谷豆萌芽过程中成分变化、生物活性及应用研究进展

来吉祥， 魏少敏*， 方 云， 何聪芬， 董银卯

（1.江南大学 化学与材料工程学院，江苏 无锡 214122；2.北京工商大学 理学院，北京 100048）

南朝宋谢庄在《郊庙歌辞》中写到过：“萌动达，万品新。润无际，泽无垠”。有生命力的种子受潮吸水后，开始进行呼吸作用，经过一定时期，种胚突破种皮，露出胚根，这一过程为种子的萌发。萌发是生命发展的最初阶段，是植物生长过程中最有活力的时期[1]。萌发过程中，各种酶被激活，新的酶被合成，种子内的淀粉、蛋白质、脂肪和其它的大分子物质被分解为小分子物质，多种矿物质和维生素被释放出来。这些新产生的物质对人体有特殊的功效，已经引起人们的关注，萌芽不仅在食品工业，而且在医药、保健品和化妆品等领域中都得到了广泛应用，成为国内外研究的新热点。这些研究使人们对萌芽的生物活性有了新的认识，也为食品、药品、保健品和化妆品等的开发提供了一类有前途的原料。

1 谷豆萌芽过程中的成分变化

科学研究表明：谷物、豆类种子萌发过程中发生了生理代谢变化，各种营养成分都有很大变化，这种变化对人体营养十分有益。籽粒萌动可以使谷物和豆类中有害或抗营养物质的含量降低甚至消除，可以提高谷物和豆类中蛋白质和淀粉的消化率。种子在萌发过程中，酶、蛋白质和脂肪等物质都发生了变化，由于植物的不同，其生成和富集的具体成分也有所不同。

1.1 淀粉糖类的变化

淀粉是植物种子中贮存养分的主要形式，各类植物种子中的淀粉含量都较高。黄国平等人[2]研究发现，随着小麦种子发芽时间的增加，淀粉酶活性激增，多糖迅速被分解，生成了大量的还原糖，胚芽中含有质量分数3%～4%的还原糖。玉米种子发芽后，生理代谢活动旺盛，淀粉酶活性增强，使不溶性的大分子物质降解为易吸收的可溶性小分子物质，发芽5 d时可溶性糖含量增加了8倍[3-4]。玉米发芽过程中直链淀粉含量总体呈下降的趋势，发芽60 h后比未发芽降低了3.19%，而还原糖、可溶性糖含量逐渐增大，在发芽72 h达到最大值，分别是未发芽玉米的4.69倍和6.88倍[5]。研究还发现，裸燕麦发芽6 d后淀粉含量从原种子的63.0%降至52.8%，但是可溶性糖和还原糖质量分数则增加明显[6]，说明燕麦发芽后其营养价值增加。而且燕麦经过适度发芽可增加其淀粉的透明度，增强淀粉糊的热稳定性和冷稳定性[7]。绿豆发芽过程中还原糖质量分数随时间的延长而下降，还原糖质量分数在第1天时达到最大值0.82 g/hg，以后又逐渐减少，发芽到第7天时降至0.48 g/hg[8]。黑豆在萌动期总糖、还原糖含量显著提高，营养成分更有利于人体吸收[9]。

