劉瑞琦，崔懷田，李君，2，王子義，朱丹實，2*，劉賀，2*

（1.渤海大學食品科學與工程學院，遼寧錦州121013；2.生鮮農(nóng)產(chǎn)品貯藏加工及安全控制技術國家地方聯(lián)合工程研究中心，遼寧錦州121013）

南瓜子（Semen cucurbitae）是菜糧兼用作物南瓜的成熟種子，又稱南瓜仁、白瓜子、金瓜子，其中含有大量的脂肪、蛋白質(zhì)和礦物質(zhì)等營養(yǎng)成分[1-4]。岳琳等[2]對新疆南瓜子進行了相關營養(yǎng)成分分析，發(fā)現(xiàn)南瓜子中鉀的含量高達到4 250 mg/kg。南瓜子甾醇對SD大鼠體內(nèi)抗氧化能力的增強具有一定的促進作用[5]；南瓜子油具有抗菌消炎功效[6]；南瓜子發(fā)芽后的脫脂蛋白粉對自發(fā)性糖尿病大鼠有一定的降血糖作用[7]。由此可見南瓜子是一味藥食兩用的材料，應用前景巨大。

鋅，元素名稱源自于拉丁文Zincum，在植物中以離子的形態(tài)被吸收轉(zhuǎn)運，可溶態(tài)鋅經(jīng)生化反應過程轉(zhuǎn)化成小分子化合物和金屬蛋白，由無機態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C態(tài)[8]對植物起到重要的生理作用。另有文獻研究表明鋅為人體重要組成部分[9]，但是無機鋅在人體內(nèi)吸收效率不高，僅為7%[10]，有機鋅的利用率是其數(shù)倍，故將無機鋅經(jīng)過轉(zhuǎn)化變?yōu)橛袡C鋅加以利用更加有效。目前微量元素富集方法主要有利用相關元素肥料施用的土壤富集法、利用植物生理代謝將吸收的無機金屬元素轉(zhuǎn)化為有機態(tài)的種子發(fā)芽轉(zhuǎn)化法、飼喂添加劑飼料的動物富集法以及微生物合成轉(zhuǎn)化法。針對微量元素缺乏癥狀的補充手段主要有藥物防治、飲食多樣化和食品防御工程三大戰(zhàn)略，其中食品防御工程是指在食品中添加微量元素的方法，最有效且能長久。

鋅在生物籽粒中的積累由許多生理學過程控制，但是就籽粒自身生長發(fā)芽過程中的相關規(guī)律鮮有研究。有相關學者[11]研究納米氧化鋅浸泡對綠豆芽的影響，發(fā)現(xiàn)其利于綠豆芽的生長和鋅的營養(yǎng)強化，可溶性蛋白質(zhì)、維生素C等含量也有所改善。徐航丹等[12]用不同濃度硫酸鋅溶液浸泡紅香糙米，進行發(fā)芽與鋅富集實驗。還有學者對大豆進行鋅生物強化，大豆芽中的鋅含量和鋅生物利用率有顯著的提高[13]。本研究采用種子發(fā)芽轉(zhuǎn)化法利用南瓜子發(fā)芽富集轉(zhuǎn)化有機鋅，提高了鋅元素在體內(nèi)的生物可及性，論證了其在發(fā)芽過程中的累積效果與規(guī)律，為大規(guī)模制備有機鋅食品原料提供了思路與理論支持，拓寬了農(nóng)副產(chǎn)品的應用范圍，為其它微量元素富集轉(zhuǎn)化提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

南瓜子：遼寧省農(nóng)業(yè)科學研究院提供。發(fā)芽率測試合格，選取種子飽滿、大小均一、無機械損傷、無病蟲害、色澤良好的南瓜子進行試驗。七水合硫酸鋅、次氯酸鈉（分析純）：天津市化學試劑三廠；石油醚（分析純）：天津市天力化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

