豆類種子及其芽苗菜的營養品質、功能性成分及抗氧化性研究

趙天瑤，王麗云，姜宏偉，康玉凡

(中國農業大學 農學院，北京，100193)

豆類營養價值豐富，是主要的植物性蛋白來源，在人們的生活和國民經濟發展中占有重要的地位。豆類不僅含有脂肪、纖維素、糖類和礦質元素等[1]，同時包含一些益于人類健康的次生代謝產物，即生物活性物質[2]。主要豆類有綠豆、大豆、紅豆、豌豆、蠶豆、小扁豆、蕓豆、鷹嘴豆等。黑豆具有高蛋白、低熱量的特性，其蛋白質含量相當于肉類的2倍，被譽為“植物蛋白肉”，同時含有黑豆色素和異黃酮等植物化學物質[3]。紅豆含有淀粉、蛋白質和較少的脂肪，具有通腸、利小便、消熱解毒等保健作用，對于調理血壓和血糖也有良好的效果[4]。豌豆含有多糖、微量營養元素、胡蘿卜素、維生素B1和B2等，營養價值全面而均衡，是重要的糧食、蔬菜、飼料、綠肥和養地作物[5]。

芽苗菜是指利用植物種子或其他營養儲存器官，在黑暗或者光照條件下直接生長出可供食用的嫩芽、芽苗、幼梢或幼莖[6]，其生產周期短、成本低、生物效率高，且富含對人類有益的生物活性物質，因而受到消費者的普遍歡迎。芽苗菜能分解抗營養因子[7]，提高蛋白質的利用率，促進人體對蛋白質的吸收和利用，平衡膳食結構。研究發現，黑豆芽苗菜清香爽口，富含礦物質及多種維生素、糖類，具有補肝名目、清熱消腫等食療功效。豌豆苗中富含水溶性維生素P、維生素C和維生素E，可以促進人體新陳代謝，提高免疫力。紅小豆苗富含優質蛋白、8種人體必需氨基酸，還含有豐富的維生素B1和鐵、磷等礦物質，經常食用能保持人體血液的酸堿平衡[6]。

目前關于豆類及其萌發以后的營養成分變化多集中在綠豆芽和大豆芽上[8-9]，或是同一個豆類不同品種之間的比較[10-11]，對于不同豆類及其芽苗菜的功能性成分報道較少。本研究選擇了黑大豆、紅小豆和豌豆，研究其種子及萌發后形成芽苗菜的生長特性、營養品質、功能性成分及抗氧化性，旨在為豆類及其芽苗菜的開發利用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

黑大豆、豌豆，鄭州新農村蔬菜食品有限公司；紅小豆白紅3號，吉林省白城農科院。

1.2 儀器與設備

RADWAG萬分之一天平，波蘭瑞德威公司；PRX-450C人工氣候箱、冷凍干燥機，上海比朗儀器制造有限公司；Centrifuge 5810 R冷凍離心機，德國Eppendorf公司；UV-1600PC紫外分光光度計，上海美譜達儀器有限公司；Multiskan GO全波長酶標儀，美國Thermo 公司；EYG-1000W超聲清洗機，北京宇翔超聲工業設備有限公司；鼓風干燥箱，上海一恒科學儀器有限公司；KDY-9810凱氏定氮儀，北京翌康百方科技有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 芽苗菜的培育

挑選大小均勻、整齊一致、成熟飽滿的黑大豆、豌豆和紅小豆種子各300粒，浸種24 h，待種子充分吸水膨脹以后，均勻播種于帶有濕潤發芽紙的育苗盤中，并置于溫度(25±2)℃、相對濕度80%的人工氣候培養箱中[12]，黑暗條件下催芽，待苗長長到2 cm左右時開始見光，每天光照12 h，澆水3～4次，生長第6天進行取樣，將鮮樣用液氮速凍置于-40 ℃冰箱待用。部分樣品經過冷凍干燥處理后，磨粉過60目篩，用于酚類物質的提取，以測定總酚、總黃酮含量及抗氧化性。

