《Food Chemistry》：Effects of germination temperature on physicochemical properties and
in vitro protein digestibility of oat flour (
Avena sativa)
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本研究针对燕麦蛋白消化性受限问题，系统探讨了不同萌发温度（15、20、25?°C）对燕麦粉理化特性及体外蛋白质消化率的影响。研究发现25?°C萌发显著促进脂质/碳水化合物降解、增加游离α-氨基含量，并通过FTIR证实蛋白质从有序结构向水合无序构象转化，使蛋白消化率提升最高达40%。该研究为通过温和生物加工技术改善谷物蛋白营养品质提供了重要理论依据。
随着全球人口增长和环境压力加剧，可持续食品系统建设迫在眉睫，植物源性蛋白质因其环境友好和健康益处备受关注。燕麦（Avena sativa L.）作为重要谷物，其蛋白质含量高于其他主要谷物，且含有更均衡的必需氨基酸谱系，尤其是限制性氨基酸如赖氨酸和苏氨酸含量较高。然而，与大多数谷物储存蛋白一样，燕麦蛋白的营养效能常受可消化必需氨基酸供应限制，消化率受到加工方式和基质结构的影响。
制约燕麦蛋白消化率的因素复杂多样：蛋白质被包裹在淀粉和细胞壁多糖构成的致密网络中，物理阻碍了消化酶的接触；球蛋白组分中高度有序的β-折叠结构赋予其稳定性，却降低了溶解度和分子柔性，这两者对有效的酶消化至关重要；此外，植酸和蛋白酶抑制剂等抗营养因子会与蛋白质和矿物质形成不溶性复合物，进一步限制酶的可及性。
萌发作为一种天然、经济且环保的生物加工过程，能激活种子内广泛的代谢和生化变化，包括储存储备物的动员。在萌发过程中，内源性水解酶被激活和合成，通过降解储存的碳水化合物、蛋白质和脂质来支持幼苗生长。萌发期间的蛋白水解活性会将储存蛋白部分水解成更小的肽和游离氨基酸，同时淀粉和抗营养因子的降解可以降低谷物基质的结构复杂性，从而潜在地改善蛋白质的可及性。尽管萌发温度等环境参数会影响酶动力学和整体代谢活性，进而影响蛋白质组织和结构的改变程度和性质，但关于萌发温度对燕麦蛋白消化率影响的研究有限，且蛋白质分子变化与消化行为之间的机制联系仍未得到充分探索。
在此背景下，由Norma Cecille Bagarinao、Jervee Punzalan、Jessie King、Sze Ying Leong、Dominic Agyei、Keith Gordon、Kevin Sutton和Indrawati Oey组成的研究团队在《Food Chemistry》上发表了他们的研究成果，系统研究了萌发温度如何影响燕麦蛋白的理化性质和消化可及性。
为开展研究，团队采用了多种关键技术方法。首先，他们对未萌发（UG）和在15°C（G15）、20°C（G20）、25°C（G25）下萌发72小时的燕麦谷物进行制粉。利用傅里叶变换红外光谱（FTIR）并结合主成分分析（PCA）和酰胺I带去卷积，深入表征了蛋白质二级结构（如β-折叠、α-螺旋/无规卷曲、β-转角）的变化。通过测定水溶性蛋白含量和游离α-氨基群（OPA法）评估了蛋白质的溶解性和预消化程度。采用十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS-PAGE）分析了不同提取方式（全蛋白、水溶性清蛋白、盐碱溶性球蛋白）下的蛋白质分子量分布。使用国际通用的INFOGEST体外静态胃肠消化模型模拟口腔、胃和肠道消化阶段，并通过动力学模型（零级模型用于胃相，一级分数转化模型用于肠相）拟合消化过程。此外，还测定了植酸含量、胰蛋白酶抑制剂活性（TIA）和总酚含量（TPC）等关键抗营养因子。
3.1. FTIR光谱表征燕麦粉中碳水化合物、蛋白质和脂质的分子特性
通过FTIR光谱分析发现，萌发显著改变了燕麦粉的组成和结构。与未萌发样品相比，萌发样品在3292 cm-1（O-H和N-H伸缩振动）、1709 cm-1（羧酸C=O伸缩振动）和1645 cm-1（酰胺I带，无规卷曲）等处的吸收峰强度增加，表明蛋白质、酚类化合物和游离脂肪酸的丰度增加。同时，酯相关峰（≈1744 cm-1）发生红移且强度降低，脂质酰基链的CH2伸缩振动峰（2924 cm-1和2855 cm-1）强度随萌发温度升高至20°C而降低，表明脂质发生了降解。PCA分析清晰地将未萌发与萌发样品区分开，未萌发样品与复杂碳水化合物和酯化脂质相关，而萌发样品则与蛋白质、游离脂肪酸和细胞壁多糖的修饰相关。对第二导数谱图的进一步PCA分析揭示了萌发温度的影响，G25样品显示出与游离脂肪酸、β-折叠和β-转角结构相关的特征。蛋白质二级结构定量分析表明，萌发显著降低了β-折叠含量（UG: 56.98% → G15: 34.75%），增加了α-螺旋/无规结构含量（UG: 21.10% → G15: 57.31%）。有趣的是，G25的β-折叠含量（47.89%）高于G15和G20，β-转角含量（21.45%）也恢复至接近UG水平，表明萌发温度对蛋白质构象重组有特异性影响。
