發(fā)芽糙米γ-氨基丁酸富集工藝研究進(jìn)展

張良晨　李東紅　于淼　劉曉晶

摘要：根據(jù)發(fā)芽糙米γ-氨基丁酸（GABA）富集研究結(jié)果，介紹發(fā)芽糙米GABA的增殖途徑，從優(yōu)化浸泡發(fā)芽工藝、添加外源物質(zhì)、脈沖強(qiáng)光照射、超聲波處理、逆境脅迫等方面，介紹發(fā)芽糙米GABA的富集條件和措施，為高GABA發(fā)芽糙米的生產(chǎn)與加工提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：發(fā)芽糙米;γ-氨基丁酸;富集工藝;外源物質(zhì)

中圖分類號(hào)：TS213.3? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? 文章編號(hào)：1674-1161（2019）04-0051-03

糙米的果皮、種皮由相對(duì)密度極高的粗纖維組成并包裹著一層糠蠟，炊煮時(shí)妨礙水分進(jìn)入胚乳，延緩淀粉粒糊化，導(dǎo)致糙米食用口感粗糙，加之糙米特有的糠味不受消費(fèi)者歡迎，在一定程度上限制了糙米的消費(fèi)。糙米在一定的溫濕度條件下能夠發(fā)芽，同時(shí)激發(fā)存在于胚與皮層中的酶，使一些糙米中的一些大分子物質(zhì)部分降解，進(jìn)而改善糙米的食用品質(zhì)。在糙米發(fā)芽加工過程中，還會(huì)富集一些對(duì)人體有特殊功效的功能因子，其中以γ-氨基丁酸（GABA）最為引人關(guān)注。通過優(yōu)化發(fā)芽糙米浸泡發(fā)芽工藝、添加外源物質(zhì)、脈沖強(qiáng)光照射、超聲處理、逆境脅迫等方法富集GABA，是目前發(fā)芽糙米加工的研究熱點(diǎn)。本文通過歸納總結(jié)發(fā)芽糙米GABA富集研究結(jié)果，結(jié)合多年研究經(jīng)驗(yàn)綜述發(fā)芽糙米γ-氨基丁酸富集工藝，為GABA發(fā)芽糙米的生產(chǎn)與加工提供借鑒和參考。

1 糙米發(fā)芽加工過程中的品質(zhì)變化

發(fā)芽糙米是將糙米放入以水為主體的浸泡液中浸泡，達(dá)到一定吸水率后在適宜的溫濕度條件下萌發(fā)，再經(jīng)一系列加工而成的糙米加工食品。發(fā)芽糙米制備工藝流程為：糙米原料→精選→浸泡→殺菌→發(fā)芽→水洗→干燥→發(fā)芽糙米成品。

發(fā)芽糙米沒有經(jīng)過精細(xì)碾磨，保留了糙米的果皮、種皮與胚，因此比較完整的保留了糙米原料所含的脂溶性維生素、脂類、礦物質(zhì)、膳食纖維。在發(fā)芽過程中，糙米的一些內(nèi)源酶的活性得到激發(fā)，一些大分子物質(zhì)部分降解。同時(shí)，酶的激活使糙米內(nèi)的化學(xué)成分發(fā)生變化，一些具有保健和預(yù)防疾病功能的活性成分得到富集，如GABA、谷胱甘肽、六磷酸肌醇、谷維素、阿魏酸、生育三烯酚等。研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)芽糙米中的GABA含量比糙米原料多2～3倍，是精白米的10倍。因此，糙米發(fā)芽后不僅食用品質(zhì)得到改善，而且營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)大大提高。

