大米胚芽營養(yǎng)特性研究

韓 瑋，曾 里，張夢瑞，李夢陽，盧洪強，冉 旭?

（1. 四川大學(xué) 輕工科學(xué)與工程學(xué)院，四川 成都 610065；2. 遂寧永榮高科技有限公司，四川 遂寧 629000）

胚芽是植物胚的組成部分，有較高的營養(yǎng)價值。大米胚芽是精白米生產(chǎn)的副產(chǎn)物，富含蛋白質(zhì)、不飽和脂肪酸、維生素、礦物質(zhì)等營養(yǎng)成分[1]。受制米工藝限制，生產(chǎn)精白米時，胚芽、糠層、碎米等被脫去，造成大量營養(yǎng)成分損失，胚芽的利用率不高，未能實現(xiàn)經(jīng)濟利益最大化。小麥胚芽是小麥加工副產(chǎn)物，有高營養(yǎng)價值，其深加工產(chǎn)業(yè)已歷經(jīng)數(shù)年發(fā)展，綜合利用程度得到了一定的提高，仍存在大量商用小麥胚芽在市場流通中難以儲存的問題[2]。玉米胚芽的脂肪含量達到46%，且富含優(yōu)質(zhì)脂肪酸，多用于玉米胚芽油的生產(chǎn)，利用率較高[3]。與小麥胚芽和玉米胚芽相比，大米胚芽的綜合利用率較低，與之相關(guān)的基礎(chǔ)研究和深加工工藝研究也較少，難以為其大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供理論支持。

現(xiàn)有大米胚芽由于工藝加工條件不足，脫除時與碎米混合情況嚴(yán)重，難以分離，致使針對胚芽營養(yǎng)成分的深入研究不足，主要是簡單的營養(yǎng)素含量檢測，分析得出的結(jié)論區(qū)間范圍差值較大，且受到不同品種、產(chǎn)地的影響，對企業(yè)生產(chǎn)的指導(dǎo)意義不足，同時由于其不飽和脂肪含量高，難以長期保存，對深加工利用提出了更高的要求。

對大米胚芽的基礎(chǔ)營養(yǎng)成分如蛋白質(zhì)、氨基酸、淀粉、脂肪酸進行深入研究，并將其微量元素與普通大米進行對比，脂肪酸含量與小麥胚芽和玉米胚芽進行對比，能夠加深對于大米胚芽營養(yǎng)價值的認(rèn)識，同時對大米胚芽的深加工綜合利用具有指導(dǎo)意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

大米胚芽：四川三家米業(yè)有限公司；小麥胚芽：棗莊美樂嘉食品有限公司；玉米胚芽：沈陽新佳食品銷售有限公司。

鹽酸（HCl）、焦性沒食子酸（C6H6O3）、乙醚（C4H10O）、石油醚、氫氧化鈉（NaOH）、水硫酸鈉（Na2SO4）、氯化鈉（NaCl）、硫酸氫鈉（NaHSO4）、氫氧化鉀（KOH）、乙醇（C2H6O），95%、甲醇（CH3OH）、正庚烷[CH3(CH2)5CH3]，色譜純：成都科龍化工試劑廠；三氟化硼甲醇溶液，15%、十一碳酸甘油三酯標(biāo)準(zhǔn)品、37種脂肪酸甲酯混標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)品：Nuchek；G2003-50T SDS-PAGE凝膠制備試劑盒：武漢賽維爾生物科技有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

等離子體質(zhì)譜儀Agilent 7700 ICP-MS：安捷倫科技有限公司；氨基酸分析儀A300：德國曼默博爾公司；氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀GC-2010 Plus、自動進樣器auto injector AOC-20i：日本島津公司；EMPYREAN X射線衍射儀：荷蘭帕納科公司；HH-6數(shù)顯恒溫水浴鍋、TG16-WS高速離心機：湖南湘儀實驗室儀器開發(fā)有限公司；PowerPac Basic電泳儀：Bio-Rad Laboratories；ChemiScope化學(xué)發(fā)光成像系統(tǒng)：上海勤翔科學(xué)儀器有限公司；μQuant光譜儀：BioTek美國伯騰。

1.3 實驗方法

1.3.1 GC色譜條件

脂肪酸含量的測定參照 GB5009.168—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中脂肪酸的測定》中的第一法內(nèi)標(biāo)法，脂肪酸甲酯化后利用氣相色譜進行分析。色譜柱：PEG20M 彈性石英毛細(xì)管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；升溫程序：進樣口溫度250 ℃，起始柱溫40 ℃，保持3 min后，以10 ℃/min升溫至160 ℃，不保持，再以5 ℃/min溫至240 ℃，保持21 min；載氣（He）；恒壓35 kPa；不分流，進樣量：1 μL。

