发芽对青稞的营养成分和抗氧化活性的影响

(成都师范学院化学与生命科学学院,四川成都 611130)

青稞(HordeumvulgareLinn.var. nudum Hook. f.),又称裸大麦,属于禾本科植物,一般生长在海拔4200～4500 m的高原地区[1],主要分布在我国的西藏、青海、四川甘孜州等地区。与其他谷物类食品相比,青稞有高的蛋白质和氨基酸含量,丰富的膳食纤维和B族维生素,以及钙、磷、铁等微量元素[2]。并且青稞因富含β-葡聚糖而具有调节人体血糖和血脂的作用,从而起到预防糖尿病和心血管病等慢性疾病的作用。目前的研究表明[3-4],长期食用青稞类的谷物将产生降胆固醇、抑制瘤生长、预防冠心病和糖尿病等健康益处。

随着全谷类食物在人类膳食结构中的重要性被逐渐认识,青稞因其独特的营养成分和保健功能而受到了国内外食品行业的关注,被认为是今后一定时期内新型食品开发的热点[5]。研究表明随着谷物发芽,其营养和化学成分会随之改变。发芽过程意味着一系列复杂的生化和理化反应,其能够引起谷物化学成分和形态的变化[6]。发芽是蛋白质、维生素和矿物质以及维护健康的营养物质的良好来源,如酚类化合物和含硒成分[7]。此外,大量资料也显示种子发芽是天然提高食品营养价值和健康品质的加工方法之一[8]。目前,发芽作为一种简便、快捷、安全提高谷物营养价值和抗氧化活性的方法已被广泛应用于薏米[9]、小麦[10]、黄豆[11]等食品中。如果能通过发芽改善青稞的营养价值和植物化学成分,使其加工成具有一定功能价值的食品,必将能拓展青稞的应用市场。本实验旨在通过对发芽前后青稞的基础营养成、总酚、总黄酮及体外抗氧化活性进行评价来分析发芽对青稞营养和功能特性的影响,以期为青稞的加工应用及相关功能食品的开发提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

青稞 购置于本地市场；2,2-二苯基-1-三硝基苯肼(DPPH)、没食子酸、抗坏血酸、芦丁、直链淀粉(土豆来源)标准品(纯度≥99%) 均购置于上海源叶生物科技有限公司;其他试剂 均为分析纯。

TD-5M离心机 四川蜀科仪器有限公司;JP-500B-8万能粉碎机 永康市久品工贸有限公司;K9860型全自动凯氏定氮仪 河南九和共创仪器有限公司;SOX406脂肪测定仪 山东海能科学仪器有限公司;HWL-10MC马弗炉 山东华威炉业有限公司;SpectraMax i3x酶标仪 美国Molecular Devices公司;Alpha-1860Plus紫外可见分光光度计 上海谱元仪器有限公司;ME204电子天平 美国梅特勒-托利多公司。

1.2 实验方法

1.2.1 发芽青稞粉制备 根据Vale等[12]早前的研究方法来进行青稞发芽实验。称取300.0 g青稞种子用5% NaCl溶液清洗,然后用清水浸泡18 h后,将青稞置于20 ℃的恒温培养箱中黑暗培养72 h,紧接着将发好芽的青稞置于-80 ℃冷冻4 h后置于冷冻干燥机中干燥30 h。用粉碎机将干燥好的青稞芽磨粉,并过80目筛子。所得青稞粉置于真空塑料袋中在-20 ℃下贮存备用。

1.2.2 基础营养成分测定 样品中蛋白质含量按照GB/T 5009.5-2016 《食品中蛋白质的测定》中的凯氏定氮法进行测定[13];样品中脂肪含量按照GB/T 5009.6-2016《食品中脂肪的测定》中的索氏抽提法进行测定[14];样品中灰分含量按照GB/T 5009.4-2016《准食品中灰分的测定》中的灼烧法进行测定[15]。

