富含GABA和花色苷的發芽紫糙米加工工藝研究

呂秋潔 鄭經紹 余宏達 蒲俏楠 涂敏 黃葦

摘? 要：紫糙米口感較粗糙，營養素有進一步提升空間。本研究以紫米稻谷為原料，研究浸泡及培養工藝，制備富含γ-氨基丁酸（GABA）和花色苷的發芽紫糙米，改善了口感。單因素實驗結果表明，浸泡溫度、浸泡時間、培養溫度和培養時間對發芽紫糙米中GABA和花色苷含量有顯著影響，再以GABA和花色苷含量綜合評分為指標，經正交實驗得到發芽工藝參數;在該參數條件下，進一步研究金屬離子、谷氨酸鈉及谷氨酸（L-Glu）對發芽紫糙米GABA和花色苷含量的影響，并通過響應面實驗優化發芽工藝，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30 h。此優化工藝下發芽紫糙米GABA含量達到180.27 μg/g，是未發芽紫糙米的20.49倍，花色苷含量為1233.88 μg/g，保留率是未發芽紫糙米的87.75%。

關鍵詞：發芽紫糙米;發芽工藝;γ-氨基丁酸（GABA）;花色苷

中圖分類號：TS210.4? ? ? 文獻標識碼：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

產自廣東省新興縣的‘天紫1號紫米，是一種珍貴的有色稻米，米粒細長呈紫色，營養豐富并富含白米所缺乏的活性物質——花色苷，具有良好的補益作用[1]。花色苷具有抗氧化[2]、抗腫瘤[3]、抑菌[4]、調節血脂[5]、保護肝臟[6-7]、抵御冠心病及動脈粥樣硬化[8]等功效。

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

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

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業科技有限公司提供的‘天紫1號紫米稻谷;GABA標準品（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? 儀器與設備? LC-15C高效液相色譜儀，日本島津;TU-1800紫外可見分光光度計，北京譜析通用儀器有限責任公司;LRH系列生化培養箱，上海一恒科學儀器有限公司;FD-889智能胚芽米機，中山市東鳳鎮漢瑞電器廠;FW-100高速萬能粉碎機，天津市泰斯特儀器有限公司。

1.2? 方法

1.2.1? 紫糙米發芽工藝流程? 稻谷挑選→消毒→清洗→浸泡→培養→干燥→脫殼→發芽糙米。

先用0.5%的次氯酸鈉溶液浸泡稻谷消毒10 min，用水潤洗2～3遍，料液比為1∶4浸泡，每隔6 h換浸泡液一次，至預定浸泡時間，瀝干，將稻谷鋪于有3層濕潤紗布的培養皿中，再覆蓋3層濕潤紗布，置于培養箱中培養，在培養期間，保持稻谷濕潤，培養結束后，置于烘箱50 ℃干燥6 h，脫殼得發芽紫糙米，粉碎過60目篩，備用。

1.2.2? GABA的測定? 參考NY/T 2890—2016，采用液相色譜法測定GABA含量，略作修改。色譜柱為WondaSil C18柱（250 mm4.6 mm，5 μm）;檢測波長436 nm;柱溫40 ℃;進樣量10 μL;流動相A為乙腈，流動相B為質量濃度為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? 花色苷的測定? 采用分光光度法[17]測定花色苷含量，計算公式如下：

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;98.2為花色苷在535 nm的消光系數;m為樣品重量，g。

1.2.4? 發芽紫糙米的工藝參數優選? 按1.2.1方法進行稻谷發芽，選取浸泡溫度、浸泡時間、培養溫度、培養時間作為影響因素，考察各因素對發芽紫糙米中GABA和花色苷含量的影響，由于GABA和花色苷的含量對于發芽糙米工藝優選屬雙指標優選，分別給予二者不同的權重，以綜合評分進行工藝優選，參考修茹燕[17]的計算公式如下：

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。

以綜合評分為指標進行正交優化實驗，因素水平見表1。

1.2.5? 金屬離子、谷氨酸鈉及谷氨酸對發芽紫糙米? GABA和花色苷含量的影響? 以正交優化實驗確定的發芽工藝參數為基礎條件，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GABA和花色苷含量的影響，再以綜合評分為指標，進行響應面優化實驗，因素水平表如表2所示。

1.3? 數據處理

采用SPSS 16.0軟件進行單因素方差分析，對同一處理的數據采用LSD法進行多重比較;采用Design Expert 8.0 軟件進行響應面分析;采用Origin 9.0軟件作圖。

