花生是我国重要的油料作物和经济作物,全国花生总产量达到1.80亿t。花生是我国在国际市场上唯一具备竞争优势的油料作物,尤其是高油酸花生,使经济效益显著提升,因此成为行业的首选品种[1-2]。与普通花生相比,高油酸花生耐旱性强、病害少、产量高,具有更高稳定性和更长货架期,可以预防心脑血管疾病,有益于人体健康[3-4]。因此,高油酸花生更适合于加工或进行发芽制成各种花生产品,备受种植者、加工者和消费者青睐[5-6]。
花生因含有致敏蛋白而具有很强的致敏性,严重时可危及生命,而有研究表明短期发芽使致敏蛋白降解为小分子,Arah 1的免疫反应性显著降低[7-9]。所以花生芽可应用于功能性食品和保健品行业[10-12]。发芽还可以改变花生种子的营养成分和功能活性,比如富含抗氧化化合物二苯乙烯;丰富的矿物质,尤其是铁和钙的含量;多种适合人体吸收的氨基酸,如天冬氨酸、脯氨酸及蛋氨酸等;子叶和芽中硫胺素含量是未发芽的 1.4 倍和 2.5 倍。另外在发芽的过程中,发芽第5 天的子叶和芽中的脂肪含量为23.4、10.8 g/100 g,相较于发芽初期的脂肪含量大大缩减,可见花生芽是一种具有功能性且低脂健康的芽苗菜[13]。
现如今,花生发芽时间与营养成分的变化相关性已被广泛研究,高油酸花生芽研究尚处于起步阶段,但随着人们消费需求的提高以及对生活品质的追求,高油酸花生芽已逐渐成为国际花生生产和消费的重要发展方向[14]。目前,对不同高油酸花生品种发芽后的营养及品质研究较少,且缺乏对花生芽客观、准确、科学的分析和评价体系,而发芽率、芽长还有蛋白质等营养成分是衡量花生芽菜品质的重要指标,对后续的花生芽功能食品的开发利用极为重要[15-16]。
本文对花生芽进行基础营养指标及总酚含量的测定,并进行Pearson相关性分析,通过主成分分析法和聚类分析对花生芽进行综合品质评价,以期为推动花生芽在食品加工领域不断发展及花生芽高附加值产品的开发提供参考。
冀农花6号、冀572、冀农花12、阜花27、辽花618、冀1336、易花0910、冀花18、鑫花5号、深花2号、新花17、濮花66、阜花22、冀花19、阜花23、阜花30:辽宁省沙地与治理利用研究所(辽宁省花生研究所),于2021年10月收获。
乙酸镁、硫酸铜、硫酸钾、硼酸、氢氧化钠、柠檬酸钠、次氯酸钠溶液(1%)、甲醇(色谱级)、无水乙醇:天津市富宇精细化工有限公司;石油醚、无水乙醚、氢氧化钾、苯酚、福林酚、焦性没食子酸(色谱级):上海麦克林生化科技有限公司;无水碳酸钠:天津市瑞金特化学品有限公司;没食子酸标准品:北京索莱宝科技有限公司;三氟化硼(15%)、正庚烷、氯化钠、无水硫酸钠:上海源叶生物科技有限公司。除特殊标记外,试剂均为分析纯。
BD-ZGX-400G-4P植物生长箱:南京贝帝试验仪器有限公司;SCIENTZ-12N真空冷冻干燥机:宁波新芝生物科技股份有限公司;SX-5-12中温箱式电阻炉:上海科恒仪器有限公司;SP815S破壁机:苏泊尔股份有限公司;TGL-15B高速台式离心机:上海安亭科学仪器厂;KQ-300VDV三频数控超声波清洗器:昆山市超声仪器有限公司;MDF-382E(CN)医用低温箱:松下冷链(大连)有限公司:GZX-9240MBE电热鼓风干燥箱:上海博迅实业有限公司;Kjultec8400全自动凯氏定氮仪:福斯华(北京)科贸有限公司;P1411002紫外分光光度计:上海菁华科技仪器有限公司;TB-214分析天平:美国Denver公司。
1.3.1 水培花生发芽法
选择优质新鲜花生颗粒于1%次氯酸钠溶液中消毒13 min,浸泡4 h,用去离子水冲洗3 次后放在消毒后的芽盘里,并在花生的表面覆盖一层无菌纱布使其保持湿润,处理之后将其放入27 ℃的植物生长箱里进行催芽。待花生萌发出白色嫩芽后将其移栽至灭菌过的花生芽盘中,在底部加适量蒸馏水,使水面与花生芽种植盘齐平,每隔24 h避光换水,5 d后收获[17]。
1.3.2 营养组分测定
