超聲波輔助酶預(yù)處理對糙米發(fā)芽及發(fā)芽糙米理化特性的影響

劉俊飛，湯曉智*，扈戰(zhàn)強，代飛云，方 勇，胡秋輝

（南京財經(jīng)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇省現(xiàn)代糧食流通與安全協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇高校糧油質(zhì)量安全控制及深加工重點實驗室，江蘇 南京 210023）

超聲波輔助酶預(yù)處理對糙米發(fā)芽及發(fā)芽糙米理化特性的影響

劉俊飛，湯曉智*，扈戰(zhàn)強，代飛云，方 勇，胡秋輝

（南京財經(jīng)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇省現(xiàn)代糧食流通與安全協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇高校糧油質(zhì)量安全控制及深加工重點實驗室，江蘇 南京 210023）

結(jié)合超聲波和外源酶對糙米進(jìn)行預(yù)處理，利用中心組合試驗?zāi)Ｐ停猿暅囟?、超聲時間、酶質(zhì)量濃度3 個因素為自變量，糙米預(yù)處理后處理液中總糖含量、糙米發(fā)芽率、發(fā)芽糙米γ-氨基丁酸（γ-amiobutyric acid，GABA）含量為響應(yīng)值，設(shè)計了三因素三水平的響應(yīng)面分析試驗，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合和相關(guān)性分析。同時研究超聲波輔助酶預(yù)處理對發(fā)芽糙米中G ABA含量、總酚含量、內(nèi)源淀粉酶活力以及發(fā)芽糙米糊化黏度、蒸煮后質(zhì)構(gòu)特性的影響。結(jié)果表明：超聲輔助酶預(yù)處理的超聲溫度和超聲時間對糙米發(fā)芽率和GABA含量均有顯著的影響。通過響應(yīng)面分析，超聲波輔助酶預(yù)處理超聲溫度31.21 ℃、超聲時間0.71 h、酶質(zhì)量濃度0.28 g/L時，發(fā)芽率最高預(yù)測值為91.98%；超聲波輔助酶預(yù)處理超聲溫度35.65℃、超聲時間0.5 h、酶質(zhì)量濃度0.22 g/L時，GABA含量最高預(yù)測值為38.25 mg/100 g。從發(fā)芽糙米的理化特性來看，超聲波輔助酶預(yù)處理有利于GABA的富集，但不利于總酚的積累。超聲波輔助酶預(yù)處理可以有效地提高內(nèi)源淀粉酶的活力，相應(yīng)地降低發(fā)芽糙米粉的糊化黏度以及發(fā)芽糙米蒸煮后的硬度。

超聲波；酶；發(fā)芽糙米；理化特性

稻谷（Oryza sativa L.）是重要的糧食作物，世界上已有一百多個國家種植培育，一半以上的人口以其為主食[1]。糙米是稻谷經(jīng)脫殼后所得，由于其保留了完整的糠層和胚芽，營養(yǎng)價值遠(yuǎn)高于精白米[2-4]。但是，也由于糠皮的存在，造成糙米有一種糠的不愉快氣味，糙米糠層中高含量的纖維素及其復(fù)合物使糙米適口性、加工性、消化性均很差，從而限制了糙米的廣泛食用。

發(fā)芽糙米相比糙米擁有較好的應(yīng)用前景，糙米發(fā)芽過程中，內(nèi)源酶被激活，分解部分生物高分子化合物，如淀粉、非淀粉多糖和蛋白質(zhì)等，產(chǎn)生發(fā)芽所需要的小分子糖和氨基酸等營養(yǎng)物質(zhì)[5-6]。γ-氨基丁酸（γ-amiobutyric acid，GABA）是其中比較典型的一種，也是評價發(fā)芽糙米營養(yǎng)價值的重要指標(biāo)之一。GABA是一種非蛋白組成氨基酸，廣泛分布于動植物體內(nèi)，對人體具有重要的生理功能，如抑制性神經(jīng)遞質(zhì)、調(diào)節(jié)血壓和改善心血管等[7-8]。GABA對糙米發(fā)芽的具體作用尚不清楚，其合成主要是谷氨酸脫羧酶以谷氨酸為底物脫去一個羧基轉(zhuǎn)變而來[9]。糙米的發(fā)芽還可以提高糙米中總酚的含量，總酚包括多酚和單酚等化合物，是非常有效的抗氧化類物質(zhì)，對人體有各種有益的生理作用[10]。除此之外，大分子有機化合物如纖維素等的適當(dāng)分解也可以有效地改善糙米的食用品質(zhì)[11]。

