樊 艷

(南京財經(jīng)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院；江蘇省現(xiàn)代糧食流通與安全協(xié)同創(chuàng)新中心；江蘇省高校糧油質(zhì)量安全控制及深加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210046)

我國是花生最大的生產(chǎn)國之一，花生資源豐富，品種繁多，按種皮顏色大致可分為紅皮花生和黑皮花生[1]。花生仁發(fā)芽長出嫩苗的過程稱為花生發(fā)芽，研究表明芽菜含有多種有益人體健康的營養(yǎng)素[2]，種子在萌發(fā)期間會使大分子物質(zhì)降解為小分子物質(zhì)從而更容易被人體吸收，且加工簡單、食用安全，深受市場喜愛。目前，對花生發(fā)芽過程的研究多數(shù)聚焦在其營養(yǎng)成分及功能性化合物含量的變化上[3-5]，而采用低場核磁共振儀分析花生浸種時間對發(fā)芽率影響的研究文獻(xiàn)不多，對發(fā)芽花生的氣味研究也鮮有報道。因此，本實(shí)驗(yàn)以紅皮和黑皮花生種子為材料，研究浸種期間水分在種子內(nèi)部的相態(tài)及其分布狀態(tài)，以及浸種時間和發(fā)芽率的關(guān)系和發(fā)芽花生的氣味，為其資源的充分利用提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對開展花生發(fā)芽及其營養(yǎng)物質(zhì)的變化和深加工具有很大的意義。

低場核磁共振及其成像技術(shù)作為一種檢測手段，相較于傳統(tǒng)的水分測定方法具有操作簡單，無試劑污染，且對樣品無損等優(yōu)勢，近年來被越來越多應(yīng)用于食品加工處理過程水分的遷移研究[6-9]，使用該技術(shù)以氫核為研究對象可以充分了解水分子在樣品中的分布遷移情況和實(shí)際存在狀態(tài)。為更進(jìn)一步了解花生發(fā)芽期間可食用部分的香味組成及其含量，本實(shí)驗(yàn)采用氣質(zhì)聯(lián)用儀來分析，并用保留指數(shù)進(jìn)行定性，增加結(jié)果準(zhǔn)確性。

1 材料與方法

1.1 材料

實(shí)驗(yàn)材料為2019年新上市的帶殼鮮花生，包含紅皮花生和黑皮花生。

1.2 儀器與設(shè)備

MGC-450HP智能人工氣候箱，NMI20低場核磁共振儀，7890A-5875C氣質(zhì)聯(lián)用儀，多功能樣品處理平臺(MPS)，含固相微萃取(SPME)裝置，50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取頭。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 樣品制備

參考楊天等[10]的方法，花生剝殼后篩選出顆粒飽滿且無壞損的種子，經(jīng)超純水清洗后浸泡在1%(V∶V)濃度的次氯酸鈉溶液中，30 min后用超純水沖洗3次，再放入裝有超純水的玻璃杯中避光浸泡，浸泡時間參照茹萬飛[11]的實(shí)驗(yàn)方法，分別在5、6、7、8 h后取出進(jìn)行核磁共振檢測和發(fā)芽培養(yǎng)。浸泡后的花生種子單層均勻平放于底部有小孔的育苗盤里，表面覆蓋浸潤的紗布，放入智能人工氣候箱(30±2) ℃，(85±5)%RH中發(fā)芽，每隔8 h噴濕1次，發(fā)芽時長為6 d。

1.3.2 核磁共振檢測

線圈直徑為15 mm，磁體溫度為32 ℃，共振頻率為21.960 MHz，磁體強(qiáng)度為0.52 T；利用低場核磁共振儀分析軟件中的FID(free induction decay)脈沖序列尋找磁場的中心頻率及硬脈沖寬，利用硬脈沖回波序列CPMG(carr-purcell-meiboom-gillsequence)采集花生的橫向弛豫時間T2圖譜， CPMG參數(shù)為SF=19 MHz，P1=13 μs，TD=300 090，SW=200 kHz，RFD=0.5 ms，RG1=20 db，TW=1 500 ms，P2=26 μs，TE=0.2 ms，NECH=7 500，NS=32。每個樣品測5次，將采集生成的自旋回波信號導(dǎo)入核磁共振反演擬合軟件各自反演，反演方法為SIRT。

