谷子萌芽期营养品质变化及氨基酸组分评价

冯耐红，岳忠孝，侯东辉，李婧，陈丽红，杨成元

（山西农业大学（山西省农业科学院）经济作物研究所，山西汾阳032200）

随着人们保健意识的加强，天然绿色的杂粮越来越受到推崇，尤其谷子作为杂粮之首，愈被人们所青睐，但由于谷子特殊的大颗粒营养结构，其产品口感粗糙，易返生，食用品质较差，难以成为大众化主粮，产业链受到限制，目前市场上主要以原粮销售为主，极大地影响了谷子消费量和营养价值的有效利用。前人研究发现：刘晓飞等认为发芽影响了糙米（稻米）中淀粉的理化特性、脂肪以及蛋白质含量、γ-氨基丁酸等活性物质的产生，提高了内源酶活性以及抗氧化性能[1]；刘可欣等认为发芽提高了小麦的叶酸、阿拉伯木聚糖、多酚等功能性成分含量、改变了淀粉、蛋白质、脂质等营养组分，进而改变了其磨粉特性、蒸煮性质、面团品质、烘焙性质、蒸制特性等加工品质[2]；王琳珍等认为萌芽还强化了黄豆芽特殊营养品质[3]，从调控合成营养物质途径的相应关键编码基因等方面研究了萌芽强化营养物质的代谢调控机制及萌芽对活性物质以及抗氧化活性的影响。萌芽谷子是将谷子在一定温度和湿度下进行萌芽培养，改变其内部营养品质的天然过程，萌芽小米是将萌芽谷子（谷芽刚萌动出0.5 mm～1 mm时，谷芽保留部分最多）经过胚芽米机加工而成的小米，萌芽所引起谷物内部变化能够释放新的营养成分[4]。萌芽小米的摄入对于控制血压、调节血糖浓度、预防大肠癌等慢性病有突出的效果。而目前关于萌芽谷子、萌芽小米的文献鲜见。本研究通过布拉本徳粘度仪、原子吸收分光光度计，液相色谱-原子荧光联用仪等高新仪器检测谷子萌芽前后营养成分和淀粉等大颗粒物质物化性质的细微变化。通过萌芽前后营养品质变化及氨基酸组分评价等研究，改善全谷产品口感等食用品质，增加谷子产品食用途径，延伸产业链，使谷子等杂粮成为大众化主食，拓宽谷子的产品加工销售渠道，提高谷子附加值。

1 材料和方法

1.1 试验材料

晋谷21号谷子：由国家谷子高粱产业技术体系谷子汾阳综合试验站在谷子主产区柳林示范点2018年种植并收获。

1.2 仪器与试剂

粘度仪（D-47055）：德国布拉本徳仪器公司；紫外分光光度计（SP756）：上海光谱公司；全自动凯氏定氮仪（VELP UDK 159）、索式抽提器（VELP SER 148）：意大利维尔普公司；高效液相色谱仪（LC-20A）：日本岛津公司；原子吸收分光光度计（240-FS AA）：美国安捷伦科技公司；液相色谱-原子荧光联用仪（LC-AFS 6500）：北京海光仪器有限公司；碾米机（XMJ100）：山东鱼台金利粮油机械有限公司；电子天平（APTB456A）：深圳安普特电子科技有限公司。氨基酸标准品（1 000 μmol/L）：中国计量院。

1.3 方法

随机选取成熟的晋谷21号，要求子粒饱满，种皮无破损，无蛀虫，外观品质良好，去除子粒中的可见杂质，称取2.5 kg，用清水冲洗2遍。将其加入25 L蒸馏水中浸泡6 h后，平铺在放有3层湿润的纱布覆盖的托盘中培养，种间留有空隙，用保鲜膜覆盖于托盘上方，可以起到保湿的效果，在人工气候箱中28℃条件下培养约8 h，待其有芽刚萌动时（刚露出小白芽＜0.5 mm），抽掉纱布，自然阴干，待取样备用。