1.3.2 氨基酸含量測定

大米胚芽磨粉后過100目篩，稱取300 mg樣品加入水解管中，再加入6 mol/L HCl 10 mL，水解管封管后于110 ℃水解24 h。水解完成后加入10 mol/L NaOH溶液中和定容至50 mL，雙層濾紙過濾，10 000 r/min離心10 min，取上清液過0.45 μm膜用全自動氨基酸分析儀A300進行氨基酸分析[4]。

1.3.3 微量元素測定

大米胚芽磨粉后過100目篩，稱取0.200 g樣品加入微波消解管中，再加入 5 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65%的硝酸，加蓋，放置1 h。在全能型微波工作化學(xué)平臺中對樣品進行消解。消解完畢后，100 ℃加熱趕酸30 min[5]。樣液定容后利用ICP-MS儀器全掃測定。

1.3.4 蛋白質(zhì)分子量測定

大米胚芽磨粉后過100目篩，稱取20.0 g，按1∶8的固液比加入蒸餾水，用1 mol/L NaOH溶液調(diào)pH值為 11左右，60 ℃恒溫攪拌堿液浸提90 min，在4 000 r/min條件下離心20 min，取上清液，用1 mol/L HCl溶液調(diào)pH值為7，加入適量硫酸銨至80%飽和度，在室溫條件下進行鹽析后，在4 000 r/min條件下離心10 min，沉淀于50 ℃干燥即得大米胚芽蛋白[6]。所得蛋白進行凝膠滲透色譜（GPC）和聚丙烯酰胺凝膠電泳（SDS-PAGE）分析。

1.3.5 淀粉晶型測定

大米胚芽磨粉后過100目篩，稱取100.0 g，按1∶4的固液比加入0.2 % NaOH溶液，室溫下過夜靜置15 h，紗布粗濾，濾液在4 000 r/min條件下離心5 min，去上清液保留白色沉淀物，重復(fù)清洗3次，沉淀于45 ℃干燥即得大米胚芽淀粉。所得淀粉進行X衍射分析。

1.4 數(shù)據(jù)分析

蛋白質(zhì)分子量圖為GPC系統(tǒng)自帶形成譜圖，X衍射實驗采用origin 2021軟件繪制圖，不同主糧中脂肪酸含量重復(fù)三次，選用可信度較高的一組數(shù)據(jù)，采用origin 2021軟件繪制圖，結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差（SD）表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 蛋白質(zhì)相對分子量分布

圖1和表1分別為蛋白質(zhì)分子量分布圖和蛋白質(zhì)具體分子量分布情況。表中 Mn表示數(shù)均分子量，Mw表示重均分子量，Mz表示更高的平均分子量，Mp表示峰分子量；Mw/Mn為多分散性指數(shù)，用于表征高分子分散度。

圖1 蛋白質(zhì)分子量分布圖Fig.1 Protein molecular weight distribution

表1 大米胚芽蛋白質(zhì)分子量分布情況Table 1 Molecular weight distribution of rice germ protein

結(jié)合圖表中各項數(shù)據(jù)可以看出，大米胚芽蛋白質(zhì)的分子量均大于 1 kDa，屬于生物大分子物質(zhì)，分子量分布在 3.65×103～9.566 2×104g/mol之間，且分布區(qū)間較寬，不同蛋白質(zhì)間分子量差值較大，在凝膠電泳條帶中大范圍分布在 10～150 kDa，其中50 kDa和10 kDa條帶清晰顯著，為含量較高的蛋白質(zhì)分子量，這與GPC色譜結(jié)果一致。分子量在 3.65×103～5.5×103g/mol之間的蛋白質(zhì)占總量0.7%；分子量在5.5×103～1.3×104g/mol之間的蛋白質(zhì)占總量97%，這兩類蛋白質(zhì)分子量在大分子蛋白內(nèi)屬于較小分子量蛋白，易于消化吸收，其中分子量在 5.5×103～8.5×103g/mol之間的蛋白質(zhì)占總量的 66.8%；分子量在 8.5×103～1.3×104g/mol之間的蛋白質(zhì)占總量的 30.2%；1.3×104～9.566 2×104g/mol蛋白分子量較大，占總量的2.3%且均大于53 kDa，屬于較大分子蛋白質(zhì)。

