不同品種糙薏米萌芽特性比較及其工藝優(yōu)化

黨 娟 秦禮康 楊先龍 金 毅（.貴州大學(xué)釀酒與食品工程學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 55005；.貴州鑫龍食品開(kāi)發(fā)有限公司，貴州 安順 56000）

薏米作為藥食兩用的小宗雜糧，在印度、緬甸、中國(guó)、馬來(lái)西亞和泰國(guó)等地廣泛種植［1，2］，因其極高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值且富含薏苡仁酯、薏仁多糖等多種活性物質(zhì)［3］，被稱(chēng)為“生命健康之禾”［4］。

近年來(lái)，全谷物食品的營(yíng)養(yǎng)保健作用成為研究熱點(diǎn)，針對(duì)全谷物食品開(kāi)發(fā)的新型食品大幅增加［5，6］。但是，全谷物存在口感粗糙、不易蒸煮的缺點(diǎn)。谷物萌芽是植物種子生命發(fā)展最有活力的階段，能改善谷物口感與品質(zhì)，同時(shí)可增加某些活性功能物質(zhì)。Koyama M等［7］研究表明，將苦蕎浸泡20h后萌芽處理6d，蘆丁含量從15.8mg/100g提高到109.0mg/100g；Ren S等［8］發(fā)現(xiàn)苦蕎種子萌芽處理期間總酚、總黃酮、蘆丁含量逐漸增加，并在第9天達(dá)到最大值；Karladee D等［9］研究表明，將紫稻谷種子浸泡3h后萌芽處理24h，γ－氨基丁酸（GABA）含量從4.67mg/100g提高到23.63mg/100g。

γ－氨基丁酸（GABA）自2009年被中國(guó)衛(wèi)生部批準(zhǔn)為新資源食品后，以其獨(dú)特的功能性和廣泛的適用范圍，成為開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品、增加產(chǎn)品附加值、強(qiáng)化產(chǎn)品功能等方面的一個(gè)熱點(diǎn)研究領(lǐng)域［10］。應(yīng)用產(chǎn)品以日本可口可樂(lè)公司開(kāi)發(fā)的GABA功能性飲料和日本茶飲料Gabaron為代表，還包括米胚、米糠、綠茶、豆制品、乳酸菌、酵母富含GABA的食品［11］。但結(jié)合現(xiàn)代生物技術(shù)對(duì)糙薏米進(jìn)行萌發(fā)處理后，分析測(cè)定其主要營(yíng)養(yǎng)成分、重要活性物質(zhì)GABA的含量及萌芽工藝條件的研究尚未見(jiàn)諸于報(bào)道。本研究擬以糙薏米為原料，系統(tǒng)分析測(cè)定糙薏米種子萌芽過(guò)程中生理生化的變化，旨在探討糙薏米萌芽處理過(guò)程中理化特性及適宜可行的工藝條件，以提高糙薏米食用及營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，并為糙薏米高值化產(chǎn)品開(kāi)發(fā)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

1.1.1 材料

糙薏米（表1）：貴州鑫龍食品開(kāi)發(fā)有限公司，原料于2013年秋后收獲儲(chǔ)藏于4℃冷庫(kù)中備用。

表1 糙薏米品種描述Table 1 Description of coix seed cultivars

1.1.2 試劑

GABA標(biāo)準(zhǔn)品：純度＞99%，美國(guó)Sigma公司；

乙醇：分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；

葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)品：分析純，上海永葉生物科技有限公司；

考馬斯亮藍(lán)G－250：生化試劑，南京森貝伽生物科技有限公司；

亮氨酸：生化試劑，南京奧多福尼生物科技有限公司；

牛血清白蛋白：生化試劑，上海拜力生物科技有限公司；其他試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

紫外—可見(jiàn)分光光度計(jì)：TU－1810型，北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；

熒光分光光度計(jì)：F96S型，上海棱光技術(shù)有限公司；

臺(tái)式冷凍干燥機(jī)：FD－1A－50型，北京博醫(yī)康實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；

恒溫恒濕培養(yǎng)箱：CLHN－350T型，天津市華北實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；

臺(tái)式高速離心機(jī)：TGI6－WS型，上海盧湘儀離心機(jī)儀器有限公司；

分析天平：BS110S型，北京賽多利斯天平有限公司；脂肪測(cè)定儀：SER148型，意大利威爾普公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 萌芽糙薏米的工藝流程