JA21002型精密電子天平：上海舜宇恒平科技儀器有限公司；DK-8D型電熱恒溫水浴槽、101B-2型電熱恒溫鼓風干燥箱、LRH系列生化培養(yǎng)箱：上海一恒科技有限公司；VISTA-MPX ICP-OES型全譜直讀等離子體發(fā)射光譜儀：美國安捷倫公司；ETHOS D型微波消解儀：德國Milestone公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 南瓜子發(fā)芽試驗

根據(jù)文獻[14]的方法略作改動，主要步驟包括原料的挑選、殺菌、漂洗、浸泡、培養(yǎng)等。人工精選南瓜子后，用1.0%的次氯酸鈉溶液浸泡消毒20 min，然后用蒸餾水清洗3次。挑選好的南瓜子經(jīng)殺菌漂洗后分為7份，每份100粒。為打破種子的休眠狀態(tài)，浸泡時先在45℃水浴鍋中保溫1 h進行預加熱。

配制質(zhì)量濃度分別為0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.50%、1.00%的ZnSO4溶液。將ZnSO4溶液分別噴灑在紗布表面，上下4層紗布包裹住種子，于35℃恒溫培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)，每隔6 h噴灑一次對應濃度的ZnSO4溶液保持其濕度，同時設置相同體積的去離子水為對照組。每隔12 h進行取樣檢測并計算發(fā)芽率和芽長，剩余樣品處理后裝入自封袋內(nèi)低溫保藏用于性狀表征測試。

1.3.2 南瓜子發(fā)芽過程指標測定

1.3.2.1 發(fā)芽率及芽長測定

對不同處理的南瓜子進行培養(yǎng)，按時取出樣品，用90 mm平板對已發(fā)芽南瓜子進行計數(shù)，計算其發(fā)芽率，計算公式為：發(fā)芽率/%=發(fā)芽樣品數(shù)/樣品總數(shù)×100。用游標卡尺測量其芽長，對測量結(jié)果取平均值，結(jié)果以測量值±標準差表示。

1.3.2.2 發(fā)芽南瓜子性狀表征

根據(jù)GB 5009.3—2016《食品安全國家標準食品中水分的測定》測定其水分含量。按照GB 5009.6—2016《食品安全國家標準食品中脂肪的測定》測定其粗脂肪含量。測試時將南瓜子去除外殼，用刀切成0.5 mm左右厚的薄片，于105℃鼓風干燥箱中烘干至恒重后，冷卻至室溫25℃進行測定，以百分含量計數(shù)。

采用微波消解法測定其鋅元素含量：準確稱取烘干后粉末樣品0.300 0 g～0.500 0 g于消解罐中，加入8 mL濃硝酸和2 mL雙氧水，封罐裝入微波消解儀，消解完成冷卻后將溶液澄清轉(zhuǎn)移到50 mL容量瓶中定容。將定容后的樣品用全譜直讀等離子體發(fā)射光譜儀測定鋅元素含量。鋅含量單位為mg/kg，試驗樣品名稱以ZnSO4質(zhì)量濃度命名。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有試驗均3次重復，結(jié)果取平均值，結(jié)果采用Excel、Origin8.0等軟件作圖分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同質(zhì)量濃度的硫酸鋅溶液對南瓜子發(fā)芽率的影響

不同質(zhì)量濃度的硫酸鋅溶液對南瓜子發(fā)芽率的影響見圖1。

圖1 不同質(zhì)量濃度的ZnSO4溶液培養(yǎng)過程中南瓜子發(fā)芽率Fig.1 Germination rate of pumpkin seed culture in different mass concentrations ZnSO4solution