對于發(fā)芽糙米，目前研究較多的是通過調(diào)整糙米發(fā)芽工藝富集發(fā)芽糙米中的GABA。比如調(diào)節(jié)發(fā)芽時間、培養(yǎng)液中鈣離子濃度、培養(yǎng)液酸堿度以及進(jìn)行浸泡厭氧處理等方式均有益于GABA的富集[12-13]。相對來說，糙米預(yù)處理技術(shù)對糙米發(fā)芽及GABA富集的影響研究較少。

超聲波技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用日益受到人們的關(guān)注。許多研究發(fā)現(xiàn)，超聲波可以加快種子的萌發(fā)。Yaldagard等[14]研究發(fā)現(xiàn)低頻率的超聲波處理可以提高大麥的發(fā)芽率并且提高了內(nèi)源α-淀粉酶的活性。Goussous等[15]同樣利用超聲波處理鷹嘴豆、小麥、胡椒和西瓜種子，發(fā)現(xiàn)低頻率超聲波對這4種種子的發(fā)芽都有促進(jìn)作用。張瑞宇[16]研究了超聲波處理對糙米發(fā)芽生理特性的影響，得出超聲波處理可以提高淀粉酶的活力，提高糙米發(fā)芽的呼吸強度。鄭藝梅等[17]研究了超聲波處理對發(fā)芽糙米主要成分的影響，得出超聲波處理可以提高可溶性蛋白、游離氨基酸和GABA的含量。

除了超聲波外，外源酶處理對種子的發(fā)芽也有一定的影響。Yambe等[18]利用組織浸解酶預(yù)處理玫瑰花種子，發(fā)現(xiàn)種子的發(fā)芽速率加快；張強等[19]利用纖維素酶預(yù)處理糙米，發(fā)現(xiàn)適當(dāng)?shù)拿附饪梢蕴岣卟诿装l(fā)芽率，降低發(fā)芽糙米蒸煮后的硬度。

本研究結(jié)合超聲波和外源酶對糙米進(jìn)行預(yù)處理。在單因素試驗的基礎(chǔ)上，通過中心組合試驗研究了超聲波輔助酶預(yù)處理過程中超聲溫度、超聲時間和酶質(zhì)量濃度對糙米預(yù)處理后處理液中總糖含量（total sugar content，TSC）、糙米發(fā)芽率（germination percentage，GP）、GABA含量的影響以及相互之間的關(guān)聯(lián)性，并比較了未經(jīng)預(yù)處理和經(jīng)預(yù)處理糙米發(fā)芽后理化特性的變化，可為發(fā)芽糙米的進(jìn)一步加工利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

稻谷由江蘇農(nóng)墾提供；纖維素酶（酶活力15 U/mg）、果膠酶（酶活力50 U/g） 國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。其他試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

JLGJ4.5型檢驗礱谷機 臺州市糧儀廠；TP-214電子分析天平 丹佛儀器（北京）有限公司；722N-可見光分光光度計、pHS-3C精密數(shù)顯pH計 上海精密科學(xué)儀器有限公司；JXFM110錘式旋風(fēng)磨 上海嘉定糧油儀器有限公司；質(zhì)構(gòu)分析儀 英國Stable Micro System公司；RVA快速黏度儀 澳大利亞Newport Scientific儀器公司；101-3AS電熱鼓風(fēng)干燥箱 上海蘇進(jìn)儀器設(shè)備廠；HH-2數(shù)顯電子恒溫水浴鍋 常州國華電器有限公司；AS10200A超聲波清洗器 天津奧特賽恩斯儀器有限公司；降落數(shù)值儀 瑞典Perten儀器公司；TM 3000臺式掃描電鏡、L-8900氨基酸分析儀 日本日立公司；電飯煲 廣州美的生活電器制造有限公司。