芽长采用游标卡尺测量;发芽率参照GB/T 5520—2011《粮油检验 籽粒发芽试验》测定;水分含量参照 GB 5009.3—2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定》中直接干燥法测定;灰分含量参照GB 5009.4—2016 《食品安全国家标准 食品中灰分的测定》测定;粗蛋白含量参照GB 5009.5—2016《食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定》中凯氏定氮法测定;粗脂肪含量参照GB 5009.6—2016 《食品安全国家标准 食品中脂肪的测定》中酸水解法测定;氨基酸含量参照 GB 5009.124—2016《食品安全国家标准 食品中氨基酸的测定》测定;总脂肪酸含量参照GB 5009.168—2016《食品安全国家标准 食品中脂肪酸的测定》测定;粗纤维含量参照GB/T 5009.10—2003《植物类食品中粗纤维的测定》测定;碳水化合物含量参照GB/Z 21922—2008《食品营养成分基本术语》进行测定。
1.3.3 总酚含量测定
预处理:发芽5 d的花生芽用真空冷冻干燥机干燥3 d后研磨过60 目筛,用自封袋密封避光储存在-80 ℃冰箱中直至使用。将1.00 g花生芽冻干粉与30 mL 70%乙醇溶液混合,并用超声波清洗器将其超声15 min(温度47 ℃、功率240 W),提取物在6 000 r/mim的条件下离心15 min后收集上清液,沉淀物与50 mL 80%乙醇溶液混合并超声进行二次提取。合并两次上清液,定容至100 mL容量瓶后储存在-80 ℃冰箱中待测[18]。
采用福林酚法测定总酚含量[19]。取1.00 mL待测液于10 mL离心管中,与0.5 mL福林酚试剂反应1 min后,加入4 mL Na2CO3 溶液(10%),摇匀后加超纯水至10 mL避光反应30 min,在765 nm处测定吸光度,计算总酚含量,并以mg没食子酸当量(GAE)/g干物质(DW)表示。回归方程为y=99.591x+0.012 8(R2=0.999 6)。
试验数据重复3 次,数据处理使用Excel和SPSS Statistics 26。对于主成分分析,使用Origin Pro 2023得出特征值与相应指标的贡献率,计算出花生芽各主成分的因子得分,而后将这16 种花生芽进行系统聚类分析,并绘制聚类树状图,所有值均表示为平均值±标准差。
16 个不同花生品种发芽第5 天时的形态见图1。
图1 16 个不同花生品种发芽第5 天时的形态
Fig.1 Peanut sprouts of 16 different varieties harvested on the 5th day
1.冀花 19;2.阜花 22;3.阜花 27;4.冀花 18;5.辽花 618;6.阜花 23;7.阜花 30;8.深花2号;9.新花 17;10.冀农花 12;11.易花 0910;12.冀 572;13.鑫花5号;14.濮花 66;15.冀农花6号;16.冀1336。
从图1可以看出,1、2、3、4、6的形态较好,茎部洁白粗壮,在外观上适合作为花生发芽品种,且发芽率较其他品种高。花生芽的理化指标测定结果见表1。
表1 花生芽的理化指标含量
Table 1 Physiochemical indexes of peanut sprouts
品种冀花19阜花27阜花30冀花18濮花66新花17阜花22辽花618深花2号芽长/cm 3.77±0.15bc 3.81±0.15b 3.42±0.23d 3.10±0.10de 2.32±0.21e 2.03±0.15e 3.94±0.12a 2.52±0.32e 2.27±0.06e发芽率/%84.31±1.10de 91.83±0.79b 87.57±1.88c 83.15±0.70def 81.92±1.48f 82.88±1.82def 96.40±1.14a 81.81±0.21f 84.27±0.49de水分/(g/100 g)80.27±0.21bc 74.47±0.25j 75.87±0.06i 82.77±0.15a 79.87±0.21cde 77.73±0.15g 79.47±0.31e 76.53±0.21h 79.80±0.20de灰分/(g/100 g DW)1.82±0.07k 2.13±0.05h 2.00±0.03i 