由圖1可以看出，在60 h的發(fā)芽期內(nèi)，南瓜子的最大發(fā)芽率都在65%以上，隨著鋅濃度的增加，發(fā)芽率也不斷增加，質(zhì)量濃度為1.00%時，發(fā)芽率最高達到90%，該濃度的ZnSO4溶液對南瓜子沒有明顯毒害作用，可以利用ZnSO4溶液對南瓜子進行種子發(fā)芽轉(zhuǎn)化制備有機鋅食品原料。原因在于ZnSO4提高了淀粉酶等的活性，增強南瓜子生物膜的完整性，有利于種子在發(fā)芽時對各種營養(yǎng)物質(zhì)的吸收和利用[15]。由曲線斜率可知南瓜子在12 h～24 h階段的發(fā)芽率增長速率最大，在此階段南瓜子打破休眠期充分生長，大部分已經(jīng)破殼。在48 h后達到最大發(fā)芽率，后續(xù)培養(yǎng)沒有增加其發(fā)芽率，故最佳培養(yǎng)時間定為48 h。

2.2 不同質(zhì)量濃度的硫酸鋅溶液對南瓜子芽長的影響

不同質(zhì)量濃度的硫酸鋅溶液對南瓜子芽長的影響見表1。

由表1數(shù)據(jù)可知，在同一質(zhì)量濃度下，隨著培養(yǎng)時間的延長南瓜子芽長逐漸增大。不同時間段縱向?qū)Ρ劝l(fā)現(xiàn)，在ZnSO4溶液質(zhì)量濃度為0.15%時均有最大芽長值，且在0.05%～0.15%的濃度范圍內(nèi)南瓜子芽長隨著ZnSO4溶液質(zhì)量濃度的增加而增大。當ZnSO4溶液的質(zhì)量濃度為0.15%～1.00%時，南瓜子芽長隨質(zhì)量濃度增加而降低。當ZnSO4溶液質(zhì)量濃度為0.20%時短時間內(nèi)對于南瓜子發(fā)芽有促進作用，24 h后發(fā)芽效率降低。ZnSO4溶液質(zhì)量濃度超過0.50%時，南瓜子發(fā)芽效率低下，芽較短、細小。相比低質(zhì)量濃度組，較高質(zhì)量濃度的ZnSO4對種子發(fā)芽生長產(chǎn)生了一定的削弱作用。這與研究發(fā)現(xiàn)適當提高鋅的濃度可促進藻類特定酶的活性增長，但過高濃度的鋅又會對細胞產(chǎn)生毒害作用[16]的結(jié)論相一致。鋅在南瓜子生長發(fā)芽過程中會參與合成生長素吲哚乙酸，吲哚與絲氨酸結(jié)合成色氨酸，色氨酸進一步轉(zhuǎn)化為生長素，促進種子生長，缺鋅會抑制植物生長，但鋅濃度過高則會造成植物葉片枯黃及營養(yǎng)障礙[17]，0.15%為南瓜子發(fā)芽轉(zhuǎn)化有機鋅的最適質(zhì)量濃度。

表1 不同質(zhì)量濃度ZnSO4溶液培養(yǎng)下南瓜子的芽長Table 1 The bud length of pumpkin seed culture in different mass concentrations ZnSO4solution

2.3 發(fā)芽對南瓜子粗脂肪含量的影響

脂肪是動植物中能量的主要貯藏物質(zhì)，脂肪的分解可釋放大量能量供種子萌發(fā)和各種代謝活動進行。試驗測得原料中粗脂肪含量約為30.1%，與文獻資料南瓜屬種子含有30%～35%的優(yōu)質(zhì)植物脂肪相符[18]。0.15%的硫酸鋅溶液培養(yǎng)南瓜子發(fā)芽過程中的粗脂肪含量變化見圖2。

圖2 0.15% ZnSO4溶液培養(yǎng)南瓜子發(fā)芽過程中的粗脂肪含量Fig.2 Crude fat content during seed germination of pumpkin seed in 0.15% ZnSO4solution

