微波处理对绿豆萌发及豆芽品质的影响

赵萌萌，李阳博，张 茜

（1. 兰州交通大学化学与生物工程学院，甘肃省极端环境微生物资源与工程重点实验室，甘肃兰州730070；2. 中国农科院兰州畜牧与兽药研究所，甘肃 兰州730070）

绿豆是深受人们喜爱的传统豆类，由绿豆萌发而来的绿豆芽营养价值更高[1]。但是，某些商家为了提高绿豆芽的萌发率，防止其腐烂变质，在绿豆芽的制作过程中添加一些化学试剂，如尿素、亚硝酸盐等。这一措施虽然在一定程度上提高了绿豆的萌发率，但对绿豆芽的营养价值有较大影响，同时化学试剂残留也严重危害到食品安全。近年来，一种安全无害的物理方法——微波处理，在食品科学、生命科学领域得到广泛应用。种子经过微波处理，其活力、萌发率、幼苗生长速率及种子的抗逆能力等指标都显著提高[2-6]。

试验采用微波法处理绿豆，测定种子的发芽指数、活力指数、萌发率，以及蛋白质、Vc、总黄酮和氨基酸等营养成分的含量变化，以研究微波处理对绿豆萌发的影响，为绿豆芽的安全生产提供新途径。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试绿豆购于北京华联超市，选取大小均一、饱满、无生理缺陷的绿豆为试验材料。试验试剂有内标物SAR 和17种氨基酸混合标样以及衍生剂OPA 和FMOC（购自Agilent 公司），还有一些其他常规试剂。

试验主要设备有1100 型高效液相色谱仪（含脱气机、四元梯度泵、自动进样器进样、柱温箱、DAD 检测器，Agilent 公司）、722 型分光光度计（上海天普分析仪器有限公司）、MM 823LA6-NS 型微波炉（功率116 W，美的集团）、离心机（ICE 公司）、恒温水浴锅（北京长安科学仪器厂）、恒温培养箱（常州华冠仪器制造有限公司）、BP211D 型分析天平（Sartorius 公司）。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计 将供试绿豆放入70%酒精溶液中浸泡除菌15 min，经无菌水洗涤5～6 次，放入盛有500 m L 无菌水的锥形瓶中，于25℃下恒温水浴浸泡6 h。微波频率为915 MHz，以10 s 为间隔在0～50 s 之间设计6个处理，以微波处理0 s 为对照，每个处理设3个平行对照，重复3 次[7-8]。将经过微波处理的绿豆样品放入25℃恒温培养箱中培养，每24 h 加入无菌水20 m L。

1.2.2 测定指标及方法 （1）发芽率、发芽指数和活力指数测定。以5 d 为一个周期，观察绿豆萌发情况，以胚轴突破种皮1 mm 为发芽标准，同时测定胚轴长度，并计算发芽率（G）、发芽指数（GI）、活力指数（VI）[9-10]。计算公式如下：发芽率=正常发芽种子数/种子总数；发芽指数=发芽种子数/发芽天数；活力指数=发芽指数×胚轴总长。（2）营养成分含量测定。总黄酮含量测定：利用黄酮类物质与显色剂NaNO2-Al（NO3）3生成红色铝螯合物在510 nm 波长处的吸光度峰值为标志物进行测定[11-12]。采用蒽酮法测定豆芽中的糖含量[13]，采用3,5-二硝基水杨酸法测定总淀粉酶活力[14-15]，采用2,4-二硝基苯肼法测定Vc 含量[16-17]，采用考马斯亮蓝G-250 法测定蛋白质含量[18]，参考凌猛等[19]、Hemalatha 等[20]的方法测定蛋白酶活力，参考魏京广等[21]的RP-HPLC 法测定氨基酸含量。

2 结果与分析

2.1 微波处理对绿豆萌发情况的影响

2.1.1 萌发率 由表1 可知，在25℃恒温培养12 h时，微波处理20～30 s 的绿豆萌发率均达95.00%以上，发芽指数均超过19.00，活力指数超过27.00；其次为微波处理10 s 的绿豆，萌发率、发芽指数和活力指数分别为86.75%、17.35 和23.46；而其他处理绿豆的萌发率均在80.00%以下，发芽指数均低于16.00，活力指数不超过22.30。其中，尤以30 s 的处理，促萌发效果最好。

表1 各处理绿豆萌发情况比较

2.1.2 胚轴长度 从图1 中可以看出，微波处理10～40 s 后，绿豆芽的胚轴长度显著长于对照，培养第5 天微波处理30 s 的绿豆胚轴长度达39.23 mm，比对照组的长9.9 mm。而微波处理50 s，其效果与对照差异不大。

图1 各处理绿豆芽胚轴长度随萌发时间的变化

2.1.3 重量 从图2 中可以看出，绿豆芽的质量随萌发时间的延长显著增加，除50 s 微波处理以外，其他试验组的豆芽质量都重于CK 组。其中，尤以30 s 微波处理的绿豆芽重量最重，其重量增加的速度及增加量也最大。

