外源物理場誘導技術在發芽糙米生產中的應用研究

于淼 張良晨 周玥彤 石太淵

摘要：根據國內外相關研究結果，總結不同外源物理場誘導對發芽糙米發芽率、營養成分和功能因子的影響和作用機理，探討外源物理場誘導糙米發芽食品開發的研究方向，為發芽糙米的進一步開發利用提供參考。

關鍵詞：外源物理場;糙米;發芽;誘導;機理

中圖分類號：S121??? 文獻標識碼：A??? 文章編號：1674-1161（2021）04-0054-03

糙米是稻米礱谷脫殼后的產物，完整保留稻米的營養成分，富含一些能夠促進人體健康的功能性微量成分，如γ-氨基丁酸、谷胱甘肽、谷維素、阿魏酸、植物甾醇、酚類物質等。糙米發芽后能夠激活內源酶活性，使一些大分子物質部分降解，富集一些功能性微量成分，降低或消除糙米中的有害物質或抗營養物質。大量的研究表明，植物種子在經過外源物理場誘導后，活力大大增強，發芽率大幅提高，功能活性成分大量增加，且功能活性成分的富集時間縮短。當前，通過外源物理場誘導調控糙米發芽，已經成為功能性糙米發芽食品開發的研究熱點。根據國內外相關研究結果，總結不同外源物理場誘導對發芽糙米發芽率、營養成分和功能因子的影響和作用機理，探討今后的研究方向，以期為發芽糙米的進一步開發利用提供參考。

1 糙米在發芽過程中營養品質的變化

在糙米發芽過程中，會發生各種化學物質轉化和理化性質改變：淀粉和蛋白質等大分子物質被部分解，氨基酸組成發生改變;某些成分如還原糖、限制性氨基酸、功能因子的含量增加。此外，糙米籽粒原有的抗營養物質被降解，食用品質和營養品質得到有效改善。

1.1 功能因子的富集

發芽糙米中的γ-氨基丁酸（GABA）是一種功能性微量成分，廣泛分布于動植物體內，直接參與生物體代謝活動。GABA對人體有重要的生理作用，可以通過調節人體中樞神經系統達到降低血壓、舒緩血管的作用，具有鎮靜神經、調節心情，改善睡眠的功效。目前的研究已經證實，GABA能夠降低腫瘤細胞中端粒酶的活性，從而抑制腫瘤細胞的進一步擴散。

糙米發芽過程中，GABA的合成酶谷氨酸脫羧酶活性被激活，加之蛋白質水解GABA的前體物質谷氨酸的含量增加，使糙米發芽后的GABA含量是未發芽前的2～3倍。六磷酸肌醇（IP6）是一種糖分子，具有強大的抗氧化功能，能夠抑制人體內脂質發生過氧化反應，具有降低人體血脂、預防心臟病發作、抑制癌細胞增殖的功效。糙米發芽后的IP6含量可大幅度增殖。谷胱甘肽（GSH）是一種短肽，結構中有3個氨基酸分子，能夠有效提高細胞活力。發芽可使糙米的GSH含量提高3倍以上。同時，發芽糙米的總酚類物質提高63.2%，抗氧化活性明顯提高。

1.2 抗營養物質的降解

糙米籽粒內所含的一些礦物質元素如Fe，Ga，Mg大都與植酸結合在一起，以植酸鹽的形式存在，人體不易消化吸收。在糙米發芽過程中，植酸酶被激活，植酸鹽被部分降解，使這些人體必需的礦物質元素呈游離態，消化吸收率大大提高。同時，發芽激活糙米中某些內源酶，使所含的一些抗營養物質如植酸、蛋白質抑制劑的濃度降低，蛋白質消化率和生物利用率增加，從而使營養品質顯著提高。

2 外源物理場誘導技術在糙米發芽生產中的應用

植物種子發芽受多種外在因素影響，如發芽溫度、發芽時間、可見光、外源激素、外源物理場等。調控影響糙米發芽的外在因素，可有效提高發芽糙米的食用品質和營養品質。外源物理場誘導糙米發芽技術是一種新興的發芽糙米生產輔助技術，為一種非熱處理技術，包括超聲波誘導技術、微波誘導技術、外電場誘導技術、脈沖強光誘導技術等。

2.1 超聲波誘導技術

超聲波作為一種高效、無毒、環保的物理誘導方法，廣泛用于促進植物種子發芽。調整超聲波的頻率、功率、誘導時間和誘導溫度，能改變糙米的生理活性，促進其發芽和功能因子富集。在超聲波的作用下，植物細胞的細胞壁與液體介質產生多種物理性的機械效應，使植物細胞的物理結構得到改變，水分進入植物細胞的速度加快。此外，超聲波的振蕩會導致植物種子種皮破碎，促進休眠種子的水合作用。這不僅能提高種子吸水率，而且通過空化和能量傳輸有效改變酶分子結構，促進酶活性激發和胚萌發。超聲波誘導還可以改變植物細胞壁結構，促進細胞壁酶的釋放，并增強種子的生理代謝速度，進而提高生物活性物質的含量和抗氧化活性。

