富含GABA和花色苷的發(fā)芽紫糙米加工工藝研究

呂秋潔 鄭經(jīng)紹 余宏達(dá) 蒲俏楠 涂敏 黃葦

摘? 要：紫糙米口感較粗糙，營(yíng)養(yǎng)素有進(jìn)一步提升空間。本研究以紫米稻谷為原料，研究浸泡及培養(yǎng)工藝，制備富含γ-氨基丁酸（GABA）和花色苷的發(fā)芽紫糙米，改善了口感。單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，浸泡溫度、浸泡時(shí)間、培養(yǎng)溫度和培養(yǎng)時(shí)間對(duì)發(fā)芽紫糙米中GABA和花色苷含量有顯著影響，再以GABA和花色苷含量綜合評(píng)分為指標(biāo)，經(jīng)正交實(shí)驗(yàn)得到發(fā)芽工藝參數(shù);在該參數(shù)條件下，進(jìn)一步研究金屬離子、谷氨酸鈉及谷氨酸（L-Glu）對(duì)發(fā)芽紫糙米GABA和花色苷含量的影響，并通過(guò)響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)優(yōu)化發(fā)芽工藝，得到最佳工藝為將紫米稻谷置于Ca2+濃度為61.05 mmol/L、L-Glu濃度為20.42 mmol/L的溶液中，30 ℃浸泡24 h，瀝水后30 ℃培養(yǎng)30 h。此優(yōu)化工藝下發(fā)芽紫糙米GABA含量達(dá)到180.27 μg/g，是未發(fā)芽紫糙米的20.49倍，花色苷含量為1233.88 μg/g，保留率是未發(fā)芽紫糙米的87.75%。

關(guān)鍵詞：發(fā)芽紫糙米;發(fā)芽工藝;γ-氨基丁酸（GABA）;花色苷

中圖分類號(hào)：TS210.4? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract： The taste of purple brown rice is rough， and the nutrition could be further promoted. Germinated purple brown rice， obtained from purple rice by soaking and culture technology， was rich in -aminobutyric acid （GABA） and anthocyanin， and improved the taste. The single factor experiment showed that the soaking temperature， soaking time， culture temperature and culture time of rice had significant influence on the content of GABA and anthocyanin in the germinated purple brown rice. The germination process parameters of purple brown rice were optimized by an orthogonal experiment with the comprehensive score of GABA and anthocyanin content as the index. The effects of metal ions， glutamic sodium and glutamic acid on the content of GABA and anthocyanin in sprouted purple brown rice were further studied under the conditions of the germination process parameters， then the best sprouting process was optimized by a response surface experiment as follows： purple rice soaked in the Ca2+ solution with a concentration of 61.05 mmol/L and L-Glu solution with a concentration of 20.42 mmol/L at 30 ℃ for 24 h， then the solution filtered out and the rice cultured at 30 ℃ for 30 h. Under this optimized process， the GABA content of the germinated purple brown rice reached 180.27 μg/g， 20.49 times that of the ungerminated purple brown rice， the anthocyanin content was 1233.88 μg/g whose retention rate was 87.75% of the ungerminated purple brown rice.

Keywords： germinated purple brown rice; germination process; γ-aminobutyric acid （GABA）; anthocyanin

DOI： 10.3969/j.issn.1000-2561.2021.01.030

產(chǎn)自廣東省新興縣的‘天紫1號(hào)紫米，是一種珍貴的有色稻米，米粒細(xì)長(zhǎng)呈紫色，營(yíng)養(yǎng)豐富并富含白米所缺乏的活性物質(zhì)——花色苷，具有良好的補(bǔ)益作用[1]?；ㄉ站哂锌寡趸痆2]、抗腫瘤[3]、抑菌[4]、調(diào)節(jié)血脂[5]、保護(hù)肝臟[6-7]、抵御冠心病及動(dòng)脈粥樣硬化[8]等功效。