1.91±0.06j 2.09±0.03h 2.47±0.05de 2.39±0.04fg 2.33±0.04g 2.66±0.05c粗脂肪/(g/100 g DW)26.52±0.22k 36.30±0.76b 34.81±1.07c 17.64±0.61m 27.98±0.34hij 28.59±0.43ghi 33.28±0.34d 28.98±0.30fgh 27.40±0.54jk粗蛋白/(g/100 g DW)24.26±0.17hi 23.81±0.28i 22.56±0.14j 26.28±0.52fg 28.23±0.75abc 27.62±0.15bcde 26.20±0.31fg 27.79±0.32bcd 25.84±0.38g碳水化合物/(g/100 g DW)47.46±0.28a 37.85±0.95e 40.61±1.13cd 49.13±3.09a 41.72±0.99c 41.31±0.62c 38.14±0.45e 41.05±0.61cd 44.22±1.09b粗纤维/(g/100 g DW)5.74±0.28b 4.44±0.24g 4.28±0.24gh 6.82±0.12a 5.63±0.28bc 4.64±0.25fg 4.38±0.07g 4.83±0.28ef 4.46±0.04g总脂肪酸/(g/100 g DW)26.12±0.25d 31.82±0.28b 28.80±0.15c 14.61±0.18j 23.08±0.50h 25.29±0.49de 29.39±0.26c 21.25±0.33i 24.21±0.25fg总氨基酸/(g/100 g DW)12.75±0.03ij 12.23±0.22j 13.19±0.15i 16.78±0.16g 17.34±0.28g 14.91±0.56h 20.35±0.69b 22.75±0.33a 20.74±0.18cd
续表1 花生芽的理化指标含量
Continue table 1 Physiochemical indexes of peanut sprouts
注:同列不同字母代表样品间差异显著(p<0.05)。
品种冀农花12易花0910冀572鑫花5号冀农花6号冀1336阜花23芽长/cm 2.02±0.15e 2.23±0.06e 2.15±0.10e 1.98±0.30e 2.48±0.06e 1.93±0.40e 3.52±0.12cd发芽率/%81.44±1.73fg 82.33±0.54def 77.75±1.89h 82.16±0.46ef 79.48±0.57gh 82.32±1.68def 84.59±0.95d水分/(g/100 g)76.67±0.32h 78.53±0.21f 77.43±0.25g 79.93±0.31cd 76.33±0.25h 77.50±0.17g 80.40±0.04ab灰分/(g/100 g DW)2.41±0.01ef 2.50±0.03d 2.67±0.02c 2.97±0.03a 2.76±0.05b 2.65±0.04c 2.36±0.03fg粗脂肪/(g/100 g DW)33.57±1.02d 29.35±0.21efg 30.14±0.65e 24.92±0.52l 44.79±0.50a 29.78±0.50ef 27.73±0.63ij粗蛋白/(g/100 g DW)24.95±0.38h 27.52±0.37cde 27.30±0.17de 28.38±0.37ab 28.73±0.25a 26.89±0.34ef 25.96±0.98g碳水化合物/(g/100 g DW)39.14±0.74de 40.68±0.44cd 39.88±0.79cde 43.68±0.83b 23.80±0.70f 40.74±0.74cd 44.03±1.72b粗纤维/(g/100 g DW)5.01±0.23def 5.28±0.29cd 3.99±0.04h 4.98±0.08def 5.21±0.20de 4.01±0.03h 6.29±0.32a总脂肪酸/(g/100 g DW)25.67±0.85de 23.56±0.21gh 25.94±0.18d 21.07±0.30i 39.84±1.17a 24.86±0.34ef 23.97±0.35g总氨基酸/(g/100 g DW)19.73±0.52e 19.15±0.11ef 21.01±0.53c 20.68±0.04cd 21.73±0.28d 13.13±0.18i 18.98±0.42f
