萌發對苦蕎籽粒品質的影響及工藝優化

童曉萌 柴春祥 王永強

(1. 天津耳朵眼炸糕餐飲有限責任公司，天津 300221；2. 天津市食品生物技術重點實驗室，天津 300134；3. 天津商業大學生物技術與食品科學學院，天津 300134；4. 天津港保稅區愛信食品有限公司，天津 300461)

苦蕎(FagopyrumtataricumGaertn.)又名韃靼蕎麥，富含維生素[1]、黃酮[2]、礦物質和微量元素[3]，還含有阻礙白細胞增殖的蛋白質阻礙物質[4-6]，并可殺菌消炎[7]。研究表明，萌發處理可以顯著提高苦蕎籽粒的黃酮類物質及γ-氨基丁酸 (γ-aminobutyric acid，GABA) 等功能性成分含量，使抗營養因子活性降低或消失[8]，并可形成獨特的風味及口感[9]。其中，黃酮在降血糖、抑制腫瘤等方面發揮著重要作用[10-11]。而GABA具有降血壓、改善腦機能等功效[12-13]。

苦蕎茶是以苦蕎為原料制作而成的代用茶[14]，目前研究主要集中在未萌發的苦蕎籽粒茶、苦蕎造粒茶上[15-16]，對萌發苦蕎茶研究較少。李曉丹[17]研究了在萌發過程中添加了化學試劑的苦蕎芽茶袋泡式固體飲料，彭濤等[18]研究了苦蕎萌動茶發芽工藝，上述研究結果均表明萌發處理可以提高苦蕎茶的營養成分含量并改善其感官品質，但萌發過程中加入了化學試劑有一定的安全隱患且不利于環境保護或制茶后營養成分富集量較低。為深入研究萌發苦蕎茶萌發工藝，得到功能成分含量高且感官品質佳的萌發苦蕎茶，研究擬以苦蕎籽粒為原料，通過Box-Behnken試驗設計，以總黃酮含量及GABA含量為評價指標，優化苦蕎籽粒浸種及萌發工藝并將萌發苦蕎籽粒制成苦蕎茶。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

苦蕎籽粒：江蘇新泰種業批發公司；

蘆丁標準品、GABA標準品：色譜純，上海金穗生物科技有限公司；

DPPH標準品：色譜純，美國Sigma公司；

無水乙醇：分析純，天津市津東天正精細化學試劑廠；

亞硝酸鈉：分析純，天津市標準科技有限公司；

硝酸鋁、氫氧化鈉、十二水合磷酸氫二鈉：分析純，天津市風船化學試劑科技有限公司；

茚三酮、磷酸二氫鉀：分析純，天津市大茂化學試劑廠；

超純水為純水機自制。

1.1.2 主要儀器設備

電子天平：JD200-3型，沈陽龍騰電子有限公司；

純水機：SMART-N型，上海Heal Force公司；

鼓風干燥箱：101A-3型，上海申光儀器儀表有限公司；

高速組織搗碎機：DS-1型，上海標本模型廠；

碾米機：DK-130型，深圳市潔盟清洗設備有限公司；

紫外可見分光光度計：UV-6100型，上海美普達儀器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 苦蕎茶的制備步驟

原料篩選→清洗→浸泡→萌發→蒸煮→干燥→脫殼→過篩→焙烤→成品

1.2.2 操作要點 優選飽滿的苦蕎籽粒。用清水充分淘洗后，將上浮的空、癟籽粒剔除。加水至淹沒籽粒3～5 cm 進行浸泡處理。瀝干后放入恒溫恒濕生化培養箱中避光萌發。到達終點后，置于蒸鍋中蒸至完全糊化，取出并干燥至含水量為11%左右。使用碾米機脫殼后過18目篩，取篩上蕎麥米焙烤后即得成品。

1.2.3 苦蕎籽粒萌發單因素試驗 基于文獻[9，19-20]以及預試驗結果，最終確定影響苦蕎萌發的因素有浸種溫度、浸種時間、萌發溫度、萌發時間。將未經萌發處理的苦蕎籽粒設置為對照組。指標分別為總黃酮含量、GABA含量、DPPH自由基清除率、發芽率、芽長。

