富含γ-氨基丁酸萌芽米生產(chǎn)工藝條件優(yōu)化研究

吾建祥，楊德毅，樓宇濤，施南芳

富含γ-氨基丁酸萌芽米生產(chǎn)工藝條件優(yōu)化研究

吾建祥，楊德毅，樓宇濤，施南芳

（浙江省金華市農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量綜合監(jiān)督檢測(cè)中心，浙江金華 321000）

應(yīng)用響應(yīng)面分析法優(yōu)化糙米生產(chǎn)γ-氨基丁酸工藝條件，高含量γ-氨基丁酸萌芽米生產(chǎn)的最佳條件為浸泡時(shí)間9.1 h，催芽時(shí)間14.7 h，發(fā)芽溫度28.03℃，在此條件下γ-氨基丁酸含量為48.1 mg/100 g。

萌芽米；γ-氨基丁酸；響應(yīng)面；生產(chǎn)工藝

萌芽米是糙米經(jīng)過(guò)發(fā)芽之后，保留胚芽、皮糠層的稻米制品。萌芽米在改善糙米膨脹性和吸水性方面較差，風(fēng)味口感不好，炊煮時(shí)間也較長(zhǎng)，但可明顯提高生理活性。萌芽米中富含的γ-氨基丁酸（GABA）、谷胱甘肽、谷維素和阿魏酸等超出精白米數(shù)倍，具有促進(jìn)人體健康和提高人體免疫力的功效，得到了消費(fèi)者的認(rèn)可[1]。糙米發(fā)芽后形成萌芽米，糙米中的淀粉類物質(zhì)在淀粉酶作用下轉(zhuǎn)化成糖類，植酸在植酸酶作用下水解產(chǎn)生肌醇，纖維素類經(jīng)纖維素酶解后形成易被人體消化吸收的膳食纖維，特別是谷氨酸在谷氨酸脫羧酶的作用下生成γ-氨基丁酸[2-3]。萌芽米中γ-氨基丁酸等活性物質(zhì)含量的多少，直接影響產(chǎn)品的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)[4-5]。

試驗(yàn)以糙米為原料制備γ-氨基丁酸，研究萌芽米浸泡時(shí)間、催芽時(shí)間、發(fā)芽溫度對(duì)萌芽米中γ-氨基丁酸含量的影響，應(yīng)用響應(yīng)面分析法優(yōu)化萌芽米生產(chǎn)工藝條件，為萌芽米工業(yè)化生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

稻米（金早47），浙江省金華市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院選育。

1.2 方法與步驟

1.2.1 糙米的制備及篩選

用礱谷機(jī)將金早47礱殼后得到糙米，過(guò)篩，去異色、蟲蛀粒、除霉變、空殼、無(wú)胚米及石頭等雜質(zhì)，含胚糙米整米率約98%。

1.2.2 糙米發(fā)芽工藝

清洗→浸泡→催芽→滅酶→干燥→檢驗(yàn)→成品。

1.2.3 糙米樣品清洗

稱取糙米樣品20份，每份50 g。自來(lái)水沖洗3遍，每次10 min，洗去表面的糠粉和灰塵，瀝水20 min，再用純凈水沖洗3遍，每次10 min。

1.2.4 樣品浸泡

清洗好的糙米樣品用30目尼龍網(wǎng)包好，6份為1組，共5組，分別放在5個(gè)恒溫水浴箱中浸泡，分別設(shè)定發(fā)芽溫度為25，28，31，34，37℃，浸泡時(shí)間設(shè)定為3，6，9，12，15 h，各組樣品在不同恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)催芽，保持相對(duì)濕度95%，培養(yǎng)溫度與浸泡溫度相一致。

1.2.5 樣品制備

在催芽4，8，12，16，20，24 h后，取樣，在80℃熱水中滅酶10 min，置于55℃恒溫干燥箱中干燥24 h，密封置于冰箱中保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.6 測(cè)定方法

前處理方法依據(jù)食品中?；撬岬臏y(cè)定（GB/T 5009.169—2003），γ-氨基丁酸檢測(cè)方法依據(jù)食品中氨基酸的測(cè)定（GB/T 5009.124—2003）。

