谷物泛指各种禾本科植物的果实和种子，主要包括稻米、小麦、玉米、小米、糙米、藜麦等。谷物虽品种多样，但结构相似，均由谷皮、胚乳、胚芽组成。谷物中的营养物质主要以淀粉为主，是人体主要能量来源。豆类是指所有能产生豆荚的豆科植物，常见的有黄豆、黑豆、绿豆、红豆等。豆类为双子叶无胚乳种子。种子由种皮和胚组成，胚包括胚根、胚轴、胚芽和子叶4部分。豆类中蛋白质是主要组成物质，也是人体重要的蛋白质来源[1]。
《中国居民膳食指南》指出：成人每天谷薯类食物摄入量应当在250～400 g，其中全谷物和杂豆类50～150 g。另外，为保证人体内碳水化合物平衡，成人平均每天至少要吃够150 g谷薯类食物。食物多样、谷类为主是平衡膳食模式的重要特征。
生物萌育是以具有生命活力的种子为原料，给予适合的温度、水分、光照和养分，使种子萌发的过程。萌发是生命的最初阶段，也是植物生长过程中生命力最旺盛的阶段[2]。在萌育过程中，种子吸水膨胀，机体新陈代谢能力增强，机体相酶活力增强，种子中的营养物质被消耗，种胚萌发突破种皮，然后萌发[3]。在此过程中，种子中的酶活力增强，其中，蛋白质、脂肪、碳水化合物等大分子营养物质在酶的催化作用下分解成小分子物质；维生素和矿物质含量逐渐增多；功能性物质如多酚、黄酮等含量发生变化，其延缓衰老、预防癌症、降低胆固醇等的功能活性功效也随之增加[4]。
生物萌育是一种提高食物利用率和改善营养成分的天然方法[5]。近年来，许多学者将萌育培养方法用于谷物和豆类的研究上，引起国内外的广泛关注。谷豆萌芽后的功能活性研究也成为了热点。这些研究使得人们对种子萌育有了新的认识，为未来谷豆类食物的加工方法提供了一定的参考。
谷物和豆类都是我国重要的粮食资源，其含有丰富的营养物质。种子萌发过程中，在多种酶的催化作用下，机体的生理代谢发生变化，大分子的营养物质被酶解，种子中的营养物质发生变化。
碳水化合物是谷物、豆类(大豆除外)中主要的营养物质，大多以淀粉的形式存在。鲍会梅[6]在研究中发现，糙米在萌芽过程中淀粉含量呈下降趋势，是萌发前的1/3，而还原糖含量相比萌发前提高6倍。糙米在萌发过程中，赤霉素诱导α-淀粉酶活力升高，淀粉在酶的作用下被分解为小分子糖，从而导致种子中还原糖含量增加[7]。
藜麦是目前唯一一种单体植物即可满足人体基本营养需求的食物，其淀粉含量丰富[8]。研究发现，藜麦萌发过程中淀粉及还原糖含量变化趋势与其他谷物相似，并且萌发藜麦中的还原糖含量与淀粉酶活力呈正相关关系。在不同的温度下萌育培养，其还原糖含量变化会有所不同[9-11]。付荣霞等[12]在探究萌发温度和时间对藜麦营养成分的影响时发现，在20 ℃条件下萌发60 h，还原糖含量出现峰值；在15 ℃条件下，萌发72 h亦出现峰值。随着温度降低，碳水化合物分解速率逐渐降低，这是因为低温抑制了淀粉酶活性，导致淀粉转化为还原糖的速率减慢。
花生萌芽又称“长生芽”，因其独特的风味和脆嫩的口感而备受人们喜爱。研究发现，花生在萌发过程中可食用部位重量增加，可溶性糖含量在萌发前期显著升高。这是因为花生在萌芽过程中需要分解淀粉产生还原糖，释放能量，以满足自身生长发育，从而导致可溶性糖含量增加[13-14]。李先翠等[15]利用不同波长的光线照射萌发过程中的花生，研究发现，紫色光照可以减缓花生中淀粉的分解速率，而黄、蓝色光照可以促进花生淀粉分解，提高种子中还原糖含量。