糙薏米→篩選→2%的次氯酸鈉消毒→蒸餾水清洗2次→浸泡20h→鋪皿（3層紗布、2層濾紙）→萌芽（控溫控濕）→萌芽薏米

糙薏米萌芽結(jié)束后，用蒸餾水清洗2次，液料比3∶1（V∶m）加蒸餾水打漿，冷凍干燥，制得萌芽薏米粉，于－20℃冰箱冷藏備用。

1.3.2 不同品種糙薏米萌芽特性對(duì)比 分別篩選5個(gè)品種糙薏米，在溫度25℃恒溫水浴鍋中浸泡20h，控溫控濕條件下萌芽6d，操作同1.3.1，根據(jù)薏米生長(zhǎng)特性及各品種薏米化學(xué)成分含量變化，選出適合萌芽薏米品種。

1.3.3 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì) 在最適萌芽薏米基礎(chǔ)上進(jìn)行萌芽溫度、相對(duì)濕度、萌芽時(shí)間的單因素試驗(yàn)。

（1）萌芽溫度：在相對(duì)濕度80%、萌芽時(shí)間72h的條件下，分設(shè)20，24，28，32，36，40 ℃共6個(gè)溫度進(jìn)行萌芽，通過(guò)發(fā)芽率和GABA含量的高低確定最佳萌芽溫度。

（2）相對(duì)濕度：在萌芽溫度28℃、萌芽時(shí)間72h的條件下，分 設(shè)70%，75%，80%，85%，90%，95% 共 6 個(gè) 濕 度 進(jìn) 行萌芽，通過(guò)發(fā)芽率和GABA含量的高低確定最佳萌芽濕度。

（3）萌芽時(shí)間：在萌芽溫度28℃、相對(duì)濕度80%的條件下，分設(shè)24，48，72，96，124，144h共6個(gè)時(shí)間進(jìn)行萌芽，通過(guò)發(fā)芽率和GABA含量的高低確定最佳萌芽時(shí)間。

1.3.4 正交試驗(yàn) 在單因素試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，以發(fā)芽率和GABA含量為評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行正交試驗(yàn)，以獲得萌芽薏米中發(fā)芽率和GABA含量的最佳工藝條件。

1.3.5 理化指標(biāo)測(cè)定

（1）吸水特性：已知質(zhì)量的各品種薏米浸泡在25℃蒸餾水中，每4h取樣，吸干水分并稱(chēng)重，按式（1）計(jì)算吸水率。

式中：

W——吸水率，%；

G——試樣擦干后的重量，g；

B——試樣飽含水分以后的重量，g。

（2）芽長(zhǎng)：隨機(jī)抽選30粒萌芽薏米，用游標(biāo)卡尺測(cè)定其芽長(zhǎng)。

（3）發(fā)芽率：按 GB 3543.4—1995《農(nóng)作物種子檢驗(yàn)規(guī)程》執(zhí)行。

（4）水分：按 GB 5009.3—2012《食品中水分的測(cè)定》執(zhí)行。

（5）粗脂肪：按GB/T 5512—2008《糧油檢驗(yàn) 糧食中粗脂肪含量測(cè)定》中的索氏抽提法執(zhí)行。

（6）淀粉：采用蒽酮—硫酸比色法測(cè)定［12］。

（7）還原糖：采用3，5－二硝基水楊酸法測(cè)定［12］。

（8）可溶性蛋白質(zhì)：采用考馬斯亮藍(lán) G－250染色法測(cè)定［12］。

（9）游離氨基酸：采用水合茚三酮顯色法測(cè)定［12］。

（10）VC：采用2，6－二氯酚靛酚滴定法［12］。

（11）VB1：按GB/T 7628—2008《谷物中維生素B1測(cè)定》執(zhí)行。

（12）VB2：按GB/T 7629—2008《谷物中維生素B2測(cè)定》執(zhí)行。

1.3.6 薏苡仁酯的提取與測(cè)定 參照文獻(xiàn)［13］。

1.3.7 薏米粗多糖提取與測(cè)定 參照文獻(xiàn)［14］。

1.3.8 γ－氨基丁酸的提取與測(cè)定 參照文獻(xiàn)［15］。

1.3.9 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析 采用Origin Pro 9.0作圖和SPSS 19.0軟件處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析和顯著性檢驗(yàn)。所有試驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同品種脫殼糙薏米萌芽特性比較