1.2.7 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以糙米浸泡時(shí)間（A）、催芽時(shí)間（B） 和發(fā)芽溫度（C）為試驗(yàn)影響變量，分別測(cè)定萌芽米中γ-氨基丁酸含量。

1.2.8 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)單因素試驗(yàn)確定各因素的取值水平范圍，以糙米浸泡時(shí)間（A）、催芽時(shí)間（B） 和發(fā)芽溫度（C） 為自變量，每個(gè)因素取3個(gè)水平（-1，0，1），以萌芽米的γ-氨基丁酸含量為響應(yīng)值，設(shè)計(jì)響應(yīng)面試驗(yàn)。

萌芽米響應(yīng)面因素與水平設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 萌芽米響應(yīng)面因素與水平設(shè)計(jì)

1.2.9 數(shù)據(jù)處理

采用Design Expert 8.05b軟件分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 浸泡時(shí)間對(duì)萌芽米中γ-氨基丁酸含量的影響

設(shè)定糙米的催芽時(shí)間為16 h，發(fā)芽溫度為28℃，在浸泡時(shí)間分別為3，6，9，12，15 h時(shí)取樣測(cè)定。

浸泡時(shí)間對(duì)γ-氨基丁酸含量的影響見(jiàn)圖1。

圖1 浸泡時(shí)間對(duì)γ-氨基丁酸含量的影響

由圖1可知，萌芽米中γ-氨基丁酸含量先隨浸泡時(shí)間的延長(zhǎng)而升高，當(dāng)浸泡時(shí)間為9 h時(shí)，γ-氨基丁酸的含量最高，為36.56 mg/100 g；隨著浸泡時(shí)間繼續(xù)延長(zhǎng)，γ-氨基丁酸含量呈逐漸降低趨勢(shì)，到12 h時(shí)γ-氨基丁酸降低明顯；在12～15 h時(shí)，γ-氨基丁酸含量呈微升趨勢(shì)，但含量差異不明顯，這可能與γ-氨基丁酸的水溶性有關(guān)。試驗(yàn)可知，糙米在催芽時(shí)間16 h，發(fā)芽溫度28℃的條件下，γ-氨基丁酸含量最佳的浸泡時(shí)間是9 h。

2.2 發(fā)芽溫度對(duì)萌芽米中γ-氨基丁酸含量的影響

試驗(yàn)設(shè)定催芽時(shí)間16 h，浸泡時(shí)間9 h，在發(fā)芽溫度分別為25，28，31，34，37℃時(shí)取樣測(cè)定。

發(fā)芽溫度對(duì)γ-氨基丁酸含量的影響見(jiàn)圖2。

圖2 發(fā)芽溫度對(duì)γ-氨基丁酸含量的影響

由圖2可知，萌芽米中γ-氨基丁酸含量在糙米發(fā)芽溫度為31℃之前，呈增長(zhǎng)趨勢(shì)；28℃時(shí)含量最高，為37.18 mg/100 g。糙米發(fā)芽溫度繼續(xù)升高，γ-氨基丁酸含量下降明顯，在發(fā)芽溫度34～37℃，萌芽米中γ-氨基丁酸含量下降速度趨于平緩?？赡馨l(fā)芽溫度升高，糙米浸泡吸水過(guò)快，破壞細(xì)胞的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)流失，生成γ-氨基丁酸的底物減少，導(dǎo)致含量降低。試驗(yàn)可知，在浸泡時(shí)間、催芽時(shí)間一定的條件下，γ-氨基丁酸含量最佳的發(fā)芽溫度是28℃。

2.3 催芽時(shí)間對(duì)萌芽米中γ-氨基丁酸含量的影響

試驗(yàn)設(shè)定浸泡時(shí)間9 h，發(fā)芽溫度28℃，在催芽時(shí)間分別為4，8，12，16，20，24 h時(shí)取樣測(cè)定。