综上所述，短时间的微波处理对绿豆种子的萌发确有促进作用，而微波处理时间不宜过长，否则对绿豆萌发有抑制作用。

2.2 微波处理对绿豆芽营养成分含量的影响

2.2.1 可溶性糖含量 从图3 中可以看出，可溶性糖含量随着萌发时间的延长而逐渐减少，这是由于绿豆萌发时是依靠消耗糖类来提供能量。总体而言，萌发第3 天和第4 天，绿豆芽的糖消耗速度最快。各处理中以微波处理30 s 的糖消耗最快，这是因为该处理绿豆的生长量最大、萌发速度最快导致的。这表明，适当的微波处理对绿豆中糖类物质的分解有促进作用。

图3 各处理绿豆芽可溶性糖含量随萌发时间的变化

2.2.2 总淀粉酶活力 从图4 中可以看出，各处理绿豆芽总淀粉酶活力随萌发时间的延长而呈现递增的趋势。除50 s 微波处理外，各试验组的淀粉酶活力均较对照组高。淀粉酶活力高可以使黄豆中更多的淀粉被降解为单糖，有利于营养物质的吸收。这从另一角度也证实了图3 中糖含量变化的情况。

图4 各处理绿豆芽淀粉酶活力随萌发时间的变化

2.2.3 蛋白质含量 由图5 可知，各处理绿豆芽中的蛋白质含量在测定的5 d 内呈现下降趋势。这可能是因为微波处理刺激了种子中蛋白酶的活性，促进蛋白质分解为氨基酸，故蛋白质含量下降。由此可见，微波同样具有促进蛋白质降解的功效。

2.2.4 蛋白酶活力 蛋白酶的活力测定结果表明（图6），30 s 微波处理绿豆芽中的蛋白酶活力显著提高，酶活力最高可达62.2 U/mg，有效促进了蛋白质的降解。萌发后期，蛋白酶的活力有所下降，说明从萌发第3 天开始，蛋白质的降解速率开始减缓，豆芽的生长进入后期。

图5 各处理绿豆芽蛋白质含量随萌发时间的变化

图6 各处理绿豆芽蛋白酶活力随萌发时间的变化

2.2.5 Vc 含量 绿豆在未萌发时，Vc 含量均不高，但在其萌发的过程中，参与Vc 代谢的某些酶大量产生和激活，Vc 合成量显著增加。由图7 可知，微波处理可以进一步提高酶的活力，促进Vc 的合成，其中尤以30 s 微波处理的效果最佳，最大Vc 含量达200 μg/g。

图7 各处理绿豆芽Vc 含量随萌发时间的变化

图8 各处理绿豆芽黄酮含量随萌发时间的变化

2.2.6 黄酮含量 黄酮类化合物是一种高生物活性成分，具有抗癌、提高免疫力、平衡内分泌、调节心血管等多种重要生理功能。从图8 中可以看出，豆芽萌发过程中黄酮的含量呈先增后减的趋势，含最大量可达395.6 μg/g。各处理中以30 s 微波处理的绿豆芽黄酮含量始终保持最高。这可能是因为微波处理刺激了黄酮生物合成过程中的关键酶活性，从而促进了黄酮类物质的合成。

2.2.7 氨基酸组成 从表2 中可以看出，微波处理20 s 和30 s，绿豆芽中含有蛋白标准品中的全部17种氨基酸，而对照处理的绿豆芽中没有必需氨基酸之一——苏氨酸，也没有精氨酸和天冬氨酸。其中，30 s微波处理的绿豆芽中第一限制氨基酸——赖氨酸的含量为11.063 mg/g（干重），占总氨基酸含量的11.31%，为各处理中最高，氨基酸总含量达到97.828 mg/g，必需氨基酸含量43.113 mg/g，占氨基酸总量的44.07%。这一结果最接近于WHO 规定的E/（E+N）=40%（E:essential;N:normal）的参考蛋白模式[22]。值得注意的是，凡经过微波处理后萌发的样品，其赖氨酸含量均明显增加。

表2 各处理绿豆芽基本氨基酸含量的比较 （μg/g）

续表2

3 结 论

微波生物学作用的物理基础是加热效应，介质吸收电场能量转变为生物分子的动能，使组织温升。种子中的水分子、蛋白分子和其他生物大分子都可以看做是介质中的偶极子，偶极子接受动能而与周围其他粒子和分子发生碰撞，因而做功、产热。该作用可能会将细胞的细胞壁和质膜击穿，提高细胞膜和细胞壁的穿透性，促进细胞内外物质的交换以及新陈代谢[23-24]。研究证实：以适当剂量的微波对绿豆种子进行处理，出现明显促生长效应。种子萌发相关的各项指标均有明显提高。其原因应归于微波热效应，使种子细胞壁和细胞膜的通透性出现可逆性的变化，使种子萌发过程中的多种关键酶的活性得到广泛激发。

利用实验室常用的微波方法处理豆类植物种子，能显著提高种子的萌发率以及萌发后芽类食品的营养品质，如果将此方法在生产中进行推广，无疑是一种简便、环保、实用、经济、高效的方法。从萌发相关的各项指标、处理时间、营养价值以及简便实用等多方面综合考虑，建议以915 MHz 微波处理30 s，培养周期3 d 为最佳工艺。

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