發芽白高粱的工藝優化及主要營養成分分析

易翠平 李 艷 姚 辰 周艷慧 譚 斌

（長沙理工大學化學與生物工程學院1，長沙 410114）

（國家糧食局科學研究院2，北京 100037）

發芽白高粱的工藝優化及主要營養成分分析

易翠平1李 艷1姚 辰1周艷慧1譚 斌2

（長沙理工大學化學與生物工程學院1，長沙 410114）

（國家糧食局科學研究院2，北京 100037）

為提高營養價值、改善食用品質，拓寬白高粱在食品工業中的用途，本研究對白高粱的發芽工藝進行了優化、對發芽前后主要營養成分和感官品質進行了分析。單因素試驗和響應面法優化的結果表明，1.0%的次氯酸鈉溶液消毒10min，浸種19 h，發芽溫度30℃，白高粱的發芽率可達92%以上。分析發芽0～120 h的主要營養成分變化，發現隨著發芽時間的延長，白高粱的水分含量顯著增加、淀粉和灰分含量顯著降低，蛋白質和脂肪含量無顯著變化，但氨基酸總量增幅達到9.4%～19.2%、Lys含量增幅在發芽第72 h達最高34.7%，Cys－s含量在開始發芽后降低了一個數量級；單寧未檢出，感官評定發現澀味消失。結果表明，發芽可以改善白高粱的食用品質和加工品質。

白高粱 發芽 工藝優化 主要營養成分 單寧

高粱作為世界第五大糧食作物，對極端的非生物壓迫環境具有獨特的適應性，是水資源嚴重短缺、耕地資源逐漸減少、自然災害發生頻率增加的嚴峻現實條件下保障我國乃至世界糧食安全的重要作物［1］。目前，高粱主要應用在釀酒、飼料或稀粥、高粱面及焙烤等傳統食品中［2］；但因其不含面筋、富含多酚類化合物等抗氧化成分等優點，亦有望在新型高粱食品、食品配料與功能保健食品方面得到進一步拓展［1］。然而，高粱中固有的營養缺陷比如賴氨酸的缺乏及單寧含量高帶來的澀味等影響了其應用。Wu等［3］曾報道發芽可以增加高粱的賴氨酸含量；Asiedu等［4－5］亦研究了發芽對高粱基本營養成分、礦物質、脂肪酸、氨基酸與維生素確實有較大影響。因而，發芽有可能給高粱在食品工業中應用領域的拓寬帶來契機。但是，前期的研究僅限于紅高粱在自然發芽狀態下的變化，采用0.2%的福爾馬林作為防霉劑對高粱進行處理［3］，這就限制了高粱作為食品加工原料的應用。關于作為食品級的白高粱發芽工藝條件優化與發芽前后主要營養成分和感官品質的變化研究，國內外亦無相關報道。

因此，本研究擬通過單因素和響應面法優化浸種時間、消毒時間及發芽溫度等因素對白高粱發芽率的影響，分析發芽前后主要營養成分和單寧含量的變化、并進行感官評定，為白高粱在食品深加工領域的拓展奠定理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

白高粱種子：市售。

UV－2600紫外可見分光光度計：島津 （中國）公司；WZZ－1SS自動旋光儀：上海精科公司；L－8900全自動氨基酸分析儀：日立公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 白高粱的發芽工藝

挑選飽滿且無霉爛的白高粱籽粒，每份100粒，浸種后加入消毒劑處理，自來水沖洗3次，每份經消毒清洗后的高粱籽粒散布在潔凈的培養皿內，恒溫培養箱內在80%濕度下恒溫靜置培養至芽長0.5～1.0mm，計算發芽率。

1.2.2 白高粱發芽工藝條件的優化

1.2.2.1 單因素試驗

消毒劑種類和濃度的確定：浸種16 h，以NaClO和H2O2作為消毒劑消毒15min，30℃發芽20 h，計算發芽率。其中NaClO體積濃度為0.1%、0.5%、0.8%、1.0%、1.2%、1.5%、2.0%、2.5%，H2O2體積濃度為4.0%、6.0%、7.0%、8.0%、9.0%、10.0%。

消毒時間的確定：浸種16 h，以1.0%NaClO作為消毒劑，消毒時間為 10、15、20、25、30min，30℃發芽20 h，計算發芽率。

發芽溫度的確定：浸種16 h，1.0%NaClO消毒15min，發芽溫度設置為 15、20、25、30、35℃發芽 20 h，計算發芽率。

1.2.2.2 響應面法（RSM）分析

根據單因素試驗結果，采用Box－Behnken中心組合試驗模型，以浸種時間8～24 h、消毒時間10～30min、發芽溫度20～30℃為自變量，以發芽率為響應值，設計響應面優化試驗。

1.2.3 發芽高粱基本成分的測定

白高粱發芽后烘干3 h，磨粉，過100目篩，干燥器存放備用。

基本成分的測定方法：水分測定采用 GB／T 5009.3—2010；灰分測定采用 GB 5009.4—2010；粗脂肪測定采用索氏抽提法；粗蛋白質測定采用微量凱氏定氮法；粗淀粉測定采用旋光法。