催芽時(shí)間對(duì)γ-氨基丁酸含量的影響見(jiàn)圖3。

圖3 催芽時(shí)間對(duì)γ-氨基丁酸含量的影響

由圖3可知，糙米浸泡后的發(fā)芽過(guò)程中，在催芽時(shí)間為16 h之前，隨著催芽時(shí)間的延長(zhǎng)，萌芽米中γ-氨基丁酸含量逐漸升高。在4～12 h時(shí)，含量變化明顯；到16 h時(shí)，萌芽米中γ-氨基丁酸含量最高；16 h之后，含量開始下降?？梢?jiàn)，在浸泡時(shí)間和發(fā)芽溫度一定的條件下，最佳的催芽時(shí)間是16 h，此時(shí)萌芽米中γ-氨基丁酸含量最高。

2.4 響應(yīng)面法優(yōu)化萌芽米中γ-氨基丁酸含量最佳工藝條件

2.4.1 響應(yīng)面模型建立及顯著性分析

響應(yīng)面試驗(yàn)各處理樣品γ-氨基丁酸含量測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表2。

應(yīng)用Design Expert 8.05b軟件對(duì)表2萌芽米中γ-氨基丁酸的含量進(jìn)行多元回歸擬合，得到萌芽米中γ-氨基丁酸的含量（Y）與培養(yǎng)條件關(guān)鍵控制因素浸泡時(shí)間（A）、催芽時(shí)間（B） 和發(fā)芽溫度（C）的二次多項(xiàng)回歸方程模型為：

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)各處理樣品γ-氨基丁酸含量測(cè)定結(jié)果

回歸模型方差分析見(jiàn)表3。

表3 回歸模型方差分析

由表3可知，當(dāng)模型的Frob.＞F值小于0.000 1，模型極顯著。失擬項(xiàng)為0.014 8，在p=0.05的水平上顯著，表明該模型顯著性好，可以用來(lái)分析和預(yù)測(cè)各工藝條件對(duì)γ-氨基丁酸含量結(jié)果的影響。從回歸模型看，一次項(xiàng)的催芽時(shí)間（B）、發(fā)芽溫度（C）及二次項(xiàng)浸泡時(shí)間×催芽時(shí)間（AB）、浸泡時(shí)間×發(fā)芽溫度（AC） 對(duì)萌芽米中γ-氨基丁酸含量影響顯著。從F值可以看出，單因素權(quán)重順序?yàn)榇哐繒r(shí)間（A） ＞發(fā)芽溫度（B） ＞浸泡時(shí)間（C）；交互項(xiàng)AB，AC對(duì)萌芽米中GABA含量影響顯著，BC對(duì)結(jié)果影響不顯著。

2.4.2 響應(yīng)面圖分析

利用Design Expert 8.05b軟件對(duì)二次回歸模型進(jìn)行分析。

浸泡時(shí)間與催芽時(shí)間的影響面分析見(jiàn)圖4，浸泡時(shí)間與發(fā)芽溫度的影響面分析見(jiàn)圖5，催芽時(shí)間與發(fā)芽溫度的影響面分析見(jiàn)圖6。

圖4 浸泡時(shí)間與催芽時(shí)間的影響面分析

圖5 浸泡時(shí)間與發(fā)芽溫度的影響面分析

圖6 催芽時(shí)間與發(fā)芽溫度的影響面分析

由圖4～圖6可知，浸泡時(shí)間與催芽時(shí)間、發(fā)芽溫度之間的交互作用極顯著，而催芽時(shí)間與發(fā)芽溫度之間的交互作用不顯著。其中，在圖4中，根據(jù)回歸分析方程在考查區(qū)域內(nèi)繪制的響應(yīng)面圖發(fā)生彎曲，表明因素A，B對(duì)γ-氨基丁酸含量的影響是非線性的，存在二次項(xiàng)。隨著浸泡時(shí)間和催芽時(shí)間的增大，γ-氨基丁酸值也在增大，當(dāng)浸泡時(shí)間和發(fā)芽時(shí)間增加到一定程度時(shí)，含量達(dá)到頂峰；當(dāng)浸泡時(shí)間和發(fā)芽時(shí)間繼續(xù)增加，含量拐頭下降，可以取某個(gè)適中值，使含量達(dá)到最大。同理，從圖5、圖6可以看出，浸泡時(shí)間與發(fā)芽溫度、催芽時(shí)間與發(fā)芽溫度同樣對(duì)γ-氨基丁酸的影響是非線性的，存在二次項(xiàng)?？梢酝ㄟ^(guò)軟件優(yōu)化、模擬得到最佳工藝條件。

