軟米制備發(fā)芽糙米粉工藝中關(guān)鍵點控制研究

趙金海，郭春景，董 艷

(1.黑龍江省科學(xué)院大慶分院，黑龍江 大慶 163319； 2.黑龍江省科學(xué)院，哈爾濱 150001)

軟米(softrice)是米質(zhì)介于糯性與黏性之間的一種優(yōu)質(zhì)米，其品種從日本引進，直鏈淀粉含量低，并含有多種維生素和鈣、鐵、鋅、硒等人體必需的微量元素，飯粒晶瑩，口感香軟甜糯，爽滑Q彈，冷后不變硬不回生，煮飯、熬粥均是養(yǎng)胃上佳之品，是老幼皆宜的健康主食。中國的軟米從日本引進后，結(jié)合我國江南水稻種植環(huán)境，經(jīng)過多位水稻培育專家努力，在江蘇培育出了軟米505等優(yōu)良品種，并逐漸成為當(dāng)?shù)刂厣r(nóng)產(chǎn)品。軟米地方品種的株高一般約175 cm，高的可達205 cm，莖稈粗壯，葉較披散而色較淡，穗長粒多粒大，谷粒通常為橢圓形，米粒半透明。稻株不耐肥，不早衰，再生能力強，生育后期耐寒耐旱，但產(chǎn)量低，每畝僅200～300 kg。軟米的發(fā)芽糙米系指軟米糙米經(jīng)過發(fā)芽至適當(dāng)芽長的芽體，主要由幼芽和帶皮層的胚乳兩部分構(gòu)成。萌發(fā)的方法是將軟米糙米置于足夠的水分、適宜的溫度、充足的氧氣條件下，吸水膨潤，胚芽萌發(fā)，突破種皮，長成新的個體。軟米發(fā)芽糙米的實質(zhì)是在一定的生理活性化工藝條件下，其所含有的大量酶，如淀粉酶、蛋白酶、植酸酶等被激活和釋放，并從結(jié)合態(tài)轉(zhuǎn)化為游離態(tài)的酶解過程。

在浸泡發(fā)芽過程中，內(nèi)源性酶被生產(chǎn)或激活，淀粉及蛋白質(zhì)等主要大分子成分發(fā)生降解，產(chǎn)生一些次生代謝物，如γ-氨基丁酸(γ-aminobutyricacid，GABA)和酚醛物質(zhì)，使營養(yǎng)價值得到大大提升。軟米糙米經(jīng)發(fā)芽處理后，多種功能性成分也顯著增加，與糙米相比，種類更多，含量更豐富，其中最主要成分有GABA、γ-谷維素、谷胱甘肽、六磷酸肌醇、膳食纖維等[1]。糙米經(jīng)發(fā)芽后總淀粉和直鏈淀粉含量明顯降低，氨基酸總量顯著提高，GABA含量明顯增加。Komatsuzaki等發(fā)現(xiàn)在96 h的發(fā)芽過程中，GABA的含量從6.04 mg/100 g上升至149 mg/100 g。研究發(fā)現(xiàn)，軟米發(fā)芽糙米具有的降血脂和降血壓功效與其富含的生理活性成分，如GABA、膳食纖維、γ-谷維素及其他抗氧化成分有關(guān)[2]。糙米發(fā)芽后增加了不溶性但可被水解的酚類成分，有利于減少癌癥的發(fā)病率。除此之外，軟米發(fā)芽糙米還具有降低心血管疾病發(fā)生率、改善記憶、預(yù)防老年癡呆癥、調(diào)節(jié)情緒等功效[2-6]。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

軟米糙米、次氯酸鈉溶液、碳酸鈣、NaCl溶液、谷氨酸脫羧酶、標準氨基酸、乙醇。

1.2 儀器與設(shè)備

糙米發(fā)芽機、旋風(fēng)式粉碎機、鼓風(fēng)干燥箱。

1.3 關(guān)鍵工藝流程研究

1.3.1 工藝流程

次氯酸鈉溶液浸泡-去離子水沖洗-超聲加低溫脅迫處理-第一營養(yǎng)液浸泡-第二營養(yǎng)液浸泡-低氧通氣脅迫處理-蒸餾水沖洗瀝干儲存-調(diào)質(zhì)-粉碎-粉碎過濾。

1.3.2 關(guān)鍵點控制研究

1.3.2.1 次氯酸鈉溶液浸泡

將軟米糙米用次氯酸鈉溶液浸泡30 min進行消毒，測試最佳次氯酸鈉溶液的濃度及測定GABA含量[7-8]。

1.3.2.2 超聲加低溫脅迫處理

使用超聲波和低溫培養(yǎng)兩種環(huán)境壓力共同作用的方式，對軟米發(fā)芽進行影響，觀察GABA含量變化。

1.3.2.3 粉碎過濾

粉碎過濾過程中加入乙醇，粉碎后通過濾紙過濾，對軟米發(fā)芽糙米粉進行干燥；通過控制加入乙醇后的混合物溶液的濃度、溫度、時間條件控制GABA結(jié)晶參數(shù)，得到富含GABA晶粒的軟米發(fā)芽糙米粉。通過matlab對本發(fā)明方法進行析出實驗仿真與實驗對比[9]。