大米蛋白中分子峰尖分子量為 5.576×103g/mol，數(shù)均分子量為7.579×103g/mol，平均分子量為8.689×104g/mol，多分散性指數(shù)為1.177。多分散性指數(shù)差異越大標(biāo)志著分子量分布越寬越不集中。結(jié)合各類蛋白主要分子量不同，說明大米胚芽蛋白主要以 5.5×103～1.3×104g/mol的蛋白質(zhì)和蛋白亞基為主[7]，這與大米蛋白的特征一致。同時多分散性指數(shù)差異較小，說明分子量分布的較為集中，出現(xiàn)較小分子量蛋白質(zhì)的原因可能是大米胚芽本身具有少量較小分子蛋白或是由于在提取過程中蛋白質(zhì)被堿水解，使得小分子蛋白質(zhì)占比增加。

2.2 氨基酸含量測定結(jié)果

利用氨基酸自動分析儀對水解后大米胚芽的游離氨基酸進行各類含量測定，結(jié)果如表2所示，使用文獻方法[4]測定氨基酸含量，在20種日常氨基酸種類中，大米胚芽可以測出18種氨基酸，其中必需氨基酸8種，非必需氨基酸10種，氨基酸種類比較齊全，未檢出谷氨酸[8]和色氨酸，色氨酸在過往研究中均無發(fā)現(xiàn)，但谷氨酸在過往研究種一般在大米、小麥中含量較高，這與實驗結(jié)果有了沖突，可能和強酸水解處理的實驗方法以及使用的儀器靈敏度有關(guān)，色氨酸只能通過堿水解測出。酸水解得到的是L-氨基酸，同時色氨酸被沸酸完全破壞，含有羥基的氨基酸如絲氨酸或蘇氨酸有一小部分被水解，天門冬酰胺和谷氨酰胺側(cè)鏈的酰胺基被水解成了羧基。堿水解的產(chǎn)物是D-型和L-型氨基酸，色氨酸在水解中不受破壞但過程中許多氨基酸都受到不同程度的破壞，產(chǎn)率不高[10]。

表2 大米胚芽中氨基酸的含量Table 2 Contents of amino acids in rice germ g/100g胚芽

大米胚芽中，脯氨酸、絲氨酸、天冬氨酸、精氨酸、亮氨酸等含量均在0.8%以上，含量較高，對于免疫調(diào)節(jié)等生理活動具有一定的輔助調(diào)節(jié)功能[9]。蘇氨酸、纈氨酸、賴氨酸、苯丙氨酸和異亮氨酸作為必需氨基酸含量也較高，在 0.367%～0.686%之間，賴氨酸為大米的第一限制氨基酸，含量在大米胚芽中高于精米；甘氨酸、丙氨酸、酪氨酸、甲基組氨酸作為非必需氨基酸，含量在0.331%～0.771%之間，可認(rèn)為大米胚芽能夠提供較為全面的氨基酸來源；胱氨酸、組氨酸、羥基脯氨酸和蛋氨酸含量較低，在0.1%左右浮動，可以考慮檢測條件對其檢出具有一定的影響；羥基脯氨酸為膠原中特有的氨基酸，在大米胚芽中含量低可能是因為蛋白組成不同，本身在植物蛋白中此類氨基酸含量較低。

在大米胚芽蛋白組分中，含硫氨基酸（蛋氨酸和半胱氨酸）含量比較低，這主要是因為氨基酸測定中酸水解引起這兩種氨基酸損失[10]。大米胚芽中必需氨基酸的含量為3.887%，非必需氨基酸含量為8.475%，必需氨基酸含量與總氨基酸含量的比值（E/T）為0.31，加上未檢出的色氨酸，接近于FAO/WHO標(biāo)準(zhǔn)所推薦的0.4；必需氨基酸與非必需氨基酸的含量比（E/N）為 0.46，低于FAO/WHO標(biāo)準(zhǔn)所推薦的0.6[11-14]。

2.3 微量元素含量測定結(jié)果

對微量元素含量進行測定，結(jié)果由表3可知，大米胚芽中微量元素種類豐富，富含K、Ca、Mg、Na、Fe、Cu、Zn等人體必需微量元素，其中Mn、Fe、Zn、Sn、Sb、Hg等元素的含量顯著高于精米，其他微量元素含量也略高于精米。這是由于大米的營養(yǎng)成分主要集中于胚芽部分，而大米精制過程脫去谷殼、種皮和胚芽，使得糙米中的微量元素大量流失，同時在胚芽的加工過程中，稻谷外殼難以脫除干凈、糊粉層極易殘留，致使胚芽內(nèi)的金屬元素含量很高。K、Ca、Mg可以促進牙齒、骨骼的發(fā)育。Fe元素能夠預(yù)防和治療缺鐵性貧血癥的發(fā)生。根據(jù) 2009—2010年 NHANES的數(shù)據(jù)：300 g大米胚芽中所含的K可以滿足嬰兒和成人每天對礦質(zhì)元素的需要，三餐食用大米胚芽能提供一半的Ca元素需求，剩余需要其他飲食支持才能達標(biāo)[15-16]。此外，胚芽中含有的硒（Se）元素，作為熱點元素物質(zhì)，具有抗氧化[17]、抗腫瘤[18]等功能，對人體健康的維持起到重要作用。