由表1可知,花生芽中水分含量在74.47~82.77 g/100 g,Li等[13]研究发现胚轴的水分含量为90.7%,高于子叶73%,子叶和芽中水分含量高可能是因为膜和细胞器的修复、代谢活动和胚轴的延长。而灰分含量与粗纤维含量相对较低,灰分含量在花生芽中较少,仅有1.82~2.97 g/100 g DW。冀572的粗纤维含量最低,冀花18的粗纤维含量最高。16 个品种的花生芽粗蛋白含量存在明显差异,在22.56~28.73 g/100 g DW。冀农花6号在所有品种的花生芽中粗蛋白含量最高,因此可能是一个良好的蛋白质来源。在所研究的花生芽中,碳水化合物含量在23.80~49.13 g/100 g DW之间,冀花18的碳水化合物含量最高,花生芽碳水化合物含量的差异可能是不同花生品种导致。在本研究中,16 种花生芽的粗脂肪含量在17.64~44.79 g/100 g DW。其中,冀花18发芽后的粗脂肪含量最低,而冀农花6号发芽后的粗脂肪含量最高,几乎是冀花18的2.5倍。
通过对脂肪酸成分的分析,发现所有花生芽中冀花18表现出较低的总脂肪酸含量,为(14.61±0.18) g/100 g DW,冀农花6号含量最高,为(39.84±1.17) g/100 g DW。高油酸花生品种发芽后含有人体所必需的油酸(C18∶1n9c)和亚油酸(C18∶2n6c)。根据Dhakal等[20]的研究,高油酸花生芽会对健康产生积极影响。另外,还有花生四烯酸(C20∶4n6)、γ-亚麻酸(C18∶3n6)等人体所必需的多不饱和脂肪酸,对人体有较好的生物活性,长期缺乏会影响身体的生长和智力的发育[20-21]。
氨基酸广泛存在于动物体中,维持日常所需,但植物中的氨基酸含量较少,从表1中可看出花生芽的总氨基酸含量在12.23~22.75 g/100 g DW之间,根据Fouad等[22]的研究,小扁豆在发芽第5 天时必需氨基酸含量为14.1 g/100 g DW,比花生芽氨基酸含量低。总体来看16 种花生芽中,辽花618品种的各个氨基酸含量高于其他品种,但各种氨基酸都表现出相似的分布趋势,需要进一步分析,综上可知,花生芽是一种高含水量、低脂肪的绿色健康芽菜[23-24]。
图2为16 种花生芽的总酚含量。
图2 16 种花生芽总酚含量
Fig.2 Total phenol content of peanut sprouts of 16 different varieties
由图2可知,各花生品种之间的总酚含量存在差异。阜花22和冀花18花生芽总酚含量高于其他花生品种,阜花22的总酚含量可达(4.68±0.09)mg GAE/g DW。冀农花12的总酚含量最低,为(3.28±0.06)mg GAE/g DW。研究表明,豆类发芽后也会合成大量酚类物质,例如Borges-Martínez等[25]发现菜豆和豌豆芽分别在发芽第6 天和第7 天出现最高浓度(685.21、910.69 mg GAE/100 g DW),根据Limmongkon等[26]的研究,花生芽中植物化学物质含量的变化受花生品种和发芽期的影响。发芽过程中总酚含量增加也可能是由于水解酶和多酚氧化酶等内源性酶被激活,发生酶合成和种子修饰,酚类化合物的增加也可能是由酚类物质的聚合、氧化以及游离酚或结合酚酶合成、降解导致[27-29]。
综合理化指标的相关性分析如图3所示。
图3 花生芽理化指标的相关性分析
Fig.3 Correlation analysis of peanut sprouts' physiochemical indexes
*表示相关性显著(p<0.05);**表示相关性极显著(p<0.01)。
