浸麦条件对萌动燕麦β-葡聚糖质量分数及
蛋白质体外消化率的影响

闵 维，焦应申，刘 帆，李巨秀*

（西北农林科技大学食品科学与工程学院，陕西 杨凌 712100）

摘 要：以裸燕麦为材料，以燕麦发芽前后的β-葡聚糖质量分数、蛋白质体外消化率为评价指标，通过单因素和正交试验，研究浸麦温度、浸麦厚度及浸麦时间对上述指标的影响，以期为制备蛋白质体外消化率高、β-葡聚糖质量分数可观的萌动燕麦原料提供理论依据。结果表明，浸麦厚度和浸麦时间对萌动燕麦β-葡聚糖质量分数没有显著影响，但浸麦温度越高，萌动燕麦β-葡聚糖质量分数则降低越多；萌动燕麦的蛋白质体外消化率则随着浸麦厚度的增加而降低，随着浸麦时间的延长而升高。通过正交试验得出最佳浸麦工艺：采用浸四断八的浸麦方式，浸麦温度11 ℃、浸麦厚度15 mm、浸麦时间16 h。在此条件进行制麦，燕麦的蛋白质消化率提高了58.02%，β-葡聚糖质量分数降低了8.60%。

关键词：萌动燕麦；浸麦；发芽；β-葡聚糖质量分数；蛋白质体外消化率

Effect of Steeping Conditions on β-Glucan Content and in vitro Protein Digestibility of Germinating Oats

MIN Wei, JIAO Ying-shen, LIU Fan, LI Ju-xiu*

(College of Food Science and Engineering, NorthWest A & F University, Yangling 712100, China)

Abstract: In this work, we used single factor and orthogonal array designs to investigate the effects of steeping conditions including temperature, depth and time on β-glucan content and in vitro protein digestibility (IVPD) of germinating naked oats. It was demonstrated that both steeping depth and time had no significant impact on β-glucan content of geminating oats, but a more obvious decrease in β-glucan content was observed with an increase of steeping temperature. IVPD value decreased with increasing steeping depth, but increased with increasing steeping time. The results of orthogonal array design suggested that the optimum steeping conditions were established as follows: steeping (11 ℃ for 16 h in total) for 4 h and air-rest for 8 h with a steeping depth of 15 mm, under which IVPD value was increased by 58.02%, and β-glucan content was decreased by 8.60%.

Key words: gemininating oats; steeping; germination; β-glucan content; in vitro protein digestibility

中图分类号：S512.6 文献标志码：A 文章编号：1002-6630（2014）20-0052-05

doi:10.7506/spkx1002-6630-201420011

燕麦中可溶性膳食纤维、优质蛋白、维生素以及矿物元素和必需脂肪酸含量丰富，具有极高的营养价值，并具有降血脂、降血糖、改善肠道功能等生理功效[1-2]。然而燕麦中含有约0.35%的植酸[3]，抑制人体对钙、铁、锌等金属离子的吸收[4]。此外，人体对燕麦蛋白质的利用率比较低，未经发芽的燕麦蛋白质体外消化率仅为15%左右[5]。

谷物种子在发芽过程中会发生一系列形态和生理生化的变化，包括蛋白质和淀粉等大分子物质降解，抗氧化物质等含量增加，植酸、蛋白酶抑制剂等抗营养因子含量降低，提高了谷物食品的消化率以及矿物质和限制性氨基酸的含量，从而改善了谷物营养价值[3]。近几年，通过浸麦和发芽的方式来改进燕麦营养品质受到广泛关注。Xu Jianguo等[6]研究发现燕麦在20 ℃条件下浸麦发芽后，其游离氨基酸含量较原麦显著增加，其中发芽后必需氨基酸含量是原麦的146.8 倍，由原来的144.1 mg/kg增加到1 141.3 mg/kg。同时，燕麦发芽后酚类物质含量明显提高[7]。发芽还可以降低谷物中植酸的含量[8]，Hümner等[9]研究发现通过制麦可使燕麦中植酸质量分数从0.683%降低到0.467%。