發(fā)芽率測定參照GB/T 5520—2011《糧油檢驗(yàn) 發(fā)芽試驗(yàn)》，Y=M2/M，式中：Y為籽粒發(fā)芽率/%，M2為發(fā)芽率天數(shù)內(nèi)的全部正常發(fā)芽粒數(shù)，M為一組試樣籽粒數(shù)。

1.3.3 揮發(fā)性組分測定

在林茂等[12]方法上稍作改變，稱取3.00 g樣品于20 mL頂空瓶中，MPS保溫箱溫度為60 ℃，平衡20 min，萃取30 min(萃取頭進(jìn)樣前260 ℃老化30 min)，解析240 s，進(jìn)行GC-MS分析；色譜柱采用DB-5 MS(30 m×250 um×0.25 um)，載氣為氦氣(純度≥99.999%)，流速1.0 mL/min，進(jìn)樣口溫度250 ℃，不分流進(jìn)樣，柱溫60 ℃，保持2 min，3 ℃/min升到85 ℃，保持3 min，4 ℃/min升到230 ℃, 保持5 min，后運(yùn)行溫度260 ℃，運(yùn)行2 min，傳輸線溫度280 ℃，離子源為EI，離子源溫度230 ℃，四極桿溫度150 ℃，電子能量是70 eV，采集模式為全掃描(Scan)，掃描質(zhì)量范圍是45～450 amu。

1.4 數(shù)據(jù)處理

核磁共振儀采集的信號導(dǎo)入儀器自帶的反演擬合軟件進(jìn)行反演，剔除離散性較大的數(shù)據(jù)，取平均值作為樣本的弛豫時間和信號幅度；發(fā)芽花生經(jīng)GC-MS分析，對產(chǎn)生的總離子流圖對照標(biāo)準(zhǔn)譜庫NIST08.L進(jìn)行檢索，匹配度≥80，并在與樣品色譜相同的條件，按烷烴標(biāo)準(zhǔn)品數(shù)據(jù)信息計算保留指數(shù)[14,15]，與其他文獻(xiàn)測定的RI值進(jìn)行對比確認(rèn)和人工解析，對樣品的揮發(fā)性組分進(jìn)行定性；采用峰面積歸一化法進(jìn)行定量，計算得到各組分的相對含量。數(shù)據(jù)采用Origin Pro2018C制表繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 花生浸種期間種子水分的存在狀態(tài)

圖1為花生浸種過程弛豫時間T2和信號幅度的關(guān)系圖，根據(jù)核磁共振原理可知，通過測量T2及其幅值能夠獲得水分在花生中的相態(tài)分布信息和含量情況，水分的自由度隨T2的大小不同而不同，T2越小說明水和物質(zhì)的結(jié)合程度越高，反之越低，所以T2能夠間接表明水分在樣品中的存在狀態(tài)[16]。本實(shí)驗(yàn)中花生吸水后每個反演譜曲線上有3個波峰，弛豫時間從小到大T21(0.6～2.7 ms)、T22(7.1～65.8 ms) 和T23(86.9～705.5 ms)分別對應(yīng)結(jié)合水、自由水、油脂的弛豫峰[21]。

圖2可見浸種過程T21峰面積變化幅度不大，表明在此期間種子中的結(jié)合水牢牢吸附在內(nèi)部有機(jī)物上，沒有發(fā)生明顯變化；T22峰面積從浸種開始便急速吸水，表明種子內(nèi)部的自由水含量不斷增加，細(xì)胞活性增強(qiáng)，流動性和可遷移性均增強(qiáng)，7 h后趨于平穩(wěn)；浸種期間油脂和水分相互作用，T23峰面積變化有增有減，后期逐漸下降，這與付曉記等[17]的研究結(jié)果相似。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明浸種時間會影響花生的水分遷移。

圖2 T21、T22、T23隨浸種時間變化曲線

由圖1和圖2可見，兩個品種花生T21和對應(yīng)的弛豫譜信號幅值(峰面積)變化均不大，說明花生種子在浸種期間，與種子結(jié)合的水分含量整體穩(wěn)定；紅皮花生T22橫向弛豫時間向右移動，對應(yīng)的弛豫譜信號幅值不斷增加，表明該品種花生在浸種期間種子內(nèi)部的自由水流動性增強(qiáng)，含量增加，黑皮花生T22橫向弛豫時間變化不大，對應(yīng)的弛豫譜信號幅值迅速增加，浸種6 h達(dá)到峰值。

