富GABA 糙米品種篩選及發(fā)酵條件優(yōu)化

范雅欣，張妍妍，倪嘉琪，陳美琪，王俊玲，赫 兵

（吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院，吉林吉林 132101）

糙米是由稻米及其保留的皮層、糊粉層和胚芽等外部組織加工而成，這些外部組織雖然含有豐富的膳食纖維、維生素、礦物質(zhì)和脂類等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，但是卻嚴(yán)重影響糙米的可食用性[1]。

糙米酵素是以糙米為原料經(jīng)過(guò)烘干粉碎、微生物發(fā)酵等工序得到的一種混合酶體系，是糙米中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃縮的產(chǎn)物，口感較好，且γ-氨基丁酸（γ-Aminobutyric Acid，GABA）、谷胱甘肽的含量明顯提高，進(jìn)一步提升糙米的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和生理活性[2]。GABA 是一種天然存在的氨基酸，是哺乳動(dòng)物的中樞神經(jīng)系統(tǒng)中重要的抑制性神經(jīng)傳達(dá)物質(zhì)，具有降血壓、降驚厥、促進(jìn)記憶和抗疲勞等功能[3]。

本試驗(yàn)選取酵母菌為發(fā)酵菌種，通過(guò)發(fā)芽、發(fā)酵等方式處理吉林地區(qū)種植的4 個(gè)糙米品種，將其制備成糙米酵素，以GABA 的含量為指標(biāo)，篩選出含量最高的品種進(jìn)行L9(33)正交試驗(yàn)，確定糙米酵素的最佳發(fā)酵條件，以期為更好地利用糙米及糙米酵素提供數(shù)據(jù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

糙米：吉農(nóng)853、吉粳515、吉粳528 以及吉紅9，由吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院農(nóng)學(xué)院提供；菌種：安琪酵母，市售。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 糙米的預(yù)處理

去除糙米中的霉變、碎粒糙米及雜質(zhì)，用無(wú)菌水沖洗3 ～4 次，浸泡12 h 后，再用無(wú)菌水沖洗3 ～4 次，用無(wú)菌水潤(rùn)濕，在20 ℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h，保持整個(gè)發(fā)芽過(guò)程都在濕潤(rùn)條件下進(jìn)行[4]。當(dāng)糙米的芽長(zhǎng)到1 ～3 mm 時(shí)，烘干粉碎，過(guò)60 目篩，放置于4 ℃冰箱中保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.2 不同品種糙米酵素的制備

以各品種糙米為原料，配制YEPD（Yeast Extract Peptone Dextrose）糙米培養(yǎng)基，接種1%酵母菌，30 ℃，180 r/min 搖床培養(yǎng)48 h。

1.2.3 GABA 含量的測(cè)定

本試驗(yàn)采用Berthelot 法測(cè)定糙米酵素中的GABA 含量[5-6]。分別配制濃度為0.2 mg/mL、0.4 mg/mL、0.6 mg/mL、0.8 mg/mL 和1.0 mg/mL 的標(biāo)準(zhǔn)溶液。測(cè)定結(jié)束后，以GABA 濃度為橫坐標(biāo)，吸光度值為縱坐標(biāo)，繪制GABA 標(biāo)準(zhǔn)曲線。

將糙米酵素超聲處理后，在12 000 r/min 的條件下離心5 min。離心后取上清液，反應(yīng)后在640 nm下測(cè)定吸光值，計(jì)算出樣品中GABA 的含量。

1.2.4 單因素試驗(yàn)

選出GABA 含量最高的糙米品種用于單因素試驗(yàn)。①接種量對(duì)GABA含量的影響。分別接種1%、2%、3%和4%菌種到Y(jié)EPD 糙米發(fā)酵培養(yǎng)基中，30 ℃搖床培養(yǎng)48 h 后，測(cè)定樣品中GABA 的含量。②發(fā)酵溫度對(duì)GABA 含量的影響。在YEPD 糙米發(fā)酵培養(yǎng)基中以1%接種，分別在26 ℃、28 ℃、30 ℃和32 ℃振蕩培養(yǎng)48 h 后，測(cè)定樣品中GABA 的含量。③發(fā)酵時(shí)間對(duì)GABA 含量的影響。YEPD 糙米發(fā)酵培養(yǎng)基中以1%接種，30 ℃搖床中分別發(fā)酵45 h、48 h、51 h 和54 h，測(cè)定樣品中GABA 的含量。