1.3 方法

1.3.1 糙米的準(zhǔn)備

稻谷經(jīng)礱谷機礱出糙米，去除霉變糙米粒、雜質(zhì)、未成熟粒和碎糙米粒，用聚乙烯自封袋封裝保存在4 ℃冰箱中備用。

1.3.2 超聲波輔助酶處理糙米

每組稱量糙米50 g，放入具塞錐形瓶中，用純水洗滌3 次，然后用0.5%的次氯酸鈉溶液消毒15 min，之后再用純水洗滌3 次，按固液比1∶4（g/mL）添加酶溶液（磷酸鹽緩沖液pH 5.0，纖維素酶與果膠酶按質(zhì)量比1∶1混合），然后將具塞錐形瓶放入超聲波清洗器中，用熱水和冰塊使超聲溫度控制在選定范圍內(nèi)，超聲波處理的頻率40 kHz、功率30 W。

1.3.3 單因素試驗

超聲溫度為變量：將糙米樣品浸泡于磷酸鹽緩沖液（pH 5.0，固液比1∶4）中，在不同超聲溫度條件下（20、30、40、50、60 ℃）浸泡1 h；超聲時間為變量：將樣品浸泡于30 ℃的磷酸鹽緩沖液（pH 5.0，固液比1∶4）中，經(jīng)超聲處理不同的時間（0、0.5、1.0、1.5、2.0 h）；酶質(zhì)量濃度為變量：將樣品浸泡在不同酶質(zhì)量濃度（0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 g/L，纖維素酶和果膠酶按質(zhì)量比1∶1混合）的磷酸鹽緩沖液中，30 ℃處理1 h。

1.3.4 中心組合試驗設(shè)計

利用Design-Expert 8.0.5軟件自帶的中心組合試驗?zāi)Ｐ?，以超聲溫度（X1）、超聲時間（X2）、酶質(zhì)量濃度（X3）3 個因素為自變量，糙米預(yù)處理后處理液中TSC（Y1）、GP（Y2）、GABA含量（Y3）為響應(yīng)值，依據(jù)單因素試驗結(jié)果，設(shè)計了三因素三水平的響應(yīng)面分析試驗。利用Design-Expert 8.0.6軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，利用SAS 9.2軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析。

1.3.5 TSC測定和掃描電子顯微鏡分析

采用蒽酮比色法測定預(yù)處理后濾液中的TSC[20]。將糙米冷凍干燥，使水分含量低于5%，利用離子濺射器對糙米的表面進(jìn)行噴金，在掃描電子顯微鏡下觀察經(jīng)超聲波輔助酶預(yù)處理和未經(jīng)預(yù)處理的糙米皮層的微觀結(jié)構(gòu)。

1.3.6 糙米的發(fā)芽

將預(yù)處理后的糙米浸泡在質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5%、pH 5.0的磷酸鹽緩沖液（含0.25 mg/L氯化鈣、0.05%次氯酸鈉）中，30 ℃培養(yǎng)48 h進(jìn)行發(fā)芽，然后將發(fā)芽后的糙米于40 ℃烘箱干燥24 h，使水分含量低于14%，用聚乙烯自封袋封裝保存在4 ℃冰箱中備用。未經(jīng)預(yù)處理的糙米作為對照。

1.3.7 GP的測定

糙米培養(yǎng)48 h后，根須長度大于0.5 mm計為發(fā)芽。發(fā)芽的種子數(shù)與種子總數(shù)的比值即為GP。

1.3.8 GABA含量的測定

樣品的前處理依據(jù)錢愛萍等[21]的方法，利用氨基酸分析儀測定GABA的含量。

1.3.9 總酚含量的測定

利用Tabaraki等[22]的方法提取總酚，然后將1 mL提取液加入10 mL容量瓶中，再加入1 mL福林酚顯色劑，搖勻后加入2 mL 15%的碳酸鈉溶液，加純水定容，室溫條件下反應(yīng)2 h后，于765 nm波長處測定其吸光度。用沒食子酸做標(biāo)準(zhǔn)曲線與回歸方程。

1.3.10 淀粉酶活性的測定

依據(jù)AACC 56—81B方法[23]，利用沉降系數(shù)判斷淀粉酶活性的變化。

1.3.11 發(fā)芽糙米粉糊化黏度的測定

依據(jù)AACC 76—21方法[24]，利用快速黏度儀測定，并用TCW（thermal cline for windows）配套軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄與分析。檢測發(fā)芽糙米粉的峰值黏度、谷值黏度、崩解值、最終黏度、回生值和峰值時間。