2 GABA的生理功效

GABA是一種非蛋白質(zhì)類氨基酸，在各類生物體內(nèi)均有分布，它是生物三羧酸循環(huán)中支路反應(yīng)的中間產(chǎn)物。在植物體內(nèi)，GABA能調(diào)控植物生長(zhǎng)發(fā)育，保證碳源與氮源的穩(wěn)定，其含量在種子發(fā)芽過程中成倍增加。在動(dòng)物體內(nèi)，GABA作為一種神經(jīng)信號(hào)傳導(dǎo)基質(zhì)存在于腦組織中。GABA對(duì)于人體有著重要的生理作用，可以通過調(diào)節(jié)人體中樞神經(jīng)系統(tǒng)達(dá)到降低血壓，舒緩血管的作用，同時(shí)具有鎮(zhèn)靜神經(jīng)、調(diào)節(jié)心情，改善睡眠的作用。醫(yī)學(xué)臨床試驗(yàn)已經(jīng)證明，GABA可以抑制腫瘤細(xì)胞中端粒酶的活性，從而控制腫瘤細(xì)胞增殖惡化，達(dá)到抗癌、抗腫瘤的功效。

3 發(fā)芽糙米GABA的增殖途徑

在植物體中GABA合成方式是，谷氨酸脫羧酶（GAD）催化谷氨酸（GA）脫去羧基生成GABA。在糙米發(fā)芽過程中，GABA含量增加主要通過2種途徑：一是在浸泡發(fā)芽過程中，在適宜的溫度、水分條件下，GAD活性增強(qiáng)，催化糙米所含的GA生成大量的GABA;另一種是在浸泡發(fā)芽過程中，糙米內(nèi)的一些蛋白酶被激活，通過水解蛋白質(zhì)生成大量的GA，增加酶促反應(yīng)中底物的濃度，使GABA含量大大增加。

4 發(fā)芽糙米GABA富集工藝研究

目前，發(fā)芽糙米GABA的富集的方法主要包括：優(yōu)化發(fā)芽糙米浸泡發(fā)芽工藝、添加外源物質(zhì)、脈沖強(qiáng)光照射、超聲波處理、逆境脅迫等。

4.1 優(yōu)化發(fā)芽糙米浸泡發(fā)芽工藝富集GABA

在發(fā)芽糙米加工過程中，對(duì)發(fā)芽糙米GABA含量影響最大的是糙米浸泡發(fā)芽工藝。浸泡發(fā)芽工藝會(huì)影響糙米內(nèi)GABA的生成與消耗，工藝要點(diǎn)主要包括浸泡溫度、浸泡時(shí)間、發(fā)芽時(shí)間、發(fā)芽溫度和培養(yǎng)液pH。

呂慶云等通過試驗(yàn)得出，在10～40 ℃范圍內(nèi)，浸泡溫度每升高10 ℃，發(fā)芽糙米GABA含量增加28%～37%，但溫度增高會(huì)使糙米中的腐敗微生物大量增殖，使糙米產(chǎn)生酸臭味。Thitinunsomboon等選擇35 ℃浸泡13 h作為發(fā)芽糙米浸泡工藝，發(fā)芽糙米的GABA含量達(dá)（116.88±9.2）mg/100 g。鄭向華等優(yōu)化糙米發(fā)芽溫度與時(shí)間時(shí)發(fā)現(xiàn)，在溫度30 ℃、發(fā)芽時(shí)間28 h的條件下，發(fā)芽糙米的GABA含量增長(zhǎng)2.3倍。王琛等研究浸泡液pH對(duì)發(fā)芽糙米GABA的富集作用，發(fā)現(xiàn)當(dāng)浸泡液pH為5～6時(shí)，可大幅度提高GABA含量，其原因可能是此時(shí)pH接近谷氨酸脫羧酶的最適pH。

4.2 添加外源物質(zhì)富集發(fā)芽糙米GABA

添加外源物質(zhì)富集發(fā)芽糙米GABA主要通過3種途徑：增加GABA合成的酶促反應(yīng)底物濃度，使發(fā)芽糙米GABA含量增加，如添加谷氨酸、谷氨酸鈉;增強(qiáng)谷氨酸脫羧酶活性使發(fā)芽糙米GABA含量增加，如添加鈣離子;穩(wěn)定浸泡液pH，使發(fā)芽過程中糙米中的谷氨酸脫羧酶處于最適pH。