2.4.3 最佳條件的確定及驗(yàn)證試驗(yàn)

經(jīng)過(guò)單因素分析和響應(yīng)面法分析，對(duì)工藝流程進(jìn)行優(yōu)化后，得到最優(yōu)γ-氨基丁酸含量萌芽米的工藝條件為浸泡時(shí)間9.1 h，催芽時(shí)間14.7 h，發(fā)芽溫度28.03℃。

根據(jù)最佳工藝條件進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，以3組糙米平行對(duì)比，萌芽米的γ-氨基丁酸含量為47.4 mg/100 g，與預(yù)測(cè)值（48.1 mg/100 g）較接近，預(yù)測(cè)精度為98.46%，說(shuō)明該模型是合理有效的具有一定實(shí)際指導(dǎo)意義。

3 結(jié)論

通過(guò)響應(yīng)面法對(duì)萌芽米生產(chǎn)條件進(jìn)行優(yōu)化，可獲得最佳γ-氨基丁酸發(fā)芽工藝條件。試驗(yàn)采用金早47作為試驗(yàn)材料，浸泡時(shí)間為9.14 h，催芽時(shí)間為14.66 h，發(fā)芽溫度為28.03℃，最佳的γ-氨基丁酸含量為47.4 mg/100 g。據(jù)此可建立根據(jù)不同水稻品種生產(chǎn)萌芽米的工藝條件數(shù)據(jù)庫(kù)，優(yōu)化最佳高γ-氨基丁酸含量萌芽米生產(chǎn)工藝條件，加快推進(jìn)萌芽米的工業(yè)化、商品化生產(chǎn)。

[1]孫玉俠，謝仁有，李小梅，等.淺說(shuō)發(fā)芽糙米的現(xiàn)狀及發(fā)展建議 [J].糧食問(wèn)題研究，2016（4）：22-26.

[2]楊冰，王德華，張金連，等.發(fā)芽糙米的應(yīng)用研究及產(chǎn)業(yè)化開發(fā)概況 [J].食品研究與開發(fā)，2017（6）：218-221.

[3]李飛，隋新，畢麗娜，等.發(fā)芽糙米降血糖作用的研究 [J].中國(guó)食品添加劑，2016（5）：168-171.

[4]吾建祥，施南芳，樓宇濤.萌芽米中富含γ-氨基丁酸的水稻品種篩選 [J].浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014（6）：820-822.

[5]吾建祥.萌芽米工廠化生產(chǎn)關(guān)鍵設(shè)備及加工工藝研究[J].農(nóng)產(chǎn)品加工（學(xué)刊），2012（6）：116-117，120.◇

Optimization of Processing Conditions for Production of GABA in Germinated Rice

WU Jianxiang，YANG Deyi，LOU Yutao，SHI Nanfang
（Zhejiang Jinhua Comprehensive Quality Supervision and Testing Center of Agricultural Products，Jinhua，Zhejiang 321000，China）

The response surface methodology（RSM） is applied to optimize the process conditions for producing BABA in germinated rice.The best conditions to obtain high content of BABA in germinated rice production is：9.1 h soaking time，germination time 14.7 h，germination temperature of 28.03℃，under this condition，the content of GABA 48.1 mg/100 g.

germinated rice；GABA；response surface methodology；production process

TS213

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2017.09.005

1671-9646（2017） 09a-0018-03

2017-07-10

浙江省農(nóng)業(yè)重大科技專項(xiàng)（2012C12004-2）。

吾建祥（1975— ），男，本科，高級(jí)農(nóng)藝師，研究方向?yàn)檗r(nóng)產(chǎn)品保鮮加工與質(zhì)量安全。