發(fā)芽糙米，是指具有生理活性的糙米吸水后，在適宜的溫度、濕度條件下培養(yǎng)發(fā)芽至一定程度后干燥得到的產(chǎn)品，主要包括幼芽和帶皮層的胚乳兩部分[9]。糙米發(fā)芽后，參與人體生理功能調(diào)節(jié)的某些活性物質(zhì)含量會(huì)提高，如GABA、維生素E、亞油酸、谷維素等[10]。GABA是一種存在于動(dòng)植物體內(nèi)的非蛋白質(zhì)氨基酸，作為高等動(dòng)物神經(jīng)系統(tǒng)的抑制性傳遞物質(zhì)，具有降血壓、抗焦慮、抗動(dòng)脈硬化等作用[11]。谷氨酸（L-Glu）可經(jīng)谷氨酸脫羧酶（GAD）轉(zhuǎn)化為GABA，Ca2+是GAD的重要激活因子[12]，因此，L-Glu、Ca2+對(duì)發(fā)芽糙米GABA的積累有重要的影響。有關(guān)提高發(fā)芽糙米GABA含量的研究是目前研究熱點(diǎn)之一[13-15]。

紫糙米目前主要用于蒸煮米飯和熬粥食用，但因其皮層質(zhì)地較硬，食感較粗糙。若開發(fā)成發(fā)芽糙米，軟化其皮層[16]，不僅能改善食味，還使之富含GABA，目前有關(guān)發(fā)芽紫糙米的工藝未見(jiàn)報(bào)道。本文擬研究紫糙米發(fā)芽工藝及金屬離子（Ca2+、Zn2+、Cu2+、Mg2+）、谷氨酸鈉、谷氨酸等對(duì)發(fā)芽紫糙米GABA積累和花色苷保留情況的影響，為發(fā)芽紫糙米的生產(chǎn)提供參考。

1? 材料與方法

1.1? 材料

1.1.1? 材料與試劑? 紫米稻谷，云浮市新興縣微豐農(nóng)業(yè)科技有限公司提供的‘天紫1號(hào)紫米稻谷;GABA標(biāo)準(zhǔn)品（純度≥99%），上海麥克林生化科技有限公司;4-二甲基胺基偶氮苯-4-磺酰氯（純度≥98%），上海阿拉丁生化科技股份有限公司;乙腈、甲醇，均為色譜純，永華化學(xué)科技（江蘇）有限公司;氯化鈣、硫酸銅、硫酸鋅、硫酸鎂，均為分析純，天津科密歐化學(xué)試劑有限公司;生化試劑谷氨酸、谷氨酸鈉，上海伯奧生物科技有限公司。

1.1.2? 儀器與設(shè)備? LC-15C高效液相色譜儀，日本島津;TU-1800紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)，北京譜析通用儀器有限責(zé)任公司;LRH系列生化培養(yǎng)箱，上海一恒科學(xué)儀器有限公司;FD-889智能胚芽米機(jī)，中山市東鳳鎮(zhèn)漢瑞電器廠;FW-100高速萬(wàn)能粉碎機(jī)，天津市泰斯特儀器有限公司。

1.2? 方法

1.2.1? 紫糙米發(fā)芽工藝流程? 稻谷挑選→消毒→清洗→浸泡→培養(yǎng)→干燥→脫殼→發(fā)芽糙米。

先用0.5%的次氯酸鈉溶液浸泡稻谷消毒10 min，用水潤(rùn)洗2～3遍，料液比為1∶4浸泡，每隔6 h換浸泡液一次，至預(yù)定浸泡時(shí)間，瀝干，將稻谷鋪于有3層濕潤(rùn)紗布的培養(yǎng)皿中，再覆蓋3層濕潤(rùn)紗布，置于培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，在培養(yǎng)期間，保持稻谷濕潤(rùn)，培養(yǎng)結(jié)束后，置于烘箱50 ℃干燥6 h，脫殼得發(fā)芽紫糙米，粉碎過(guò)60目篩，備用。