1.3.1 淀粉黏度测定

用布拉本德粘度仪测定；按照GB 5009.9-2016《食品安全国家标准食品中淀粉的测定》，测定淀粉含量；按照NY/T 2639-2014《稻米直链淀粉的测定分光光度法》，使用分光光度法来测定萌芽谷子和小米中直链淀粉含量。

1.3.2 蛋白质测定

以硫酸铜和硫化钾为催化剂，浓硫酸消化后，采用全自动凯氏定氮仪按照GB 5009.5-2016《食品安全国家标准食品中蛋白质的测定》测定，计算得到蛋白质含量；游离氨基酸含量：使用超高效液相色谱仪测定[5]。

1.3.3 脂肪测定

按照GB 5009.6-2016《食品安全国家标准食品中脂肪的测定》，采用索氏提取法提取并测定脂肪含量。

1.3.4 钙铁锌硒等测定

用原子吸收分光光度计、液相色谱-原子荧光联用仪，分别按照GB 5009.92-2016《食品安全国家标准食品中钙的测定》、GB 5009.90-2016《食品安全国家标准食品中铁的测定》、GB 5009.14-2017《食品安全国家标准食品中锌的测定》、GB 5009.93-2017《食品安全国家标准食品中硒的测定》进行钙、铁、锌、硒含量测定。

1.3.5 维生素测定

采用高效液相色谱法、荧光法，分别按照GB 5009.84-2016《食品安全国家标准食品中维生素B1的测定》、GB 5009.85-2016《食品安全国家标准食品中维生素B2的测定》、GB 5009.82-2016《食品安全国家标准食品中维生素A、D、E的测定》、GB 5009.83-2016《食品安全国家标准食品中胡萝卜素的测定》进行维生素 VB1、VB2、VE、β-胡萝卜素含量测定。

1.4 数据处理方法

小米淀粉黏度数据使用布拉本德粘度仪自带软件进行处理，其他数据使用Excel 2007和SPSS 22.0软件进行处理和分析。所有指标均以干基测定，设3次重复，结果取平均值，并分析其是否具有显著性。蛋白质的营养品质是通过模糊识别法、氨基酸比值系数等方法对氨基酸组分进行评价分析。

2 结果与分析

2.1 淀粉的变化

2.1.1 淀粉含量的变化

4种供试样品中淀粉含量结果见表1。

表1 4种供试样品中淀粉含量Table 1 Starch content in four test samples

萌芽谷子的基本营养组分都发生了变化，谷子中含量最高的营养成分是淀粉，谷子萌芽时会产生大量的α-淀粉酶，导致淀粉颗粒发生水解，产生可溶性糖类[6]。萌芽过程中，温度和时间是两个变量，均会对物质中α-淀粉酶的活性产生影响，即在萌芽时间相同的条件下，随着萌芽温度的升高，α-淀粉酶的活性先增大后减小，而淀粉酶活性的变化，会直接影响萌芽谷子和萌芽小米中淀粉含量的变化[7]。萌芽全谷和萌芽小米的总淀粉含量呈上升趋势，分别提高了6.70%和0.91%，其中萌芽全谷的升高比较显著。

4种供试样品中直链淀粉含量结果见表2。

表2 4种供试样品中直链淀粉含量Table 2 Amylose content in four test samples

谷子萌芽后，直链淀粉含量呈上升趋势。利用高效液相色谱仪测定供试样品中的直链淀粉含量，4种供试样品中，萌芽前后谷子和小米的直支比均小于20%，萌芽全谷的直支比下降，而萌芽小米的直支比升高，其中萌芽小米的直链淀粉含量增加显著，升高8.75%，而萌芽全谷中的支链淀粉上升较为显著，上升了7.62%。

直链淀粉呈大分子结构，并且结构中葡萄糖分子的排列整齐、顺序一致，所以具有经熬煮不易成糊，而冷却后呈凝胶体的特性。相比而言，支链淀粉呈现黏性较大的特性，故经过熬煮容易成糊，但冷却后不易呈现凝胶体状态。因黏滞力、膨松度、溶胀性、含水量等不同，二者有明显不同的溶胀效果，其中，直链淀粉的抗拉伸力更强，成型性更优，制成产品的脆性和强力方面呈现的效果更明显。谷子萌芽之后直链淀粉升高，适宜作为加工膨化食品的原材料[8]。淀粉的直支比不同，对挤压速食粥的糊化特性、复水品质、质构特性与结构的影响也不同，随着淀粉直支比的增加，糙米的糊化温度和峰值温度也随之增加[9]。萌芽全谷的直支比下降，而萌芽小米的直支比升高，因此萌芽小米更适宜制作挤压速食粥类食品，产品的米粒横截面的结构将更加均一紧密，黏聚性、耐咀性会升高。