(1) 浸種溫度對苦蕎籽粒萌發的影響：在浸種時間為8 h、萌發溫度為25 ℃、萌發時間為96 h條件下，分別考察浸種溫度10，15，20，25，30 ℃對苦蕎籽粒萌發各指標的影響。

(2) 浸種時間對苦蕎籽粒萌發的影響：在浸種溫度為20 ℃、萌發溫度為25 ℃、萌發時間為96 h條件下，分別考察浸種時間4，6，8，10，12 h對苦蕎籽粒萌發各指標的影響。

(3) 萌發溫度對苦蕎籽粒萌發的影響：在浸種溫度為20 ℃、浸種時間為8 h、萌發時間為96 h條件下，分別考察萌發溫度15，20，25，30，35 ℃對苦蕎籽粒萌發各指標的影響。

(4) 萌發時間對苦蕎籽粒萌發的影響：在浸種溫度為20 ℃、浸種時間為8 h、萌發溫度為25 ℃條件下，分別考察萌發時間72，84，96，108，120 h對苦蕎籽粒萌發各指標的影響。

1.2.4 苦蕎籽粒萌發響應面法優化試驗 根據單因素試驗結果以及各指標間相關性分析，以浸種溫度、浸種時間、萌發溫度、萌發時間作為考察因素，以總黃酮含量、GABA含量為響應值，按Box-Behnken試驗設計進行優化試驗。

1.2.5 評價指標及測定方法

(1) 總黃酮含量：參照衣申艷等[21]的方法。

(2) GABA含量：參照王青[22]的方法。

(3) DPPH自由基清除率：參照趙琳[23]的方法。

(4) 發芽率：萌發處理后，隨機選取100個苦蕎籽粒，以胚芽突破種皮為標準記為出芽，按式(1)計算發芽率。

(1)

式中：

c——發芽率，%；

m1——苦蕎籽粒發芽數；

m2——苦蕎籽?？倲?。

(5) 芽長：萌發處理后，隨機選取20個苦蕎籽粒，用直尺測量幼芽長度，按式(2)計算芽長。

(2)

式中：

l——芽長，mm；

l1——蕎麥籽?？傃块L，mm；

m2——苦蕎籽?？倲?。

1.2.6 萌發處理對苦蕎茶品質的影響 制茶的原料分別為萌發組及對照組苦蕎籽粒，其余不變。測量萌發組及對照組苦蕎茶中的總黃酮質量濃度、GABA質量濃度，并組織10名經過培訓的評審員按照表1對苦蕎茶進行評分，統計各項的平均得分及總分。

1.3 數據統計與分析

采用SPSS 17.0、Origin 9、Design-Expert 8.0.6進行數據處理與分析。每個樣品平行測定3次，結果以平均值±標準差表示。

2 結果與分析

2.1 苦蕎籽粒萌發單因素試驗

2.1.1 浸種溫度對苦蕎籽粒萌發的影響 由圖1可知，當浸種溫度為20 ℃時，總黃酮含量、GABA含量、DPPH自由基清除率達到最大，分別是對照組的2.27，1.18，1.26倍。對種子進行浸泡是促進植物籽粒萌發的預處理方法之一[24]。李曉丹等[20]研究發現，浸種處理對芽苗生長和粗蛋白含量增加有促進作用，并能提高其總黃酮含量，與試驗結果一致。經過合理的浸種處理后，苦蕎籽粒的種子解除休眠，具有生物活性的相關酶類也由此活化，酶促反應得以順利進行，并且為后續萌發提供了條件[25]。而溫度是影響酶促反應的重要因素之一[26]。隨著浸種溫度的升高，酶促反應速率也隨之加快。當浸種溫度升至一定程度后，蛋白質開始變性失活，具有生物活性的相關酶類的活性也開始下降。綜上，確定浸種溫度20 ℃為優化試驗的0水平。