2? 結果與分析

2.1? 浸泡與培養條件對發芽紫糙米GABA和花色苷含量的影響

2.1.1? 浸泡溫度對發芽紫糙米GABA和花色苷含量的影響? 固定浸泡時間24 h，培養溫度30 ℃，培養時間24 h，考察浸泡溫度對GABA和花色苷含量的影響，結果如圖1所示。在20～40 ℃范圍內，GABA的含量隨著浸泡溫度升高呈現先升高后下降的趨勢，30 ℃時達到峰值，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]，蛋白質降解產生較多量的L-Glu。L-Glu作為GABA的前體物質，溫度過低或過高，蛋白酶活力都會受抑制，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先平緩后下降的趨勢，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，當浸泡溫度25 ℃時，發芽紫糙米中GABA和花色苷含量綜合評分最高，為兼顧GABA和花色苷的含量，25 ℃為適合的浸泡溫度。

2.1.2? 浸泡時間對發芽紫糙米GABA和花色苷含量的影響? 固定浸泡溫度25 ℃，培養溫度30 ℃，培養時間24 h，考察浸泡時間對GABA和花色苷含量的影響，如圖3所示，在12～36 h范圍內，GABA的含量隨著浸泡時間的延長呈現先升高后下降的趨勢，于24 h達到峰值，但與18 h處理間差異不顯著;而花色苷的含量隨著浸泡時間的延長呈現先平緩后下降的趨勢，原因是花色苷是水溶性色素，浸泡時間越長，越容易溶出。如圖4所示，當浸泡時間為24 h時，GABA和花色苷含量綜合評分最高，表明適當的浸泡時間有利于同時保持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，實驗模型極顯著（P=0.0003<0.01），失擬項不顯著（P= 0.0641>0.05），表明此模型與實際實驗有良好的擬合性，自變量與響應值之間線性關系顯著。由方差分析結果可見，3個因素對綜合評分的影響順序為L-Glu濃度>Ca2+濃度>培養時間，其中L-Glu濃度、Ca2+濃度二次方項和L-Glu濃度二次方項影響極顯著，Ca2+濃度、培養時間、Ca2+濃度與L-Glu濃度交互作用項影響顯著。

通過響應曲面的陡峭程度可以看出因素對響應值的影響，曲面越陡峭，影響越大;通過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，以培養時間為中心零點，隨著Ca2+濃度的增加，綜合評分先上升后趨于平緩，隨著L-Glu濃度的增加，綜合評分先上升后趨于平緩，等高線密集且呈橢圓形，說明Ca2+濃度和L-Glu濃度的交互作用較強，與方差分析結果一致。

根據響應面優化得到最佳條件：Ca2+濃度為61.05 mmol/L、L-Glu濃度為20.42 mmol/L、培養時間為29.64 h，綜合評分預測值為0.95。為方便實際生產應用，將上述工藝中的培養時間修正為30 h進行驗證實驗，發芽紫糙米的GABA含量為180.27 μg/g，花色苷含量為1233.88 μg/g，綜合評分為0.95，與預測值相當，說明該模型有較好的預測效果。此時，發芽紫糙米的GABA含量、花色苷的保留率分別是未發芽紫糙米的20.49倍及87.75%，芽長為0.5～1.0 mm，發芽率為78.92%，無發酸、發臭等異味。糙米口感不佳的問題經發芽后得到明顯改善，原因是發芽過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GAD 轉化而來，Ca2+是GAD的重要激活劑，浸泡液中添加Ca2+、L-Glu來提高發芽糙米GABA的含量在發芽白糙米的研究中較多，但在發芽有色稻米中鮮見報道。本研究發現浸泡液中添加適宜濃度的Ca2+、L-Glu，的確有效提高了發芽紫糙米中GABA的含量，與周艷華等[23]和李娜[24]報道的結果一致。

目前有色稻米中以黑米的發芽工藝研究較多，有關紫米的尚未見報道。王艷等[25]研究發現，以純凈水為浸泡液，當培養時間為96 h時，發芽黑米的GABA含量達到最大，為171.10 μg/g，與本研究的發芽紫糙米含量相當，但培養時間過長。本研究的培養時間為30 h，其他報道發芽糙米培養時間通常為20～28 h[26]。

花色苷是有色稻米的特征性重要營養成分，而修茹燕[17]的研究表明發芽黑米花色苷保留率較低，僅為58.12%，究其原因可能來自三方面，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、培養過程中紫米中的花色苷不易溶于水而損失;其次，為了防止發芽過程中微生物發酵污染[27]，在浸泡工序前需先用次氯酸鈉溶液[28]對糙米或稻谷進行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定性高，浸泡液中因添加L-Glu而呈酸性，其滲入谷殼內有利于保護花色苷。因此采用本工藝制得的發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30 h，不僅能有效提高發芽紫糙米中GABA的含量，維持花色苷的高保留率，還能改善糙米的口感，為生產優質發芽紫糙米提供了有益參考。

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責任編輯：崔麗虹