1.3.12 糙米蒸煮后的質(zhì)構(gòu)特性

稱樣品3 g，放于鋁盒中，加入1.2 倍的蒸餾水，蓋好蓋后放入電飯煲中蒸煮，蒸煮30 min后，室溫冷卻至28 ℃，用質(zhì)構(gòu)儀檢測糙米蒸煮后的質(zhì)構(gòu)特性，測試所選平臺為圓形平臺，P25（25.4 mm直徑）探頭，壓縮比為60%，測前速率10.0 mm/s，測試速率0.5 mm/s，測后速率5.0 mm/s，兩次壓縮之間停留5.0 s，每組實驗重復(fù)7 次。

1.4 數(shù)據(jù)分析

利用SAS 9.2數(shù)據(jù)分析工具對數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性差異分析（P＜0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗結(jié)果

發(fā)芽是一種新陳代謝過程，植物細(xì)胞中的內(nèi)源酶對糙米種子的萌發(fā)具有重要作用。在單因素試驗中，超聲溫度對糙米GP的影響如圖1A所示，隨著超聲溫度從20 ℃上升到40 ℃，糙米的GP緩慢增加；而當(dāng)超聲溫度繼續(xù)升高時，糙米的GP顯著降低（P＜0.05）。其原因可能是由于高溫導(dǎo)致內(nèi)源性酶失活，從而抑制了糙米的發(fā)芽。圖1B顯示了超聲時間對糙米GP的影響，0～1.0 h GP顯著增加（P＜0.05），1.0～2.0 h GP降低（P＜0.05）。Kim[25]和Suzuki[26]等報道，超聲波可用于加快大麥和小麥等谷物種子的萌發(fā)，主要是由于它的空化效應(yīng)可能加快種子內(nèi)外營養(yǎng)素的交換，從而更快地激活種子內(nèi)源酶的活性。Yaldagard[14]和Goussous[15]等也證實了低頻超聲對糙米GP具有一定的促進(jìn)作用，并可以提高糙米內(nèi)源性酶如α-淀粉酶的活性。但長時間暴露在超聲波下，糙米的GP降低。Barton[27]和Wang Zhenbin[28]等報道，長時間高頻率的超聲波處理會導(dǎo)致一些糖苷酶和纖維素酶的失活，并且長時間暴露在超聲波下，種子細(xì)胞壁也容易受到破壞。酶質(zhì)量濃度對糙米GP的影響如圖1C所示，隨著酶質(zhì)量濃度的增加，GP呈先升后降的趨勢，可能是由于酶處理降解了糙米的皮層纖維素，有利于加速細(xì)胞內(nèi)外營養(yǎng)物質(zhì)的交換，提高 糙米的GP。Yambe[18]和張強[19]等報道了通過酶預(yù)處理可以促進(jìn)種子的發(fā)芽。然而，過高的酶質(zhì)量濃度可能會使纖維素皮層分解過度，甚至導(dǎo)致發(fā)芽所必需的營養(yǎng)物質(zhì)外流[15]。

2.2 響應(yīng)面試驗結(jié)果

2.2.1 中心組合試驗設(shè)計與結(jié)果

如表1所示，用Design-Expert.8.0.5軟件對試驗進(jìn)行回歸擬合分析，得到TSC、GP和GABA含量與各因素變量的二次方程模型分別為：

123123.83－10.25X1X2－1.5X1X3－1.75X2X3

為了驗證回歸方程的有效性及各因素對響應(yīng)值的影響程度，對回歸方程進(jìn)行了方差分析，結(jié)果見表2、3。

從表2可以看出，TSC的回歸模型P值為0.010 0；GP回歸模型P值為0.036 2；GABA含量的回歸模型P值為0.006 3；P值均小于0.05，說明回歸模型達(dá)到顯著水平。3 個因素的各單次項對TSC影響均有顯著水平，而交互項和平方項影響不顯著。在所選的各因素水平范圍內(nèi)，按照對TSC結(jié)果的影響排序為：X3＞X2＞X1，即酶質(zhì)量濃度＞超聲時間＞超聲溫度。3 個試驗因素中單次項的X1和X2及交互項的X1X2對GP有顯著性影響，其他項對GP沒有顯著性影響。在所選的各因素水平范圍內(nèi)，按照對結(jié)果的影響排序為：X1＞X2＞X3，即超聲溫度＞超聲時間＞酶質(zhì)量濃度。由表3可見，失擬系數(shù)達(dá)到非顯著水平，說明模型合適；TSC、GP和GABA含量的決定系數(shù)R2分別為0.923、0.876、0.934。說明了方程擬合度較高，即方程中自變量X的變化可以很好地解釋因變量Y的變化。

