发芽对蚕豆植酸和可溶性铁含量的影响

王丽君，罗羽洧,*，解卫华，郁志芸

(1.金陵科技学院园艺学院，江苏 南京 210038；2.环保部南京环境科学研究所，江苏 南京 210042)

蚕豆(Vica faba L.)又名胡豆、佛豆、罗汉豆等，是我国重要的豆类蔬菜之一。蚕豆营养丰富，可加工成蚕豆系列食品，深受人们喜爱。其蛋白质含量比禾谷类作物小麦、稻米、玉米高2～3倍。蚕豆中含有丰富铁、钙、锌等为人体所必需的矿质元素[1]和蔗糖、半乳糖苷、麦芽糖和乳糖等糖类物质。蚕豆还含有大量的植酸[2-4]，对铁离子有螯合作用，使其中铁的生物利用率较低[5-6]。植酸是人类抗营养物质，是以植物性食品为主食铁元素缺乏的重要原因。热处理[7-8]、辐射处理[9-10]、发芽处理[11]、发酵处理[12]都有减少植酸含量的作用。

近年来，发芽蚕豆作为一种营养食品受到人们的关注[13-14]。发芽蚕豆由胚根、胚芽、胚轴和子叶等4个部分组成，主食部分是子叶。但目前对发芽蚕豆植酸和铁在这4个部位的空间分布及发芽过程中含量的变化情况没有报道。本实验研究蚕豆发芽过程中，植酸以及铁在胚根、子叶、胚芽和胚轴中的空间分布及含量的变化，同时探讨蚕豆发芽过程中铁离子存在形态及其分布。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂与仪器

蚕豆品种为启豆2号，2010年购于南京市种业有限公司。

植酸钠(99.5%)、铁粉(99.9%)、次氯酸钠、氢氧化钠、三氯化铁、盐酸羟胺，均为分析纯。

JA2003型电子天平 上海精密科学仪器有限公司；磁力搅拌器 上海司乐仪器厂；WH-3微型旋涡混合仪 上海沪西分析仪器厂；HH-6型数显恒温水浴锅 常州国华电器有限公司；UV-2802型紫外-可见分光光度计 尤尼柯(上海)仪器有限公司。

1.2 发芽实验和样品处理

选择大小均匀一致的蚕豆籽粒100g，用0.5%次氯酸钠消毒25min，再用去离子水冲洗2次。然后放入表面皿中(直径40cm)以25℃水浸泡24h，然后在25℃条件下发芽8d，每天上午和下午各换水1次。每24h取样1次，把蚕豆的胚根、子叶、胚芽和胚轴剥开，放在聚乙烯袋内，然后置于－18℃冰箱中待测。每处理重复3次。

1.3 指标测定

1.3.1 植酸含量

分别取5.00g子叶、3.00g胚根、2.00g胚轴和1.00g胚芽，经研磨后置于50mL具塞三角瓶中，加0.35mol/L盐酸40mL，摇匀后于(30±1)℃条件下振荡2h。植酸提取液在沸水浴中水浴3min，然后4000r/min离心10min，取上清液，用蒸馏水稀释至50mL。将经过预处理的717型强碱性阴离子交换树脂湿法填装于交换柱中，用0.7mol/L NaCl水溶液洗脱，然后用蒸馏水洗脱至洗脱液无氯离子(加入1mol/L硝酸银-硝酸溶液，与蒸馏水对照)。取8mL提取液加入1mL、3% NaOH溶液，补加蒸馏水至30mL，混匀后以1.0mL/min的速率流入离子交换柱。然后用15mL蒸馏水和15mL 0.05mol/L NaCl溶液洗涤，控制流速在50～80mL/min，最后用0.7mol/L NaCl洗脱植酸溶液，洗脱液收集于25mL的容量瓶，用蒸馏水定容。取待测植酸液(植酸含量在0.1～0.5mg之间)6mL，加入三氯化铁-磺基水杨酸4mL，摇匀，520nm处测其吸光度，从回归方程计算出试液中植酸含量[15]。Y=487.75X－40.735(R2=0.98)，式中：Y为样品中植酸含量/(mg/100g)，X为样品的吸光度。

1.3.2 不同价态铁含量测定

1.3.2.1 总铁含量测定

准确称取5.000g 蚕豆子叶，湿法消化后，加入1.5mL 1.0mol/L盐酸羟胺，采用邻菲罗啉分光光度法测定总铁含量[16]。

1.3.2.2 可溶性总铁含量

准确称取5.000g蚕豆子叶，研磨后以去离子水定容至50mL，充分振荡溶解，浸提2h。4500r/min离心15min，取上清液，加入1.5mL 1.0mol/L盐酸羟胺，定容至100mL。用邻菲罗啉光度法测定其中的铁含量即为可溶性总铁含量。总铁与可溶性铁含量之差即为不溶性铁含量[16]。