由圖2可知，南瓜子在發(fā)芽過程中，粗脂肪含量先升高后降低，但總體變化幅度不大。在12 h～24 h，粗脂肪含量呈上升趨勢，24 h后便開始下降。在發(fā)芽初期，雖然種胚內(nèi)貯存一定的脂肪，但胚乳中的物質(zhì)不能轉(zhuǎn)運到胚內(nèi)為呼吸和代謝提供能量，此時蛋白質(zhì)和淀粉降解產(chǎn)能為其發(fā)育和代謝提供能量和營養(yǎng)物質(zhì)，在種子發(fā)育過程中可溶性糖轉(zhuǎn)變?yōu)橹?，導致粗脂肪含量增加?/p>

不同質(zhì)量濃度的硫酸鋅溶液培養(yǎng)發(fā)芽南瓜子的粗脂肪含量見表2。

表2 不同質(zhì)量濃度ZnSO4溶液培養(yǎng)發(fā)芽南瓜子的粗脂肪含量Table 2 Crude fat content of pumpkin seed culture in different mass concentrations ZnSO4solution

結(jié)合表2可知，發(fā)芽時間和硫酸鋅質(zhì)量濃度都影響南瓜子發(fā)芽過程中的粗脂肪含量，硫酸鋅質(zhì)量濃度的增加會促進脂肪發(fā)芽過程中脂肪含量的累積。結(jié)合南瓜種子吸脹-萌動-發(fā)芽的萌發(fā)過程[19]，可見在前12 h的發(fā)芽過程中，其在打破種子休眠期的同時，南瓜種子已經(jīng)進行了脂肪的合成，故脂肪含量呈增加態(tài)勢。鋅不僅是組成酶和輔酶成分，而且也是酶的活化劑，鋅元素的增加有利于生物體的生命活動，鋅對南瓜子萌發(fā)過程中脂肪酶、淀粉酶等的生化反應都有促進作用，隨著鋅濃度的增加，脂肪酶含量增加，脂肪在24 h～48 h內(nèi)降解速率加快，即使在發(fā)芽初期粗脂肪含量累積較多，但在芽生長的過程中仍有耗損。

2.4 發(fā)芽前后南瓜子濕基水分含量對比

不同質(zhì)量濃度的硫酸鋅溶液培養(yǎng)48 h對發(fā)芽南瓜子的水分含量影響見表3。

表3 原料與不同質(zhì)量濃度ZnSO4溶液培養(yǎng)48 h發(fā)芽南瓜子水分含量對比Table 3 Comparison of moisture content of pumpkin seed culture with different mass concentrations ZnSO4solution under 48 h

通過表3能夠明顯看出，發(fā)芽前后水分含量有明顯提高，大約為原料水分含量（5.36%）的3倍左右，隨著ZnSO4溶液質(zhì)量濃度的升高，水分含量整體上也有微小的升高，當ZnSO4溶液質(zhì)量濃度達到0.15%時，水分含量達到最高。研究表明微量元素可促進種子在萌發(fā)初始階段吸水，從而加強體內(nèi)的生物氧化反應，水分使胚內(nèi)干物質(zhì)由凝膠狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿苣z狀態(tài)[20]，在酶的作用下，胚乳中的干物質(zhì)轉(zhuǎn)化為可溶性物質(zhì)，為胚的呼吸、發(fā)芽等生理過程提供所需的營養(yǎng)。在浸泡過程中，南瓜子快速吸水膨脹，繼而萌發(fā)，生長越快，生化反應強度越大，需水越多，體內(nèi)含水量越高。從另一角度來說，生物體內(nèi)酶反應過程均需要適宜的溫度與濕度，參與反應的酶越多，生長代謝越旺盛，作為反應底物的水與提供反應環(huán)境的水也就所需越多，更從側(cè)面證明了該條件培養(yǎng)能達到最大芽長的原因。ZnSO4溶液質(zhì)量濃度過高，南瓜子發(fā)芽48 h后的水分含量開始下降，且濃度越大下降越明顯，可能是外部環(huán)境離子強度大，破壞了細胞膜功能，穩(wěn)態(tài)機制控制被破壞，造成鋅中毒[21]。