1.2.2? GABA的測(cè)定? 參考NY/T 2890—2016，采用液相色譜法測(cè)定GABA含量，略作修改。色譜柱為WondaSil C18柱（250 mm4.6 mm，5 μm）;檢測(cè)波長(zhǎng)436 nm;柱溫40 ℃;進(jìn)樣量10 μL;流動(dòng)相A為乙腈，流動(dòng)相B為質(zhì)量濃度為6.8 g/L的三水合乙酸鈉溶液;流速1.0 mL/min。洗脫程序：0.01 min，35%（A）～65%（B）;6.00 min，25%（A）～ 75%（B）;20.00 min，50%（A）～50%（B）;21.00 min，35%（A）～65%（B）;30.00 min，35%（A）～65%（B）。

1.2.3? 花色苷的測(cè)定? 采用分光光度法[17]測(cè)定花色苷含量，計(jì)算公式如下：

式中：A535為樣品溶液在535 nm處的吸光值;V為溶液體積，mL;N為稀釋倍數(shù);98.2為花色苷在535 nm的消光系數(shù);m為樣品重量，g。

1.2.4? 發(fā)芽紫糙米的工藝參數(shù)優(yōu)選? 按1.2.1方法進(jìn)行稻谷發(fā)芽，選取浸泡溫度、浸泡時(shí)間、培養(yǎng)溫度、培養(yǎng)時(shí)間作為影響因素，考察各因素對(duì)發(fā)芽紫糙米中GABA和花色苷含量的影響，由于GABA和花色苷的含量對(duì)于發(fā)芽糙米工藝優(yōu)選屬雙指標(biāo)優(yōu)選，分別給予二者不同的權(quán)重，以綜合評(píng)分進(jìn)行工藝優(yōu)選，參考修茹燕[17]的計(jì)算公式如下：

式中：Ai為樣品的GABA含量，Amin為樣品的GABA最小含量，Amax為樣品的GABA最大含量，Bi為樣品的花色苷含量，Bmin為樣品的花色苷最小含量，Bmax為樣品的花色苷最大含量。

以綜合評(píng)分為指標(biāo)進(jìn)行正交優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，因素水平見(jiàn)表1。

1.2.5? 金屬離子、谷氨酸鈉及谷氨酸對(duì)發(fā)芽紫糙米? GABA和花色苷含量的影響? 以正交優(yōu)化實(shí)驗(yàn)確定的發(fā)芽工藝參數(shù)為基礎(chǔ)條件，在浸泡液中加入金屬離子、谷氨酸鈉及谷氨酸，分別研究Ca2+、Zn2+、Cu2+、Mg2+、谷氨酸鈉、谷氨酸對(duì)GABA和花色苷含量的影響，再以綜合評(píng)分為指標(biāo)，進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，因素水平表如表2所示。

1.3? 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 16.0軟件進(jìn)行單因素方差分析，對(duì)同一處理的數(shù)據(jù)采用LSD法進(jìn)行多重比較;采用Design Expert 8.0 軟件進(jìn)行響應(yīng)面分析;采用Origin 9.0軟件作圖。