圖3顯示浸種時間為0、5、6、7、8 h五個不同時間點(diǎn)的偽彩圖。MRI成像能反映樣品中氫質(zhì)子的分布，氫質(zhì)子越密集區(qū)域質(zhì)子密度加權(quán)像越明亮[18]。圖像顯示，浸種過程中水最先從花生胚端進(jìn)入種子，之后種子快速吸水，水分逐漸向內(nèi)部和外部遷移擴(kuò)散，8 h后內(nèi)部水分逐漸向外擴(kuò)散。

水分是種子萌發(fā)的首要條件，自由水的存在是種子生命活躍度提升的必要條件[8]。一般花生種子需要吸收相當(dāng)于種子風(fēng)干質(zhì)量的40%～60%的水分才開始萌動[18]。

2.2 花生發(fā)芽期間芽長和芽粗的生長規(guī)律

發(fā)芽培育的第6天，根據(jù)GB/T 5520—2011測不同品種花生在浸種時間分別為5、6、7、8 h的發(fā)芽率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明兩個品種花生的發(fā)芽率都在90%以上?；ㄉN子的浸泡時間不同，發(fā)芽率不同，并且花生品種不同發(fā)芽率也各異。隨著浸泡時間的加長，發(fā)芽率逐漸增加，紅皮花生種子浸泡7 h的花生種子發(fā)芽率可以達(dá)到95%以上，浸種8 h的發(fā)芽率有所下降；黑皮花生種子在浸泡6 h時發(fā)芽率達(dá)到98%，浸種7 h和8 h的發(fā)芽率略有下降。所以，本實(shí)驗(yàn)選擇的紅皮和黑皮花生浸種時間分別為7 h和6 h。

由圖4可知，花生種子發(fā)芽培養(yǎng)第1天生長緩慢，從第2天開始變化顯著，芽長在第3～5天迅速增長，在第5天黑皮花生平均芽長最大，達(dá)到了58 mm，第6天趨勢平緩；芽粗在第3～4天增長迅速，第5天趨勢平緩，紅皮花生和黑皮花生的平均芽粗分別為5.7 mm和5.8 mm。于麗娜等[19]檢測了5個不同品種花生在6 d的發(fā)芽期內(nèi)芽長和芽粗的生長情況，發(fā)現(xiàn)芽長和芽粗的增長態(tài)勢均呈現(xiàn)先緩后長再平的一個整體趨勢，本研究的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與之相似。