2.5 發(fā)芽前后南瓜子鋅含量對比

鋅在自然界中按結(jié)合形態(tài)可分為無機鋅和有機鋅[22]，通常植物中干基鋅含量為25 mg/kg～150 mg/kg，根系、莖尖和嫩葉中鋅含量較高，且根系部分鋅含量高于地上部分[23]，不同原料部位鋅含量的不同證明選取南瓜種子進行發(fā)芽富集轉(zhuǎn)化有機鋅具有天然優(yōu)勢，孫雨茜在糙米發(fā)芽試驗中也有類似結(jié)論[20]。本試驗測得原料南瓜子中鋅含量為52.30 mg/kg，不同質(zhì)量濃度ZnSO4溶液培養(yǎng)48 h對發(fā)芽南瓜子鋅含量影響見表4。

表4 原料與不同質(zhì)量濃度ZnSO4溶液培養(yǎng)48 h發(fā)芽南瓜子鋅含量對比Table 4 Comparison of znic content of pumpkin seed culture with different mass concentrations ZnSO4solution under 48 h

由表4可以看出，南瓜子內(nèi)的鋅含量隨著浸泡液硫酸鋅質(zhì)量濃度增加而增加，與介質(zhì)中的離子濃度存在一定的線性關系。在浸泡過程中，溶液中的Zn2+被南瓜子吸收截留，一部分轉(zhuǎn)化成有機鋅貯藏在生物體內(nèi)，一部分仍然以無機態(tài)離子形式存在。在樣品烘干脫水過程中兩者均未被除去，可以被檢測器檢測到，可見48 h培養(yǎng)后鋅含量的增加一部分來源于有機鋅的轉(zhuǎn)化，一部分來源于浸泡液離子。結(jié)合表1芽長數(shù)據(jù)可知，當ZnSO4溶液質(zhì)量濃度高于0.15%時，芽長隨濃度增加而降低，芽長的降低意味著構成芽的有機鋅減少，鋅離子逐漸占據(jù)主導地位，無機鋅在人體內(nèi)吸收效率不高僅為7%[20]，當無機鋅含量高于有機鋅，不利于人體吸收利用，故在實際生產(chǎn)生活中仍以0.15%質(zhì)量濃度的ZnSO4溶液為最佳，一方面避免鋅元素攝入過量帶來的負面影響，一方面提高其實際價值。

3 結(jié)論

發(fā)芽可用來增加豆類、谷類營養(yǎng)價值，改善適口性、消化率與生物可及性。試驗以南瓜種子為原料，采用種子發(fā)芽轉(zhuǎn)化法以硫酸鋅試劑浸泡培養(yǎng)，研究不同發(fā)芽條件下南瓜子芽的生長情況及其對有機鋅的富集轉(zhuǎn)化規(guī)律。

通過優(yōu)化浸泡參數(shù)與培養(yǎng)條件，得到最有利于南瓜子發(fā)芽生長及有機鋅富集轉(zhuǎn)化的硫酸鋅質(zhì)量濃度為0.15%，培養(yǎng)時間為48 h，發(fā)芽率達到81%，芽長為30.18 mm，該條件下獲得的南瓜子鋅含量為191.68 mg/kg，約為原料的4倍，發(fā)芽過程中水分含量的升高證明了生命活動的旺盛，促進了有機鋅的積累。

本試驗探究得到的工藝條件與參數(shù)適合有機鋅食品原料的大量制備，操作簡單可行，可以通過此法大規(guī)模制備有機鋅食品原料，并且可作為各種新型食品與保健品原料擴大原料商品使用范圍，增加產(chǎn)品價值，更為其它必需礦物質(zhì)元素的富集轉(zhuǎn)化提供思路。