蛋白质是生物机体的重要组成部分，也是植物籽粒的重要组分。大豆是我国主要的粮食作物之一，其蛋白质含量高达30%～40%，并含有多种人体必需氨基酸，是重要的植物蛋白来源[16]。孙冰[17]研究发现，大豆在萌育过程中蛋白质含量呈下降趋势，萌发120 h后减少约12.8%。谢皓等[18]研究发现，大豆芽中蛋白质含量随萌发时间延长而逐渐升高，萌发8 d 后提升5.77%；氨基酸含量在萌发前3 d内大幅升高，随后开始下降。李新华等[19]发现，大豆萌发过程中，内源蛋白酶活力逐渐升高，游离氨基酸含量随蛋白酶活力升高而增加。分析认为，大豆萌发初期，子叶中的蛋白质被内源性蛋白酶分解生成游离氨基酸，为大豆萌发提供能量，从而导致大豆蛋白质含量降低，氨基酸含量升高。
蛋白质也是花生籽粒中重要营养物质。张浩等[20]研究发现，花生在萌发过程中，可溶性蛋白质含量先降低后升高，在萌发48 h时达到最低点；多肽和游离氨基酸含量均呈上升趋势，相比萌发前增加了1.18倍和6.63倍。茹万飞[21]研究发现，花生萌发过程中蛋白质和氨基酸变化呈负相关关系。萌育过程中，氨基酸含量随萌发天数增加而增加，含量由高到低依次为谷氨酸、天冬氨酸和精氨酸。由此可见，花生在萌发过程中大分子的蛋白质被酶解成小分子的肽和游离氨基酸，合成其他氨基酸。
芝麻是我国重要的油料作物，而其丰富的蛋白质资源往往被人们忽视。张丽霞等[5]研究发现，芝麻在萌育过程中，随萌发时间延长，蛋白质含量先降低后升高，然后再降低。在芝麻萌芽后期，蛋白酶活性提高，蛋白质分子被大量分解，从而导致其含量降低。张瑞等[22]研究发现，芝麻萌发后氨基酸含量发生显著变化，其中，谷氨酸下降11.51%，精氨酸下降11.71%，甘氨酸下降22.60%，苏氨酸和赖氨酸分别上升24.62%和19.26%。随着萌发时间延长，必需氨基酸含量占比逐渐上升。氨基酸含量的变化主要是因为芝麻在萌发过程中蛋白酶被激活，芝麻中贮存的蛋白质在酶的作用下被分解为小分子肽和氨基酸，这些氨基酸又参与分解代谢产生代谢物，代谢物又重新组合，组成新的氨基酸，从而导致萌芽芝麻中的氨基酸种类和数量发生改变。
脂肪是种子的重要储能物质，在植物生长发育过程中起着重要作用。植物的油脂中含有丰富的脂肪酸，包括亚油酸、亚麻酸等人体必需脂肪酸，这是动物油脂无法替代的。芝麻是重要油料作物，在我国种植面积广泛，有“油料皇后”的美称[23]。在芝麻萌育过程中，粗脂肪含量随萌芽时间的延长而降低，游离脂肪酸含量呈上升趋势[24]。张丽霞等[5]研究发现，芝麻萌发过程中脂肪酶活性不断提高，从而导致脂肪含量不断下降，下降率为53.5%。同时，脂肪酸含量也在不断变化，亚油酸和亚麻酸含量随萌发时间延长先升高后降低，在萌发6 h时达到最高，分别为45.3%和0.79%。在芝麻芽中同样含有丰富的多不饱和脂肪酸，其中大多是油酸和亚油酸[25]。
