富GABA 糙米品種篩選及發酵條件優化

范雅欣，張妍妍，倪嘉琪，陳美琪，王俊玲，赫 兵

（吉林農業科技學院，吉林吉林 132101）

糙米是由稻米及其保留的皮層、糊粉層和胚芽等外部組織加工而成，這些外部組織雖然含有豐富的膳食纖維、維生素、礦物質和脂類等營養物質，但是卻嚴重影響糙米的可食用性[1]。

糙米酵素是以糙米為原料經過烘干粉碎、微生物發酵等工序得到的一種混合酶體系，是糙米中營養物質濃縮的產物，口感較好，且γ-氨基丁酸（γ-Aminobutyric Acid，GABA）、谷胱甘肽的含量明顯提高，進一步提升糙米的營養價值和生理活性[2]。GABA 是一種天然存在的氨基酸，是哺乳動物的中樞神經系統中重要的抑制性神經傳達物質，具有降血壓、降驚厥、促進記憶和抗疲勞等功能[3]。

本試驗選取酵母菌為發酵菌種，通過發芽、發酵等方式處理吉林地區種植的4 個糙米品種，將其制備成糙米酵素，以GABA 的含量為指標，篩選出含量最高的品種進行L9(33)正交試驗，確定糙米酵素的最佳發酵條件，以期為更好地利用糙米及糙米酵素提供數據支持。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

糙米：吉農853、吉粳515、吉粳528 以及吉紅9，由吉林農業科技學院農學院提供；菌種：安琪酵母，市售。

1.2 試驗方法

1.2.1 糙米的預處理

去除糙米中的霉變、碎粒糙米及雜質，用無菌水沖洗3 ～4 次，浸泡12 h 后，再用無菌水沖洗3 ～4 次，用無菌水潤濕，在20 ℃培養箱中培養24 h，保持整個發芽過程都在濕潤條件下進行[4]。當糙米的芽長到1 ～3 mm 時，烘干粉碎，過60 目篩，放置于4 ℃冰箱中保存備用。

1.2.2 不同品種糙米酵素的制備

以各品種糙米為原料，配制YEPD（Yeast Extract Peptone Dextrose）糙米培養基，接種1%酵母菌，30 ℃，180 r/min 搖床培養48 h。

1.2.3 GABA 含量的測定

本試驗采用Berthelot 法測定糙米酵素中的GABA 含量[5-6]。分別配制濃度為0.2 mg/mL、0.4 mg/mL、0.6 mg/mL、0.8 mg/mL 和1.0 mg/mL 的標準溶液。測定結束后，以GABA 濃度為橫坐標，吸光度值為縱坐標，繪制GABA 標準曲線。

將糙米酵素超聲處理后，在12 000 r/min 的條件下離心5 min。離心后取上清液，反應后在640 nm下測定吸光值，計算出樣品中GABA 的含量。

1.2.4 單因素試驗

選出GABA 含量最高的糙米品種用于單因素試驗。①接種量對GABA含量的影響。分別接種1%、2%、3%和4%菌種到YEPD 糙米發酵培養基中，30 ℃搖床培養48 h 后，測定樣品中GABA 的含量。②發酵溫度對GABA 含量的影響。在YEPD 糙米發酵培養基中以1%接種，分別在26 ℃、28 ℃、30 ℃和32 ℃振蕩培養48 h 后，測定樣品中GABA 的含量。③發酵時間對GABA 含量的影響。YEPD 糙米發酵培養基中以1%接種，30 ℃搖床中分別發酵45 h、48 h、51 h 和54 h，測定樣品中GABA 的含量。

1.2.5 正交試驗

在單因素試驗的基礎上，選擇接種量、發酵溫度和發酵時間進行L9(33)正交試驗，研究吉粳515 的最佳發酵條件，因素水平結果見表1。

表1 正交試驗因素水平表

2 結果與分析

2.1 糙米中GABA 含量的測定

根據測定結果繪制GABA 標準曲線，如圖1。回歸方程為y=0.921 5x+0.009 5。利用紫外分光光度法測定出不同品種糙米的吸光度值，將數據代入標準曲線回歸方程中，計算出各樣品中GABA 的含量。

圖1 GABA 標準曲線

2.2 糙米品種的選擇

對4 種糙米進行發酵，得到糙米酵素。經反應測定吸光值，計算GABA 含量，結果見表2。4 個糙米品種經過48 h 的發酵，其中GABA 含量最高的品種是吉粳515，以此品種為對象進一步對酵素的發酵工藝進行優化。

表2 各樣品中GABA 的含量

2.3 吉粳515 單因素試驗結果與分析

2.3.1 接種量對GABA 含量的影響

由圖2 可知，當接種量為3%時，GABA 的含量達到最大值。而當接種量為4%時，GABA 的含量較接種量為3%時明顯降低，其原因可能是酵母菌接種量增加，菌群的繁殖速率成倍增長，而培養基中的營養成分有限，在酵母菌基數過大時，不足以供給所有酵母菌生長代謝，代謝受到抑制，從而導致接種量增加反而GABA 含量降低。

圖2 不同接種量發酵后的GABA 含量

2.3.2 發酵溫度對GABA 含量的影響

由圖3 可知，當發酵溫度達到30 ℃時，吉粳515 糙米酵素中GABA 的含量最高，發酵溫度為32 ℃時GABA 的含量降低，可能是由于發酵溫度升高時，抑制酵母菌形成發酵產物，導致GABA 的含量有所下降。

圖3 不同溫度發酵后的GABA 含量

2.3.3 發酵時間對GABA 含量的影響

由圖4 可知，吉粳515 糙米酵素在發酵時間為51 h 時，產生GABA 的量達到最大，54 h 時GABA含量降低，可能是由于發酵時間過長導致酵母菌活性下降，GABA 含量隨之下降。

圖4 不同發酵時間發酵后GABA 含量

2.4 正交試驗結果分析

由表3 可知，影響吉粳515 發酵條件的各因素主次順序為B＞C＞A，最優發酵條件為A1、B2、C2，即當接種量2%，發酵時間51 h，發酵溫度30 ℃時，吉粳515 中GABA 的含量為0.363 mg/mL。

表3 正交試驗表

3 結論

本試驗以吉林地區的不同糙米為原料制備糙米酵素，以GABA 的含量為指標，篩選出最優品種，再通過單因素試驗和正交試驗研究糙米酵素的最佳發酵條件。目前，我國在糙米酵素的研發生產方面已經取得一些成果，研究人員將糙米與多種輔料混合生產出不同類型的功能性產品，如飲品、含片、面膜等。因此，研究糙米酵素的生產工藝對其生物活性物質的影響，以及如何提高糙米酵素的營養物質含量，將會成為未來糙米酵素研究的重點。