1.3.2 取樣與測定

于生長第6天測定3個豆類芽苗菜的生長指標，包括苗長、總質量、可食部分鮮重、可食率和含水量。可溶性糖含量的測定采用苯酚法[13]，以蔗糖作為標樣；粗蛋白含量的測定采用凱氏定氮法[14]，每個樣品重復3次。

采用超聲波輔助法[15]提取3個豆類種子及其芽苗菜的酚類物質，總酚含量的測定采用福林-酚試劑法[16]，以沒食子酸為標樣建立標準曲線，結果以每克干燥樣品中沒食子酸的質量(mg/g DW)表示；總黃酮含量的測定采用氯化鋁的方法[17]，以蘆丁為標樣建立標準曲線，結果以每克干燥樣品中的蘆丁質量(mg/g DW)表示。每個樣品重復3次。

DPPH自由基清除力測定采用YANG等[18]的方法；ABTS自由基清除力的測定參照WANG等[19]的方法，以水溶性維生素E做標準樣品，結果以與每克干燥樣品相當的水溶性維生素E物質的量(μmol/g DW)表示；FRAP亞鐵還原力按照MüLLER等[20]的方法測定，用FeSO4做標樣，結果以與每克干燥樣品相當的Fe2+物質的量(mmol/g DW)表示。每個樣品重復3次。

1.3.4 數據分析

運用Excel 2013整理各指標的測定結果，采用SPSS 20.0的Duncan′s新復極差法進行差異顯著性分析(P<0.05)，皮爾森相關性檢測來分析各變量之間的相關性，每個處理重復3次，圖表中各結果用平均值±標準差表示。

2 結果與分析

2.1 不同豆類種子營養成分、功能性成分及抗氧化性

對黑大豆、紅小豆和豌豆分別進行了營養成分、功能性成分及抗氧化性的測定，結果如表1所示。研究發現，3個豆類種子的可溶性糖含量在2.81～5.80 mg/g范圍內，其中黑大豆的可溶性糖含量最高，紅小豆的最低。粗蛋白含量范圍為0.23～0.40 g/g，黑大豆粗蛋白含量最高，與紅小豆、豌豆差異顯著。總酚含量為2.38～6.48 mg/g DW，各豆類種子的總酚含量差異顯著。總黃酮含量在1.80～8.17 mg/g DW范圍內，含量最高的是黑大豆，最低的是豌豆。在抗氧化性方面，DPPH自由基清除力最強的是黑大豆，達到17.4 μmol/g DW，顯著高于其他2個豆類。ABTS自由基清除力的為45.08～115.94 μmol/g DW，其中黑大豆的ABTS自由基清除力最強。FRAP亞鐵還原力的在15.30～128.61 mmol/g DW，還原力最強的是黑大豆。綜上所述，黑大豆無論是在營養成分，還是功能性成分、抗氧化性方面均顯著高于紅小豆和豌豆，是良好的膳食補充劑，有開發成益于人類健康的功能性食品的潛力。

表1 不同豆類種子營養成分、功能性成分及抗氧化性

注：不同小寫字母表示同一列值間差異顯著(P<0.05)(下同)

2.2 不同豆類芽苗菜生長特性

于黑大豆苗、紅小豆苗、豌豆苗生長第6天取樣，分別測定其生長指標，結果見表2所示。由表2可知，3個豆類芽苗菜總質量、可食部分鮮重和可食率均差異顯著，其中總質量為6.16～12.83 g，豌豆苗最高，紅小豆苗最輕。3個豆類芽苗菜可食部分鮮重和干重的變化范圍分別為2.45～5.87、0.20～0.68 g，黑豆苗最重，紅小豆苗最輕；可食率在32.11%～71.03%，其中最高的是黑豆苗，最低的是豌豆苗。此外，豌豆苗的苗長和含水量在3個芽苗菜中均是最高的，黑豆苗是最低的，并且與其他兩個芽苗菜差異顯著。