2.1.2 黏度特性曲线分析

谷子萌芽的过程中淀粉含量的改变，将直接影响萌芽全谷和萌芽小米的口感和食用品质。本试验研究了萌芽谷子的淀粉热黏度、冷黏度等特性变化。将供试的4种样品用超高速粉碎机粉碎后，过80目筛。使用布拉本德粘度仪检测黏度，得到黏度特性曲线见图1。

从图1中可看出，4种供试样品的黏度特性曲线走势十分相近，展现出相似的糊化时间、温度，热黏度稳定性较优而冷黏度稳定性较差，而晋谷21号小米的热黏度稳定性最高，晋谷21号萌芽谷子的热黏度稳定性最小。

图1 4种供试样品的黏度特性曲线图Fig.1 Viscosity characteristics of four test samples

2.1.3 热黏度稳定性

晋谷21号萌芽不同处理阶段黏度相关扭矩见表3。

崩解值即峰值黏度B和谷值黏度D之差，由表3可看出，萌芽全谷和萌芽小米的崩解值均呈现明显上升趋势，其中萌芽全谷的上升趋势更加显著，是未萌芽全谷的14倍。崩解值显示出了淀粉的耐剪切性能，数值越大，表明对应的耐剪切性越差，也反映样品的热黏度稳定性[10]。萌芽谷子和小米的耐剪切性均下降，热黏度稳定性变差。

表3 晋谷21号萌芽不同处理阶段黏度相关扭矩（BU）Table 3 Viscosity-related torque at different stages of germination of JG 21（BU）

2.1.4 冷黏度

回生值，是指最终黏度E与保持黏度D之间的差值，反映了样品的冷黏度，冷黏度高，易于凝沉[11]。它表示淀粉糊逐渐冷却时，在淀粉分子之间产生重聚合反应，进而表现为黏度增加。此时发生了淀粉分子的回生或重排，也叫做淀粉的老化。由表3可看出，萌芽后的全谷和小米的回生值均呈现下降的变化趋势，即冷黏度下降，说明谷子和小米萌芽后冷却凝沉现象较为良好。

2.2 蛋白质的变化

2.2.1 蛋白质含量的变化

4种供试样品的蛋白质含量见表4。

供试的晋谷21号谷子和小米在萌芽后的蛋白质含量均下降，分别下降了1.59%和2.38%，蛋白质的含量减少可能是因为谷子在萌芽过程中，呼吸作用增强，消耗蛋白的速率增加，导致萌芽过程中表现为总氮量减少。

表4 4种供试样品的蛋白质含量Table 4 Protein content of four test samples

2.2.2 17种游离氨基酸（freeaminoacids，FAAS）的变化

萌芽谷子和萌芽小米中总氨基酸含量低于未萌芽的相应对照样品，游离氨基酸变化不一，从而影响谷子品质特性。在整个萌芽过程中，17种氨基酸变化结果见表5。

从表5可知，游离氨基酸变化不一，因为谷子萌芽期间蛋白酶的活性增强，蛋白质经过水解反应进一步生成短肽链和游离氨基酸，而相关产物发生分解或合成代谢等生化反应而产生了新的小分子，因此蛋白质和氨基酸的种类及数量变化显著，变化趋势不同。

萌芽可改善谷子游离氨基酸的组成特性，其中，萌芽小米中的 Asn、Gly、Lys、Tyr、His、Arg 均高于未萌芽的小米；萌芽全谷中的Phe、Lys高于未萌芽的全谷；萌芽小米的Gly的增加最为明显，上升了14%。EAA与 TAA含量比值范围在0.41%～0.44%，EAA与NEAA比值范围在0.71%～0.78%之间，与联合国粮农组织/世界卫生组织（Food and Agriculture Organization of the United Nations/World Health Organization，FAO/WHO）提出的EAA/TAA等于0.40%，EAA/NEAA等于0.60%建议值相接近，说明萌芽全谷和萌芽小米中的必需氨基酸含量增多，营养价值升高。