1.2 蛋白质氨基酸的变化

蛋白质是一切生命的物质基础，是机体细胞的重要组成部分，在细胞和生物体的生命活动过程中起着十分重要的作用。研究发现：小麦萌芽过程中，蛋白质含量先上升后下降，胚芽中含有质量分数1%～2%的氨基酸[2]。糙米发芽后蛋白质、总氨基酸、必需氨基酸、支链氨基酸、鲜味氨基酸、抗氧化氨基酸的含量增加，必需氨基酸指数提高[10]，增加的蛋白质主要是谷蛋白，发芽可以提高糙米蛋白质的生物利用率[11-14]。玉米萌芽后，蛋白酶活性增强，发芽5 d时可溶性蛋白质含量增加了3倍，超氧化物歧化酶（SOD）含量增加[3]。薛云皓等人[4]的研究也证实玉米发芽后可溶性蛋白质质量分数增加260%，其中8种必需氨基酸总和增加11%，赖氨酸增加26%，色氨酸增加106%；发芽后的玉米，可吸收的营养成分增加，生物价提高，粘度降低，口感改善，提高了玉米的营养利用率。裸燕麦发芽后游离氨基酸质量分数增加[6]，燕麦肽含量及其抗氧化和降血压活性均呈增加的趋势[15]；发芽后燕麦总蛋白含量较高，未发芽时占总干物质质量分数的（16.99±0.30）%，发芽后总蛋白质量分数达到（20.44±0.40）%，燕麦发芽后，清蛋白含量增加明显，谷蛋白变化不大，而球蛋白与醇溶蛋白含量减少，这在营养上是有利的[16]。荞麦籽粒萌发后，氨基酸更为均衡[17]，萌动过程消除了胰蛋白酶抑制剂对蛋白酶的抑制作用，从而提高了蛋白质的吸收利用率，荞麦萌动后总氨基酸质量分数为10%～20%，高于荞麦籽粒中的质量分数，且检测到的17种氨基酸质量分数随萌发时间的增加明显提高[18]。大豆芽在我国的历史已经有两千年，清脆爽口，老少皆宜。研究发现大豆发芽48 h时总游离氨基酸含量明显增加，水解氨基酸的含量略有增加但变化不明显[19]。大豆在发芽过程中，蛋白质转化为更易为人体消化吸收的游离氨基酸，使游离氨基酸含量增加，其氨基酸组成比较合理，E/N比（E代表必需氨基酸，N代表非必需氨基酸）为1∶1.08[20]。绿豆发芽后蛋白质含量增加较多，由25.01 g/hg增加至42.15 g/hg[8]。而且，绿豆在萌发过程中蛋白质转化为更易被人体吸收的游离氨基酸，萌发初期蛋白质质量分数降低，氨基酸种类增多，且氨基酸组成也比较合理，易被人体吸收，大大提高了其营养价值[21]。研究发现黑豆在萌动期蛋白质、氨基酸质量分数显著提高，营养成分更有利于人体吸收[9]。黑豆发芽过程中，蛋白质、必需氨基酸和非必需氨基酸的质量分数增加显著，尤其是天冬氨酸 （Asp）和蛋氨酸（Met）质量分数增加显著，但赖氨酸（Lys）质量分数显著下降；内源蛋白酶活力先增加后降低；蛋白质平均相对分子质量显著下降[22]。

1.3 脂肪的变化

植物种子中的脂肪是主要的储能物质，在发芽过程中常常被消耗。小麦发芽过程中，脂肪含量呈线形下降趋势，胚芽中含有质量分数2%～3%的类脂[2]。徐托明等人[6]研究发现裸燕麦发芽后其中总氮质量分数和脂肪质量分数变化不明显，分别下降了0.2%和0.1%。发芽苦荞中含有大量的不饱和脂肪酸[23]。大豆发芽后粗脂肪质量分数降低[20]。绿豆发芽过程中脂肪质量分数随时间的延长而下降，脂肪质量分数在7 d内下降27.78%[8]。可能是绿豆发芽过程中，消耗脂肪作能源或将脂肪降解为小分子物质，导致脂肪质量分数减少。

1.4 γ-氨基丁酸的变化

γ-氨基丁酸（GABA）是脑组织中重要的神经递质，存在于多种谷物萌芽中，具有多种生理功能。罗曦等人[24]研究了稻谷和糙米萌发后不同部位γ-氨基丁酸 （GABA）的累积速率和累积量，各部位GABA质量分数依次为：胚芽＞糙米＞精米，颖壳最低；萌发活化后GABA质量分数累积呈现糙米大于稻谷；胚芽中GABA质量分数粳稻高于籼稻。大豆发芽后γ-氨基丁酸质量分数明显提高，其中，发芽48 h的大豆中γ-氨基丁酸的质量分数是干大豆的700%[19]。翟玮玮等人[22]研究发现，黑豆发芽过程中γ-氨基丁酸质量分数显著增加，质量分数可达94.4 mg/hg。申迎宾等人[25-26]以豇豆为原料，利用发芽过程积累γ-氨基丁酸，研究发现：在浸泡温度34℃，浸泡时间25 h，发芽温度33℃和发芽时间24 h的条件下，豇豆中γ-氨基丁酸的质量分数达到203.53 mg/hg，是未发芽豇豆中γ-氨基丁酸的7.48倍，大大富集了γ-氨基丁酸。