表2 不同豆類芽苗菜生長特性

2.3 不同豆類芽苗菜營養成分、功能性成分及抗氧化性

3個豆類芽苗菜營養成分、功能性成分及抗氧化性測定結果見表3。由表3可知，3個豆類芽苗菜的可溶性糖含量為0.34～0.75 mg/g，各芽苗菜可溶性糖含量差異顯著，其中含量最高的是豌豆苗。粗蛋白含量在0.40～0.53 g/g DW之間，無顯著性差異。3個豆類芽苗菜中，黑豆苗的總酚含量最高，達到4.28 mg/g DW，最低的為豌豆苗，為3.00 mg/g DW。總黃酮含量最高的是豌豆苗，為7.09 mg/g DW，最低的為紅小豆苗。DPPH自由基清除力最高的是黑大豆苗，但是與豌豆苗的清除力沒有顯著性差異，最低的為紅小豆苗。ABTS自由基清除力最強的也是黑大豆苗，達到110.39 μmol/g DW，最低的是豌豆苗為70.52 μmol/g DW。豆類芽苗菜的FRAP亞鐵還原力變化范圍為57.92～75.52 mmol/g DW，黑大豆苗的還原力最強，其次是豌豆苗，紅小豆苗的最弱。

表3 不同豆類芽苗菜營養成分、功能性成分及抗氧化性

2.4 豆類種子及其芽苗菜營養成分、功能性成分及抗氧化性比較

黑大豆、紅小豆、豌豆10粒種子的質量分別為1.10、1.06、2.48 g，由表2可知，萌發以后3個豆類芽苗菜的可食部分鮮重比其種子質量提高了5.35、2.31和1.66倍，3個豆類種子質量比其芽苗菜的可食部分干重分別增長了1.61、5.36、9.75倍。在此基礎上，對豆類種子及其萌發以后形成的芽苗菜進行了營養成分、功能性成分及抗氧化性的測定，結果見圖1。從圖1-A可知，3個豆類種子中含有豐富的可溶性糖，但其萌發以后，顯著降低了可溶性糖的含量，黑大豆、紅小豆和豌豆可溶性糖含量分別是其芽苗菜含量的16.89、5.07、5.11倍。圖1-B表示的是豆類種子及其芽苗菜的粗蛋白含量，如圖所示，相對于種子而言，萌發顯著提高了粗蛋白含量，黑大豆苗、紅小豆苗和豌豆苗的粗蛋白含量分別提高了32.77%、109.63%和118.36%。這可能是由于發芽開始需要消耗部分蛋白質，隨著發芽時間的延長，豆中的總糖、脂肪等成分在發芽過程中不斷消耗，使得最終豆苗中蛋白質的含量增加[10]。

圖2-A顯示了豆類種子及其芽苗菜總酚含量的變化。由圖2-A可知，黑大豆種子在萌發以后，其總酚含量顯著降低了51.56%；豌豆芽苗菜較豌豆種子而言其總酚含量顯著提高了26.07%；而紅小豆種子和苗的總酚含量沒有顯著性變化。豆類種子及其芽苗菜總黃酮含量見圖2-B，如圖2-B所示，黑大豆萌發以后總黃酮含量降低了24.14%，而紅小豆和豌豆萌發以后總黃酮含量分別提高了36.66%和294.30%。

A-可溶性糖含量；B-粗蛋白含量

圖2-C所示的是豆類種子及其芽苗菜的DPPH自由基清除力。研究發現，黑大豆和紅小豆萌發以后DPPH自由基清除力分別降低了48.54%和32.02%，豌豆和豌豆芽苗菜DPPH自由基清除力無顯著性差異。3個豆類種子及其芽苗菜的ABTS自由基清除力見圖2-D，結果發現，黑大豆萌發后，ABTS自由基清除力降低了5.02%，而紅小豆和豌豆萌發后的ABTS自由基清除力分別增加了66.43%和56.42%。3種豆類種子及其芽苗菜FRAP亞鐵還原力如圖2-E所示。由圖2-E可知，黑大豆苗的FRAP亞鐵還原力顯著低于其種子的，降低了77.34%；紅小豆和豌豆萌發后，其FRAP亞鐵還原力顯著提高，分別提高了92.43%和278.58%。綜上所述，與種子相比，苗中的酚類含量更高，這歸因于內源酶的活化和種子在萌發期間復雜的生化代謝，包括酚類物質的從頭合成和轉化[17, 21]，而抗氧化性增強與抗氧化劑化合物(多酚、花青素等)含量的增加有關[22]。