虽然较长时间的发芽可以改善谷物营养价值，但对于燕麦等种子而言，在酚类化合物含量等增加的同时，β-葡聚糖、木聚糖等重要的功能性物质却被大量降解。Wang Junmei等[10]研究生长在不同地区不同品种的大麦在发芽前后β-葡聚糖含量及β-葡聚糖酶活性的变化，发现大麦15 ℃条件下发芽96 h后，β-葡聚糖质量分数下降了71.6%～83.1%，β-葡聚糖酶活性增强了5～10 倍左右。李利霞等[5]研究表明燕麦通过14 ℃浸麦、15 ℃发芽4 d时蛋白质消化率上升了142.1%，而β-葡聚糖质量分数下降了91%，Donkor等[11]则认为经过燕麦5 d的发芽，阿糖基木聚糖含量从2.5 g/100 g下降到0.25 g/100 g，下降了约90%。以β-葡聚糖为例，燕麦中的β-葡聚糖具有较高的营养价值和保健价值，它能预防和治疗高血脂引起的心脑血管疾病， 具有明显的降低血脂和血清胆固醇作用，而长时间发芽降低了绝大部分的β-葡聚糖含量，这在很大程度上限制了发芽燕麦在加工功能性食品方面的应用，因此，可通过缩短浸麦发芽时间，一方面使燕麦在萌发过程中既提高了营养价值，又可避免因β-葡聚糖等含量降低而影响其功能性应用，另一方面又可减少人力、物力、财力资源的过度消耗。

谷物通过浸麦一方面可以达到发芽的水分要求，另一方面可除去谷物表面的灰尘和杂质。浸麦温度是影响谷物浸麦时吸水速率的主要因素，温度越高谷物水分吸收越快，达到一定水分含量所需要的时间越短，但一般浸麦温度不宜太高，以防有损胚的生理作用[12]。研究表明，在12～18 ℃条件下浸麦6～10 h时，谷物水分含量可达25%～35%，当浸麦10～20 h时，麦粒吸水很慢几乎停止，20 h后，麦粒膨胀吸水，在供养充足的条件下吸水量与时间呈直线关系上升，当时间过长时，麦粒组织则被破坏[13-14]。本研究在缩短浸麦和发芽时间的前提下，通过分析不同浸麦条件对燕麦β-葡聚糖质量分数和蛋白质消化率的影响，一方面得到蛋白质消化率高且β-葡聚糖质量分数可观的萌动燕麦原料，另一方面为深入研究燕麦萌动过程中发生的变化及萌动燕麦的制备工艺提供基础，进而为萌动燕麦在功能性食品研制方面提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

裸燕麦为河北省张家口农业科学院提供的花早2号裸燕麦。

K-BGLU 04/06 β-葡聚糖分析试剂盒 爱尔兰Megazyme公司；胃蛋白酶 美国Sigma试剂公司；叠氮化钠 东阳市天宇化工有限公司；磷酸钠、三氯乙酸、无水乙醇、冰醋酸、盐酸均为分析纯。

1.2 仪器与设备

SPX-150生化培养箱 上海悦丰仪器仪表有限公司；YQ-PJ-5盘式粉碎机 轻工业部西安轻机所光电公司；pHS-3C pH计 方舟科技有限公司；UV-2550分光光度计 日本岛津公司；SC-3610低速离心机 安徽中科中佳科学仪器有限公司；KDY-9830型全自动凯氏定
氮仪 北京市通润源机电技术有限责任公司；HH-6数显恒温水浴锅 国华电器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 样品制备

在一定温度、厚度条件下采用浸四断八[15]的浸麦方式：浸麦4 h→空气休止8 h→浸麦4 h→空气休止8 h、浸麦后在15 ℃条件下发芽20 h，45 ℃干燥24 h，之后人工去除麦根、磨粉，麦芽粉于－4 ℃保存，备用。

1.3.2 燕麦浸麦工艺单因素试验

采用浸四断八的浸麦方式分别对浸麦温度（分别为11、13、15、17、19 ℃，浸麦厚度10 mm、浸麦24 h）、浸麦厚度（分别为5、10、15、20、25 mm，15 ℃浸麦24 h）、浸麦时间（在浸麦温度15 ℃、浸麦厚度15 mm条件下分别浸麦16、20、24、28 h）进行单因素试验，浸麦后在15 ℃条件下发芽20 h，于 45 ℃进行干燥处理 24 h，之后去根、磨粉，以β-葡聚糖质量分数及蛋白质体外消化率（in vitro protein digestibility，IVPD）作为评价指标，以确定各试验因素的影响和适宜范围。