控制加入乙醇后的混合物溶液的濃度、溫度、時間條件控制GABA結(jié)晶參數(shù)包括：

GABA晶體成核速率為：

A為GABA晶體成核速率(#·mL-1·s-1)，kt為GABA晶體成核速率常數(shù)(#·mL-1·s-1)，Mx為GABA晶體懸浮密度(g·mL-1)，α為懸浮密度指數(shù)因子，β為攪拌速度指數(shù)因子，ωr為混合物溶液的攪拌速度(r·s-1)，Q為溶液過飽和比，To為GABA晶體成核過飽和度指數(shù)因子，xc為乙醇摩爾分數(shù)(mol·mol-1)，Bt為GABA晶體成核自由能(J·mol-1)，Ry為氣體常數(shù)(J·mol-1·K-1)，T為熱力學(xué)溫度。

GABA晶體生長速率為：

B為GABA晶體生長速率(cm·s-1)，ks為GABA晶體生長速率常數(shù)(cm·s-1)，Bs為GABA晶體生長自由能(J·mol-1)，Zo為GABA晶體生長過飽和度指數(shù)因子。

GABA晶體結(jié)晶粒數(shù)為：

n為GABA晶體粒數(shù)密度(#·mL-1·cm-1)，V為溶液體積(mL)，l為GABA晶體粒度(μm)，t為GABA結(jié)晶時間。

GABA晶體單一晶粒的質(zhì)量變化率為：

dMd=2.97ρgkvl2dl

ρg為GABA晶體密度，kv為GABA晶體的體積形狀因子。

2 材料與方法

2.1 次氯酸鈉溶液濃度對軟米中GABA含量的影響

隨著次氯酸根濃度的進一步增加，發(fā)芽軟米中GABA 的含量呈現(xiàn)下降趨勢，這是因為在浸泡中添加一定濃度的次氯酸根促進了 GABA 的產(chǎn)生，主要是因為次氯酸根能活化 GAD，刺激酶活性，從而促進谷氨酸轉(zhuǎn)化為 GABA，達到增加 GABA 含量的目的。隨著次氯酸根濃度的進一步升高，軟米中 GABA 含量開始下降，這可能是因為次氯酸根濃度過高反而會抑制GAD 的活性，使得 GABA 含量下降。

圖1 次氯酸鈉溶液濃度對軟米中GABA含量的影響Fig.1 Effect of sodium hypochlorite solution concentration on GABA content in soft rice

2.2 微波低溫脅迫處理對軟米中GABA含量的影響

超聲波處理在發(fā)芽前期對 GABA 含量有適當(dāng)增加，在軟米發(fā)芽前期超聲波對其他種游離氨基酸含量有促進作用；內(nèi)源性發(fā)芽軟米 GAD 是 GA 轉(zhuǎn)化成 GABA 的過程中最主要的酶。然而在發(fā)芽軟米中 GAD 活性較低，通過分析，低溫降低了GABA的消耗量，提高了GAD的活性。通過數(shù)據(jù)顯示，該方法可有效富集GABA，通過5℃低溫脅迫后有效降低其他酶活性，然后在常溫下進行超聲波處理，可以有效提高超聲波的效果。

圖2 微波低溫處理模式數(shù)據(jù)對比圖Fig.2 Data comparison of low temperature processing by microwave

2.3 粉碎過濾過程中GABA結(jié)晶參數(shù)的控制

對米粉進行乙醇析出的方式進行結(jié)晶，同時提出了結(jié)晶控制參數(shù)，能夠通過自行設(shè)計獲得想要的富含GABA結(jié)晶顆粒的米粉。通過matlab對本發(fā)明方法進行析出實驗仿真與實驗對比后(圖3、圖4、圖5)，我們得出這種特殊米粉中各參數(shù)的形式。圖3、圖4、圖5中單一點為實驗數(shù)據(jù)，曲線為模擬數(shù)據(jù)，通過最優(yōu)控制給出了方法的參數(shù)控制形式。

圖3 GABA濃度變化曲線Fig.3 Concentration variation curve of GABA

圖4 GABA晶體成核速率曲線Fig.4 Nucleation rate curve of GABA crystal

圖5 GABA晶體生長速率曲線Fig.5 Growth rate curve of GABA crystal

3 結(jié)語

本實驗用濃度為3.5%的次氯酸鈉溶液浸泡30 min進行消毒，軟米糙米中GABA含量最高；軟米糙米在5℃條件下處理3 h、25℃回溫15 min 后，在35℃、40 kHz、功率 40%超聲處理 15 min后用35℃第一營養(yǎng)液浸泡3 h，能得到最大GABA 富集；粉碎過濾過程中加入乙醇，粉碎后通過濾紙過濾，然后對軟米發(fā)芽糙米粉進行干燥；通過控制加入乙醇后的混合物溶液的濃度、溫度、時間條件控制GABA結(jié)晶參數(shù)，得到富含GABA晶粒的軟米發(fā)芽糙米粉。