表5 4种供试样品中氨基酸含量Table 5 Amino acid content in four test samples %

2.2.3 风味氨基酸分析

风味氨基酸主要分为鲜味、甜味和苦味这3大类，其中甜味氨基酸有 Ala、Thr、Gly、Pro、Ser；鲜味氨基酸包括 Asn 和 Gln；苦味氨基酸包括 Leu、Lys、Tyr、Phe、Met、His、Val、Ile和 Arg[12]，归类统计见表 6。

表6结果表示，供试的4种样品中，风味氨基酸含量从高到低为：苦味氨基酸＞鲜味氨基酸＞甜味氨基酸。在各风味氨基酸中，每份供试样品的鲜味和甜味氨基酸含量总和与苦味氨基酸相比，差值越高，小米鲜味越浓。比较结果显示：萌芽小米和萌芽全谷的鲜味差异均不显著。

表6 风味氨基酸分析表Table 6 Flavor amino acid analysis table

Gly为甜味氨基酸，一方面为食材提供清香甜味，另一方面能够去除和减少苦味等不快的风味[13-14]，具有排毒之功效[15]，萌芽之后的小米和全谷中的Gly含量都呈增加的变化趋势，分别增加了0.14%和0.03%，二者之间差异不显著，仅为0.11%。

2.2.4 蛋白质的营养品质分析

2.2.4.1 模糊识别法评价

应用模糊识别方法，把鸡蛋蛋白作为标准蛋白质参照，按照兰式距离方法，进而对识别对象μ和参照标准蛋白a的贴近度分析[16-17]，如公式（1）所示。

式中：μ 为待评价的蛋白，μ（μ1，μ2，μ3，μ4）分别代表晋谷21号小米，晋谷21号全谷，晋谷21号萌芽小米，晋谷21号萌芽全谷；a表示标准蛋白（全鸡蛋蛋白）的7种EAA含量/（mg/g Pro），即P（a）=P（a1，a2，a3，a4，a5，a6，a7）=P （86，54，70，47，66，57，93），其中a1，a2，a3，a4，a5，a6，a7 分别代表Leu、Ile、Lys、Thr、Val、Met+Cys、Phe+Tyr；uik为第 i种初乳蛋白中的第 k种氨基酸的含量/（mg/gPro），u1k、u2k、u3k、u4k分别表示这4种供试样品蛋白的7种EAA含量/（mg/g Pro）。

由模糊识别法中公式（1）可分别计算出4种供试样品中的蛋白与标准鸡蛋蛋白之间的贴近度，计算结果见表7。

表7 4种供试样品中的蛋白相对于标准蛋白的贴近度Table 7 Closeness of proteins in four test samples of millet to standard proteins

由表7可知，这4种供试样品的贴近度的范围在0.861 0～0.871 3，贴近度均大于0.800 0。萌芽小米和萌芽全谷与标准蛋白的贴近度升高，说明萌芽之后小米和谷子中的蛋白营养价值上升，营养更加均衡。

2.2.4.2 氨基酸比值系数法评价

参考全鸡蛋蛋白模式与FAO/WHO标准提出的——EAA标准模式[18]，分别计算：氨基酸比值系数（ratio coefficient，RC）、氨基酸比值（ratioof amino acid，RAA）、蛋白质的比值系数（score of ratio coefficient，SRC）、必需氨基酸指数（essential amino acids index，EAAI），公式为：（2）～（5）。

式中：aa1……aa7为每种谷子蛋白7种EAA含量，（mg/g Pro）；AA1……AA7为全鸡蛋蛋白中7种EAA含量，（mg/g Pro）。

对萌芽谷子和小米进行氨基酸评价，除了对其营养均衡方面比较之外，还要参考其氨基酸的配比是否恰当，本研究采用FAO/WHO模式和全鸡蛋蛋白模式进行分析，分别计算出4种供试样品的RAA值，计算结果见表8和表9。