超聲波誘導處理對糙米發芽的影響研究表明，在46 kHz功率條件下處理5～15 min，糙米發芽率可提高4.2%～6.5%，發芽時間比未經超聲波誘導處理的短15%～20%，芽長增加15%。進一步的研究表明，調節培養液pH 6.0，在超聲波溫度40 ℃、頻率30 kHz的條件下處理糙米16 min，得到的發芽糙米GABA含量比未經超聲波誘導處理的高37.6%，且核黃素、磷酸乙醇胺和葡萄糖-6-磷酸的含量也顯著增加。

2.2 微波誘導技術

微波誘導處理可以對植物種子產生生物性質的非熱效應。當微波能量與生物組織相互作用時，微波輻射會改變細胞膜表面的電荷密度和細胞膜兩側的電位差，從而影響細胞離子通道的活性，進而促進植物種子發生一系列生理變化。

據報道，微波能使種子的種皮產生大量的裂縫網絡，加快種子的吸水速度。種子吸收微波能量后，細胞內的溫度迅速升高，當其內壓超過細胞壁膨脹能力后導致細胞壁破裂，有效成分自由流出。可溶性物質穿透細胞生物膜后，改變生物大分子結構，影響植物細胞的生理生化特性。

微波誘導處理對糙米發芽的影響研究表明，微波處理功率過強，不利于糙米的發芽和功能因子的富集，而低功率微波輻射對糙米的發芽率、根長、功能因子富集有益。糙米經過460 W的微波處理10 s后，發芽率提高21%，GABA含量提高19.6%。

2.3 外電場誘導技術

外電場誘導處理對植物的影響取決于電場的大小和性質，其中低磁密度的靜電場對種子萌發具有積極作用。外電場不僅影響生物體本身，而且影響生物體的生長環境，例如水和生長介質。

外電場能增強植物種子種皮的滲透性，加快水分和氧氣進入種子內部的速度。研究發現，外電場可以激活環核苷酸磷酸二酯酶和細胞色素C氧化酶的活性，通過改變植物激素濃度并誘導DNA合成（或轉移）來改變種子的生物功能。研究表明，以200 kV/m的外電場處理糙米10 min后再發芽，發芽率可提高25%，α-淀粉酶活性提高125%，游離氨基酸含量提高90%，GABA含量提高14.2%。

2.4 脈沖強光誘導技術

脈沖強光是一種高能量寬頻譜的脈沖白光，對食品表面的部分微生物有很強的殺滅效果。研究發現，應用脈沖強光對糙米滅菌可激活糙米中一些內源酶（如谷氨酸脫羧酶、蛋白酶、α-淀粉酶），且GABA含量可大量增殖。但目前尚不清楚脈沖強光促進糙米發芽和功能性成分富集的機理。

脈沖強光誘導糙米發芽的控制因素包括單次脈沖能量、閃照次數和照射距離。脈沖強光單次脈沖能量大于500 J時，不利于糙米發芽。在單次脈沖能量400 J、閃照次數300次的條件下，糙米中的α-淀粉酶活力增強2.87倍，蛋白酶活力增強1.30倍，谷氨酸脫羧酶活力增強2.16倍。糙米浸泡12 h后進行脈沖強光誘導處理，在單次脈沖能量400 J、閃照距離11.3 cm的條件下閃照277次，發芽糙米的GABA含量對比未經過脈沖強光誘導處理的增長75.72%，發芽時間縮短22.67%。

3 結語

當前，以物理場誘導技術作為糙米發芽輔助技術的研究較多，但主要集中在工藝技術方面，對促進糙米發芽和營養品質改善的研究非常有限。糙米經發芽后在一定程度上能改善口感與風味，但其食用品質仍不及精白米，是限制其消費的主要因素。因此，探索改善發芽糙米食用品質的加工方式和工藝，是用物理場誘導技術開發發芽糙米產品的主要趨勢。另外，糙米發芽外源物理場誘導設備大多是研究機構自制或定制的，市面上缺乏應用于工業生產的專用設備，因此相關設備的研究與開發將是研發重點。

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Research Progress on the Application of Exogenous Physical Field Induction

Technology in Production of Germinated Brown Rice

YU Miao1， ZHANG Liangchen1*， ZHOU Yuetong2， SHI Taiyuan1

（1. Food and Processing Research Institute， Liaoning Academy of Agricultural Sciences， Shengyang 110161， China; 2. College of Food Science， Shenyang Agricultural University， Shengyang 110866， China）

Abstract： According to the relevant research results at home and abroad， this paper summarized the influence and action mechanism of different exogenous physical field induction on the germination rate， nutrients and functional factors， and discussed the research direction of exogenous physical field induction brown rice germination food development， in order to provide reference for the further development and utilization of germinated brown rice.

Key words： exogenous physical field; brown rice; germination; induction; mechanism