大豆脂肪主要是由油酸和甘油组成，脂肪酸含量占脂肪总量的90%以上，主要包括油酸、亚油酸、亚麻酸、硬脂酸和棕榈酸。大豆萌发过程中，脂肪逐渐被分解利用，脂肪酸含量逐渐减少[26]。谢皓等[18]研究发现，大豆萌发过程中，棕榈酸、硬脂酸和油酸含量呈下降趋势，而亚油酸和亚麻酸含量逐渐增加。
鲍会梅[6]研究发现，糙米萌发后维生素B6含量升高，萌发72 h时达到0.96 μg/g，维生素C含量相比萌发前也有显著提升。彭立伟等[27]研究发现，大豆发芽72 h后维生素C含量高达0.021 7%，维生素A和维生素E含量均成倍增长，分别增加了14.7 倍和6.4倍。藜麦中微量营养元素种类丰富，维生素E含量远高于其他谷物。萌发后，每100 g萌芽中维生素E含量高达21.64 mg[28]。芝麻中的生育酚是重要的抗氧化物质，芝麻在萌育过程中，生育酚含量先降低后升高再降低，萌发8 h时生育酚含量达最高值，为546.3 mg/kg[29]。
除维生素外，豆类和谷物中还含有丰富的矿物质。在萌育过程中，种子中的矿物质含量随萌育时间的变化而变化。大豆在萌发过程中钙、铁、磷含量呈下降趋势，游离铁和游离钙含量不变[17]。糙米萌发后，其钙、铁、钾、镁、钠、锌的含量均呈上升趋势，并随萌发时间延长而增加[30]。
豆类和谷物中除主要的营养物质外，还含有微量的功能性成分，如花生中的白藜芦醇、芝麻中的木脂素、大豆中的异黄酮等。在谷物和豆类萌发过程中，种子内的功能性物质含量也随之变化。
萌育提高了谷豆中主要功能活性物质含量，同时也显著提高了谷豆的营养保健价值。多酚和黄酮类物质是植物体内重要的生物活性物质，具有广泛的生理功能。花生中的白藜芦醇是重要的天然多酚类物质，具有抗氧化、抑制癌症、降血压、保护心血管等功效。徐世杰等[4]研究发现，花生经萌育处理后，白藜芦醇含量上升54.5%，总酚和黄酮含量分别上升53.6%和42.5%。
芝麻中的木脂素是重要抗氧化物质，具有抑制癌细胞生长、保护肝脏作用。研究表明，在芝麻萌发过程中，芝麻素和芝麻林素含量呈下降趋势，木脂素被分解，萌育培养4 d后木脂素含量约为475 mg/100g[3,31]。
大豆中异黄酮是大豆生长过程中的次级代谢产物，具有抗衰老、抑制癌症的功效。李笑梅[32]在大豆萌育研究中发现，随着萌发时间的延长，大豆异黄酮含量逐渐增加，萌发96 h时达到最高，为3.35 mg/g，相比萌发前提高了2.9倍。毕伟伟等[33]的研究表明，光照有利于大豆异黄酮的合成和积累，在光照条件下异黄酮增加速率明显高于对照组。
申海进等[34]研究发现，大豆在萌育过程中，苷元含量不断升高。在96 h时达到最大，相比未萌发大豆提高512.9%，糖苷型含量下降31.7%，由此看来大豆在萌发过程中糖苷发生代谢转化，从而导致苷元含量增加。
GABA是一种重要的神经递质，具有促进生长素分泌、镇静神经等功效[35]。研究表明，植物种子萌发过程中会产生CABA，在受到低温、低氧、机械损伤、盐胁迫等胁迫压力时，会导致GABA迅速积累。
李先翠等[15]在实验中发现，花生在萌发48 h后GABA含量相比萌发前提高7倍。糙米在萌发后其GABA含量是萌发前的3倍多，最高达到105.21 mg/100g[36]。糙米萌育过程中添加蔗糖，会使GABA含量相比无蔗糖条件萌发时明显提高[37]。