由图3可知,在不同品种的花生芽中,发芽率与芽长呈极显著正相关(R2=0.827,p<0.01),与粗蛋白含量呈显著负相关(R2=-0.529,p<0.05),另外灰分含量与粗蛋白含量呈显著正相关(R2=0.610,p<0.05)。研究发现,种子萌发相关指标(发芽率、发芽指数、种子活力和芽长)之间存在极显著正相关(p<0.01)[30]。
水分与粗脂肪含量存在极显著负相关关系(p<0.01),和总脂肪酸含量也呈显著负相关关系(p<0.05),与碳水化合物、粗纤维含量均呈显著正相关(p<0.05)。粗脂肪含量与碳水化合物含量呈极显著负相关(p<0.01),与总脂肪酸含量呈极显著正相关关系(p<0.01);粗蛋白含量与总氨基酸含量也显著相关(p<0.05)。另外,总酚含量只与发芽率和芽长显著正相关(p<0.05,p<0.01),与基础营养成分无相关关系。研究发现豌豆发芽过程中其总酚含量与芽长高度相关,特别是芽长为5~10 cm这一过程中,总酚含量急剧增加[31]。多个理化指标之间相关性较强,可通过主成分分析对16 种花生芽的品质进行综合评价。
采用组间联接法进行花生芽理化指标的系统聚类分析,结果见图4。
图4 16 个花生芽品种的聚类图
Fig.4 Cluster diagram of peanut sprouts of 16 different varieties
图4显示在平方欧式距离7.0处可将16 种花生芽分成3 个类群。主成分分析结果见图5。花生芽综合品质对各主成分的载荷值、特征值和方差贡献见表2。
表2 花生芽综合品质对各主成分的载荷值、特征值和方差贡献
Table 2 Load value,eigenvalue,and variance contribution of peanut sprouts' comprehensive quality on each principal component
项目发芽率芽长水分灰分粗脂肪粗蛋白碳水化合物粗纤维总脂肪酸总氨基酸总酚特征值方差贡献率PC1 0.206 0.318 0.308-0.359-0.380-0.214 0.425 0.227-0.283-0.217 0.288 3.813 0.347 PC2 0.393 0.363-0.309-0.216 0.337-0.361-0.210-0.169 0.388-0.270 0.177 3.313 0.301 PC3 0.175 0.297 0.303 0.150 0.081 0.375-0.271 0.304 0.209 0.422 0.482 1.538 0.140 PC4 0.378 0.068-0.013 0.424-0.158 0.048 0.176-0.704-0.238 0.150 0.200 1.025 0.093
图5 花生芽各理化指标之间主成分分析
Fig.5 Principal component analysis of peanut sprouts'physiochemical indexes
由图5和表2可知,前4 个主成分的累计方差贡献率已达到88.08%,说明这4 个主成分可代表不同花生芽理化指标的大部分信息。由图5可以看出,第Ⅰ类包含冀572、冀农花12、辽花618、冀1336、易花0910、鑫花5号、深花2号、新花17、濮花66、冀花19、冀花18和阜花23 12 个品种,该类群的特点为较其他类群脂肪酸和总酚含量低,第Ⅱ类由阜花27、阜花22、阜花30 3 种花生芽样品组成,其类群特点是总脂肪酸含量和发芽率较高;第Ⅲ类为冀农花6号,该类群的特点是具有较高的粗脂肪和总脂肪酸含量,较低的碳水化合物含量。结合图1的形态性状,相对较好的是阜花22和阜花27品种。
首先通过KMO检验和Bartlett检验,得出KMO值为0.556>0.5,且显著性为p<0.05,因此可以对16 种花生芽的发芽率、芽长、水分等11 种理化指标进行主成分分析,以特征值大于1进行提取[32]。原理化指标的信息被4 个新的主成分所取代,其中每个主成分对4 个主成分的载荷不同。根据各主成分对应特征值的平方根,可以得到4个主成分的线性组合如下。