2? 結(jié)果與分析

2.1? 浸泡與培養(yǎng)條件對(duì)發(fā)芽紫糙米GABA和花色苷含量的影響

2.1.1? 浸泡溫度對(duì)發(fā)芽紫糙米GABA和花色苷含量的影響? 固定浸泡時(shí)間24 h，培養(yǎng)溫度30 ℃，培養(yǎng)時(shí)間24 h，考察浸泡溫度對(duì)GABA和花色苷含量的影響，結(jié)果如圖1所示。在20～40 ℃范圍內(nèi)，GABA的含量隨著浸泡溫度升高呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢(shì)，30 ℃時(shí)達(dá)到峰值，但與25℃處理之間差異不顯著。由于蛋白酶在約30 ℃條件下糙米中的蛋白酶較活躍[18]，蛋白質(zhì)降解產(chǎn)生較多量的L-Glu。L-Glu作為GABA的前體物質(zhì)，溫度過(guò)低或過(guò)高，蛋白酶活力都會(huì)受抑制，從而間接影響GABA的積累;花色苷的含量隨著浸泡溫度的升高呈現(xiàn)先平緩后下降的趨勢(shì)，究其原因，花色苷是水溶性色素，浸泡溫度越高，越容易溶出而損失。如圖2所示，當(dāng)浸泡溫度25 ℃時(shí)，發(fā)芽紫糙米中GABA和花色苷含量綜合評(píng)分最高，為兼顧GABA和花色苷的含量，25 ℃為適合的浸泡溫度。

2.1.2? 浸泡時(shí)間對(duì)發(fā)芽紫糙米GABA和花色苷含量的影響? 固定浸泡溫度25 ℃，培養(yǎng)溫度30 ℃，培養(yǎng)時(shí)間24 h，考察浸泡時(shí)間對(duì)GABA和花色苷含量的影響，如圖3所示，在12～36 h范圍內(nèi)，GABA的含量隨著浸泡時(shí)間的延長(zhǎng)呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢(shì)，于24 h達(dá)到峰值，但與18 h處理間差異不顯著;而花色苷的含量隨著浸泡時(shí)間的延長(zhǎng)呈現(xiàn)先平緩后下降的趨勢(shì)，原因是花色苷是水溶性色素，浸泡時(shí)間越長(zhǎng)，越容易溶出。如圖4所示，當(dāng)浸泡時(shí)間為24 h時(shí)，GABA和花色苷含量綜合評(píng)分最高，表明適當(dāng)?shù)慕輹r(shí)間有利于同時(shí)保持GABA含量和花色苷維持較高含量。

Y=0.88+0.081A+0.10B+0.056C?0.085AB+0.059AC+（1.000E?003）BC?0.24A2?0.28B2+0.010C2

模型的R2=0.9629，由表6可知，實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜆O顯著（P=0.0003<0.01），失擬項(xiàng)不顯著（P= 0.0641>0.05），表明此模型與實(shí)際實(shí)驗(yàn)有良好的擬合性，自變量與響應(yīng)值之間線性關(guān)系顯著。由方差分析結(jié)果可見(jiàn)，3個(gè)因素對(duì)綜合評(píng)分的影響順序?yàn)長(zhǎng)-Glu濃度>Ca2+濃度>培養(yǎng)時(shí)間，其中L-Glu濃度、Ca2+濃度二次方項(xiàng)和L-Glu濃度二次方項(xiàng)影響極顯著，Ca2+濃度、培養(yǎng)時(shí)間、Ca2+濃度與L-Glu濃度交互作用項(xiàng)影響顯著。

通過(guò)響應(yīng)曲面的陡峭程度可以看出因素對(duì)響應(yīng)值的影響，曲面越陡峭，影響越大;通過(guò)等高線的形狀可以看出因素之間的交互作用，等高線為橢圓形，說(shuō)明交互作用顯著，反之，等高線為圓形，則交互作用不顯著，如圖13可知，以培養(yǎng)時(shí)間為中心零點(diǎn)，隨著Ca2+濃度的增加，綜合評(píng)分先上升后趨于平緩，隨著L-Glu濃度的增加，綜合評(píng)分先上升后趨于平緩，等高線密集且呈橢圓形，說(shuō)明Ca2+濃度和L-Glu濃度的交互作用較強(qiáng)，與方差分析結(jié)果一致。