表1 苦蕎茶的感官評定標準

2.1.2 浸種時間對苦蕎籽粒萌發的影響 由圖2可知，當浸種時間為8 h時，總黃酮含量、GABA含量、DPPH自由基清除率達到最大，分別是對照組的2.28，1.16，1.22倍。在合理的浸種時長下，苦蕎籽粒吸收水分且種皮膨脹軟化，胚進行有氧呼吸[27]，各種代謝合成反應速度加快。浸種時間過長，胚由于過度吸水膨脹而破裂，胚乳外滲[28]，影響萌發。綜上，確定浸種時間8 h為優化試驗的0水平。

2.1.3 萌發溫度對苦蕎籽粒萌發的影響 由圖3可知，當萌發溫度為25 ℃時，總黃酮含量、GABA含量、DPPH自由基清除率達到最大，分別是對照組的2.23，1.16，1.24倍。李海平等[29]、何俊星等[30]研究了萌發溫度對蕎麥種子萌發及黃酮含量的影響，得到了蕎麥種子萌發的適宜溫度為25 ℃，與試驗結果一致。與浸種溫度相近的，在合理的萌發溫度下，適度升高溫度可以促進植物萌發。但萌發溫度過高可導致苦蕎籽粒中的酶類失去催化活力，抑制萌發[31]。綜上，確定萌發溫度25 ℃為優化試驗的0水平。

同指標小寫字母不同表示差異顯著(P<0.05)

同指標小寫字母不同表示差異顯著(P<0.05)

同指標小寫字母不同表示差異顯著(P<0.05)

2.1.4 萌發時間對苦蕎籽粒萌發的影響 由圖4可知，當萌發時間為96 h時，總黃酮含量、GABA含量及DPPH自由基清除率分別是對照組的2.23，1.15，1.24倍。雖然繼續延長萌發時間可以在一定程度上提高總黃酮含量，但其提高速率明顯放緩，同時也消耗胚乳中的碳水化合物、脂肪和蛋白質[32]。且GABA含量及DPPH自由基清除率開始呈降低的趨勢，幼芽生長增快，在苦蕎籽粒后續的生產加工中會因斷裂而影響產量及營養。綜上，確定萌發時間96 h為優化試驗的0水平。

2.2 萌發苦蕎各指標間的相關性分析

基于單因素試驗結果，通過SPSS軟件對各指標進行相關性分析，結果如表2所示。總黃酮含量與DPPH自由基清除率及芽長顯著正相關，GABA含量與發芽率顯著正相關，DPPH自由基清除率與芽長顯著正相關。孫丹等[33]研究發現，經浸泡處理后，苦蕎總黃酮含量以及抗氧化活性提高，且DPPH自由基清除能力的趨勢與總黃酮含量變化趨勢相似，與試驗結果一致。胡俊君等[34]研究表明，0～6 d，隨著芽長的增大，苦蕎籽粒的總黃酮含量逐漸升高，與試驗結果一致?？嗍w籽粒經浸種處理后，谷氨酸脫羧酶大量合成，并催化α-谷氨酸脫羧反應進一步進行[35]，GABA含量亦增加。且由于發芽率的提高，籽粒中干物質含量下降，GABA含量相對增加。發芽率及芽長可以反映萌發情況，不能精確地反映苦蕎籽粒營養價值。其他各因素分析結果類似，不再贅述。綜上，選擇以總黃酮含量及GABA含量為響應值，通過響應面優化試驗確定苦蕎籽粒萌發最佳的條件。

同指標小寫字母不同表示差異顯著(P<0.05)

表2 萌發后苦蕎籽粒各指標的相關性分析?

