发芽条件对藜麦营养特性、酚类成分及体外消化生物可及性的影响研究

《ACS Food Science & Technology》：Effect of Germination Conditions on the Nutritional, Bioactive Profile and In Vitro Gastrointestinal Digestion of Amaranthus hypochondriacus

本研究系统评估了不同发芽温度（24、27、30°C）和时间（24、48、72 h）对藜麦芽苗营养成分、酚类物质谱、抗氧化活性及体外消化过程中酚类化合物释放规律的影响。结果表明，相较于未发芽原料，较高温度和较长时间的发芽处理能显著提升蛋白质、不溶性膳食纤维、可溶性膳食纤维、总酚含量及抗氧化能力（DPPH、ABTS、FRAP法），并促进没食子酸、咖啡酸、阿魏酸等特征酚酸的富集。体外模拟胃肠消化后，藜麦芽苗的总酚含量和抗氧化活性进一步升高，凸显其作为功能性食品配料的潜力。

　　

引言

藜麦（Amaranthus hypochondriacus）作为一种原产于美洲的伪谷物，因其高蛋白含量（约17%）、均衡的必需氨基酸谱（尤其是富含赖氨酸）以及不饱和脂肪酸、膳食纤维和钙、钾等矿物质而备受关注。其脂质组分中含有的角鲨烯具有抗氧化、抗肿瘤和降血脂特性。此外，藜麦还被证实具有调节血糖血脂代谢及抗炎等健康促进作用。鉴于其优异的营养品质、生物活性成分以及对边际农业条件的适应性，藜麦作为一种有望支持粮食安全并提供健康促进化合物的作物，日益受到重视。

发芽是一种简单有效的加工方式，能够增强谷物的营养和功能特性。在此过程中，酶活性和代谢途径被激活，促进营养物质和生物活性化合物的合成与释放。主要变化包括提高蛋白质消化率和溶解度，增加膳食纤维、酚类化合物含量及抗氧化能力，同时降低植酸、皂苷、单宁和胰蛋白酶抑制剂等抗营养因子。发芽还能改善淀粉消化率和酚类化合物的生物可及性。芽苗的酚类物质谱受谷物种类和发芽条件的共同影响，其中时间和温度是调控营养成分和生物活性物质积累的关键因素。作为一种低成本、易操作的过程，发芽是改善谷物品质和开发功能性食品配料的理想技术策略。

酚类化合物（如酚酸和黄酮类）因其高抗氧化活性及抗炎、抗高血压、抗癌等生物活性而受到特别关注。发芽能提高不同谷物中此类化合物的浓度，使芽苗成为有前景的生物活性物质膳食来源。然而，酚类化合物的生理影响不仅取决于其浓度，还与其在胃肠道消化过程中的稳定性及行为密切相关，这决定了其能否保持生物活性而被吸收利用。消化过程中，酚类化合物可能被释放、转化或降解，因此评估其在胃肠道环境下的变化行为至关重要。尽管先前关于藜麦发芽的研究已报道了蛋白质、脂质、总酚含量及抗氧化能力的变化，但对酚类物质谱的详细表征及其在体外胃肠消化过程中行为的研究仍较有限，且发芽温度和时间对这些参数的影响鲜有报道。因此，本研究旨在评估发芽温度和时间对藜麦化学组成、酚类物质谱、抗氧化活性以及体外胃肠消化诱导变化的影响。

材料与方法

化学试剂：实验使用了Trolox、Folin-Ciocalteu试剂、DPPH自由基、ABTS、TPTZ、醋酸钠（C₂H₃NaO₂）、三氯化铁（FeCl₃）、三氯化铝（AlCl₃）等试剂，以及用于体外消化的酶（α-淀粉酶、胃蛋白酶、胰蛋白酶）和酚酸及黄酮类标准品。

原料处理：藜麦谷物及市售爆裂藜麦经粉碎过筛后于4°C保存。原料的植物化学特征、抗氧化能力、酚类物质谱及体外消化数据见附表。

发芽工艺：参照Perales-Sánchez等方法并稍作修改。谷物经消毒、浸泡后，于湿润棉布上在黑暗条件下（相对湿度90%），分别于24、27、30°C下培养24、48、72小时。发芽后的芽苗经干燥、粉碎后储存备用。爆裂藜麦作为常见消费形式的对照。