3.2. 萌发温度对燕麦粉体外蛋白质消化率的影响
体外胃肠消化实验表明，萌发显著提高了燕麦粉的蛋白质消化率。在胃消化开始时，G15、G20和G25的蛋白质水解度分别为9.56%、9.70%和14.17%，显著高于UG的2.42%，表明萌发样品中存在大量预消化的蛋白质。胃相结束时，G25的消化率最高（30.55%），其次是G20（26.95%）和G15（24.94%），均显著高于UG（12.63%）。萌发样品中约46-50%的可消化蛋白质在胃相已被水解，而UG仅有约29%。肠道相消化后，所有样品的消化率均进一步提高，最终肠道消化率G25最高（61.66%），G20和G15次之（58.34%, 54.32%），均显著高于UG（43.44%）。萌发温度对最终肠道消化率无显著影响，但G25比G15提高了约13%。
3.3. 萌发温度对胃肠道蛋白质消化动力学的影响
动力学拟合显示，胃相消化符合零级动力学模型。萌发样品的消化速率常数（k）均比UG提高了1.5倍以上，其中G20和G25的速率相近且高于G15。肠道相消化符合一级分数转化模型，UG在肠道相的蛋白质水解速率常数约为萌发样品的三倍，表明萌发样品在胃相被快速水解后，在肠道相的催化转化速率相对较慢。
3.4. 萌发温度对燕麦蛋白水溶性的影响
萌发导致总蛋白含量轻微但显著增加（UG: 14.02% → G25: 16.24%）。G20和G25的水溶性蛋白含量（约53.7 g/100g蛋白）显著高于UG（33.07 g/100g蛋白）和G15（34.20 g/100g蛋白）。游离α-氨基群含量在萌发后大幅增加，UG仅为3.46 mg/g样品，而G25高达16.35 mg/g样品，G15和G20分别为11.73 mg/g和10.32 mg/g。这解释了萌发样品，尤其是G25，在胃相消化初期具有更高水解度的原因。
3.5. 燕麦蛋白组分的SDS-PAGE图谱
SDS-PAGE分析显示，未萌发样品的条带主要集中在35 kDa和20 kDa附近，对应于12S球蛋白的α和β亚基。萌发后，在所有提取类型（全蛋白、水溶性、盐碱溶性）中，样品在约70-130 kDa的高分子量区域显示出更多样化的条带，特别是在水溶性提取物中，未萌发样品条带微弱，而萌发样品出现约100 kDa和70 kDa的条带，表明萌发引起了蛋白质溶解性和提取性的改变，而非均匀的蛋白质降解。未观察到明显的温度依赖性条带差异。
3.6. 萌发温度影响燕麦粉中的抗营养因子
萌发降低了植酸含量（UG: 13.61 mg/g → G25: 11.16 mg/g）和胰蛋白酶抑制剂活性（TIA）（UG: 2.03 TUI/mg → 萌发样品: ≈1.79 TUI/mg），其中G25的植酸降低最显著。相反，总酚含量（TPC）在萌发后增加，G25最高（1.38 mg GAE/g），是UG（0.57 mg GAE/g）的2.4倍。相关性分析显示，蛋白质消化率与游离α-氨基群呈强正相关（r = 0.905），与水溶性蛋白呈中等正相关（r = 0.696），与β-折叠含量（r = -0.654）、TIA（r = -0.584）和植酸含量（r = -0.675）呈负相关。
研究结论与讨论部分指出，萌发通过多种机制协同改善了燕麦蛋白的消化性。其诱导的蛋白质结构重组（向更无序构象转变）、基质解体（碳水化合物和脂质降解）、抗营养因子减少（植酸、TIA）以及蛋白质溶解性和预水解程度（游离α-氨基）的增加，共同促进了消化酶的可及性，特别是在胃消化阶段。萌发温度主要通过影响代谢强度和酶活性来调节这些变化的程度，从而影响消化动力学，尤其是胃相速率，但对最终肠道消化率的影响相对较小。较高的萌发温度（25°C）导致了更显著的蛋白质构象变化（更高的β-折叠和β-转角含量）和基质修饰，从而表现出更快的胃消化动力学。
该研究的重要意义在于，它将萌发定位为谷物加工链上游的一种干预策略，通过相对温和的生物加工过程预先改善原料的蛋白可及性和可溶性，这可能有助于减少对下游复杂分离和修饰步骤的依赖，符合可持续食品加工的理念。研究结果强调了萌发条件（如温度）在塑造最终产品营养品质方面的关键作用，为开发高营养品质的燕麦基食品配料提供了理论依据和实践指导。然而，本研究采用的体外静态消化模型与体内复杂的生理调节（如酶分泌动态、胃排空）存在差异，未来需要体内研究来验证这些观察结果的生理相关性，并进一步探索萌发燕麦粉在复杂食品基质中的加工适应性和感官特性。