王玉萍等在糙米培養(yǎng)液中加入不同濃度的谷氨酸，在32 ℃的黑暗條件下發(fā)芽。結(jié)果表明，添加谷氨酸1 mg/mL后發(fā)芽24 h，GABA含量比對(duì)照組高2.73倍。丁俊胄等在糙米浸泡液中添加谷氨酸鈉，GABA的含量隨谷氨酸鈉添加量增加遞增，當(dāng)浸泡液中的谷氨酸鈉濃度為10 mmol/L時(shí)，發(fā)芽結(jié)束后的糙米GABA含量達(dá)140.32 mg/100 g。蔣靜等的研究發(fā)現(xiàn)，谷氨酸鈉比谷氨酸溶解性好，更適于發(fā)芽糙米富集GABA。在糙米浸泡液中添加2.09 mg/ml谷氨酸鈉，可使GABA含量達(dá)210.8 mg/100 g。

谷氨酸脫羧酶是一種含有鈣離子的內(nèi)源酶，在糙米浸泡發(fā)芽過程中，鈣離子可與其受體蛋白鈣調(diào)素結(jié)合，產(chǎn)生具有活性的酶復(fù)合體。因此，若糙米浸泡液中的鈣離子濃度適合，可大大激活谷氨酸脫羧酶活性，使GABA大量增殖。陳浪等在糙米浸泡液中添加EDTA-CaNa2，浸泡液中的EDTA-CaNa2濃度達(dá)80 μg/mL，浸泡10.5 h后再對(duì)糙米進(jìn)行發(fā)芽處理，發(fā)芽結(jié)束后的GABA含量比空白試驗(yàn)高42.4%。孫向東等研究氯化鈣對(duì)發(fā)芽糙米GABA積累的影響，在試驗(yàn)所選范圍內(nèi)，氯化鈣的濃度與發(fā)芽糙米GABA含量呈顯著正相關(guān);當(dāng)糙米浸泡液中的鈣離子濃度為0.2 mmol/L，發(fā)芽后的GABA含量達(dá)1 403.21 mg/l00 g。

在糙米浸泡發(fā)芽過程中，微生物的增殖和自身的一些生化反應(yīng)，使pH體系不斷變化，對(duì)谷氨酸脫羧酶的活性影響較大。因此，添加緩沖溶液可提高發(fā)芽糙米GABA的富集量。張暉等的研究發(fā)現(xiàn)，采用PBS緩沖溶液體系使糙米培養(yǎng)液pH穩(wěn)定在5.4，發(fā)芽糙米GABA的含量可提高28%。

4.3 脈沖強(qiáng)光富集GABA

脈沖強(qiáng)光是一種新興的物理殺菌技術(shù)。在對(duì)植物種子進(jìn)行殺菌的過程中，脈沖強(qiáng)光能夠增強(qiáng)一些內(nèi)源酶的活性，使一些功能性成分成倍增加。研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)脈沖強(qiáng)光照射的糙米發(fā)芽后，其GABA富集量增長(zhǎng)30%以上。王勃等利用脈沖強(qiáng)光富集發(fā)芽糙米GABA，確定的最優(yōu)方案為：糙米浸泡12 h后用脈沖強(qiáng)光單層照射，單次能量為400 J、閃照距離設(shè)置為11.3 cm、閃照總次數(shù)277次，照射后GABA含量可達(dá)345.7 mg/100 g，富集效果較為顯著。劉利霞等采用Box-Behnken響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化脈沖強(qiáng)光發(fā)芽糙米GABA富集工藝，脈沖強(qiáng)光單次能量300 J、照射距離11 cm、脈沖照射頻次1次/s、處理時(shí)間31.8 s，發(fā)芽時(shí)間27.84 h，GABA能達(dá)到最佳積累條件。

4.4 超聲波處理富集GABA

Goussous等認(rèn)為超聲波可使谷氨酸脫羧酶的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，進(jìn)而促進(jìn)GABA合成。同時(shí)，超聲波處理可促進(jìn)植物種子細(xì)胞壁纖維降解，利于水分與氧氣進(jìn)入種子內(nèi)部，可大幅度提高種子內(nèi)源酶的活性，對(duì)于GABA富集有積極作用。