1.3.2.3 可溶性二价铁、三价铁含量

另取上清液1份，调pH值至4.0左右，同时加入2.5mL 2%的氟化铵(氟离子可掩蔽三价铁-邻菲罗啉络合物光还原作用)，定容至100mL。按邻菲罗啉光度法测定其中的铁含量即为可溶性二价铁含量。可溶性总铁含量与可溶性二价铁含量之差即为可溶性三价铁含量[17]。

1.3.3 植酸酶活性测定

分别称取5.000g发芽蚕豆样品，研磨后放入4个100mL烧杯中(4个重复)，加入50mL冷却的醋酸缓冲液，用磁力搅拌器搅拌60min，然后过滤，定容至100mL，得到植酸酶粗酶液，置于冰箱中低温保存备用。

取4支已标号的10mL刻度试管，其中1管作空白对照，其他3管为反应管。在4支刻度试管中分别加入3.000mL植酸钠溶液，置于37℃水浴锅预热5min，然后以相同时间间隔(间隔为0.5h)依次在反应管中加入已预热的植酸酶溶液1.000mL，在37℃水浴锅中温育1h，按与加入酶液相同顺序和时间间隔加入4.000mL钒钼酸铵显色/终止液，空白管加入1.000mL植酸酶溶液，混合摇匀，用分光光度计在415nm处比色(以空白管作对照)读取吸光度，代入标准曲线计算植酸酶活性[18]。Y=619.04X(R2=0.98)，式中：Y为样品植酸酶活性/(U/g)，X为样品吸光度。每分钟水解释放1μmol无机磷为1个活性单位(U)。

1.4 统计分析

测定数据均用SPSS13.0软件进行统计和单因素方差分析，显著性为P＜0.05。

2 结果与分析

2.1 发芽过程中植酸在蚕豆不同部位中的含量变化

图 1 胚根中植酸含量的变化Fig.1 Change in phytic acid content in embryonic radicle

由图1可知，胚根中植酸含量呈先升高后降低的趋势。发芽至第4天，胚根中植酸含量达到147mg/100g(以干物质计，下同)，然后开始下降，发芽至第8天，植酸含量下降为24mg/100g。

图 2 子叶中植酸含量的变化Fig.2 Change in phytic acid content in cotyledon

蚕豆中80%以上的植酸存在于子叶中。在发芽过程中，植酸酶活性被激活[8]，植酸被大量分解。由图2可知，在发芽过程中，蚕豆子叶中植酸含量不断下降。从开始发芽的843mg/100g降低到发芽第8天的413mg/100g。植酸被分解后，释放出大量的磷元素，在种子发芽过程中对植物细胞壁形成起到骨架作用。

图 3 胚芽中植酸含量的变化Fig.3 Change in phytic acid content in plumula

由图3可知，胚芽中植酸含量的变化趋势与蚕豆子叶中的变化趋势基本一致，均随发芽时间延长其含量不断下降。但是胚芽中植酸含量显然低于子叶中的含量，最高时的含量为161mg/100g。

图 4 胚轴中植酸含量的变化Fig.4 Change in phytic acid content in embryonic axe

由图4可知，蚕豆在发芽的前3d内胚轴中植酸含量一直在下降，发芽至第4天，其胚轴中已检测不到植酸。蚕豆中80%以上的植酸存在于子叶中，胚芽中植酸的含量低于子叶中的含量，但是高于胚轴中植酸含量。在发芽过程中这3个部位中的植酸分解速率以子叶为最快，其次是胚芽，而以胚轴中的植酸分解的速率最慢。

2.2 铁在发芽蚕豆不同部位中的分布

图 5 铁在发芽蚕豆不同部位含量的变化Fig.5 Change in iron content in different parts of germinated faba beans

由图5可知，子叶中，铁含量从发芽前的35.7mg/kg降低到发芽至第8天时的27.9mg/kg，差异显著(P＜0.05)。胚轴中铁含量高于胚根和胚芽中的含量。发芽至第8天胚轴中铁含量达到19.5mg/kg，比发芽前增加2.7mg/kg，但是差异不显著；胚根和胚芽中铁含量分别从1.6、1.5mg/kg增加到7.1、3.6mg/kg，差异显著(P＜0.05)。与子叶相比，胚根、胚芽和胚轴中铁含量差异均达到极显著水平(P＜0.01)。

2.3 发芽过程中铁在子叶中的分布及含量变化

2.3.1 发芽处理对蚕豆中铁化学形态的影响

发芽时间对蚕豆中总铁、可溶性总铁、可溶性二价铁及可溶性三价铁含量的影响见表1。为了更好地说明发芽处理对蚕豆中不同化学形态的影响，对表1的数据进行了处理，得到表2。

表1 发芽处理对蚕豆子叶不同化学形态铁含量的影响Table 1 Effect of germination on various chemical forms of iron in cotyledon of faba beans

表2 发芽处理对蚕豆子叶不同化学形态铁比值的影响Table 2 Effect of germination on various chemical forms of iron in cotyledon of faba beans %