2.1.1 不同品種薏米吸水率、發(fā)芽率和芽長(zhǎng)的變化 由圖1、2可知，25℃下5種糙薏米吸水率和發(fā)芽率變化趨勢(shì)一致，浸泡處理20h后，YN－1的吸水率最高為47.95%。發(fā)芽率在72h之內(nèi)顯著增加并在96h達(dá)到最高，GZ－1和GZ－2的發(fā)芽率最高，分別為87%和86%，而 YN－1、YN－2和 YN－3的發(fā)芽率分別為14%，78%，80%。由表1可知，YN－1千粒重最大，但發(fā)芽率最低，說(shuō)明大顆粒糙薏米不適宜作為萌芽原料。由圖3可知，GZ－1的芽長(zhǎng)最長(zhǎng)為38.6mm，同一萌芽環(huán)境中，5種糙薏米種子中GZ－1的芽長(zhǎng)最長(zhǎng)，生長(zhǎng)狀況最好。綜上可知，貴州小白殼薏米（GZ－1）較其他4個(gè)品種糙薏米更適合作為萌芽原料，有較好的發(fā)芽率、芽長(zhǎng)，其生長(zhǎng)趨勢(shì)也強(qiáng)于其它應(yīng)試品種。

圖1 吸水率的變化Figure 1 Change of water absorption rate

圖2 發(fā)芽率的變化Figure 2 Change of germination rate

圖3芽長(zhǎng)的變化Figure 3 Change of germination length

2.1.2 不同品種糙薏米可溶性蛋白質(zhì)和游離氨基酸的變化

由圖4可知，5種糙薏米中可溶性蛋白質(zhì)含量均呈現(xiàn)開(kāi)始快速升高而后逐漸平穩(wěn)的趨勢(shì)，表明種子在萌發(fā)初期，種子內(nèi)的蛋白質(zhì)在蛋白酶作用下分解為氨基酸，在約48h后出現(xiàn)平衡期，可溶性蛋白質(zhì)含量變化幅度小。GZ－1和GZ－2萌芽約48h可溶性蛋白質(zhì)含量快速增高并在48h達(dá)到最高值，而YN－1、YN－2和YN－3萌芽96h可溶性蛋白質(zhì)含量最大。由圖5可知，5種糙薏米中游離氨基酸含量均呈快速增加趨勢(shì)，其中GZ－1和 GZ－2增加明顯，分別增加了421.20，393.78μg/g，而 YN－1、YN－2和 YN－3分別增加了190.83，229.36，242.20μg/g。

2.1.3 不同品種薏米γ－氨基丁酸（GABA）的變化 由圖6可知，隨著萌芽時(shí)間的延長(zhǎng)，GABA含量先快速增加后緩慢降低，萌芽96h后，GZ－1、GZ－2的 GABA含量增至最大，分別為72.42，70.12mg/100g，相比萌芽前增加了5.80，4.61倍；YN－1、YN－2和 YN－3中 GABA 含量分別增加了3.82，4.75，5.60倍。姚森等［16］通過(guò)建模分析糙米發(fā)芽過(guò)程，蛋白酶和谷氨酸脫羧酶被活化，使谷氨酸脫羧生成GABA的速率加快，發(fā)芽后期，谷氨酸的含量不斷減少，GABA積累達(dá)到一定量，轉(zhuǎn)氨酶將GABA轉(zhuǎn)化為琥珀酸半醛的速率增大，導(dǎo)致GABA的消耗速率大于生成速率，所以發(fā)芽后期GABA的積累速率不斷減慢。因此，隨著萌芽時(shí)間的延長(zhǎng)，5種糙薏米中GABA含量開(kāi)始緩慢下降，其原因可能就是糙薏米種子中谷氨酸被消耗，GABA在轉(zhuǎn)氨酶作用下分解。在144h的萌芽時(shí)間，GZ－1、GZ－2和 YN－3中 GABA含量顯著高于 YN－2和 YN－3，而 GZ－1、GZ－2和 YN－3之間的 GABA含量差異不顯著，考慮經(jīng)濟(jì)方便原則，選擇GZ－1做萌芽原料。

圖4 可溶性蛋白的變化Figure 4 Change of soluble protein

圖5 游離氨基酸的變化Figure 5 Change of free amion acid

圖6 GABA含量的變化Figure 6 Change of GABA content

2.2 單因素試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.2.1 萌芽溫度單因素試驗(yàn) 由圖7可知，隨著萌芽溫度升高，糙薏米發(fā)芽率不斷增加，當(dāng)萌芽溫度為28℃時(shí)發(fā)芽率達(dá)最大值，之后曲線逐漸降低；而GABA含量隨溫度增加而增加，當(dāng)萌芽溫度為32℃時(shí)GABA含量達(dá)最大值，之后曲線呈下降趨勢(shì)，因此確定28℃左右為最佳萌芽溫度。