A-總酚含量；B-總黃酮含量；C-DPPH自由基清除力；D-ABTS自由基清除力；E-FRAP亞鐵還原力

2.5 相關性分析

對豆類種子及其芽苗菜的可溶性糖含量、粗蛋白含量、總酚含量、總黃酮含量、DPPH自由基清除力、ABTS自由基清除力和FRAP亞鐵還原力進行了相關性分析，結果見表4所示。從表4可知，總酚含量與DPPH自由基清除力(r=0.852，P<0.01)、ABTS自由基清除力(r=0.834，P<0.01)和FRAP亞鐵還原力(r=0.924，P<0.01)之間呈顯著正相關性；總黃酮含量與ABTS自由基清除力(r=0.815，P<0.01)和FRAP亞鐵還原力(r=0.879，P<0.01)之間存在顯著性正相關；此外，ABTS自由基清除力與FRAP亞鐵還原力(r=0.899，P<0.01)之間呈顯著正相關。因此，酚類物質是天然的抗氧化劑。

表4 相關性分析

注：X1：可溶性糖含量，mg/g；X2：粗蛋白含量，g/g DW；X3：總酚含量，mg/g DW；X4：總黃酮含量，mg/g DW；X5：DPPH自由基清除力，μmol/g DW；X6：ABTS自由基清除力，μmol/g DW；X7：FRAP亞鐵還原力，mmol/g DW；*和**分別表示5%和1%水平上的顯著性差異

3 討論

3.1 豆類種子的營養品質、功能性成分和抗氧化性

豆類是優質蛋白、膳食纖維等的重要來源，在世界各地的傳統飲食中占據著重要的地位[23]。研究發現，黑大豆的蛋白質含量高達45%～55%，其優質蛋白大約比大豆高出1/4，本研究中黑大豆的粗蛋白含量是顯著高于豌豆和紅小豆的。糖類可以減少蛋白質的消耗，機能需要產生熱源時若糖攝取量充足可以減少蛋白質的消耗，利于蛋白質發揮更重要的功能[24]。

豆類中含有的酚類化合物，被認為是天然的抗氧化劑[25-26]，可以防止動脈硬化，降低患冠心病、糖尿病和肥胖的風險[27]。研究發現，黑大豆中含有花青素，主要成分是飛燕草素-3-葡萄糖苷和矢車菊素-3-葡萄糖苷等，具有清除自由基、螯合金屬離子的作用[28]；紅小豆中的總黃酮提取物主要有槲皮素、楊梅素、兒茶素及其糖苷結合物等，具有較強的抗氧化作用[29]。本研究中除了DPPH自由基清除力以外，3種豆類種子的酚類含量和抗氧化性大小排序均為黑大豆>紅小豆>豌豆，這與BAI等[30]和任順成等[31]的研究結果一致。深色種皮的種子因富含花青素而具有較強的抗氧化性，更有利于抵抗與慢性疾病有關的氧化應激反應，是潛在的健康食品[32-33]。本研究采用體外抗氧化評價方法，反映豆類對于各種氧化物的直接清除力，在后續試驗中將結合細胞培養技術，進一步研究豆類酚類物質在細胞水平上的抗氧化性[34]。綜上所述，3個豆類種子的營養價值豐富、酚類含量較高且具有較強的抗氧化性，其中黑大豆無論是在營養品質還是功能性成分方面，都顯著優于紅小豆和豌豆，具有開發成功能性保健品的潛力。

3.2 豆類芽苗菜生長特性、營養品質及功能性成分

豆類種子萌發形成的芽苗菜營養價值豐富，是蔬菜供應淡季的重要蔬菜來源[35]。本研究中，3種豆類芽苗菜生長特性差異顯著：由于黑大豆苗是子葉出土型，故其可食部分鮮重最重，可食率也最高；豌豆苗的種子百粒重較大，同時收獲期的苗長高于其他2個芽苗菜，因此其總質量是最高的。3種豆類芽苗菜的生長特性均良好。