从表2可以看出，在蚕豆发芽过程中，可溶性总铁含量在不断增加，可溶性二价铁占可溶性总铁的比值也在不断增加。而可溶性三价铁含量呈先增加后降低的趋势，可溶性三价铁占可溶性总铁的比值不断降低。从表1可以看出，蚕豆发芽至第8天，可溶性总铁含量达到864.95μg/100g，是发芽前的3倍多，表明发芽处理显著提高了可溶性总铁含量，且可溶性总铁含量占总铁含量的比例从7.12提高到30.31，增加4倍以上；可溶性二价铁含量增加6倍。提示在发芽过程中可能存在某种机制将不溶性铁转化为可溶性铁。

2.3.2 蚕豆发芽过程植酸酶活性的变化对植酸及可溶性总铁含量的影响

植酸含量高是导致很多植物性食物中铁溶解性低的主要原因之一[19]。有研究证明，在一些豆类的发芽过程中，植酸酶的活性增加，导致植酸分解速度加快，使得螯合的金属离子，比如铁离子和锌离子释放出来，这样不溶性铁离子和锌离子变成可溶性铁离子和锌离子[20]。其中植酸酶活性的大小对所释放出来的铁离子和锌离子含量有较大影响[21]。本研究测定了蚕豆发芽过程中植酸酶活性和植酸含量变化情况，并且与蚕豆发芽过程中可溶性总铁含量的变化进行了对比(表3)。在蚕豆发芽过程中，植酸酶活性显著提高，蚕豆中植酸含量显著下降，并且植酸下降的趋势和可溶性总铁含量增加的趋势吻合。有研究[22-24]表明，植酸含量的降低使其螯合的金属离子被释放出来，本研究结果与报道的一致。

表3 植酸酶活性对发芽蚕豆中植酸及可溶性铁含量的影响Table 3 Effect of phytase on the amounts of phytic acid and soluble iron in faba beans

3 讨 论

发芽蚕豆的子叶中植酸含量最高，而在胚轴中为最低。发芽8d后，子叶中植酸含量比发芽前减少50%左右，表明发芽有利于蚕豆植酸分解，同时浸泡也是导致水溶性植酸含量减少的原因，这在很多研究中都有报道，并有相同结论[12,25-27]。发芽有利于蚕豆营养品质的改善。子叶是发芽蚕豆的主要食用部分，其质量占到95%以上，因此最大限度地减少子叶中植酸含量尤其重要。本实验是在常温和常压条件下进行的，如果控制发芽条件，特别是控制发芽温度和浸泡液pH值，对改变植酸酶活性将起到重要作用[18]。因此，提高植酸酶的活性是最大程度降解植酸的关键。

以往的研究主要集中在发芽过程中活性物质和酶的产生和变化情况，如在发芽过程中γ-氨基丁酸的产生、植酸酶的合成等[28-30]，而对于矿质元素在发芽过程中变化方面的研究较少。本研究表明蚕豆发芽过程中，子叶中铁含量均在不断减少，在分生组织比较旺盛的胚根和胚芽中含量则不断增，原因是胚根和胚芽从子叶中获得一定数量的铁供其生长发育所需。有研究[31]表明，根的形成和发育与铁含量的增加有一定的关系，铁元素的缺乏会导致根形态发育不良。胚芽主要由活跃的分生细胞构成，在蚕豆形态分化中起到关键作用，胚芽中铁的增加和分生细胞的形成与其细胞壁的构成密切相关。胚芽中铁含量增加来自于子叶，至于铁是通过何种途径运输的，还有待于进一步研究。胚根和胚芽位于蚕豆形态学的两端，在发芽过程中含量都显著增加，原因是子叶中铁分别通过形态学的上端与下端运输途径，并且运输效率跟元素的种类和性质有关。

总之，在发芽蚕豆的不同部位中铁的空间分布和含量变化有联系也有区别，其中铁在子叶中含量最高，其次是胚轴，胚根和胚芽中则最低，但是随发芽时间的不断增加，其含量在不断增加(P＜0.05)，在子叶中的情况则相反。

蚕豆发芽过程中可能存在某些机制促使铁的化学价态发生改变，其中有利于人体吸收的可溶性铁和二价铁的比例都显著增加。因此，通过发芽处理可提高蚕豆中铁的生物利用度。发芽蚕豆中可溶性总铁及可溶性二价铁的比例虽然增加，但是不溶性铁仍是蚕豆的主要化学形态。因此，需要深入研究发芽蚕豆中铁化学形态改变的机理，可为提高发芽蚕豆铁的生物有效性提供理论依据。

4 结 论

发芽是减少蚕豆子叶植酸含量的一种有效方法。在蚕豆发芽过程中，铁含量以子叶为最高，其次是胚轴，而胚根和胚芽中最低。蚕豆发芽过程中可溶性铁和二价铁的比例显著增加。因此，通过发芽处理可以提高蚕豆中铁的生物有效性。

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