表3 大米胚芽中微量元素的含量Table 3 Contents of trace elements in rice germ

2.4 不飽和脂肪酸含量的測定

利用GC對甲酯化后不飽和脂肪酸進行檢測，結(jié)果如圖2所示。

圖2 不飽和脂肪酸含量對比圖Fig.2 Comparison chart of unsaturated fatty acid content

根據(jù)氣相色譜研究結(jié)果顯示，大米胚芽中含有豐富的脂肪酸，且不飽和脂肪酸占比較高，營養(yǎng)品質(zhì)較好。其中，亞油酸和油酸均為人體必需脂肪酸，且人體不能自主合成亞油酸，具有降血脂[19]、調(diào)節(jié)免疫[20]、抗炎[21]等功能。大米胚芽中亞油酸含量為約為1.334 8 g/100 g，油酸含量為16.625 8 g/100 g，均顯著高于市售的小麥胚芽和玉米胚芽，這可能是因為現(xiàn)有市售的胚芽產(chǎn)品在加工后不飽和脂肪酸被大量損失，同時由于生產(chǎn)日期過長，不飽和脂肪酸可能被氧化。棕櫚油酸屬單不飽和脂肪酸，具有調(diào)節(jié)脂肪代謝、血糖代謝的功能，對于慢性代謝綜合癥、糖尿病等有一定的輔助治療作用[22]。大米胚芽中棕櫚油酸含量約為0.048 5 g/100 g，高于小麥胚芽和玉米胚芽。此外，大米胚芽中油酸與亞油酸的比值（O/L值）較高，≥10，表明其具有保質(zhì)期長、營養(yǎng)價值高、更適合加工、食用品質(zhì)較好的特點。與小麥胚芽和玉米胚芽相比，大米胚芽中的脂肪酸種類和含量更豐富，且比例更優(yōu)，因此大米胚芽擁有較好的開發(fā)利用價值。

2.5 淀粉晶型分析

由圖 3可知，大米胚芽淀粉在 2θ為 15°、17°、18°和23°處均有較強的衍射峰，呈現(xiàn)典型A型結(jié)晶結(jié)構(gòu)[23-24]，而圖中在2θ=20°出現(xiàn)的峰是由直鏈淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物產(chǎn)生的，直鏈淀粉分子線狀過長，難以形成結(jié)晶結(jié)構(gòu)，而淀粉的結(jié)晶結(jié)構(gòu)主要依靠支鏈淀粉，因此可以推斷出大米胚芽淀粉直鏈淀粉含量較高，具有良好的可消化性，可作為良好的淀粉來源補充能量。

圖3 大米胚芽淀粉晶型XRD圖Fig.3 XRD pattern of rice germ starch crystal

3 結(jié)論

對大米胚芽主要營養(yǎng)元素含量和成分進行測定，結(jié)果表明，大米胚芽中的蛋白質(zhì)以分子量在5.5×103～1.3×104g/mol 之間的蛋白質(zhì)為主，與大米蛋白的特征一致，同時蛋白質(zhì)分子量分布主要集中在10 kDa和50 kDa附近；氨基酸種類較為齊全，含量較高，必需氨基酸含量與總氨基酸含量的比值（E/T）為0.31，必需氨基酸與非必需氨基酸的含量比（E/N）為0.46；微量元素種類豐富，富含K、Ca、Mg、Na、Fe、Cu、Zn等元素，且Mn、Fe、Zn等元素含量顯著高于精米；胚芽中的淀粉為典型的A型淀粉，具有較好的消化性；優(yōu)質(zhì)脂肪酸含量豐富，米胚芽中亞油酸含量為約為1.334 8 g/100 g，油酸含量為16.625 8 g/100 g，棕櫚油酸含量約為0.048 5 g/100 g，均高于小麥胚芽和玉米胚芽，具有較高的營養(yǎng)品質(zhì)和開發(fā)利用價值。但與市售生產(chǎn)技術(shù)較為成熟的小麥胚芽和玉米胚芽相比，大米胚芽生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)研究、深加工利用工藝研究還較少，亟待解決副產(chǎn)物浪費和胚芽生產(chǎn)過程中難分離、易氧化、難儲存等問題。本研究對大米胚芽的營養(yǎng)成分進行深入探討，為后續(xù)深度研究大米胚芽穩(wěn)定性和商業(yè)生產(chǎn)提供理論參考。