TRENDS FOOD SCI TECH：发芽作为提高豆类蛋白质质量和营养前景的生物过程

　　发达国家的蛋白质摄入主要来自动物。最近的研究表明，动物蛋白的高消耗与某些健康疾病有关，如超重、糖尿病、心脏病、癌症、骨骼疾病和早死，尽管肉蛋白的质量很高，但据报道，在美国成年人中，用植物性饮食代替部分红肉可以将2型糖尿病风险降低16%~35%，表明在饮食中加入植物性食物具有一定优势。尽管植物性蛋白质与动物性蛋白质相比，具有营养充足、对环境危害小的特点，但其蛋白质质量和消化率的妨碍仍然是一个值得关注的问题，这使得饮食蛋白质来源的多样化成为必要。
人们的兴趣正转向豆科植物的种子，如大豆、黄豌豆（Pisum sativum L.）、鹰嘴豆（Cicer arietinum）和扁豆（Lens culinaris），它们是饮食蛋白质的首选来源。植物蛋白质存在于含有其他化学成分（如多糖和酚类化合物）的种子基质中，这些物质在食用时会阻碍蛋白质的消化。种子可以储存能量，因此，在发芽过程中，调动这些储存在种子中的营养物质可以提供再生所需的能量。这一内源过程涉及种子蛋白的酶促水解，其中可能包括不可消化的蛋白质。加拿大渥太华大学健康科学学院营养科学系的Ikenna C.Ohanenye、卡尔顿大学化学系食品科学与营养专业的Apollinaire Tsopmo、尼日利亚Alex Ekwueme联邦大学医学科学院基础医学系的Chukwunonso E.C.C.Ejike等人着重对发芽作为提高豆科植物种子蛋白质消化率和生物利用度的过程进行了综述。

　　1.1、种子萌发的分子生化机制

　　内休眠与环境条件无关，但具有时间依赖性，可能受遗传学的调控，从而使其成为先天休眠。在所有情况下，种子内源脱落酸（abscisic acid，ABA）含量的生物合成和分解代谢决定了休眠的维持和释放。ABA是从质体中的胡萝卜素开始合成的，这一过程发生在细胞溶质（cytosol）中；按时间顺序，最后五个步骤由基因ABA1（玉米黄素环氧化酶（zeaxanthin epoxidase））、ABA4（紫黄质脱环氧化酶（violaxanthin de-epoxidase））、NCED（9-顺式环氧类胡萝卜素双加氧酶（9-cis-epoxycarotenoid dioxygenase））、ABA2（黄质醛脱氢酶（xanthoxin dehydrogenase））和ABA3（ABA醛氧化酶（ABA-aldehyde oxidase））编码。 ABA分解代谢主要通过 ABA在7 ′ 、8 ′ 和9 ′ 处的水解进行，其中 8 ′ 处的水解主要通过 ABA8 ′ -羟化酶（ABA8 ′ OH）进行 。ABA生物合成的限速步骤由NCED编码，而分解代谢由CYP707A编码，这表明NCED和CYP707的表达是ABA浓度和休眠的关键调节因子。

　　1.2、豆科植物种子中蛋白质的合成、储存和迁移

　　在豆类植物中，合成蛋白质按以下顺序分泌：从粗面内质网到滑面内质网，再到高尔基体，最后到分泌囊泡，其中豌豆球蛋白（vicilin）（7S）和豆球蛋白（legumin）（11S）是豆科植物中两种主要的贮藏蛋白；这两种蛋白都属于球蛋白家族。豌豆球蛋白是一种三聚体，由于缺乏半胱氨酸残基而没有二硫键，分子质量为186kDa，而豆球蛋白是分子质量为351kDa六聚体，且通过二硫键连接两条不同的α和β肽链，尽管如此，豆科种子的贮藏蛋白是储存在子叶中的，之后成为与豆科植物种子消费相关的膳食蛋白的主要来源。在随后的生长和发育过程中，储存的蛋白质以氨基酸和蛋白质合成和生长所需能量的形式重新固定。

　　1.3、豆类蛋白质的可消化性

　　豆类蛋白的消化率较动物蛋白低。导致这一特性的主要因素与蛋白质结构和功能（如相对溶解度）、区室化（离散蛋白质体中的细胞内组织）、细胞壁的通透性和保护性种皮有关。

　　1.4、单宁的作用

　　单宁可以通过形成单宁-蛋白质复合物、直接抑制消化蛋白酶或抑制肠道微生物群的生长来抑制饮食中蛋白质的消化（高达28%）。

　　1.5、植酸的作用

　　植酸蛋白复合物也抑制蛋白质消化率。植酸带负电，以球状形态存在于蛋白质液泡中，与锌、钙、钾、镁和锰等金属离子结合牢固，形成不溶性和不可消化的络合物。

　　1.6、凝集素和抗原蛋白的作用

　　凝集素对消化有抵抗力，摄入后与消化道的细胞壁结合，从而阻止被消化的蛋白质和其他营养物质的吸收。它们大多存在于种子的外层（如种皮）中，因此，浸泡和烹调等简单的处理便可去除几乎所有的凝集素。此外，大多数豆类不能生吃，因此凝集素和豆类蛋白质之间的相互作用可能并不显著。然而，豆类中的抗原蛋白会引起过敏反应。总的来说，似乎凝集素和抗原蛋白比蛋白消化率抑制剂更能阻止蛋白吸收。

