超声波辅助发芽对青稞组分营养品质、结构特性及γ-氨基丁酸富集的协同效应研究

《Ultrasonics Sonochemistry》：Effects of germination and ultrasound treatment on the thermodynamics, nutritional and structural quality of highland barley fractions

本研究针对谷物中γ-氨基丁酸(GABA)含量低的问题，系统探讨了超声波(US)、发芽(GE)及其协同处理对青稞组分营养品质的调控机制。研究发现US+GE处理可显著提升GABA含量、总酚(TPC)和总黄酮(TFC)，增强抗氧化活性(DPPH/ABTS/FRAP)，并通过调控mGAD、mPAL等基因表达和改变微观结构，为功能性青稞产品开发提供了新策略。

　　

青稞（Hordeum vulgare）作为青藏高原地区的主要谷物，富含β-葡聚糖、多酚等功能成分，但其核心功能性成分γ-氨基丁酸（GABA）在天然状态下含量较低。GABA作为一种重要的抑制性神经递质，具有降血压、抗焦虑等多种生理功能，如何通过绿色加工技术提升谷物产品的GABA含量已成为功能性食品开发的热点问题。传统发芽处理虽能激活内源酶促进GABA积累，但效率有限。超声波技术作为一种非热力加工手段，因其空化效应可改变细胞通透性而备受关注，然而超声波与发芽的协同效应对青稞多组分品质的调控机制尚不明确。

为系统解析超声波辅助发芽对青稞组分品质的增强效应，江苏大学食品与生物工程学院的研究团队在《Ultrasonics Sonochemistry》发表了最新研究成果。该研究以青稞面粉（WB）和青稞麸皮（BB）为对象，设置超声波（US，20/40/60 kHz）、发芽（GE，65°C、6 h）、超声波辅助发芽（US+GE）及浸泡（S）四种处理，通过多维度分析揭示了联合处理对GABA积累、酚类代谢、抗氧化活性、结构特性及功能性质的协同促进机制。

研究采用高压液相色谱（HPLC）测定GABA含量，酶活性分析检测GAD、GABA-T等关键酶，实时荧光定量PCR（RT-qPCR）分析基因表达，光谱法（Folin-Ciocalteu法、铝盐比色法）测定总酚（TPC）和总黄酮（TFC），化学法（DPPH、ABTS、FRAP）评估抗氧化能力，扫描电镜（SEM）观察微观结构，傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析蛋白质构象，X射线衍射（XRD）表征结晶特性，质构仪和流变仪分析力学性能，并结合电子鼻（E-nose）进行风味剖析。

3.1 不同处理对GABA含量、GAD和GABA-T活性的影响

US+GE处理使青稞面粉和麸皮的GABA含量显著提升至1.5倍，且GAD和GABA-T酶活性同步增强。基因表达分析显示，mGAD、mGABA-T、mSSADH和mAMADH的表达均显著上调，表明US+GE通过激活GABA分流通路关键酶基因促进GABA合成。

3.2 不同处理对抗氧化活性的影响

US+GE处理后，青稞组分的DPPH、ABTS自由基清除能力和FRAP还原力均显著高于单一处理。这种提升与TPC、TFC的增加密切相关，且苯丙氨酸解氨酶（PAL）、肉桂酸-4-羟基化酶（C4H）等酚类合成关键基因（mPAL、mC4H、mCHS、mC3H）表达上调，说明US+GE通过调控苯丙烷代谢通路促进酚类物质积累。

3.3 不同处理对酶活性的影响

US+GE处理显著增强了青稞组分的胰腺脂肪酶（PL）和血管紧张素转换酶（ACE）抑制活性。GABA和多酚类物质的协同作用可能通过抑制脂肪消化和血管紧张素转化，为青稞在肥胖和高血压管理方面的应用提供依据。

3.4 不同处理对氧化应激指标的影响

过氧化氢（H₂O₂）、超氧阴离子（O₂^–）生成量和丙二醛（MDA）含量在US+GE组显著上升，而过氧化物酶（POD）、多酚氧化酶（PPO）和过氧化氢酶（CAT）活性同步增强，表明处理引发了适度氧化应激，激活了抗氧化防御系统。

3.5 不同处理对渗透性和表面形态的影响

相对电导率测定显示US+GE处理显著增加细胞膜通透性。SEM图像表明US+GE使青稞面粉呈现高度破碎、多孔结构，麸皮纤维层明显松散，这种结构变化有利于营养物质的释放和生物可利用性提升。

3.6 不同处理对质构特性的影响

质地剖面分析（TPA）显示US处理显著提高青稞面粉和麸皮的硬度、胶黏性和咀嚼性，而US+GE处理使各项质构参数更均衡，表明联合处理在改善产品口感方面具有优势。

3.7 不同处理对FTIR谱图的影响

FTIR分析显示US处理使酰胺I带（1600–1700 cm^?1）强度增加且峰位偏移，表明蛋白质发生解折叠和二级结构改变。US+GE处理组呈现类似但略弱的光谱变化，说明超声波单独处理对蛋白质构象的影响更为显著。

3.8 不同处理对流变特性的影响

流变学分析表明US+GE处理显著改变青稞面团的损耗因子（tan δ）、储能模量（G'）和损耗模量（G''），其中麸皮组分的黏弹性变化更为明显，说明联合处理改善了青稞组分的加工适应性。

3.9 不同处理对结晶度的影响

XRD图谱显示US+GE处理使青稞面粉的衍射峰（15.31°和23.32°）向低角度移动（14.95°和22.80°），且峰宽增加，表明淀粉晶体结构被破坏，无定形区域比例上升，这种变化有助于改善青稞组分的水合性能和消化特性。

3.10 不同处理对芳香谱的影响

电子鼻分析结合主成分分析（PCA）表明US+GE处理显著改变青稞组分的挥发性有机物（VOCs）谱，传感器响应值与对照组明显分离，说明联合处理对青稞风味特征有重要调控作用。

本研究通过多尺度分析证实，超声波辅助发芽可协同激活青稞的GABA合成通路和酚类代谢网络，显著提升其营养价值和功能特性。结构表征表明该处理通过破坏细胞壁和淀粉晶体结构，促进活性成分释放。研究为超声波技术在谷物精深加工中的应用提供了理论依据，也为开发降血压、抗肥胖等功能性青稞产品奠定了技术基础。未来需进一步优化工艺参数并开展中试验证，以推动该技术的产业化应用。