1.2.4 氨基酸組成分析

精確稱取一定量樣品于水解管中，加入定量6mol／L HCl，抽真空，110℃下水解 24 h；冷卻，定容至50mL，過濾；取濾液1mL于小燒杯中，真空干燥后加入 1mL 0.02mol／L HCl，在空氣中放置 30min。取50μL反應液進樣，柱流速0.225mL／min，操作壓力80～130 kg／cm2，常規分析柱溫53℃，茚三酮顯色，檢測波長570 nm和440 nm（檢測 Pro和 Pro－OH）。

1.2.5 單寧含量的測定

單寧的測定方法 GB／T 15686—2008［6］：用二甲基甲酰胺溶液提取高粱單寧，離心后，取上清液和檸檬酸鐵銨溶液和氨溶液，顯色后，以水為空白對照，用分光光度計于525 nm處測定吸光度值，以單寧酸作標準曲線測高粱單寧含量。

1.2.6 感官評定

將不同發芽時間的白高粱樣品煮熟，由5位有經驗感官檢驗員組成評定小組對樣品澀味進行評定。

1.2.7 數據處理

采用單因素的方差分析及Design－Expert軟件對響應面結果進行處理，所有試驗均重復3次。

2 結果與分析

2.1 白高粱發芽條件的優化

2.1.1 單因素試驗

谷物種子常通過浸種、消毒的方法提高其發芽率［7－9］，所以浸種時間、消毒劑的種類和濃度、消毒時間、發芽溫度均是影響其發芽率的重要因素。

圖1為NaClO和H2O22種常用消毒劑及不同濃度對高粱發芽率的影響圖。結果表明，2種消毒劑均對高粱發芽率有極顯著影響（P＜0.01），但影響趨勢不同。H2O2作為消毒劑時，在8.0%的體積濃度下，高粱發芽率達到峰值92%，此后明顯屬于下跌趨勢。NaClO體積濃度則在1.0%時高粱發芽率達到90%后，一直處于上升趨勢，雖然發芽率無顯著差異（P＞0.05），但在NaClO體積濃度超過2.0%后，發芽率還一直保持在92%的高位，說明使用NaClO作為消毒劑對高粱的發芽有長效性，與Andrew等［9］認為Na-ClO作為消毒劑對野生燕麥發芽率比H2O2作為消毒劑更有效的結果基本一致。Ditommaso等［10］認為不同濃度的NaClO作為消毒劑對不同種子發芽率的影響作用不同，但本研究的結果表明，NaClO在本研究的濃度范圍可以促進高粱發芽。圖2為以NaClO作為消毒劑，不同消毒時間對高粱發芽率的影響。結果表明，消毒15min時，高粱發芽率達到最大值，極顯著的高于其他4組（P＜0.01）。

圖1 消毒劑對高粱發芽率的影響

圖2 消毒時間對高粱發芽率的影響

圖3為高粱發芽溫度對發芽率的影響。結果表明，隨著溫度的升高、高粱發芽率顯著增加，達到30℃以后緩慢下降，其中30℃發芽20 h顯著比其他溫度組發芽率高（P＜0.05）。圖4為浸種時間對高粱發芽率的影響。結果表明，高粱發芽率隨浸泡時間先呈遞增趨勢，到達16 h后發芽率下降。說明在浸泡16 h后高粱的吸水量達到一定值開始胚的萌動，低于或高于這一時間即吸水不足和吸水飽和都不利于胚芽的萌發（P＜0.01）。研究認為，高粱籽粒的發芽效果除了跟品種有關外，主要取決于發芽溫度［11］，但若浸泡時籽粒的吸水率太低則同樣會導致發芽時間延長、降低發芽率［12］。至于浸種時間和發芽溫度促進白高粱發芽的影響機理如何，尚需進一步研究。

圖3 發芽溫度對高粱發芽率的影響

圖4 浸泡時間對高粱發芽率的影響

2.1.2 響應面分析

根據2.1.1的單因素試驗結果及Box－Behnken設計原理對影響白高粱發芽的主要參數進行三因素三水平中心組和試驗，以發芽率（Y）為響應值，試驗結果見表1。

表1 Box－Behnken響應面試驗結果

表1 （續）

圖5為對白高粱發芽率影響參數的響應曲面圖。結果表明，浸種時間為18.94 h，消毒時間為10min，發芽溫度為30℃時，發芽率達到預測最佳狀態92.10%。

圖5 不同因素對白高粱發芽率影響的響應面圖

2.1.3 驗證試驗

采用優化后的發芽工藝條件，結合實際情況，浸種19 h，NaClO消毒10min，在30℃的條件下發芽16 h，進行驗證試驗，得到白高粱的發芽率為92.34%，與預測值基本一致。