1.2.3 直链淀粉测定 采用双波长法测定青稞中的直链淀粉含量[16]。称取0.100 g直链淀粉标准品溶于10 mL 0.5 mol/L KOH溶液,在80 ℃水浴中溶解后用蒸馏水定容至100 mL,得到直链淀粉标注贮备液(1 mg/L)。标准曲线制备:分别取标准贮备液0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2 mL于50 mL容量瓶中并加入30 mL蒸馏水后,用0.1 mol/L HCl调pH至3.0,加入碘试剂0.5 mL,用蒸馏水定容得到浓度为0、4、8、12、16、2、24 μg/mL的标准溶液。以加入0.1 mol/L HCl和碘试剂的水溶液作为空白对照。用紫外可见分光光度计分别在波长λ1=630 nm和λ2=480 nm下测定吸光度值。实验所得标准曲线为y=0.012x+0.0116(R2=0.996)。称取1.00 g样品于抽提杯中并加入30 mL乙醚,在脂肪测定仪中脱脂3 h后,再加入85%乙醇进行脱糖3 h。将进行脱脂和脱糖后的粉末放入98 ℃恒温干燥箱中干燥至恒重。取0.100 g干燥后的青稞粉末溶于10 mL 0.5 mol/L的KOH溶液,在80 ℃水浴中溶解后用蒸馏水定容至50 mL,混匀后吸取2.5 mL混合液,用与标品相同的处理方式处理后对其吸光度进行测定。

1.2.4 样品提取液制备 称取2.0 g青稞粉于50 mL离心管中,加入20 mL 80%乙醇涡旋30 s后超声提取30 min,在4500 r/min条件下离心15 min 然后取上清液过0.45 μm的滤膜得到滤液,将滤液贮存备用。

1.2.5 总酚含量测定 通过Singleton等[17]的Folin-Ciocalteu比色法并略作修改来确定三种青稞的总酚含量。取25 μL样品与125 μL质量分数为10%的福林酚试剂加入96孔板中静置8～10 min后,加入125 μL质量分数为7.5%的Na2CO3溶液,避光反应30 min后在波长为765 nm处测定其吸光度。实验以没食子酸为标准品来计算青稞中的总酚含量,其标准曲线的线性范围为0～0.30 mg/mL,标准曲线为y=0.007x+0.112(R2=0.998)。结果表示为没食子酸当量(mg GAE/g)。

1.2.6 总黄酮含量测定 参考袁旭等[18]的研究方法测定青稞中总黄酮含量。取50 μL样品提取液于96孔板中加入20 μL 0.5 mol/L NaNO3溶液后孵育5 min后,再加入20 μL 0.3 mol/L AlCl3·6H2O溶液静置6 min,最后加入200 μL 0.5 mol/min NaOH溶液混合均匀后,于波长500 nm处测定其吸光度。以芦丁为标准品来计算样品中的总黄酮含量,其标准曲线的线性范围为0～0.5 mg/mL,标准曲线为y=1.475x+0.0450(R2=0.998)。结果表示为芦丁当量(mg RE/g)。

其中:Aa表示DPPH和甲醇混合溶液的吸光度;As表示DPPH和样品混合溶液的吸光度,Ab表示甲醇和样品混合溶液的吸光度。

表1 发芽青稞的基础营养成分分析Table 1 Basic nutrient composition analysis of barley

注:*表示显著差异性(P<0.05)。

1.2.8 铁离子还原能力(Ferric reducing antioxidant power,FRAP) 根据Yingbin Shen等[20]的方法略作修改来进行铁还原氧化能力测定。新鲜制备的FRAP试剂(2.5 mL 10 mmol溶解于40 mL HCl溶液中的TPTZ溶液,2.5 mL 20 mmol/L的FeCl3溶液和25 mL 0.1 mol/L pH=3.6的乙酸缓冲液)在37 ℃下孵育10 min。然后,取0.05 mL青稞提取液与2 mL FRAP试剂于10 mL容量瓶中,并用蒸馏水定容后,在室温下孵育20 min。使用UV分光光度计在波长593 nm测定其吸光度。取2 mL FRAP试剂用蒸馏水定容至10 mL,并以此为空白。实验以VC作为标品,其线性范围为0～1000 μmol/L,标准曲线为y=0.0007x+0.0651(R2=0.999)。结果表示为微摩尔抗坏血酸当量(μmol VC/g)。

1.3 数据处理

所有实验均重复三次,其结果表示为平均值±标准差。用IBM SPSS 22.0软件进行独立样本t检验,显著性水平为0.05。采用Origin Pro 2017软件进行制图。

2 结果与分析

2.1 发芽青稞基础营养成分的变化

由表1可知,发芽后青稞的蛋白质、灰分含量显著增加,脂肪、直链淀粉含量显著降低。与发芽前的青稞相比,发芽后青稞蛋白质含量增加了23.4%。发芽后更高的蛋白质含量可能是由于发芽后青稞的整体组成成分发生改变引起的[21]。发芽后青稞灰分含量比未发芽的青稞灰分含量增加了31.5%,造成这种差异的可能原因是发芽过程中青稞中可溶固形物的减少和干物质的损失[21]。