圖4 不同品種花生發(fā)芽時間和芽長/芽粗的關(guān)系

2.3 發(fā)芽花生可食用部分的主要揮發(fā)性組分分析

由于花生發(fā)芽第1天的芽苗平均芽長不到2.5 mm，所以從發(fā)芽第2天開始取樣進(jìn)行GC-MS的檢測，結(jié)果如表1和圖5所示。

表1 不同品種花生發(fā)芽期間可食用部分主要揮發(fā)性組分的相對含量/%

續(xù)表1

圖5 不同品種花生發(fā)芽期間揮發(fā)性化合物總量的變化

檢測結(jié)果顯示，不同品種花生在發(fā)芽期間芽苗可食部分的揮發(fā)性成分及其相對含量有所差異，其主要成分有8種，包含醇、醛、烷烴、酯、芳香族、烯烴、有機(jī)酸和雜環(huán)類化合物，前三類化合物在不同品種的花生發(fā)芽期間均有檢出，其中，烷烴類化合物由于感覺閾值很高[24]，一般無明顯嗅感；醛類化合物的相對含量明顯高于其他兩類化合物，紅皮花生在發(fā)芽前5天的醛類化合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)均超過了50%，第6天下降到29%，黑皮花生在發(fā)芽前5天的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在33%以上，第6天下降到25%，可見，不同品種花生發(fā)芽前5天醛類化合物的總量都具有一定的穩(wěn)定性；反-2-壬醛和壬醛分別是紅皮和黑皮花生芽苗中含量最高的醛類化合物。研究表明，醛類化合物的產(chǎn)生可能與氨基酸代謝有關(guān)，花生發(fā)芽后苯丙氨酸的含量明顯增加[25]，苯丙氨酸經(jīng)脫氨脫羧后形成苯乙醛，紅皮和黑皮花生芽苗中的苯乙醛質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別在13%和10%以上；醛類化合物閾值很低[26]，對發(fā)芽花生風(fēng)味貢獻(xiàn)較大，是發(fā)芽花生風(fēng)味成分中最重要的一類化合物，一般認(rèn)為普通醛類化合物可帶來清新的味道[27]。醇類化合物有支鏈醇2種，芳香醇1種，不飽和醇2種和脂肪醇3種，它們在紅皮花生芽苗中質(zhì)量分?jǐn)?shù)是黑皮花生芽苗中的0.70～5.32倍，一般認(rèn)為醇類化合物是脂類氧化作用的產(chǎn)物[28]；從化合物嗅感特征分析，直鏈飽和醇的感覺閾值在500～20 000 μg/kg之間，相對其他羰基化合物較高，其香氣對花生芽苗的風(fēng)味貢獻(xiàn)很小，但隨著碳鏈的增長，香味增加，會產(chǎn)生清香、木香、脂肪香的特征，含苯環(huán)的化合物會產(chǎn)生良好的風(fēng)味[29]，不飽和醇閾值較低[30]，從表1中可以看出，具有橘皮香的S-(Z)-3,7,11-三甲基-1,6,10-十二烷三烯-3-醇在紅皮花生發(fā)芽的第3、4、5天均有被檢測到，具有茶清香的反-2-癸烯醇只在黑皮花生發(fā)芽的最后2天被檢測到，具有玫瑰花樣清香的β-苯乙醇在紅皮和黑皮花生芽苗中都有檢出，后者的含量略高于前者；紅皮花生芽苗中的短鏈飽和醇2-乙基己醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，占醇類總量的88%以上(第4天除外)，但由于其閾值極高[20]因此對整體風(fēng)味的貢獻(xiàn)并不大。酯類化合物在黑皮花生芽苗中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)都在17%以上，其中，二乙二醇單硬脂酸酯和三聚氰酸丙酯在黑皮花生芽苗中的含量相對穩(wěn)定，在紅皮花生芽苗中未被檢測到，二乙二醇單硬脂酸酯屬于分子量較大的烷基酯，它的出現(xiàn)可能與脂肪的降解有關(guān)[31]，王小燕等[32]的研究發(fā)現(xiàn)花生發(fā)芽期間脂肪水解為發(fā)芽提供營養(yǎng)物質(zhì)，脂肪含量下降。

分析結(jié)果表明，揮發(fā)性醇類和醛類化合物是花生發(fā)芽期間的關(guān)鍵性嗅感物質(zhì)，從圖6中可以更直觀地看出這兩類揮發(fā)性物質(zhì)中某些化合物的變化趨勢。醇類化合物中，紅皮花生芽苗中的2-乙基己醇的含量顯著高于黑皮花生芽苗中的含量以及同品種花生芽苗中其他醇的含量，發(fā)芽期間其含量呈先升后降再升的波動變化趨勢，黑皮花生芽苗中含量較高的物質(zhì)是β-苯乙醇，呈先升后降的變化趨勢；醛類化合物中，紅皮花生芽苗的反-2-壬醛含量相對較高，發(fā)芽過程中整體呈下降趨勢，黑皮花生芽苗中壬醛的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于其他醛的含量，在12.25%～15.58%范圍內(nèi)呈小幅度的波動變化趨勢。

圖6 不同品種花生發(fā)芽期間醛類化合物的含量變化

3 結(jié)論

采用低場核磁共振儀測定弛豫時間和核磁成像技術(shù)研究花生浸種期間不同相態(tài)水分的分布變化及其含量變化，發(fā)現(xiàn)紅皮花生在浸種期間種子內(nèi)部的自由水流動性增強(qiáng)，含量增加，黑皮花生浸種6 h達(dá)到峰值；浸種過程中水最先從花生胚端進(jìn)入種子，之后種子快速吸水，水分逐漸向內(nèi)部和外部遷移擴(kuò)散，8 h后內(nèi)部水分逐漸向外擴(kuò)散。

采用氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)對花生發(fā)芽期間可食部分的香氣成分進(jìn)行檢測分析，發(fā)現(xiàn)不同品種花生在發(fā)芽期間芽苗可食部分的揮發(fā)性成分及其相對含量有所差異，各揮發(fā)性化合物在發(fā)芽期間的總量變化有增有減，無顯著規(guī)律。醇、醛、烷烴類化合物在不同品種的花生發(fā)芽期間均有檢出。