　　1.7、蛋白酶抑制剂的作用

　　豆类蛋白和其他膳食蛋白一样，被胃肠道中存在的蛋白酶消化。然而，豆类基质中蛋白酶抑制剂的存在直接影响蛋白质的消化和吸收。蛋白酶抑制剂能抑制肠道中胰蛋白酶和糜蛋白酶的活性，从而抑制蛋白质的消化。

　　1.8、发芽对豆类蛋白质的迁移和消化率的影响

　　为了成功地进行发芽，需要从头合成蛋白质，这取决于游离氨基酸的可用性、干种子中的蛋白质资源不足，因此需要水解储存蛋白质以释放这些氨基酸。种子萌发使种子蛋白质部分消化，当人类食用时，可转化为较高的消化率和营养价值。然而，种子和人体胃肠道的消化程度受蛋白质结构的影响。在这方面，高度折叠的蛋白质（例如具有二硫键交叉连接的蛋白质）比较少折叠的蛋白质更不易消化。

　　1.9、豆科植物种子发芽及抗营养因子的抑制

　　在大豆中，发芽6 天的种子 胰蛋 白酶抑制剂活性 比未发芽的种子 抑制了 32%。 结果表明，发芽种子可改善胃蛋白酶消化率，但没有改善胰蛋白酶消化率。 尽管如此，还需要进一步的证据证明使用更新的模拟胃肠道消化模型进行灭活的有效性。 在植酸存在的情况下，发芽可通过激活植酸酶和其他磷酸酶来降低植酸在种子中的含量。 这种活化能降解植酸并产生重要的营养素，如磷酸盐、肌醇和其他微量营养素。

　　1.10、发芽和豆科植物种子中可消化蛋白质的释放

　　种子中营养物质和非营养物质的组成和数量因物种而异。因此，种子发芽对蛋白质营养品质和抗营养因子的影响也因种子类型而异。采用抗体染色法，发现豆科植物种子萌发初期，野豌豆（vetch）中的豌豆球蛋白发生水解。

　　此外，发芽还能提高一些豆类的蛋白质含量。对3 个大豆品种（FT-2、Santa Rosa和Davis）的研究表明，与未发芽的种子相比，总蛋白质含量有所增加。萌发的羽扇豆（Lupinus spp.）种子也有类似的结果。这表明伴随着水解酶的激活，发芽可能导致了未发芽种子中不可接近的蛋白质的水解。

　　1.11、发芽对豆科植物种子蛋白的部分水解

　　发芽与水解酶的释放有关，水解酶导致种子贮藏蛋白的水解。内源性木瓜蛋白酶类型（papain-type）和豆荚蛋白类型（legumain-type）半胱氨酸蛋白酶对球形蛋白的降解有催化作用，发芽第2天贮藏蛋白几乎完全降解。因此，在食品应用中，豆科植物种子的发芽需要优化，以便在不完全降解的情况下释放蛋白质。

　　1.12、豆科植物种子发芽对人类健康的益处

　　一项随机对照试验显示，煮熟的豆子、扁豆和鹰嘴豆显著降低了血红蛋白A1c水平，与未煮熟的种子相比，这一结果导致糖尿病和冠心病的减少率更高。同样，豆类萌发过程中释放的蛋白质和多肽也会直接影响体内的生物过程。

　　1.13、食用豆类发芽种子潜在的安全隐患

　　据报道食用豆类有利于营养和健康。虽然目前还缺乏有关发芽豆类安全性的信息，但食用某些豆类会引起各种致敏和食物过敏。

　　2、结论和展望

　　豆科植物种子是满足人体蛋白质需求的丰富的膳食蛋白质来源。然而，这些蛋白质与种子基质其他成分相互作用阻碍了蛋白质的生物可利用度。因此，蛋白质消化率的改善取决于不可消化蛋白质的水解、蛋白酶抑制剂的失活和蛋白质溶解度的提高。与未发芽的种子相比，发芽是种子再生过程中的一种自然现象，它能提高种子的总蛋白质含量。此外，发芽可以去除或抑制蛋白酶抑制剂，从而提高蛋白质的消化率和生物可利用性。综上所述，豆类作为膳食蛋白质的来源可以通过发芽得到改善，特别是在需要改善蛋白质营养的群体中。发芽可以进一步作为一个强大的生物处理工具来提高豆类蛋白质的质量，用于改善食品、生物制药和营养目标。

　　该文章《Germination as a bioprocess for enhancing the quality and nutritional prospects of Legume proteins 》于《Trends in Food Science & Technology》2020年5月出版。