鄭藝梅等利用超聲波處理糙米，發(fā)芽糙米中的游離氨基酸和GABA含量都有所提高。張祎等利用超聲波處理糙米原料，通過單因素和響應(yīng)面試驗(yàn)確定發(fā)芽糙米超聲波富集GABA最佳工藝為：pH 6.0，處理溫度40 ℃，超聲波頻率30 kHz，處理時(shí)間為16min。劉俊飛等利用纖維素酶和果膠酶處理糙米，再用超聲波處理糙米，確定糙米GABA富集超聲波處理工藝為：超聲波處理溫度35.65 ℃，處理時(shí)間0.5 h，頻率46 kHz。經(jīng)過超聲波處理后的糙米發(fā)芽后GABA含量比糙米原料增長(zhǎng)3.7倍。

4.5 逆境脅迫富集GABA

在逆境條件下（冷害、熱敷、鹽、低氧、機(jī)械刺激），能夠促進(jìn)植物種子體內(nèi)GABA富集。發(fā)芽糙米逆境脅迫富集GABA主要有鹽脅迫、低氧脅迫、低溫脅迫。陳春旭以南粳46號(hào)稻米為原料，采用氯化鈉鹽脅迫的方法富集發(fā)芽糙米GABA，在氯化鈉濃度33.5 mmol/L、33 ℃發(fā)芽36 h后，GABA富集效果最佳，發(fā)芽糙米GABA含量達(dá)121.71 mg/100 g。在低氧氣濃度條件下，糙米自身生長(zhǎng)受抑制，呼吸作用加強(qiáng)，GABA生成量大幅度增加，在溫度30 ℃、氧氣濃度為17%的條件下培養(yǎng)糙米3 d，GABA富集量比常規(guī)培養(yǎng)增加150%～200%。馬麗等發(fā)現(xiàn)，將糙米置于0 ℃條件下低溫脅迫2 h后再進(jìn)行浸泡發(fā)芽處理，GABA富集量比常規(guī)培養(yǎng)條件增長(zhǎng)120%。

5 結(jié)語

在發(fā)芽糙米GABA富集機(jī)理的研究中，對(duì)GABA增殖與糙米中GA含量增加、GAD活性激發(fā)之間相關(guān)性的研究較少，三者之間的代謝關(guān)系尚不清楚，需進(jìn)一步研究發(fā)芽糙米GABA富集機(jī)理。不同品種糙米的原始GABA含量不同，發(fā)芽后GABA的增殖量也不同。針對(duì)不同品種的糙米發(fā)芽富集GABA應(yīng)有相應(yīng)的加工處理工藝，高GABA稻米品種的篩選與選育是未來發(fā)芽糙米GABA富集的研究方向。國(guó)內(nèi)外對(duì)發(fā)芽糙米GABA的研究主要集在富集工藝方面，相關(guān)檢測(cè)沒有統(tǒng)一的方法，含量限定也沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，造成發(fā)芽糙米產(chǎn)品品質(zhì)參差不齊，不利于發(fā)芽糙米產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

發(fā)芽糙米具有生物活性，在儲(chǔ)藏過程中受溫度、濕度、自身呼吸作用的影響，除會(huì)造成蛋白質(zhì)變性、脂肪氧化、淀粉陳化外，還會(huì)造成GABA降解。因此，研究發(fā)芽糙米儲(chǔ)藏中的低溫、低氧、真空儲(chǔ)存、氣調(diào)保鮮技術(shù)，能有效減輕儲(chǔ)藏過程中的GABA損失。

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Abstract： According to the research results of germinated brown rice γ-aminobutyric acid （GABA） enrichment， this paper introduces germinated brown rice breeding way of GABA， and introduces the enrichment conditions and measures of germinated brown rice GABA from the aspects such as optimization of soaking germination process， adding exogenous substances， pulse strong light irradiation， ultrasonic processing and adversity stress， in order to provide reference for the production and processing of high GABA germinated brown rice.

Key words： germinated brown rice; γ-aminobutyric acid; enrichment process; exogenous substances