豆類種子萌發后發生生理代謝變化，其蛋白質、碳水化合物、脂肪等營養物質會分解成小分子化合物，同時能積累生物活性物質，如酚類物質、維生素、γ-氨基丁酸等[36]。本研究結果顯示，3個芽苗菜的可溶性糖含量以豌豆苗最高，粗蛋白含量最高的是黑大豆，但與其他2個芽苗菜沒有顯著性差異。KHANG等[37]對萌發5 d后的黑大豆苗、豌豆苗和紅小豆苗的總酚含量、DPPH自由基清除力進行研究，發現其排序為豌豆苗>紅小豆苗>黑大豆苗，而本研究中黑大豆苗的總酚含量及自由基清除力、亞鐵還原力均高于紅小豆苗和豌豆苗，這可能是因為試驗中所用黑大豆種子含有豐富的酚類物質，萌發后轉化的酚類含量也較多。在發芽的早期階段，碳水化合物和蛋白質被降解，伴隨著單糖和游離氨基酸的增加，因此，與細胞壁成分結合的酚類物質也被釋放[38]。隨著發芽時間的增加，新的植物細胞增殖，形成新的細胞壁，合成的可溶性酚類物質可以分泌到細胞壁中形成新的結合酚類物質，從而總的酚類含量增加[34]。此外，芽苗菜酚類化合物的含量及成分是由許多因素造成的，如生長的氣候條件、農業環境、芽苗菜貯藏條件、成熟度和品種等[39]。因此，研究不同品種豆類的營養品質及生物活性，針對其特性進行相應的加工，可滿足不斷擴大的市場需求。

3.3 豆類種子及其芽苗菜營養品質及功能性成分的比較

豆類發芽過程中由于呼吸作用的增強，脂類、碳水化合物等會大量降解，蛋白酶被激活而將貯藏蛋白分解成供胚發育的氨基酸，促進游離氨基酸的增加，氨基酸轉運到胚的生長部位，以不同方式結合起來，形成各種性質的蛋白質，從而使蛋白質的含量增加[40]。本研究結果顯示，與未萌發的種子相比，萌發顯著提高了3個豆類的粗蛋白含量，降低了其可溶性糖含量，這與其他學者關于大豆、山毛豆和綠豆[37]萌發以后營養品質的研究結果一致。

種子萌發過程中，隨著新陳代謝的增強，內源酶被激活，酶的種類和數量會逐漸增加，苯丙氨酸裂解酶就是其中之一，它是合成酚類化合物的關鍵酶[41]，因此，萌發可顯著提高植物酚類含量及其相關抗氧化性。本研究中，紅小豆和豌豆芽苗菜的總黃酮含量、ABTS自由基清除力和FRAP亞鐵還原力較其未萌發種子均有顯著性提高，這與前人關于豇豆、刀豆、扁豆、山黧豆[42]、鷹嘴豆[43]、綠豆、蘿卜、西蘭花和向日葵等[17]的研究結果相一致。LPEZ-AMORS等[44]研究發現小扁豆萌發以后的酚類含量和抗氧化性顯著下降，這與本文中關于黑大豆萌發以后功能性成分及抗氧化的研究結果一致，這可能是由于品種的基因型差異及種植地區的氣候條件、栽培管理措施等造成的，有待進一步研究。此外，研究發現酚類物質含量與抗氧化性之間存在著顯著的正相關性，這與其他學者在小扁豆[45]、大豆和綠豆[35]等方面的研究結果相一致。今后可從代謝組的角度，進一步研究豆類及其芽苗菜的具體酚類物質及其優勢酚類單體，開發其內在的潛力。

4 結論

3個豆類中，以黑大豆的營養價值和功能性成分最為豐富。豆類芽苗菜中黑大豆苗具有更豐富的總酚含量及抗氧化能力，而豌豆苗的可溶性糖含量和總黃酮含量較高。萌發降低了黑大豆的總酚、總黃酮含量和抗氧化性，但卻顯著提高了豌豆和紅小豆的酚類含量及其抗氧化能力。因此，黑大豆種子、萌發的豌豆及紅小豆是一種珍貴的天然抗氧化資源，凍干的豌豆和紅小豆芽苗菜可以作為功能性食品的原料。