萌發(fā)階段綠豆?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)的變化。

從表4中可以看出，隨著萌發(fā)時(shí)間的延長，綠豆芽的總蛋白含量逐漸增加，前三天的增幅較大，到萌發(fā)第3天即72 h時(shí)蛋白含量達(dá)到最大為30.02 g/100 g，第3天以后蛋白含量有所下降，盡管蛋白含量下降，但是96 h的蛋白含量仍比未萌發(fā)的高。由于發(fā)芽激活了種子內(nèi)的蛋白酶，在其作用下，種子內(nèi)貯藏蛋白被分解供胚生長，同時(shí)將氨基酸運(yùn)輸?shù)缴L部分后再以新的方式結(jié)合起來，形成不同性質(zhì)的蛋白質(zhì)[20]。發(fā)芽后綠豆芽體內(nèi)有新的氨基酸形成，會(huì)使種子氨基酸種類、比例以及蛋白的組成發(fā)生改變，種子營養(yǎng)價(jià)值也得以大幅度提高[21]。

表4 不同萌發(fā)階段綠豆?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)變化Table 4 Nutritional substance changes of mung bean during different germination period

綠豆在萌發(fā)過程中，脂肪含量的趨勢為不斷下降，變化范圍為0.62 g/100 g～0.91 g/100 g，萌發(fā)96 h時(shí)脂肪含量與未發(fā)芽相比下降了31.9%，這說明綠豆需要利用脂肪為其萌發(fā)提供能源，或分解成小分子物質(zhì)作為其新芽的成分。此外，萌發(fā)過程中的綠豆總糖含量變化范圍為36.35 g/100 g～52.01 g/100 g，總體趨勢為不斷下降，這是由于萌發(fā)過程中綠豆中的淀粉酶活性不斷增加，將淀粉水解為簡單的糖，為其萌發(fā)提供能源，使得總糖含量不斷下降[22]。

3 結(jié)論與討論

種子萌發(fā)時(shí)促進(jìn)原先封閉式的種胚開始進(jìn)行新陳代謝，在此過程中生長特征發(fā)生明顯的變化。研究發(fā)現(xiàn)隨著萌發(fā)時(shí)間的增加，綠豆芽的胚軸長和鮮重顯著增加（p<0.05），而軸徑呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，本研究是在25℃的自動(dòng)培養(yǎng)箱中進(jìn)行萌發(fā)，研究結(jié)果與尹濤等[23]相一致，在該溫度下適合芽體內(nèi)的酶活力加強(qiáng)，物質(zhì)分解和轉(zhuǎn)移速度加快，養(yǎng)分向上輸送可以使胚軸長度增加，貯藏物質(zhì)分解和轉(zhuǎn)化，同時(shí)吸水使綠豆芽重量增加。

種子萌發(fā)過程中內(nèi)部蛋白會(huì)在酶的作用下分解氨基酸，轉(zhuǎn)移到正在生長的組織器官中，然后再合成組織所需的多肽或蛋白質(zhì)。本研究中，綠豆在萌發(fā)過程中總蛋白的含量是不斷增加的，這與Lee等[24]報(bào)道的關(guān)于發(fā)芽大豆總蛋白含量比未發(fā)芽的總蛋白含量增加了21%的結(jié)論相符；同時(shí)郭令鳥等[25]發(fā)現(xiàn)，種子萌發(fā)一段時(shí)間后總蛋白含量升高，有新的蛋白合成。另外也有研究報(bào)道稱豆類種子在萌發(fā)過程中，碳水化合物的利用導(dǎo)致了蛋白質(zhì)含量的升高[26]。本研究中綠豆在萌發(fā)過程中碳水化合物不斷減少，而粗蛋白含量不斷增加，因此粗蛋白的增加可能與碳水化合物的減少有關(guān)。

豆類種子中含有脂肪類物質(zhì)，在發(fā)芽過程中脂肪類物質(zhì)往往作為能源物質(zhì)為種子萌發(fā)和生長提供能量，同時(shí)在萌發(fā)時(shí)種子內(nèi)部有關(guān)的酶被分解成甘油和脂肪酸，在一系列的轉(zhuǎn)化過程中轉(zhuǎn)化為糖類，因此脂類的含量是不斷減小的趨勢[19]。綠豆中的脂類含量較小，但在萌發(fā)過程中也表現(xiàn)出隨著萌發(fā)時(shí)間的延長，脂類含量不斷減小，與前人研究結(jié)果相一致。

淀粉作為貯藏的營養(yǎng)物質(zhì)，在種子萌發(fā)時(shí)能夠通過酶促反應(yīng)使其降解，為萌發(fā)提供能量[27]。綠豆種子中淀粉含量最高，在萌發(fā)過程中淀粉被水解，作為種子萌發(fā)所需的能源物質(zhì)，不斷地被消耗，含量持續(xù)下降。本研究中，隨著萌發(fā)時(shí)間的延長，綠豆總糖含量顯著下降（p<0.05），這可能是因?yàn)槊劝l(fā)誘發(fā)了一些酶的產(chǎn)生，增強(qiáng)了酶活性，淀粉被水解成低分子糖類供萌發(fā)所用[28]。張繼浪等[29]研究表明大豆總糖含量隨著萌發(fā)時(shí)間的延長不斷下降，與本研究一致。

7個(gè)綠豆品種材料中，以白綠8號的蛋白含量最高為23.54%，是綠豆蛋白加工利用的優(yōu)質(zhì)材料。隨著萌發(fā)時(shí)間的延長，綠豆下胚軸粗呈先增加后下降的趨勢，綠豆下胚軸長和鮮重呈逐漸增長趨勢。同時(shí)，隨著萌發(fā)時(shí)間的延長，綠豆蛋白含量呈先增加后下降的趨勢，萌發(fā)72 h時(shí)達(dá)到最大為30.02 g/100 g，而脂肪和總糖含量均呈逐漸降低趨勢。今后可以進(jìn)一步研究萌發(fā)對綠豆蛋白質(zhì)氨基酸含量及其種類變化的影響，同時(shí)深入分析萌發(fā)過程中綠豆蛋白組分含量及功能特性的變化，以期擴(kuò)寬綠豆蛋白的應(yīng)用。

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