如果萌芽后谷子和小米所得的氨基酸变化后的含量，与FAO/WHO提出的标准模式相近，则表明萌芽谷子和小米中含有的氨基酸是接近人体所需要的氨基酸比例，该物质能够被人体所利用，营养成分和价值较高。RAA/RC≈1，显示出该种小米蛋白与模式蛋白中EAA的推荐值更加接近。当RC＞1，则EAA超过了标准模式，相对过剩；当RC＜1，则EAA低于标准，相对不足。最小的RC对应的是该食物中的第一限制性氨基酸。SRC代表了食物蛋白质相对营养价值，SRC越大，表明在生理平衡分析中，必需氨基酸所作的贡献越大，营养价值体现更高[19]。EAAI也是评价蛋白质的指标之一，EAAI≈1，证明此蛋白质越优质[20]，相应的营养价值越高，被人体所吸收的比重就越大。

表8 4种供试样品必需氨基酸的RAA、RC、SRC、EAAI的比较（全鸡蛋模式）Table 8 Comparison of RAA，RC，SRC and EAAI of four test samples of millet essential amino acids（whole egg model）

表9 4种供试样品必需氨基酸的RAA、RC、SRC、EAAI的比较（FAO/WHO模式）Table 9 Comparison of RAA，RC，SRC and EAAI of four test samples of millet essential amino acids（FAO/WHO model）

从表8评价结果可知，萌芽小米中有5种氨基酸的RC在1左右，2种氨基酸指标均大于1，且SRC为50.22；萌芽全谷中有5种氨基酸的RC都升高，更接近于1；萌芽小米和萌芽全谷的EAAI分别升高5.46%、0.67%。谷子萌芽之后，蛋白质的营养价值升高，说明萌芽谷子是良好的蛋白质源。晋谷21号萌芽小米中第l限制氨基酸为Lys；第2限制氨基酸为Met与Cys，可以依照蛋白质互补理论[21]，充分利用这一特质，与其他类别的食材混合搭配，以达到膳食均衡的目的。

从表9评价结果可知，萌芽小米的SRC和EAAI升高，上升幅度也较大，分别为16.73%、5.05%。说明萌芽小米中的营养物质增加，营养价值更均衡，更接近FAO/WHO模式的要求。萌芽全谷和萌芽小米的第l限制氨基酸为Lys；第2限制氨基酸为Met与Cys，这与表8的评价结果基本一致。

2.3 脂质的变化

4种供试样品的脂肪含量见表10。

表10 4种供试样品的脂肪含量Table 10 Fat content of four test samples

萌芽后谷子和小米的脂肪含量均呈下降的变化趋势。这一现象的发生可能是由于萌芽过程中脂肪以及糖类降解为萌发提供所需的能量所导致的。在萌芽过程中，存在于胚乳中的脂肪酶会发生化学变化——水解脂肪进一步产生脂肪酸以及甘油，导致脂肪酸值呈现上升的趋势[22]，更加容易被人体所吸收利用，所以，谷子的营养价值在食用后会得到提高。萌芽全谷和萌芽小米的脂肪含量均低于未萌芽的小米和全谷，分别降低2.77%和3.39%。

2.4 部分矿物质含量变化

人体内的营养成分和各种功能都离不开矿物质，谷子中含有钙、铁、锌、硒等多种矿物质，营养价值较高，分析结果见表11。

表11 4种供试样品的部分矿物质含量Table 11 Partial mineral content of four test samples

其中，萌芽小米中硒和铁的含量下降较为明显，下降幅度为82.81%和33.10%，有可能是在漂洗、浸泡中流失；而萌芽全谷中铁的含量呈上升趋势，上升幅度为17.17%；4种供试样品中萌芽后钙和锌的含量均有所增加，在萌芽全谷和萌芽小米中钙含量增加29.63%和6.67%；锌含量增加3.13%和7.75%，营养价值提高。铁和硒这两种矿物质主要存在于谷壳中，脱壳之后，二者含量下降较为明显。