1.3.3 燕麦浸麦工艺优化试验

在单因素试验基础上，选用L9（34）正交试验设计表，以浸麦温度、浸麦厚度和浸麦时间为考察因素，以麦芽β-葡聚糖质量分数（%）和IVPD值（%）为考察指标，优化制麦工艺参数，从中筛选最优的工艺条件和技术参数。

1.3.4 分析方法

β-葡聚糖质量分数的测定采用试剂盒法，分析方法依据EBC 4.16.1《EBC麦芽中β-葡聚糖检测方法》。

IVPD值采用Aisha等[16]的方法进行测定，略有修改。具体步骤为：准确称取0.1 g样品，测定麦芽粉中的含氮量；准确称取0.5 g燕麦样品至50 mL离心管中，加入含1 mg胃蛋白酶的15 mL 0.1 mol/L HCl溶液，37 ℃恒温水浴中水解2 h。反应终止时，立即加入15 mL质量分数10%三氯乙酸溶液，用滤纸过滤，三氯乙酸中氮含量用微-凯氏定氮法测量。计算如下式所示：

式中：X1为上清液中氮质量分数%；X2为胃蛋白酶中氮质量分数/%；X3为样品中氮质量分数/%。

1.4 数据处理

数据分析采用Excel 2003软件进行，以平均值表示，显著性（P＜0.05）分析采用DPS v7.05软件进行，多重比较分析采用Duncan新复极差法。

2 结果与分析

2.1 浸麦工艺单因素试验

2.1.1 浸麦温度对燕麦β-葡聚糖质量分数和IVPD值的影响

浸麦前，燕麦籽粒含水量较低，其生理活性微弱，通过浸渍，燕麦在吸收大量水分的同时氧气也随之进入燕麦组织中去，进而促进了燕麦的呼吸作用，新陈代谢也随之发生。当水分含量达到一定程度时，燕麦籽粒开始发芽。籽粒吸收水分随着浸麦温度的升高而加快，发芽所需要的时间越短，低温浸麦有利于籽粒均匀吸水，当浸麦温度过高时，种子组织结构会遭到破坏[12-14]。

不同小写字母表示差异显著（P＜0.05），相同小写字母表示差异不显著（P＞0.05）。下同。

图 1 浸麦温度对β-葡聚糖质量分数及IVPD值的影响

Fig.1 Effect of steeping temperature on β-glucan content and IVPD value

从图1可以看出，萌动后，燕麦β-葡聚糖质量分数有所下降。当浸麦温度为11 ℃时，β-葡聚糖质量分数未发生显著变化（P＞0.05），之后随着温度的上升，β-葡聚糖质量分数显著降低（P＜0.05），当浸麦温度为19 ℃时与原麦相比燕麦β-葡聚糖质量分数下降了25.83%，当浸麦温度为15 ℃时燕麦β-葡聚糖质量分数从3.02%降低至2.47%，降低了18.21%。这是因为浸麦温度升高，β-葡聚糖酶活性增强，促使β-葡聚糖降解[12]。与原麦相比，11 ℃浸麦时，燕麦IVPD值显著提高（P＜0.05），提高了30.64%，之后随着浸麦温度的升高，燕麦IVPD值升高，但13、15、17、19 ℃之间并无显著性差异
（P＞0.05），浸麦温度为15 ℃时，燕麦IVPD值从20.90%升高至41.86%，增加了42.87%。综合浸麦温度对β-葡聚糖质量分数的影响结果，选择浸麦温度为15 ℃进行后续试验。

2.1.2 浸麦厚度对燕麦β-葡聚糖质量分数和IVPD值的影响

浸麦厚度与谷物氧气的吸收和二氧化碳的排出有关，适宜的浸麦厚度不仅可以保证新鲜空气充分进入物料层中，也可避免因二氧化碳积累而抑制颗粒发芽，使得籽粒能够进行正常的有氧呼吸，为发芽提供充足的物质和能量保障[12-14]。