Y1=0.205x1+0.318x2+0.308x3-0.359x4-0.381x5-0.215x6+0.425x7+0.227x8-0.284x9-0.217x10+0.288x11;Y2=0.393x1+0.363x2-0.309x3-0.216x4+0.337x5-0.360x6-0.210x7-0.169x8+0.388x9-0.270x10+0.177x11;Y3=0.175x1+0.297x2+0.302x3+0.150x4+0.081x5+0.375x6-0.271x7+0.304x8+0.209x9+0.423x10+0.482x11;Y4=0.378x1+0.068x2-0.014x3+0.424x4-0.158x5+0.048x6+0.176x7-0.703x8-0.238x9+0.150x10+0.201x11。
x1~x9分别为发芽率、芽长、水分、灰分、粗脂肪、粗蛋白、总氨基酸、总脂肪酸、碳水化合物、粗纤维、总酚含量。根据各主成分的方差贡献率对不同品种花生芽的综合得分进行加权,得出综合得分的线性组合Y=0.347Y1+ 0.301Y2+ 0.140Y3+ 0.093Y4。花生芽的总体质量得分如表3所示。
表3 不同花生芽品种的各主成分得分及排名
Table 3 Main component score and ranking of peanut sprouts of different varieties
品种冀花19阜花27阜花30冀花18濮花66新花17阜花22辽花618深花2号冀农花12易花0910冀572鑫花5号冀农花6号冀1336阜花23 PC1 3.046 2 0.343 3 0.335 8 3.672 6 0.773 3-0.576 5 1.001 5-0.619 7-0.254 2-1.486 8-0.591 4-1.674 2-0.041 7-4.761 1-0.894 5 1.727 3 PC2 0.718 9 4.199 3 2.851 7-1.030 1-1.361 8-0.601 0 2.501 8-1.160 0-1.273 2-0.274 6-1.345 1-1.059 0-2.434 5 1.193 1-0.210 9-0.714 5 PC3-0.482 6-0.359 0-1.830 3 0.749 5 0.385 1-1.006 7 2.458 6 0.013 8-0.577 8-1.475 9-0.264 9-0.297 7 0.913 8 2.130 5-1.496 6 1.140 4 PC4-1.347 3 0.327 5-0.089 6-0.502 7-1.009 4 0.112 8 1.835 9 0.334 7 0.999 3-0.773 6-0.384 5 0.904 7 1.303 4-1.663 7 0.881 7-0.929 0分数1.079 4 1.364 1 0.711 1 1.020 6-0.182 3-0.511 1 1.615 3-0.531 1-0.459 3-0.876 4-0.682 9-0.856 6-0.498 6-1.147 9-0.500 7 0.456 4排名3 2 5 4 7 1 1 1 1 2 8 15 13 14 9 16 10 6
由表3可知,根据得分对16 种花生芽整体品质进行排名,排名第一的是阜花22,综合评分为1.615 3,在所有花生芽中表现最好;排名最后一位的是冀农花6 号,综合评分为-1.147 9。
本研究通过对发芽5 d后的16 种高油酸花生芽进行理化指标的检测分析,发现不同品种间的花生芽品质特性存在一定差异。通过相关性分析发现各个营养指标之间具有一定的相关性。采用主成分分析法和聚类分析对16 个高油酸花生品种进行综合品质评价,最后筛选出了优质的高油酸花生品种阜花22,这为后续的花生芽功能性产品加工提供理论依据。
在未来,通过将花生芽功能性食品的开发与现代食品生物技术相结合,使发芽花生这种新兴的芽苗菜实现产品多方面价值的提高,包括营养价值和生物活性,满足广大消费者的需求,这对实现产业化和规模化,开拓全球市场,推动食品加工行业的发展具有深远的意义。希望推动花生芽以及整个芽苗菜行业快速发展,为人们健康营养的饮食带来更多可能。
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