2.5 主要维生素含量变化

4种供试样品的部分维生素含量见表12。

表12 4种供试样品的部分维生素含量Table 12 Partial vitamin content of four test samples

谷子萌芽后含有丰富的维生素，全谷中的VB2、β-胡萝卜素含量在萌芽后升高幅度较大，分别增加了32.50%、2.99%，从而改变了谷子品质；而VB1和VE的含量增幅较小，为1.76%和1.13%。萌芽小米中VB1和β-胡萝卜素分别增加2.97%和8.27%，而VB2和VE稍有下降3.13%和2.06%，可能是萌芽过程中，部分营养物质随水分流失。

β-胡萝卜素这种抗氧化剂具有解毒功效，是维持人体生长发育不可缺少的营养素之一。萌芽后的谷子和小米中β-胡萝卜素均呈增加趋势。β-胡萝卜素是VA的前体物质，人体内需要VA时，β-胡萝卜素才会经过生化代谢反应进而转化为VA，所以食补是较为安全的一种补充VA的方法，故萌芽后的谷子营养价值升高，其制品有食疗的功效。

3 结论与讨论

谷子萌芽是提高其营养品质的天然过程，谷子萌芽后所含有的大量酶被激活然后释放，并从结合态转化为游离态的酶解过程。经萌芽处理后，蛋白质、淀粉、脂肪、矿物质、维生素等营养物质均发生不同程度地变化。

萌芽全谷和萌芽小米的总淀粉含量均呈上升趋势，分别增加6.70%和0.91%；黏度处理均表现出“高崩解值，低回生值”的趋势，萌芽产品更适宜作为加工膨化休闲食品的原材料；萌芽全谷的直支比下降7.69%，而萌芽小米的直支比升高9.38%，因此萌芽小米更适宜制作挤压速食粥类食品。

萌芽后的谷子和小米蛋白质分别下降1.59%和2.38%；脂肪下降2.77%和3.39%，氨基酸含量变化不同，通过模糊识别法发现，萌芽小米与萌芽全谷的蛋白组成与标准蛋白的贴近度更为接近，通过全鸡蛋与FAO/WHO模式评价可知，两者营养物质增加，营养价值更均衡。

矿物质方面，萌芽后钙和锌的含量均有所增加，在萌芽全谷和萌芽小米中钙含量增加29.63%和6.67%，锌含量增加3.13%和7.75%；萌芽全谷中铁含量增加17.17%，而萌芽小米中铁含量减少33.10%；萌芽小米中硒含量减少幅度较大，为82.81%，而萌芽全谷中硒含量基本稳定，萌芽食品可促进儿童生长发育、预防中老年骨质疏松等。

维生素方面，萌芽全谷的 VB1、VB2、VE和 β-胡萝卜素含量均有所增加，VB2增幅较大为32.50%，β-胡萝卜素增加2.99%，VB1和VE增幅较小，分别为1.76%和1.13%；萌芽小米的VB1和β-胡萝卜素分别增加2.97%和8.27%，而VB2和VE稍有下降，分别为3.13%和2.06%。此试验结果可为功能食品的研制、开发、加工等方面提供相关的理论依据。

谷子通过萌芽试验这一生理活性化过程，使得萌芽谷子含有的营养成分和生理活性成分升高，营养价值升高，营养更加均衡，萌芽小米的食用品质也得到改善，谷子萌芽处理可以作为新型功能性食品生产的潜在增值过程而发展。在当今社会提倡的“食物多样、谷类为主、全谷物营养+”的健康膳食理念下，我们应更加注重食用全谷物、萌芽食品，有效提高营养价值。

本文研究的萌芽小米可能是一种比小米更好的预防糖尿病及其并发症的食物。目前关于萌芽谷子的研究，主要集中表现在营养成分和价值变化等方面，对于功能性成分如多酚、叶酸、γ－氨基丁酸（γaminobutyric acid，GABA）等的合成机制及富集途径以及萌芽谷子制作功能性食品等方面尚未深究。因此，今后应充分利用萌芽谷子等现有农业资源，促进谷子深加工产业向着高利用、高增值方向发展，此举对于提高人民健康生活品质有着重要的作用。