胡秀娟等[38]采用氯化钙盐胁条件萌育糙米，发现糙米中GABA含量可达到131.91 mg/100g。尹永祺等[39]采用低氧冷激的方法萌发玉米籽粒，在低氧条件下萌育72 h后，于-18 ℃冷冻6 h，然后25 ℃回温4 h，结果表明玉米籽粒中GABA含量提高29.9倍，达到1.52 mg/g。小麦在萌发过程中GABA含量同样发生变化，小麦籽粒在低温胁迫环境下，萌育培养24 h，GABA含量相比萌发前提高98.7%[40]。在芝麻萌育研究中同样发现，随着萌发时间延长，芝麻中的GABA含量升高，萌芽5 d种子中的GABA含量由24.13 μg/g提高到95.28 μg/g，约是萌育前的3倍[25]。
谷豆在萌育过程中谷氨酸脱羧酶被激活，机体中的谷氨酸被转化为GABA，从而导致GABA含量升高，在提高种子功能活性物质含量的同时，大大提高了谷豆类食物的营养保健价值。
谷物和豆类是人们日常生活中必不可缺的食物，传统的谷豆类食物大都以原始状态的种子为原料，经过一系列工艺加工成成品。受食物原料限制，产品的营养成分很难得到改善。在萌育过程中，谷豆自身的营养成分发生改变，一些功能性因子的增加大大提高了谷豆的营养保健功效。李时珍在《本草纲目》中记载：唯此豆芽白美独异，食后清心养身，具有“解酒毒、热毒，利三焦”之功。由此可见，谷豆萌芽有着极高的生物活性。
大豆异黄酮是大豆生长过程中的次级代谢产物，是一种重要的活性物质。巫波等[41]研究发现，大豆异黄酮对乳腺癌、前列腺炎、消化道肿瘤、肺癌都有较好的预防和治疗效果。其作用机制主要包括：异黄酮利用自身的抗氧化作用，清除体内自由基，诱导抗氧化酶活性从而抑制癌细胞生长；异黄酮具有抗雌激素特性，能够抑制雌性受体结合，从而降低与雌激素相关的肿瘤发病率；异黄酮还能够阻止细胞内蛋白质复合物形成，导致细胞周期停滞，使细胞不再增殖，进而抑制癌细胞生长。朱春燕等[42]采用超声-微波联用提取豆芽中的异黄酮，发现异黄酮提取物可有效抑制金黄色葡萄球菌生长。由此证明大豆芽中的异黄酮存在较强的抗癌抑菌活性。
滕文静[43]采用萌发大豆作原料，加工制作萌发大豆豆腐。研究发现，萌发大豆豆腐中的抗营养因子含量明显低于传统豆腐，使得豆腐中的营养物质能够更好地被人体吸收利用。大豆酸奶是一种谷物酸奶，在充分利用大豆蛋白的同时又可弥补牛奶酸奶高脂肪、高胆固醇的缺点。刘爱洁等[44]采用萌发大豆为原料制作大豆酸奶，大豆在萌发过程中，自身营养物质被水解为更易被人体吸收的小分子物质，异黄酮、维生素和膳食纤维的含量也有所提高，全方位改善了大豆酸奶的营养成分。项聿兰[45]根据不同品种大豆营养成分含量特点，结合大豆萌育过程中功能因子变化规律，研究制备了适合不同人群的豆浆产品，该系列产品分别具有预防老年痴呆、抗衰老、促进消化吸收、补充蛋白质和降血脂等功效，充分利用了大豆资源，提高大豆的保健功效。
谷豆在萌发过程中会产生丰富的抗氧化物质，如谷维素、维生素E、植酸等。糙米被称为“可以吃的化妆品”。王嘉怡等[46]研究发现，发芽糙米中的抗氧化物质植酸、阿魏酸可有效抑制黑色素产生，并且促进皮肤新陈代谢，减缓皮肤氧化衰老。且在探究发芽糙米米糠对高血脂大鼠血脂代谢的影响中发现，食用发芽糙米米糠的大鼠胆固醇和甘油三酯显著低于对照组，原因是发芽糙米提取物能够调节体内过氧化物酶激活受体γ和增强子结合蛋白α的表达，抑制脂肪细胞中脂肪的积累，从而达到降血脂的目的。