与未发芽青稞相比,发芽后青稞的脂肪和直链淀粉含量分别减少为未发芽青稞种子的19.2%和13.8%。发芽青稞脂肪含量的减少可归因于脂质的水解,即发芽过程中青稞通过脂质水解来为其发生的生物、物理和化学变化提供能量,从而促进青稞芽的生长。而发芽后直链淀粉含量的减少可能是由于种子萌发期间呼吸代谢中的淀粉酶活性增强,促进淀粉水解为单糖来为青稞萌发提供能量。Fengfeng Wu等[22]也研究报道了糙米在发芽过程中其直链淀粉含量的降低。

2.2 发芽青稞总酚和总黄酮含量的变化

如表2所示,发芽前后青稞的总酚含量存在显著差异(P<0.05),发芽后青稞的总酚含量比发芽前增加了85.0%。与未发芽青稞相比,发芽后更高的总酚含量可能是由于青稞萌发过程中酶水解引起了酚类化合物的生物合成。这与早前Alvarez-Jubete等[23]所报道的发芽能显著提高小麦中的总酚含量的结果相一致。

由表2可知,发芽前后青稞的总黄酮含量存在显著差异(P<0.05),发芽后的总黄酮含量比发芽前的增加了101.7%。这可能是因为发芽过程中青稞在各种酶的催化作用下进行了生物合成与转化从而形成了新的次级代谢产所致。

表2 青稞的总酚、总黄酮以及抗氧活性分析Table 2 Analysis of total phenolics,total flavonoids and antioxidant activity of highland barley

注:*表示显著差异性(P<0.05)。

2.3 发芽青稞抗氧化活性的变化

图1 发芽前后青稞在不同浓度下的DPPH自由基的清除率Fig.1 DPPH free radical scavenging rate of highland barley before and after germination

表3 总酚、总黄酮与DPPH、FRAP的相关性分析Table 3 Correlation analysis between total phenolics,total flavonoids and DPPH,FRAP

注:TPC-FRAP和TPC-DPPH分别表示总酚含量与铁离子还原能力和自由基清除率的相关性,TFC-FRAP和TFC-DPPH分别表示总黄酮含量与铁离子还原能力和自由基清除率的相关性;*表示相关性显著(P<0.05),**表示相关性极显著(P<0.01)。

2.3.2 铁离子还原能力的变化 由图2可知,发芽后不同浓度青稞的FRAP值范围为0.33～1.13 μmol VC/g,比未发芽青稞的FRAP值(0.22～0.86 μmol VC/g)增加了25.42%～50.00%,说明发芽后的青稞具有更强的铁离子还原能力。萌发后青稞铁离子还原能力的增强可能是由于发芽青稞中生物活性物质含量增加所导致的青稞中酚类含量增加引起的。据研究资料显示,铁离子还原能力与总酚含量密切相关。此外,Alothman等[24]的研究表明发芽谷类物质的抗氧化特性可作为功能性食品的组成成分。

图2 发芽前后不同浓度青稞的FRAP值Fig.2 FRAP values of different concentrations of highland barley before and after germination

2.4 相关性分析

由表3可知,青稞中的总酚含量与DPPH和FRAP的相关系数范围为0.859～0.995,总黄酮含量与DPPH自由基清除能力和铁离子还原能力相关系数范围为0.803～0.988,这说明总酚、总黄酮含量与其抗氧化活性存在着显著的相关。Zielinski等[25]的研究也报道了酚类化合物是影响谷物抗氧化活性的重要因素。

3 结论

通过对蛋白质、脂肪、灰分、直链淀粉等基础营养成分的分析表明,发芽能显著提高青稞中的蛋白质和灰分的含量,降低直链淀粉和脂肪的含量。与未发芽青稞相比,发芽青稞具有更高的抗氧化活性和总酚、总黄酮含量,且青稞的抗氧化活性与总酚和总黄酮含量有着显著的相关性。由此说明,发芽能有效改善青稞的营养成分和抗氧化活性,能够从整体上提高青稞的营养价值。将发芽青稞加工成系列功能性食品,不仅能够促进青稞在食品行业的应用,更能增加青稞食品的多样性。通过本研究结果,我们希望能够帮助人们更深入了解萌发引起的变化,提高我们对青稞健康价值的认识,指导其健康消费,从而促进其的发展和利用。