图 2 浸麦厚度对β-葡聚糖质量分数及IVPD值的影响

Fig.2 Effect of steeping depth on β-glucan content and IVPD value

由图2可以看出，与原麦相比，经过浸麦及发芽后，燕麦β-葡聚糖质量分数均显著性降低（P＜0.05），但浸麦厚度之间对β-葡聚糖质量分数的影响并不显著（P＞0.05），当浸麦厚度为15 mm时β-葡聚糖质量分数降低最少，降低了14.57%。经过处理后燕麦IVPD值显著提高
（P＜0.05）。当浸麦厚度为5、10、15 mm时，IVPD值无显著差异（P＞0.05）。浸麦厚度为15 mm时，IVPD值增加值最大（增加了40.82%），之后随着浸麦厚度的增加，IVPD值增加程度降低，这是因为当麦层较厚时，在浸麦和发芽过程中，氧气进入较少，而研究表明麦层中氧气含量不充足时，会使麦芽蛋白酶活力低，分解麦芽中蛋白质的能力降低[15]，进而使得燕麦IVPD值增加程度较小。综合浸麦厚度对β-葡聚糖质量分数及IVPD值的影响结果，选择浸麦厚度为15 mm进行后续试验。

2.1.3 浸麦时间对燕麦β-葡聚糖质量分数和IVPD值的影响

浸麦时间对种子营养物质的吸收和利用有显著影响，浸泡时间过短，谷物不能达到发芽所需要的水分，各种内源酶活性较低，不足以提供种子发芽所需要的物质和能量，浸泡时间过长会使种子细胞结构受到不同程度的破坏，从而影响种子对营养物质的吸收[13-14,19]，故研究不同浸麦时间对β-葡聚糖质量分数和IVPD值的影响具有重要意义，其结果见图3。

图 3 浸麦时间对β-葡聚糖质量分数及IVPD值的影响

Fig.3 Effect of steeping time on β-glucan content and IVPD value

随着浸麦时间的延长，燕麦β-葡聚糖质量分数呈降低趋势，当浸麦20 h时，燕麦β-葡聚糖质量分数降低较少，由3.02%降至2.65%（图3）。这一结果与徐托明等[17]研究的发芽燕麦β-葡聚糖含量变化趋势相似，其研究发现燕麦经过浸麦和发芽24 h后β-葡聚糖含量质量分数由4.64%降至约4.23%。这是因为谷物随着浸麦时间的延长，
β-葡聚糖酶活性升高，导致β-葡聚糖降解[18]。不同浸麦时间的IVPD值与原麦相比均显著提高（P＜0.05）。随着浸麦时间的延长，燕麦IVPD值总体呈现上升趋势。在浸麦20 h时，IVPD值增幅最高，增加了48.08%。谷物种子在发芽过程中为了保证发芽所需要的物质和能量，各种内源酶被激活，蛋白质在蛋白酶的作用下降解为游离氨基酸和肽，使得燕麦蛋白质消化率提高。本试验结果与Vijayakumair等[20]研究紫荆花种子的蛋白质消化率随着浸泡时间的延长呈上升趋势相似。燕麦在浸麦和发芽过程中抗营养因子植酸被植酸酶分解，含量降低[21]，而Eksheikh等[22]认为抗营养因子的显著降解可使蛋白质体外消化率得以提高。综合以上结果选择浸麦时间为20 h进行后续试验。

2.2 浸麦工艺正交优化试验

在单因素试验基础上，选用L9（34）正交试验设计，优化影响燕麦营养品质的浸麦条件。试验设计及结果见表1，方差分析见表2、3。

表 1 浸麦工艺正交试验优化结果

Table 1 Orthogonal array design with experimental results for optimization of steeping conditions

由表2极差分析结果可以看出，3个因素对β-葡聚糖质量分数影响的主次顺序是A＞B＞C，即浸麦温度＞浸麦厚度＞浸麦时间，最佳工艺为A1B2C2；对IVPD值影响的主次顺序时B＞C＞A，即浸麦厚度＞浸麦时间＞浸麦温度，最佳工艺为A1B2C1。由于A因素对β-葡聚糖质量分数影响较IVPD值大，可考虑以β-葡聚糖质量分数为主要评价指标，选择A1。B因素对IVPD值的影响较大，对β-葡聚糖质量分数的影响较小，可考虑以IVPD值为主要指标，故选择B2。C因素对IVPD值的影响较β-葡聚糖质量分数大，可以IVPD值为主要评价指标，选择C1。所以极差分析所得最佳优化工艺组合为A1B2C1，即最优浸麦工艺为：浸麦温度11 ℃、浸麦厚度15 mm、浸麦时间16 h。