1.5 黄酮类化合物的变化

黄酮类化合物是植物体内一种重要的活性成分，具有多种生理活性。燕麦发芽过程中，酚类物质的质量分数明显提高，且芽和根中总酚的相对质量分数高于籽粒[27]，其中芦丁和表儿茶素的质量分数明显高于苦荞籽粒[28]。发芽苦荞中含有更为丰富的黄酮类物质[17]，其质量分数随萌发天数逐渐增加，在第6天达到最大，与籽粒相比增加了70.08%[28]。苦荞发芽过程中，总黄酮质量分数在3～9 d范围内增加幅度较大，其中子叶中最高，其次是胚轴，胚根中质量分数最低[29-30]。大豆异黄酮是存在于大豆中的一种功能性成分，对植物、动物，特别是人，能起到重要的作用[31]。大豆发芽后大豆异黄酮含量明显提高，发芽48 h的大豆中大豆异黄酮的含量是干大豆的191.2%[19]。研究发现：大豆发芽后，其苷元含量呈现上升趋势，在96 h时，达到最大，且比未发芽的大豆质量分数提高512.9%；水解后总异黄酮的质量分数也呈上升趋势，在96 h时也达到最大值，比未发芽大豆总异黄酮的质量分数提高21.0%，糖苷的含量降低了31.7%。大豆发芽过程中总异黄酮的质量分数和苷元的质量分数都有提高，而糖苷的质量分数有所降低，说明此过程中开始了苷元的合成代谢，同时部分糖苷发生了转化代谢[31]。绿豆发芽过程中异黄酮质量分数在第4天时达到最大值0.78 g/hg，以后略有下降[8]。黑豆在萌动期异黄酮和皂甙的含量显著提高，是一种公认的药食同源芽苗蔬菜[9]。孙肖青等人[32]利用黑豆萌芽过程中内源性的β-葡萄糖苷酶，将以糖苷形式自然存在的大豆异黄酮转化为高活性的游离异黄酮苷元，方法简单、可行，降低了生产成本，增强了抗氧化活性，为开发高活性的黑豆功能性保健品提供了有效的依据。近年来的研究表明，异黄酮苷元比异黄酮葡糖苷更容易被人体吸收，抗氧化能力也较大，即异黄酮苷元比其葡糖苷具有更高的生物利用率。

1.6 矿物质和维生素的变化

谷豆萌芽中含有丰富的矿物质和维生素，使其膳食营养大大提高。玉米发芽后矿物质和维生素质量分数升高[3]。小麦发芽过程中，其微量元素铁、锌、硒、钙等含量增加，比小麦种子本身营养物质更为丰富，应用在食品中可以提高营养价值[2]。薛云皓等人[4]的研究发现玉米发芽后，钙含量增加115倍，磷质量分数增加4 115%，发芽3 d时，核黄素增加10倍多，抗坏血酸从未检出增加到24 125%。发芽苦荞中的VB1、VB6、VC、矿物质等营养成分含量明显提高[33]。 发芽使大豆中 Fe、Cu、Mn、Zn、K、Na 等微量元素质量分数略有降低，而游离微量元素质量分数（除Na外）均有所增加，维生素C质量分数增长幅度最大。绿豆发芽过程中维生素A和维生素C的质量分数增加最多，维生素A质量分数在7 d内增幅92.42%，维生素C质量分数则由0增加至9.66 mg/hg，原绿豆中的胀气因子、胰蛋白酶抑制素等有害物质在发芽的过程中几乎被完全除去，在酶的作用下植酸被降解，生成更多的磷、钙、铁等矿物质[8]。李瑞国等人[21]也发现绿豆中维生素C的质量分数很少，萌发后维生素C大幅增加。黑豆在萌动期矿物质元素和维生素C质量分数显著提高，营养成分更有利于人体吸收[9]。