圖7 萌芽溫度對(duì)發(fā)芽率和GABA含量的影響Figure 7 Effect of germination temperature on germination rate and GABA content

2.2.2 相對(duì)濕度單因素試驗(yàn) 由圖8可知，隨著相對(duì)濕度的升高，糙薏米的發(fā)芽率不斷增加，當(dāng)相對(duì)濕度為90%時(shí)發(fā)芽率達(dá)最大值，之后隨著相對(duì)濕度增加，發(fā)芽率有明顯的下降趨勢(shì)；而GABA含量隨著相對(duì)濕度的升高不斷增加，當(dāng)相對(duì)濕度為90%時(shí)GABA含量達(dá)最大，之后逐漸降低。故確定90%左右為最佳相對(duì)濕度。

2.2.3 萌芽時(shí)間單因素試驗(yàn) 由圖9可知，0～48h內(nèi)，糙薏米的發(fā)芽率和GABA含量快速增加，當(dāng)萌芽時(shí)間為48h時(shí)，糙薏米萌芽完成，發(fā)芽率到達(dá)最大值，曲線趨于平緩；當(dāng)萌芽時(shí)間為96h時(shí)，GABA含量達(dá)到最大值，隨著萌芽時(shí)間的延長(zhǎng)，GABA含量開(kāi)始緩慢下降。故確定96h左右為最佳萌芽時(shí)間。

圖8 相對(duì)濕度對(duì)發(fā)芽率和GABA含量的影響Figure 8 Effect of relative humidity on germination rate and GABA content

圖9 萌芽時(shí)間對(duì)發(fā)芽率和GABA含量的影響Figure 9 Effect of germination time on germination rate and GABA content

2.3 正交試驗(yàn)結(jié)果與分析

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，選擇萌芽溫度、相對(duì)濕度、萌芽時(shí)間中有意義的水平（表2），采用L9（34）正交試驗(yàn)優(yōu)化萌芽薏米的最佳工藝條件。正交試驗(yàn)的結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 正交試驗(yàn)L9（34）因素水平表Table 2 Factors and levels of orthogonal test L9（34）

由表3可知，各因素對(duì)發(fā)芽率和GABA含量的影響主次順序均為C＞A＞B；發(fā)芽率和GABA含量最佳組合條件均為A2B3C3，即：萌芽溫度28℃、相對(duì)濕度95%、萌芽時(shí)間96h。以此為萌芽條件，通過(guò)進(jìn)行3次平行實(shí)驗(yàn)得到萌芽薏米中發(fā)芽率平均值為89%，相對(duì)誤差為RSD＝1.12%；GABA含量平均值為78.06mg/100g，相對(duì)誤差為 RSD＝1.64%。結(jié)果均略低于表3中發(fā)芽率與GABA含量最高的5號(hào)組，這個(gè)結(jié)果不是最佳匹配數(shù)據(jù)，但是肯定是最接近最佳的了，原因是同種同批次種子成熟度與活力存在不可避免的差異，也是造成發(fā)芽率與GABA積累量不穩(wěn)的主要原因［17］。因此，本試驗(yàn)以試驗(yàn)5為最優(yōu)組合，最佳萌芽工藝條件為萌芽溫度28℃、相對(duì)濕度90%、萌芽時(shí)間96h，發(fā)芽率和GABA含量分別達(dá)到90%和78.18mg/100g。

表3 正交試驗(yàn)結(jié)果及極差分析Table 3 Result of orthogonal test and range analysis

2.4 不同萌芽時(shí)間薏米各成分含量的變化

在正交試驗(yàn)最佳工藝條件下，對(duì)萌芽時(shí)間內(nèi)糙薏米化學(xué)成分進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表4。由表4可知，在萌芽過(guò)程中，脂肪、蛋白質(zhì)、淀粉、薏米粗多糖等物質(zhì)呈降低趨勢(shì)，還原糖、游離氨基酸、GABA、VC、VB1和VB2等物質(zhì)呈增加趨勢(shì)，薏苡仁酯含量變化幅度不大，這與禾谷作物種子萌發(fā)過(guò)程中主要物質(zhì)變化規(guī)律相似［18］。糙薏米含有少量 VC、VB1和 VB2，經(jīng)萌芽處理后，各維生素含量顯著增加，鄭麗娜等［19］也發(fā)現(xiàn)綠豆在發(fā)芽過(guò)程中VA和VC含量呈持續(xù)增加趨勢(shì)。脂肪含量呈緩慢下降趨勢(shì)，減少了0.89%，主要原因是糙薏米中脂肪分解酶，酯酶被逐漸激活，這與鄭麗娜等［19］、于立酶等［20］研究一致。蛋白質(zhì)含量下降19.96%，相應(yīng)的游離氨基酸增加了40.12mg/100g，原因是種子萌芽時(shí)，內(nèi)源蛋白酶被激活，蛋白質(zhì)在酶的作用下分解為氨基酸。淀粉在淀粉酶作用下快速分解。GABA含量在萌芽96h過(guò)程中含量逐漸增加并在96h達(dá)到最高值，原因是米胚芽蛋白中谷氨酸含量豐富，內(nèi)源蛋白酶和氨基酸脫羧酶的作用下可產(chǎn)生GABA，發(fā)芽培養(yǎng)后 GABA 快速增加［21］。