表 2 正交试验方差分析表（β-葡聚糖质量分数）

Table 2 Analysis of variance for β-glucan content

表 3 正交试验方差分析表（IVPD值）

Table 3 Analysis of variance for IVPD value

由表2、3可以看出，浸麦温度对β-葡聚糖质量分数有显著影响（P＜0.05），浸麦厚度和浸麦时间对IVPD值有极显著影响（P＜0.01）。

综上所述，各因素的最优组合为A1B2C1，即浸麦温度11 ℃、浸麦厚度15 mm、浸麦时间16 h。在此条件进行制麦，燕麦的蛋白质消化率提高了58.02%，β-葡聚糖质量分数降低了8.60%。

3 讨 论

研究[23]表明燕麦中β-葡聚糖含量丰富，大约有3%～7%，且燕麦对糖尿病的预防与治疗效果显著、具有降血脂、优化肠道菌群、促进肠道蠕动防止便秘等功效。Ellis等[24]发现β-葡聚糖含量与β-葡聚糖酶的活性有关，经过制麦后谷物β-葡聚糖含量下降约50%，低β-葡聚糖含量的大麦或燕麦有利于啤酒生产，但对于以β-葡聚糖为主的功能性应用就会受到限制。谷物种子在浸麦和发芽过程中，β-葡聚糖酶的活性会随着浸麦时间和发芽时间的延长而不断提高，有报道[10]称谷物在15 ℃条件下浸泡96 h后，β-葡聚糖酶活性较未经过浸泡的8 倍左右。β-葡聚糖酶活性与β-葡聚糖含量呈负相关关系，尤其与不溶性β-葡聚糖关系密切[24]。因此，长时间的浸麦和发芽不利于β-葡聚糖含量的保存。本研究通过缩短浸麦和发芽时间，可以减弱β-葡聚糖含量的降低程度。

张钟等[25]指出蛋白质消化率是食物中的蛋白质可被消化酶分解的程度，蛋白质消化率越高，被人体吸收利用的可能性越大，营养价值也越高。通过短时间的发芽，燕麦中的一些化学物质及功能性成分会发生变化。徐建国[26]研究燕麦发芽后发现，经过48 h发芽，蛋白质消化率提高了19.06%左右，并认为原因可能是发芽降低了胰蛋白酶抑制剂的含量，这与本研究结果不同，这可能与燕麦品种和产地有关。李利霞等[5]研究发现经过14 ℃浸麦31 h，15 ℃发芽4 d后，燕麦IVPD值提高了142.1%，与本研究结果不同，这是因为长时间的浸麦发芽有利于蛋白酶的激活，发芽时间越长，蛋白酶活力越强[27]，这样就会使得燕麦的IVPD值随之提高。燕麦在发芽过程中，一方面蛋白质被先分解为小分子的肽，之后继续降解呈游离氨基酸，另一方面，燕麦游离氨基酸再合成酶的作用下，合成新的肽链和蛋白质。Xu Jianguo等[28]研究表明20 ℃浸麦24 h，16 ℃发芽48 h后，燕麦总酚含量增加58.79%，而Tian Binqiang等[3]对燕麦发芽过程中的物理化学变化的研究发现燕麦经过16 ℃浸麦24 h，16 ℃发芽144 h后，淀粉、植酸含量显著降低，而游离氨基酸含量显著增加，大约是原麦的3 倍左右，多酚含量也显著升高，大约是原麦的4.5 倍左右。短时间浸麦和发芽对多酚、游离氨基酸等成分含量的影响有待进一步研究。

4 结 论

浸麦温度是影响萌动燕麦β-葡聚糖质量分数的主要因素，随着浸麦温度的升高，β-葡聚糖质量分数降低；浸麦厚度和浸麦时间是影响萌动燕麦蛋白质体外消化率的主要因素，蛋白质体外消化率随着浸麦厚度的增加而降低，随着浸麦时间的延长而升高。

通过优化得出萌动燕麦的最佳浸麦工艺为：采用浸四断八浸麦方式，浸麦温度11 ℃、浸麦厚度15 mm、浸麦时间16 h。采用优化出的浸麦条件进行制麦，燕麦蛋白质消化率提高了58.02%，β-葡聚糖质量分数降低了8.60%。

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