2 谷豆萌芽的生物活性

玉米、大豆、糙米等谷物经适当发芽处理后，营养成分均有所改善，营养价值明显提高。发芽过程中一些功能因子的增加，如发芽大豆中的异黄酮，发芽糙米中的γ-氨基丁酸（GABA）等，使其保健功能明显增强。李时珍在《本草纲目》中记载：“谷芽能快脾开胃，下气和中，消食化积”，可见谷物萌芽具有很好的生理活性。

2.1 抑菌抗炎

周小理等人[34]研究了苦荞芽提取物的抑菌活性，结果发现，苦荞芽提取物对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌和沙门氏菌均具有抑制效果，其中对沙门氏菌的抑菌效果最为显著。胡一冰等人[35]研究了苦荞芽提取物的镇痛抗炎作用，采用热板法观察苦荞芽提取物对小鼠的镇痛作用，用二甲苯致小鼠耳肿胀模型，观察苦荞芽提取物对小鼠的抗炎作用，结果表明：苦荞芽提取物能延长小鼠舔后足潜伏期，对二甲苯所致小鼠耳肿胀有明显抑制作用，与生理盐水组比较，具有差异性 （P＜0.01，P＜0.05），证明苦荞芽提取物具有镇痛抗炎作用。

2.2 抗癌

日本科学家发现，豆芽菜（黄豆、绿豆、赤豆、蚕豆、花生等植物种子所发的嫩芽）生长发育时从胚体中抽芽长叶后形成的叶绿素，进行光合作用，病毒不能在这样的叶绿素中繁殖。因此，豆芽中的叶绿素能防治直肠癌及其它一些癌症，减少癌症发生[36]。大豆异黄酮在恶性肿瘤的孕育中可有效地阻滞新血管的生成，切断恶性肿瘤的营养供应，从而延缓或阻止肿瘤变成癌症[3]。

2.3 降低及消除抑郁

γ-氨基丁酸（GABA）是脑组织中最重要的神经递质之一，其作用是降低神经元活性，防止神经细胞过热，作用于脊髓的血管运动中枢，能有效促进血管扩张。另外，GABA可以提高葡萄糖磷酸酯酶的活力，使脑细胞活动旺盛，促进脑组织的新陈代谢和恢复脑细胞功能，改善神经机能。因此，GABA作为活性因子，具有降低血压，消除抑郁，增强脑功能和长期记忆能力，以及利尿、健肾、强肝等生理功能[3]。稻谷和糙米发芽后，GABA含量显著增加，功效增强。

2.4 抗氧化及延缓衰老

发芽糙米中含有丰富的抗脂质氧化物质，如阿魏酸、植酸、谷维素、三烯生育酚等。日本学者用老鼠所作的实验结果证实：发芽糙米中所含的抗活性氧植酸、阿魏酸等可以抑制黑色素的产生，使皮肤保持白净，并能促进皮肤的新陈代谢，防止皮肤氧化、损伤、衰老，预防动脉硬化、内脏功能障碍和癌症等[37]，发芽糙米也因此被称作“可吃的化妆品”。黑豆胚芽含有丰富的维生素，其中E族和B族维生素含量最高，维生素E的质量分数比肉类高5～7倍。众所周知，维生素E是一种相当重要的保持青春健美的物质，我国古人虽不知道黑豆中含有较多的维生素E，却从实践中得知它是一种美容食品，如古代药典上曾记载黑豆具有驻颜、明目、乌发等功能。