组分分析：采用AOAC官方方法测定蛋白质、脂肪、水分、灰分及可溶性/不溶性膳食纤维含量，碳水化合物通过差值法计算。

甲醇提取物制备：样品用80%甲醇避光匀浆提取后离心取上清液，用于总酚、总黄酮含量测定、抗氧化实验及HPLC酚类谱分析。

总酚及总黄酮含量测定：分别采用Folin-Ciocalteu法和AlCl₃法测定，结果以没食子酸当量（mg GAE/g db）和槲皮素当量（mg QE/g db）表示。

抗氧化能力测定：采用DPPH、ABTS和FRAP法，以Trolox为标准，结果表示为毫克Trolox当量每克干基（mg TE/g db）。

酚类物质HPLC分析：采用HPLC-DAD系统，C18色谱柱，梯度洗脱，通过对比保留时间和紫外-可见光谱与标准品进行定性与定量分析。

体外胃肠消化模拟：参照改良方法模拟口腔、胃、肠三相消化过程，消化液经离心后取上清液测定总酚、总黄酮含量及抗氧化能力，并计算酚类化合物回收率。

统计分析：采用完全随机设计，进行双因素方差分析，并用Bonferroni检验进行多重比较（p < 0.05）。通过Pearson相关分析评估各酚类化合物与抗氧化能力之间的关系。

结果与讨论

藜麦芽苗的化学组成

发芽温度和时间显著影响藜麦芽苗的蛋白质、脂肪、碳水化合物、灰分和膳食纤维含量。蛋白质含量随发芽温度和时间延长而增加，在30°C培养72小时达到最高值（21.59 g/100 g db），较原料提升26.4%。脂肪和碳水化合物含量则随发芽时间延长而下降，尤其在较高温度下更为明显，归因于内源酶对脂质和淀粉的降解以供呼吸消耗。灰分含量随时间和温度增加而显著上升，与植酸酶活性促进矿物质释放有关。膳食纤维（总纤维、可溶性纤维、不溶性纤维）含量呈渐进式增加，在30°C、72小时条件下达到最大值，较原料分别提升362%、611%和302%，这与细胞壁成分（如木质素、纤维素等）的合成以及高温胁迫诱导的保护性反应相关。

酚类化合物、黄酮含量及抗氧化能力

发芽显著提高了藜麦芽苗的总酚和黄酮含量。总酚含量在30°C、72小时条件下达到9.04 mg GAE/g db，较原料提升693%。黄酮含量变化趋势类似，在30°C、48小时时最高（0.42 mg QE/g db）。抗氧化能力（DPPH、ABTS、FRAP法）也随发芽温度和时间延长而显著增强，最高值出现在30°C培养72小时的芽苗中，较原料提升达18倍（DPPH法）。酚类化合物和黄酮含量与抗氧化能力呈显著正相关，表明它们是藜麦芽苗抗氧化活性的主要贡献者。

藜麦芽苗的酚类物质谱

发芽显著影响了藜麦芽苗的酚类物质组成。羟基苯甲酸类（如没食子酸、香草酸）和羟基肉桂酸类（如咖啡酸、阿魏酸）含量均大幅增加，其中咖啡酸成为发芽后最主要的酚酸，含量提升高达108倍。黄酮类成分中，槲皮素含量下降，而山奈酚和芦丁含量增加。30°C、72小时的处理最有利于酚类物质的积累。相关性分析显示，没食子酸、香草酸、咖啡酸等酚酸与抗氧化能力显著相关，是藜麦芽苗抗氧化活性的关键物质。

藜麦谷物、爆裂藜麦及藜麦芽苗的体外胃肠消化

体外消化后，所有样品的总酚含量均有所增加。原料和爆裂藜麦的酚类回收率较高（分别达428%和465%），而芽苗的回收率较低（106%-227%），且随发芽时间延长而下降。消化后未检测到黄酮类化合物，可能因其在消化过程中不稳定而降解。尽管如此，消化后的藜麦芽苗仍显示出比原料和爆裂藜麦更高的总酚含量和抗氧化能力，尤其在30°C、72小时处理的芽苗中表现最优。消化过程中抗氧化能力的增强可能源于酚类化合物的释放、生物活性肽的生成以及食物基质结构的破坏。

结论

本研究系统阐明了发芽温度和时间对藜麦芽苗营养品质、酚类物质谱及体外消化特性的调控作用。高温长时间发芽能有效促进蛋白质、膳食纤维、酚类化合物等有益成分的积累，并显著增强其抗氧化活性。体外消化实验证实，藜麦芽苗在消化后仍能保持较高的生物活性成分水平，展现出良好的生物可及性。这些发现为将藜麦芽苗开发为功能性食品配料提供了理论依据，突出了其在促进健康和预防氧化应激相关慢性疾病方面的应用潜力。