2.3 苦蕎籽粒萌發條件響應面優化

2.3.1 響應面優化試驗設計與結果 根據單因素試驗結果，選取浸種溫度、浸種時間、萌發溫度和萌發時間為試驗因素，進行苦蕎籽粒萌發條件的響應面優化試驗。試驗因素水平取值見表3，結果見表4。

2.3.2 回歸方程的建立及變量分析 利用Design-Expert 8.0.6軟件對表4數據進行多元二次回歸擬合，得到各因素對萌發苦蕎總黃酮含量以及GABA含量響應值之間的四元二次回歸方程：

X=-105.144 0+1.091 4A+0.417 8B+2.120 0C+1.518 6D-0.002 5AB+0.007 6AC+0.000 9AD+0.034 3BD-0.007 3CD-0.032 9A2-0.229 9B2-0.031 0C2-0.008 2D2，

(3)

Y=-6.419 5+0.181 4A+0.328 2B+0.163 6C+0.081 4D+1.959 1×10-4AB+9.925 9×10-5AC+3.373 9×10-5AD-1.547 7×10-3BC-5.033 7×10-5BD+6.421 4×10-5CD-4.703 3×10-3A2-0.018 0B2-3.042 1×10-3C2-4.253 1×10-4D2。

(4)

表3 苦蕎籽粒萌發條件的Box-Behnken試驗因素水平

2.3.3 最佳萌發條件的確定及驗證實驗 利用Design-Expert 8.0.6軟件進行優化分析并進行驗證實驗(n=3)，得到苦蕎籽粒總黃酮含量最高的萌發條件為浸種溫度21 ℃、浸種時間8 h、萌發溫度25 ℃、萌發時間100 h，在此萌發條件下，總黃酮含量為10.35 mg/g，GABA含量為2.83 mg/g。苦蕎籽粒GABA含量最高的萌發條件為浸種溫度20 ℃、浸種時間8 h、萌發溫度26 ℃、萌發時間98 h，在此萌發條件下，總黃酮含量為10.34 mg/g，GABA含量為2.86 mg/g。在總黃酮含量最高的萌發條件下，萌發苦蕎的總黃酮含量是對照組的2.27倍，GABA含量是對照組的1.16倍。在GABA含量最高的萌發條件下，萌發苦蕎的總黃酮含量是對照組的2.27倍，GABA含量是對照組的1.17倍。經計算，在萌發苦蕎總黃酮含量及GABA含量最高的萌發條件下總黃酮含量相近，而GABA含量在GABA含量最高的萌發條件下更佳。因此，最終確定苦蕎籽粒的最佳萌發條件為：浸種溫度20 ℃、浸種時間8 h、萌發溫度26 ℃、萌發時間98 h。

表4 響應面試驗設計方案及結果

表5 回歸方程方差分析?

2.3.4 應用試驗 由表6可知，苦蕎籽粒經萌發處理后，制成的苦蕎茶總黃酮質量濃度及GABA質量濃度分別比對照組提高了270.9%及62.9%。由圖5可知，茶湯的顏色、透明度、香氣、滋味分別比對照組提高了7%，32%，2%，7%，感官評定總分比對照組提高了9%，顏色更金黃色、鮮亮，澄清度更好，清香甘醇無異味，從整體上看說明萌發處理可以提高苦蕎茶的功能性成分含量及感官品質。

3 結論

試驗系統研究了浸種溫度、浸種時間、萌發溫度、萌發時間對萌發苦蕎茶在萌發階段總黃酮含量、GABA含量、DPPH自由基清除率、發芽率、芽長的影響，采用響應面試驗設計得到了各因素與響應值關系的回歸模型，得到苦蕎籽粒的最佳萌發條件為：浸種溫度20 ℃、浸種時間8 h、萌發溫度26 ℃、萌發時間98 h。在此條件下，萌發苦蕎的總黃酮含量、GABA含量以及制茶后苦蕎茶的總黃酮含量、GABA含量及茶湯的顏色、透明度、香氣、滋味、總分等感官評分均優于對照組。后續可進一步對萌發苦蕎進行深加工并開展相關產品品質形成機理研究，以拓寬萌發苦蕎利用范圍并提高其附加值。

表6 苦蕎茶總黃酮及GABA質量濃度的對比

圖5 苦蕎茶的感官評定結果