发芽糙米具有抗氧化、抗肿瘤、延缓衰老等保健功能，发芽后抗氧化活性显著增强[38]，还具有增强免疫力、降胆固醇、降血脂、降血糖等功能[39-40]。绿豆萌芽中的酚类物质具有抗氧化、清除自由基、抑制肿瘤、抗诱变、改善毛细血管通透性和人体微循环等多种药理作用[41]。燕麦萌芽中的酚类物质对DPPH自由基具有较强的清除能力，对亚硝酸盐也有一定的清除作用，发芽在一定程度上提高了燕麦的抗氧化活性[42]。SOD是生物防御氧化损伤的重要金属酶类，主要功能是清除体内的超氧自由基，对延缓衰老、抑制肿瘤、清除炎症、抗辐射等功效显著[3]，玉米萌发后SOD质量分数显著增加。人们已经认识到了玉米胚芽的保健功效，目前市场上已经有玉米胚芽油出售。黑豆胚芽中含有丰富的维生素E，是一种抗氧化剂，能清除体内自由基，减少皮肤皱纹，保持青春健美。现在医学研究证明，黑豆胚芽中的多肽能使小鼠胸腺指数和脾脏指数升高，血清和肝脏丙二醛质量分数明显下降，显著提高谷胱甘肽过氧化物酶活力，并且使肝组织中脂褐质质量分数明显下降，说明黑豆胚芽中的多肽能显著提高亚急性衰老小鼠的抗氧化能力，具有一定延缓衰老的作用。

大豆异黄酮具有雌激素活性，能降低破骨细胞活力，防止钙从骨骼中游离出来，避免骨质疏松症的发生。大豆异黄酮还能缓解妇女更年期综合症，具有抗氧化、抗溶血、预防心血管疾病等作用。作为植物雌激素，大豆异黄酮可以提高动物的免疫能力，改善动物体内的生理过程和繁殖能力[3]。黑豆胚芽中基本不含胆固醇，只含植物固醇，而植物固醇不被人体吸收利用，又有抑制人体吸收胆固醇、降低胆固醇在血液中含量的作用。因此，常食黑豆芽，能软化血管，滋润皮肤，延缓衰老，特别是对高血压、心脏病等患者有益。

3 谷豆萌芽的开发应用进展

萌发是植物生长过程中最有活力的阶段，萌发能使种子中的大分子物质转化为更易被人体吸收的小分子物质，世界各个国家已经开始注意到种子萌发过程中生物活性酶和自身的物质变化，意识到植物萌芽比植物种子本身营养价值更高，开始重视对种子萌芽的开发和利用。

根据市场调查，目前谷豆萌芽主要应用于食品、保健品中，在药品和化妆品中已经开始得到重视，主要谷豆萌芽应用现状见表1。

3.1 食品

萌芽在食品中的应用历史悠久，最常见的就是芽菜。我国劳动人民在长期的生产实践中，认识到一些植物种子的嫩芽以及植物幼嫩的部位可以食用，并将这一类食品冠以“芽”、“尖”等名字，以表示其营养丰富、口感清脆。在我国，早在两千多年前的秦汉时期就发明了豆芽菜的生产技术，并由我国传到日本、韩国等周边国家。芽菜由于其风味独特，营养丰富，深受广大消费者的喜爱，在韩国、日本也深受欢迎。目前已开发上市的芽菜品种有15科40余种，并还在不断发展与扩大。在对发芽后的谷类、豆类植物种子进行分析研究的基础上，各国已开发研制出许多大众化食品，如婴儿断奶食品、谷芽饮料、谷芽牛奶等。黄国平等人[2]对萌动食品营养成分进行分析，制备成婴儿断奶食品和儿童营养食品，主要营养成分与牛奶极其相似。近年，日本开发出发芽糙米，并已产业化、商品化[43]。玉米胚芽可添加到饼干等风味食品中，玉米胚芽油由于其独特的清香和显著的保健功效，已经风靡全球。一些萌芽具有抗氧化活性，将其添加应用于食品中，能够预防人体退行性疾病[44-45]。