刘晨等[47]将发芽糙米应用于糖尿病功能食品中，发现糙米在萌芽过程中产生的GABA、谷维素、膳食纤维等活性成分具有降低Ⅱ型糖尿病患者血糖浓度和胆固醇含量、预防肥胖的功效。
芝麻芽中的芝麻酚具有较强的抗氧化和清除自由基能力，通过清除体内自由基减缓细胞的衰老死亡。张瑞[48]在探究芝麻萌发过程中功能性物质作用时发现，芝麻芽中的提取物对小鼠肝脏有较好的保护作用，可有效缓解CCl4对肝脏的损伤。
GABA是生物脑组织中重要的神经递质，也是谷豆萌芽中重要的活性物质。GABA可以提高葡萄糖磷酸酯酶的活力，刺激脑细胞活力，促进脑组织的新陈代谢，改善神经机能，从而具有缓解情绪紧张，缓解神经抑郁的功效。芝麻酱是常见的调味品之一，也是北方火锅的主要蘸料。张炳文等[49]利用萌育技术，将芝麻在高盐胁迫环境下进行萌育培养，以发芽芝麻为原料加工一种高GABA芝麻酱，在保留芝麻酱原始风味的同时，提高了芝麻酱的营养保健价值。
随着人们对谷豆萌育研究的不断深入，越来越多的谷豆类产品被开发出来。胡洁[9]以营养和功能物质含量为指标，探究最佳萌发时间，采用发芽3 d的藜麦为原料，加工制作了一款营养丰富、口感润滑具有浓郁麦香的藜麦芽饮料。
我国豆类资源丰富，一些豆类萌芽通常作为蔬菜被人们直接食用。郑立军[50]分别探究7种豆类在萌发过程中GABA含量变化规律，以7种发芽豆类为原料，开发制作了一种富含GABA的豆芽粉发糕脆片。
谷物和豆类中含有丰富的营养及功能活性物质，是重要的食物资源。通过生物萌育技术可有效改善谷物和豆类的营养成分，提高其保健功效价值，但目前对萌育技术的研究不足，为促进发芽谷豆的广泛应用，仍有问题需要研究。
生物萌育是一种可控的技术，谷豆在萌芽过程中营养成分的变化已得到广泛的研究，但对其变化机制并未完全了解。应针对不同营养需求，探究最佳的萌发条件，以提高谷豆营养价值。谷豆萌芽提取物在保健功效方面同样具有潜在的应用价值，探究谷豆萌芽中生物活性物质在人体内的作用机制将是今后研究的热点。
萌发谷豆中含有麸皮层和胚芽等结构，口感相对精加工谷豆食品差，在当前社会大力推广全谷物食品的背景下，研究萌育技术提高谷豆营养的同时，还应探索新型加工技术来提高萌芽谷豆食品口感，这也将是未来重要的研究方向。
谷豆萌芽目前的应用更多在于食品方面，可以针对婴幼儿及老年人等营养缺乏人群的需求开发一些特殊食品，以满足不同人群的营养所需。此外，芝麻萌芽中的功能活性物质还可以应用在保健品、药品等领域，如萌芽中产生的GABA具有调节睡眠、抗焦虑的功效，可有效改善人体健康，提高人体免疫力。黄酮类和多酚类物质也是谷豆萌芽中重要的功能活性物质，对其保健功效的探究也是极其重要的。萌育培养提高了谷豆类食物的营养和保健价值，在人们追求健康生活的今天，谷豆生物萌育技术的利用与拓展有着更为广阔的研究前景。
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