2.2.2 響應(yīng)面試驗分析

由圖2B1可見，在高溫短時處理或低溫長時處理條件下，GP可以達(dá)到90%以上；圖2B2、B3表明，酶質(zhì)量濃度對糙米GP影響較小，與其他因素也沒有顯著的交互作用。3 個試驗因素中單次項超聲溫度和超聲時間對GABA含量有顯著性影響，而酶質(zhì)量濃度X3對GABA含量的影響無顯著水平；交互項X1X2、X2X3和平方項X12、X32對GABA含量影響均為顯著性水平，交互項X1X3和平方項X22對GABA含量無顯著性影響。在所選的各因素水平范圍內(nèi)，按照對結(jié)果的影響排序為：X2＞X1＞X3，即超聲時間＞超聲溫度＞酶質(zhì)量濃度；由圖2C2、C3可見，酶質(zhì)量濃度對GABA含量沒有直接的影響，但是可以與超聲溫度、超聲時間的交互作用來影響GABA的含量。從響應(yīng)面分析來看，超聲輔助酶預(yù)處理的溫度和時間對糙米GP和GABA含量均有顯著性影響，在較低超聲溫度（25 ℃）條件下，隨著超聲時間延長，GP增加，同時GABA的含量增加。但在較高超聲溫度（45 ℃）條件下，超聲時間越長，GP和GABA含量均顯著降低。酶質(zhì)量濃度（外源添加）對糙米GP和GABA含量的影響不顯著，但適當(dāng)?shù)拿复偎庥欣诓诿妆韺咏Y(jié)構(gòu)的降解，加快糙米內(nèi)外的營養(yǎng)物質(zhì)交換，從而提高糙米GP，促進(jìn)GABA的積累。

2.2.3 掃描電鏡圖

由圖3可以看出，未經(jīng)預(yù)處理的糙米皮層纖維排列緊密，并且皮層表面有一層蠟質(zhì)，可以有效地阻止水分的進(jìn)入與散失；而預(yù)處理后的糙米皮層纖維素明顯被降解，外層的蠟質(zhì)層變薄，并且皮層上有一些微小的空洞，這樣的形態(tài)變化可能有利于水分和培養(yǎng)液中營養(yǎng)素的進(jìn)入。Goussous等[15]曾推斷超聲波可以使谷物的纖維素皮層變得松散，產(chǎn)生一些微小的空洞，通過本實驗的電鏡圖可以清楚地看到這些微小的空洞，也證明了他們的推斷。

2.2.4 試驗因素的優(yōu)化與相關(guān)性分析

等高線圖確定了GP和GABA含量的預(yù)處理優(yōu)化參數(shù)（圖4）。當(dāng)超聲波輔助酶預(yù)處理時間0.71 h、超聲溫度31.21 ℃、酶質(zhì)量濃度0.28 g/L時，GP最高預(yù)測值為91.98%。當(dāng)超聲時間0.5 h、超聲溫度35.65 ℃、酶質(zhì)量濃度0.22 g/L時，GABA含量最高預(yù)測值為38.25 mg/100 g。表4表示了用SAS軟件進(jìn)行的3 個響應(yīng)值（TSC、GP

和GABA含量）的相關(guān)性分析。GP和GABA含量具有一定的正相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為0.721。TSC與GP、GABA含量呈負(fù)相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)分別為－0.644和－0.506。TSC可以間接地反映出不同的預(yù)處理條件對糙米纖維素皮層的分解程度，因此預(yù)處理工藝必須要適度控制對糙米纖維素皮層的分解程度，以有利于糙米發(fā)芽及GABA的富集。