表1 常见谷物萌芽产品市场应用现状Table 1 Market research on products of the plant germination

3.2 保健品

所谓的“芽”，代表着活力和新生命，萌芽对生活压力巨大的现代人有一定的保健作用，例如姜芽、豆芽、胚芽米等等。可能有的人不习惯鲜姜的生辣而不喜欢吃姜，姜芽清脆鲜嫩，可以代替生姜，经常食用可以温肺暖胃，有驱风散寒的特殊保健疗效。大豆类制品营养价值丰富，但容易引起消化不良，可多食黄豆芽来代替，有助于减少体内酸性物质的堆积，排出有害物质，消除疲劳。豆芽富含叶绿素，可迅速溶入血红细胞，分解人体内有害的亚硝酸胺 （亚硝酸盐的堆积易造成癌症），抑制细菌增殖，有助体内毒素排出。国内外大量的研究表明，多食豆芽能够预防直肠癌等多种消化道疾病。胚芽米可以增强体质，并且其丰富的维生素对强化智力神经有神奇的作用，同时含有可溶性植物纤维，可促进肠道蠕动，加快毒素排出，预防高血压、糖尿病、动脉硬化、便秘等疾病[37]。

3.3 药品

李时珍在《本草纲目》中对绿豆芽有过这样记载：惟此豆芽白美独异，食后清心养身，具有“解酒毒、热毒，利三焦”之功效。黑豆胚芽又称“大豆卷”，是将黑大豆发芽至5～6 cm时，晒干或烘培而成，具有很高的药用价值，有补肾、利尿、消肿、滋阴壮阳等功效，《史书》中记载其具有“解表和中、利湿祛暑”的作用，现代医学证实，黑豆萌芽能够降血脂、软化血管、活血利水、清热消肿、补肝明目[32]。目前市场上的大豆异黄酮片，是以精选的大豆胚芽作为原料的提取物，生物活性更高，更容易被身体吸收利用。市场上还有各种各样的小麦胚芽油，富含维生素、蛋白质，还有亚麻酸、亚油酸等多种不饱和脂肪酸，能够避免细胞、血管等受到自由基的伤害，还能够改善皮肤色素沉积和干燥。

3.4 化妆品

人们已经认识到萌芽具有一些特殊的功效，开始探索将其应用于化妆品领域。目前市场上萌芽类的化妆品还很少，主要是添加了小麦胚芽油和玉米胚芽油等谷物类胚芽提取物，其它萌芽应用的很少，其发展和应用潜力巨大。作者对黑豆萌芽进行了系统研究，发现其具有优异的美容功效[46]：黑豆萌芽水提液可以清除DPPH自由基和抑制酪氨酸酶活性，具有抗氧化和美白功效；如果纤维细胞先与黑豆萌芽提取物孵育，再与H2O2反应，则能够显著抵御H2O2引起的细胞损伤（P＜0.05）。红细胞溶血实验，鸡胚绒毛尿囊膜实验和人体皮肤斑贴实验的结果证明，黑豆萌芽水提液安全无刺激。相比种子，黑豆萌芽中含有更多的美容营养活性物质，而且天然、安全、绿色、环保，可以作为益肤添加剂应用在绿色化妆品、婴幼儿护理产品、敏感肌肤产品等化妆品中。

4 展望

谷豆萌芽提取物有着丰富的营养价值，具有食用、保健、药用或美容功效，其营养价值高于谷物和豆类的种子，有着广阔的市场前景。萌芽在培养过程中也有着无可比拟的优势，萌芽是通过温度和湿度控制等手段生长而成，期间不施用农药、化肥，属于无毒、无污染、无公害的纯天然绿色食品，且生长快，周期短，易于实现工厂化生产，符合“绿色、环保、安全、追求功效”的发展趋势。萌芽种子提取物作为食品、保健品和化妆品的添加剂将会更加天然、绿色、环保、低碳、高效。在 追求“天然、安全、健康、美丽”的今天，植物种子萌芽提取物一定会有更大的市场空间和美好的发展前景。

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