表4 薏米萌芽過(guò)程中各化學(xué)成分含量流向分布Table 4 The flow of distribution of the chemical composition during germinated coix seed

表4 薏米萌芽過(guò)程中各化學(xué)成分含量流向分布Table 4 The flow of distribution of the chemical composition during germinated coix seed

同列中字母不同者為差異顯著（P＜0.05）。

萌芽時(shí)間/h 水分/% 脂肪/% 蛋白質(zhì)/% 淀粉/% 還原糖/% 薏米粗多糖/%0 3.77±0.17e 9.54±0.05a 11.62±0.02a 56.30±0.36j 1.01±0.05f 7.57±0.02a 24 6.68±0.19d 9.48±0.04a 11.38±0.06a 49.42±0.23f 1.26±0.03f 7.56±0.02a 48 7.40±0.08c 9.18±0.03b 10.71±0.09b 40.45±0.32e 1.73±0.09e 7.37±0.03b 72 8.50±0.12b 9.00±0.02c 10.27±0.07c 31.31±0.24d 2.89±0.06d 7.30±0.02b 96 9.67±0.09a 8.82±0.08d 9.83±0.06d 29.86±0.12c 5.17±0.07c 6.26±0.01c萌芽時(shí)間/h 游離氨基酸/（10－2 mg·g－1）薏苡仁酯/（10－2 mg·g－1）GABA/（10－2 mg·g－1）VC/（10－2 mg·g－1）VB1/（10－2 mg·g－1）VB2/（10－2 mg·g－1）0 8.26±0.01j 4.78±0.02a 18.37±0.16j 2.14±0.04f 0.38±0.01d 0.12±0.02e 24 10.38±0.14f 4.69±0.05b 54.17±0.13f 5.63±0.07f 0.38±0.04e 0.17±0.01d 48 19.16±0.60e 4.89±0.10a 67.28±0.09e 18.36±0.40e 0.39±0.02f 0.18±0.02d 72 25.17±0.33d 4.83±0.04a 78.12±0.15c 20.67±0.31d 0.43±0.02e 0.21±0.02c 96 38.02±0.15c 4.79±0.06a 78.48±0.16a 21.35±0.33c 0.52±0.01c 0.25±0.01b

3 結(jié)論

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，利用正交法對(duì)貴州小白殼薏米萌芽工藝進(jìn)行優(yōu)化，得到了貴州小白殼薏米（GZ－1）萌芽最佳工藝條件為：萌芽溫度28℃、相對(duì)濕度90%，萌芽時(shí)間96h，發(fā)芽率達(dá)到90%，GABA含量為78.18mg/100g。對(duì)最優(yōu)工藝條件下萌芽糙薏米主要營(yíng)養(yǎng)成分進(jìn)行分析，萌芽糙薏米中主要營(yíng)養(yǎng)素與功能成分動(dòng)態(tài)變化：脂肪、蛋白質(zhì)、淀粉、薏米粗多糖等物質(zhì)逐漸降低，水分、還原糖、游離氨基酸、GABA、VC、VB1和VB2等重要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)逐漸增加，薏苡仁酯含量變化幅度小。試驗(yàn)結(jié)果表明經(jīng)萌芽處理后糙薏米的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值顯著提高，這為后續(xù)深入開(kāi)發(fā)以糙薏米為代表的具有降血脂、降血糖、抗癌等多種保健功能的高附加值產(chǎn)品提供依據(jù)。本研究的不足之處在于未對(duì)萌芽薏米中GABA對(duì)生物體內(nèi)蛋白質(zhì)、糖類(lèi)、脂類(lèi)等代謝和表達(dá)方面進(jìn)行深入了解，下一步需針對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行動(dòng)物試驗(yàn)研究。

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