2.3 超聲波輔助酶預(yù)處理對發(fā)芽糙米理化特性的影響

表5為超聲波輔助酶預(yù)處理（超聲時間0.5 h、超聲溫度35.65 ℃、酶質(zhì)量濃度0.22 g/L）對糙米及發(fā)芽糙米中GABA含量、總酚含量和淀粉酶活力的影響?？梢钥闯?，糙米經(jīng)超聲波輔助酶預(yù)處理后GABA含量沒有發(fā)生變化，但是發(fā)芽后，經(jīng)預(yù)處理工藝的發(fā)芽糙米中GABA含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于未經(jīng)預(yù)處理的，達(dá)到38.07 mg/100 g，接近響應(yīng)面優(yōu)化預(yù)測的最大值38.25 mg/100 g，而未經(jīng)預(yù)處理的發(fā)芽糙米中GABA含量僅有31.88 mg/100 g。超聲波輔助酶預(yù)處理對糙米總酚含量的有一定的負(fù)面影響，從表5中可以看出，糙米經(jīng)超聲輔助酶預(yù)處理后總酚含量有一定程度的下降。發(fā)芽后總酚含量仍低于未經(jīng)預(yù)處理的發(fā)芽糙米中總酚含量。沉降系數(shù)可以間接反映出淀粉酶的活力，沉降系數(shù)越小淀粉酶的活力越大，反之，淀粉酶的活力越小[29-30]。從表5可以看出，超聲波輔助酶預(yù)處理降低了糙米粉的沉降系數(shù)，因此可以間接地反映出預(yù)處理工藝提高了內(nèi)源淀粉酶的活力。在糙米發(fā)芽后，經(jīng)預(yù)處理工藝的發(fā)芽糙米淀粉酶活力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于未經(jīng)預(yù)處理工藝的發(fā)芽糙米的內(nèi)源淀粉酶活力。

表6為超聲波輔助酶預(yù)處理對發(fā)芽糙米粉糊化黏度特性的影響。可以看出糙米經(jīng)超聲波輔助酶預(yù)處理后，糙米粉的峰值黏度、谷值黏度、最終黏度、崩解值、回生值和峰值時間均有所提高，而發(fā)芽后，經(jīng)預(yù)處理工藝的發(fā)芽糙米粉峰值黏度、谷值黏度、最終黏度、峰值時間均略低于未經(jīng)預(yù)處理工藝的發(fā)芽糙米粉的相同指標(biāo)。表7為超聲波輔助酶預(yù)處理對蒸煮后糙米和發(fā)芽糙米質(zhì)構(gòu)特性的影響?？梢钥闯?，預(yù)處理對糙米的蒸煮質(zhì)構(gòu)特性有顯著影響。糙米經(jīng)超聲波輔助酶預(yù)處理后硬度、黏著性、膠黏性和咀嚼性均有所下降，而發(fā)芽后，經(jīng)預(yù)處理工藝的發(fā)芽糙米的硬度、膠黏性和咀嚼性有更大程度的降低。

GABA含量是評價發(fā)芽糙米營養(yǎng)價值的重要指標(biāo)，因此利用優(yōu)化得到的預(yù)處理最佳試驗條件處理糙米，發(fā)芽后，GABA含量可達(dá)38.07 mg/100 g，與預(yù)測值38.25 mg/100 g十分接近，可見所得模型能較好地預(yù)測超聲波輔助酶預(yù)處理對GABA含量的影響，參數(shù)準(zhǔn)確可靠，可用于實際操作。

從發(fā)芽糙米的理化特性來看，超聲波輔助酶預(yù)處理首先有利于GABA的富集，但不利于總酚的積累?？偡影ǘ喾雍蛦畏拥然衔铮瑥V泛分布于植物組織中，易與細(xì)胞壁上多糖交聯(lián)在一起，作為植物的次級代謝產(chǎn)物[31]。而超聲波輔助酶預(yù)處理可能造成了細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)的破壞，減弱了總酚與細(xì)胞壁多糖的交聯(lián)作用，導(dǎo)致總酚的流失。超聲波輔助酶預(yù)處理可以提高發(fā)芽糙米內(nèi)源淀粉酶的活性，加快發(fā)芽糙米淀粉等大分子有機物的分解，為糙米發(fā)芽提高物質(zhì)與能量的支持。Yaldagard等[14]研究發(fā)現(xiàn)，低頻率的超聲波處理對α-淀粉酶有促進(jìn)作用。 同時發(fā)芽糙米粉糊化黏度的變化也證實了這一點。糙米經(jīng)超聲波輔助酶預(yù)處理后，糙米粉的峰值黏度、谷值黏度、最終黏度、崩解值、回生值和峰值時間均有所提高，其原因在于纖維素在預(yù)處理過程中的部分分解，淀粉相對含量的提高增加了糙米粉的糊化黏度[32]，而發(fā)芽后，由于淀粉酶活性的提高，淀粉分解為小分子糖，糊化黏度迅速降低。糙米和發(fā)芽糙米蒸煮后的硬度變化同樣反映了這一原理，發(fā)芽前，纖維素的分解，改變了皮層的形態(tài)，在蒸煮過程中水分和熱量更容易進(jìn)入到顆粒內(nèi)部，淀粉顆粒也更容易膨脹[33-34]；發(fā)芽后，淀粉的快速分解造成了糙米飯硬度、膠黏性和咀嚼性的快速下降。