2.2 發芽白高粱的營養分析

2.2.1 發芽白高粱主要成分分析

分析發芽白高粱的主要營養成分結果表明（表2），隨著發芽時間的延長，白高粱的水分含量逐漸增加，灰分與淀粉含量極顯著下降（P＜0.01），粗蛋白含量和粗脂肪含量沒有明顯的變化（P＞0.05）。Wu等［3］在研究普通高粱發芽時，發現基本營養成分在前3 d變化不大，這與本次試驗結果比較接近；但高粱發芽第6天的蛋白質含量升高而淀粉減少，第10天以后這種趨勢更加明顯，這與本次研究結果中蛋白質含量變化不明顯的結果有差異，可能高粱的品種及發芽條件的不同亦會影響蛋白質變化的進程。蛋白質的結構組成變化與否，則需進一步研究。

表2 發芽白高粱的主要營養成分

2.2.2 發芽白高粱中氨基酸含量

表3為不同發芽時間白高粱的氨基酸含量分析結果。結果表明，白高粱發芽后氨基酸組成發生了很大變化：從對照籽粒到發芽12 h的籽粒，氨基酸總量從 9.808 8 g／100 g增加到 10.729 7 g／100 g，增幅為9.4%；至發芽72 h，氨基酸總量增加到11.689 7 g／100 g，增幅達到 19.2%。Asp、Ser、His Thr、Val、Met、Leu、Ile、Phe等氨基酸也都有不同程度的增高，這使高粱更容易被酵母利用而有利于高粱作為發酵食品比如釀酒的原料［13］。其中，Lys在白高粱發芽后的前72 h略微有些降低，但至發芽第72 h，其含量從0.170 9 g／100 g增加到 0.230 2 g／100 g，增幅達到34.7%，這與Wu等［3］的研究報道結果一致。此外，值得注意的是Cys－s含量在發芽后大幅下降，從對照組的0.640 9 g／100 g降低到發芽12 h后的0.066 3 g／100 g、甚至更低，降低了一個數量級。Cys－s是影響谷物蛋白功能性質的關鍵氨基酸，比如在焙烤食品中影響蛋白網絡結構的形成［14］，其含量的大幅降低意味著發芽白高粱在食品加工中的性質將發生不可忽略的變化，具體變化如何，尚需進一步研究。

表3 發芽白高粱的氨基酸含量分析

2.2.3 發芽白高粱的單寧含量

單寧，是高粱中最具爭議的一種物質：一般被認為是一種抗營養因子，因為它在食品或飼料中與蛋白質生成難溶性絡合物，使蛋白酶、脂肪酶等消化酶類鈍化，阻礙機體對蛋白質、脂肪等營養物質的消化吸收［15］；同時它具有澀味、影響口感［16］。但亦有研究認為，作為多酚化合物的單寧，具有較強的抗氧化性，可軟化血管同時降低高粱食品的消化率，因此可用以開發有利于心血管疾病或具有減肥效果的功能食品［1］。表4的研究結果表明，隨著發芽時間的延長，高粱中的單寧含量減少。至發芽第3天，單寧含量已不能檢出，感官評定發現澀味消失，表明發芽能使白高粱的口感得到改善，這與 Osuntogun等［17］的研究結果一致，可能與高粱中醇溶蛋白的結構變化有關［18］。

表4 發芽白高粱的單寧含量分析

3 結論

在本試驗條件下，浸種19 h、1.0%NaClO消毒10min、發芽溫度為30℃時，白高粱的發芽率最高可達92%。發芽高粱品質的變化和發芽時間有著密切的關系：發芽48 h后，單寧含量降低、澀味消失；發芽72和120 h，白高粱的賴氨酸含量升高，食用品質得到較大程度的提升，可以考慮直接加工食用。同時，發芽后白高粱的總氨基酸含量在發芽12 h后開始增加，這將有利于高粱作為發酵食品的應用；Cys－s含量亦在發芽12 h大幅度降低，可以預測加工品質定將隨之改變，這個變化將會讓作為焙烤食品配料的高粱重新定位。

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Process Optimization and Proximate Composition Analysis for Germination ofWhite Sorghum

Yi Cuiping1Li Yan1Yao Chen1Zhou Yanhui1Tan Bin2

（School of Chemistry and Biological Engineering，Changsha University of Science and Technology1，Changsha 410114）
（Academy of State Administration of Grain2，Beijing 100037）

In order to improve the nutritional value and edible quality，broadening the adoption in food industry，the white sorghum was tested to germinate in different culture parameters.Its proximate composition and sensory quality have been investigated.The results of experiment by single factor experiment and response surface analysis

showed that the rate of sorghum germination reached 92%when the sorghum was sterilized for 10min by 1.0%sodium hypochlorite.The kernel was soaked in water for 19 h and cultured at 30℃.With germination increasing time from 0 to 120 h，the moisture in white sorghum increased significantly，while the starch and ash content decreased significantly.The protein and lipid almost remained the same range alongwith the total amino acid increased 9.4%～19.2%and lys increased to 34.7%as the peak.When Cys－s decreased contentby a factor of10.Tannin could not be determined and the astringent in sorghum was disappeared according to the results of sensor evaluation.Generally，the edible quality and processing quality could be better after germination.

sorghum，germination，process optimization，proximate composition，tannin

TS254.2

A

1003－0174（2015）06－0027－06

“十二五”科技支撐計劃（2012BAD34B08），國家自然科學基金（31301404）

2014－01－14

易翠平，女，1973年出生，教授，糧食、油脂與植物蛋白