1.2.5 正交試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選擇接種量、發(fā)酵溫度和發(fā)酵時(shí)間進(jìn)行L9(33)正交試驗(yàn)，研究吉粳515 的最佳發(fā)酵條件，因素水平結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 正交試驗(yàn)因素水平表

2 結(jié)果與分析

2.1 糙米中GABA 含量的測(cè)定

根據(jù)測(cè)定結(jié)果繪制GABA 標(biāo)準(zhǔn)曲線，如圖1?；貧w方程為y=0.921 5x+0.009 5。利用紫外分光光度法測(cè)定出不同品種糙米的吸光度值，將數(shù)據(jù)代入標(biāo)準(zhǔn)曲線回歸方程中，計(jì)算出各樣品中GABA 的含量。

圖1 GABA 標(biāo)準(zhǔn)曲線

2.2 糙米品種的選擇

對(duì)4 種糙米進(jìn)行發(fā)酵，得到糙米酵素。經(jīng)反應(yīng)測(cè)定吸光值，計(jì)算GABA 含量，結(jié)果見(jiàn)表2。4 個(gè)糙米品種經(jīng)過(guò)48 h 的發(fā)酵，其中GABA 含量最高的品種是吉粳515，以此品種為對(duì)象進(jìn)一步對(duì)酵素的發(fā)酵工藝進(jìn)行優(yōu)化。

表2 各樣品中GABA 的含量

2.3 吉粳515 單因素試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.3.1 接種量對(duì)GABA 含量的影響

由圖2 可知，當(dāng)接種量為3%時(shí)，GABA 的含量達(dá)到最大值。而當(dāng)接種量為4%時(shí)，GABA 的含量較接種量為3%時(shí)明顯降低，其原因可能是酵母菌接種量增加，菌群的繁殖速率成倍增長(zhǎng)，而培養(yǎng)基中的營(yíng)養(yǎng)成分有限，在酵母菌基數(shù)過(guò)大時(shí)，不足以供給所有酵母菌生長(zhǎng)代謝，代謝受到抑制，從而導(dǎo)致接種量增加反而GABA 含量降低。

圖2 不同接種量發(fā)酵后的GABA 含量

2.3.2 發(fā)酵溫度對(duì)GABA 含量的影響

由圖3 可知，當(dāng)發(fā)酵溫度達(dá)到30 ℃時(shí)，吉粳515 糙米酵素中GABA 的含量最高，發(fā)酵溫度為32 ℃時(shí)GABA 的含量降低，可能是由于發(fā)酵溫度升高時(shí)，抑制酵母菌形成發(fā)酵產(chǎn)物，導(dǎo)致GABA 的含量有所下降。

圖3 不同溫度發(fā)酵后的GABA 含量

2.3.3 發(fā)酵時(shí)間對(duì)GABA 含量的影響

由圖4 可知，吉粳515 糙米酵素在發(fā)酵時(shí)間為51 h 時(shí)，產(chǎn)生GABA 的量達(dá)到最大，54 h 時(shí)GABA含量降低，可能是由于發(fā)酵時(shí)間過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致酵母菌活性下降，GABA 含量隨之下降。

圖4 不同發(fā)酵時(shí)間發(fā)酵后GABA 含量

2.4 正交試驗(yàn)結(jié)果分析

由表3 可知，影響吉粳515 發(fā)酵條件的各因素主次順序?yàn)锽＞C＞A，最優(yōu)發(fā)酵條件為A1、B2、C2，即當(dāng)接種量2%，發(fā)酵時(shí)間51 h，發(fā)酵溫度30 ℃時(shí)，吉粳515 中GABA 的含量為0.363 mg/mL。

表3 正交試驗(yàn)表

3 結(jié)論

本試驗(yàn)以吉林地區(qū)的不同糙米為原料制備糙米酵素，以GABA 的含量為指標(biāo)，篩選出最優(yōu)品種，再通過(guò)單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)研究糙米酵素的最佳發(fā)酵條件。目前，我國(guó)在糙米酵素的研發(fā)生產(chǎn)方面已經(jīng)取得一些成果，研究人員將糙米與多種輔料混合生產(chǎn)出不同類型的功能性產(chǎn)品，如飲品、含片、面膜等。因此，研究糙米酵素的生產(chǎn)工藝對(duì)其生物活性物質(zhì)的影響，以及如何提高糙米酵素的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量，將會(huì)成為未來(lái)糙米酵素研究的重點(diǎn)。