根據(jù)響應(yīng)面優(yōu)化得到最佳條件：Ca2+濃度為61.05 mmol/L、L-Glu濃度為20.42 mmol/L、培養(yǎng)時(shí)間為29.64 h，綜合評(píng)分預(yù)測(cè)值為0.95。為方便實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用，將上述工藝中的培養(yǎng)時(shí)間修正為30 h進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，發(fā)芽紫糙米的GABA含量為180.27 μg/g，花色苷含量為1233.88 μg/g，綜合評(píng)分為0.95，與預(yù)測(cè)值相當(dāng)，說(shuō)明該模型有較好的預(yù)測(cè)效果。此時(shí)，發(fā)芽紫糙米的GABA含量、花色苷的保留率分別是未發(fā)芽紫糙米的20.49倍及87.75%，芽長(zhǎng)為0.5～1.0 mm，發(fā)芽率為78.92%，無(wú)發(fā)酸、發(fā)臭等異味。糙米口感不佳的問(wèn)題經(jīng)發(fā)芽后得到明顯改善，原因是發(fā)芽過(guò)程中皮層的纖維素酶、半纖維素酶活化，使得纖維素、半纖維素部分酶解[22]。

3? 討論

GABA由L-Glu經(jīng)GAD 轉(zhuǎn)化而來(lái)，Ca2+是GAD的重要激活劑，浸泡液中添加Ca2+、L-Glu來(lái)提高發(fā)芽糙米GABA的含量在發(fā)芽白糙米的研究中較多，但在發(fā)芽有色稻米中鮮見(jiàn)報(bào)道。本研究發(fā)現(xiàn)浸泡液中添加適宜濃度的Ca2+、L-Glu，的確有效提高了發(fā)芽紫糙米中GABA的含量，與周艷華等[23]和李娜[24]報(bào)道的結(jié)果一致。

目前有色稻米中以黑米的發(fā)芽工藝研究較多，有關(guān)紫米的尚未見(jiàn)報(bào)道。王艷等[25]研究發(fā)現(xiàn)，以純凈水為浸泡液，當(dāng)培養(yǎng)時(shí)間為96 h時(shí)，發(fā)芽黑米的GABA含量達(dá)到最大，為171.10 μg/g，與本研究的發(fā)芽紫糙米含量相當(dāng)，但培養(yǎng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。本研究的培養(yǎng)時(shí)間為30 h，其他報(bào)道發(fā)芽糙米培養(yǎng)時(shí)間通常為20～28 h[26]。

花色苷是有色稻米的特征性重要營(yíng)養(yǎng)成分，而修茹燕[17]的研究表明發(fā)芽黑米花色苷保留率較低，僅為58.12%，究其原因可能來(lái)自三方面，首先由于花色苷為水溶性色素，易溶于水而損失，本研究采用的工藝是以紫米稻谷而非紫糙米為原料，因稻殼的隔離作用，使得在浸泡、培養(yǎng)過(guò)程中紫米中的花色苷不易溶于水而損失;其次，為了防止發(fā)芽過(guò)程中微生物發(fā)酵污染[27]，在浸泡工序前需先用次氯酸鈉溶液[28]對(duì)糙米或稻谷進(jìn)行10min的消毒處理，稻殼的隔離作用有利于防止花色苷被次氯酸鈉氧化分解;第三，花色苷在酸性條件下穩(wěn)定性高，浸泡液中因添加L-Glu而呈酸性，其滲入谷殼內(nèi)有利于保護(hù)花色苷。因此采用本工藝制得的發(fā)芽糙米中花色苷保留率更高。

本工藝將紫米稻谷置于Ca2+濃度為61.05 mmol/L、L-Glu濃度為20.42 mmol/L的溶液中，30 ℃浸泡24 h，瀝水后30 ℃培養(yǎng)30 h，不僅能有效提高發(fā)芽紫糙米中GABA的含量，維持花色苷的高保留率，還能改善糙米的口感，為生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)發(fā)芽紫糙米提供了有益參考。

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責(zé)任編輯：崔麗虹