3 結(jié) 論

本研究結(jié)合超聲波技術(shù)和外源酶對糙米進(jìn)行預(yù)處理。在單因素試驗基礎(chǔ)上，通過中心組合試驗研究了超聲波輔助酶預(yù)處理過程中超聲溫度、超聲時間和酶質(zhì)量濃度對糙米預(yù)處理后處理液中TSC、糙米GP、GABA含量的影響以及相互之間的關(guān)聯(lián)性。超聲輔助酶預(yù)處理的超聲溫度和超聲時間對糙米GP和GABA含量均有顯著的影響，而酶質(zhì)量濃度對糙米GP和GABA的影響不顯著。通過響應(yīng)面分析，GP優(yōu)化預(yù)處理條件為超聲溫度31.21 ℃、超聲時間0.71 h、酶質(zhì)量濃度0.28 g/L，GP最高預(yù)測值為91.98%；GABA含量最佳預(yù)處理條件為超聲溫度35.65 ℃、超聲時間0.5 h、酶質(zhì)量濃度0.22 g/L時，GABA含量最高預(yù)測值為38.25 mg/100 g。相關(guān)性分析表明GP和GABA具有一定的正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.721。而TSC與GP、GABA含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為—0.644和—0.506。

從發(fā)芽糙米的理化特性來看，超聲波輔助酶預(yù)處理有利于GABA的富集，但不利于總酚的積累。超聲波輔助酶預(yù)處理可以有效地提高內(nèi)源淀粉酶的活力，相應(yīng)地降低發(fā)芽糙米的糊化黏度及蒸煮后的硬度。

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Effect of Ultrasound-Assisted Enzymatic Pretreatment on Germination of Brown Rice and Its Physicochemical Properties

LIU Junfei, TANG Xiaozhi*, HU Zhanqiang, DAI Feiyun, FANG Yong, HU Qiuhui
(Collaborative Innovation Center for Modern Grain Circulation and Safety, Key Laboratory of Grains and Oils Quality Control and Processing, College of Food Science and Engineering, Nanjing University of Finance and Economics, Nanjing 210023, China)

Ultrasound-assisted enzymatic hydrolysis was utilized for the pretreatment of brown rice. The 3-factor 3-level response surface analysis was designed using temperature, ultrasound processing time and enzyme concentration as the independent variables, and using total sugar content after brown rice pretreatment, brown rice germination percentage, and γ-amiobutyric acid (GABA) content of germinated brown rice as the response values through central composite design model. At the same time, the effect of pretreatment on the physicochemical properties of germinated brown rice such as GABA content, total content of phenols, amylase activity, gelatinization viscosity and texture characteristics of cooked rice was investigated. Results indicated that both processing temperature and time had significant effects on rice germination percentage and GABA content. Treatment time of 0.71 h, temperature of 31.21 ℃, and enzyme concentration of 0.28 g/L could result in the optimal germination percentage with the predicted maximal germination rate of 91.98%. The predicted maximal GABA content could be up to 38.25 mg/100 g after pretreatment for 0.5 h at 35.65 ℃ with an enzyme concentration of 0.22 g/L. Based on physical and chemical properties of germinated brown rice, the ultrasound-assisted enzymatic pretreatment is beneficial to the enrichment of GABA, but unfavorable to the accumulation of total phenols. This pretreatment could effectively enhance the activity of endogenous amylase, accordingly reducing the pasting viscosity of germinated brown rice and its hardness after cooking.

ultrasound; enzyme; germinated brown rice; physicochemical property

TS210.1

A

1002-6630（2015）04-0011-08

10.7506/spkx1002-6630-201504003

2014-04-01

“十二五”國家科技支撐計劃項目（2012BAD34B08）；江蘇高校優(yōu)秀科技創(chuàng)新團(tuán)隊項目（蘇教科[2013]10號）

劉俊飛（1993—），男，碩士研究生，研究方向為糧油食品精深加工。E-mail：282852370@qq.com

*通信作者：湯曉智（1977—），男，教授，博士，研究方向為糧油食品精深加工。E-mail：warmtxz@njue.edu.cn