發(fā)芽糙米中γ-氨基丁酸富集工藝及檢測(cè)方法研究進(jìn)展

陳國(guó)威,王雪瑩,劉平穩(wěn),何豫偉,趙菲菲,高 陽(yáng),張士龍

1.無(wú)錫中糧工程科技有限公司 (無(wú)錫 214035) 2.中糧油脂工業(yè)(巢湖)有限公司 (巢湖 238000)

糙米由胚芽、糊粉層、胚乳組成,由于保留胚芽和糊粉層,其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)精白米。但是因其外表被粗纖維和糠蠟等包裹,使得其口感粗糙,蒸煮不便。糙米在發(fā)芽的過(guò)程中內(nèi)源酶得到激活和釋放,并從結(jié)合態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛坞x態(tài),糙米中一些大分子物質(zhì)如淀粉、蛋白以及纖維素等與其發(fā)生酶解反應(yīng),生成糖類、氨基酸等小分子物質(zhì)。在此過(guò)程中糙米的質(zhì)地軟化,食用品質(zhì)明顯提高,同時(shí)一些生理活性物質(zhì)得到富集,如GABA、谷胱甘肽、肌醇六磷酸鹽等。在這些生理活性物質(zhì)中,GABA因具有降血壓、抗衰老、調(diào)節(jié)心律失常、治療精神疾病等作用,已成為糙米發(fā)芽研究的主要關(guān)注點(diǎn)。

在發(fā)芽糙米GABA研究中,GABA富集工藝是研究的重點(diǎn),同時(shí)發(fā)芽糙米中GABA的檢測(cè)方法也相當(dāng)重要,它是各項(xiàng)研究工作的基礎(chǔ)。本文綜述了近年來(lái)發(fā)芽糙米中GABA富集工藝及檢測(cè)方法,為后續(xù)研究工作提供參考。

1 發(fā)芽糙米GABA富集工藝

研究表明,植物體中GABA合成轉(zhuǎn)化途徑主要有兩條,第一條途徑以谷氨酸為底物,經(jīng)谷氨酸脫羧酶(GAD)催化生成GABA;第二條途徑為以多氨為底物,經(jīng)過(guò)二胺氧化酶(DAO)、多氨氧化酶(PAO)催化生成GABA。兩條途徑中以第一條途徑為生成GABA的主要途徑[1]。發(fā)芽糙米是以糙米為原料,經(jīng)清選、浸泡、發(fā)芽、干燥等工藝加工而成,目前發(fā)芽糙米GABA富集工藝方法主要從優(yōu)化浸泡及發(fā)芽工藝條件、逆境脅迫處理、循環(huán)加濕等方面入手,通過(guò)優(yōu)化工藝參數(shù),促進(jìn)GAD酶促反應(yīng),從而提高糙米中GABA含量。

1.1 優(yōu)化浸泡及發(fā)芽工藝條件

影響糙米中GABA含量的主要因素有浸泡溫度和時(shí)間、發(fā)芽溫度和時(shí)間等?？滴腻萚2]采用響應(yīng)面分析法優(yōu)化糙米發(fā)芽富集GABA的工藝參數(shù),得到最佳條件是浸泡溫度30 ℃、浸泡時(shí)間24 h、發(fā)芽溫度30 ℃、發(fā)芽時(shí)間28 h,此時(shí)糙米中GABA含量可達(dá)到906.563 mg/kg。在此基礎(chǔ)上,為了增加發(fā)芽糙米中GABA含量,研究人員在浸泡過(guò)程添加谷氨酸鈉、氯化鈣,以起到增加GAD酶促反應(yīng)底物濃度、增強(qiáng)GAD活性的作用[3]。同時(shí)為了減少浸泡時(shí)間,改善發(fā)芽糙米口感,在浸泡過(guò)程中也會(huì)添加纖維素酶或復(fù)合酶等[4]。張盈嬌等[5]在浸泡時(shí)間25 ℃、浸泡時(shí)間2 h、發(fā)芽時(shí)間48 h、CaCl2溶液濃度1 mg/mL、纖維素酶溶液濃度0.64 mg/mL、谷氨酸溶液濃度1.5 mmol/L的條件下,得到的發(fā)芽紅糙米中GABA含量可達(dá)到發(fā)芽前的2倍。

1.2 逆境脅迫處理

當(dāng)植物收到逆境刺激時(shí),植物體內(nèi)H+和Ca2+會(huì)大量增加,這會(huì)顯著提高GAD活性,進(jìn)而促進(jìn)GABA生成[6]。糙米逆境脅迫處理是在發(fā)芽過(guò)程中采用低氧、高鹽滲透、低溫、超聲波等方式脅迫萌發(fā)。丁俊胄[7]等研究發(fā)現(xiàn),利用CO2和N2在糙米萌發(fā)不同階段制造厭氧環(huán)境,在發(fā)芽前期進(jìn)行厭氧處理會(huì)抑制GAD活力,在發(fā)芽中后期(60～72 h)則能起到顯著促進(jìn)作用,且CO2的促進(jìn)效果明顯優(yōu)于N2。曹晶晶等[8]發(fā)現(xiàn)超聲波處理能使發(fā)芽糙米中谷氨酸含量增加2倍以上,快速提高GAD活性,促進(jìn)GABA含量增加,尤其在發(fā)芽前期效果顯著。

1.3 循環(huán)加濕法

循環(huán)加濕法是采用按需加濕逐漸提高含水率直至糙米發(fā)芽萌發(fā)的方法,與常規(guī)發(fā)芽糙米生產(chǎn)工藝需要長(zhǎng)時(shí)間浸泡相比,此法在有效提高發(fā)芽糙米中GABA含量和發(fā)芽糙米得率的同時(shí),顯著降低發(fā)芽糙米爆腰率[9]。賈富國(guó)等[10]研究了循環(huán)加濕工藝對(duì)發(fā)芽糙米中GABA含量的影響,在優(yōu)化的工藝參數(shù)條件下,循環(huán)加濕處理后發(fā)芽糙米中GABA含量為浸泡發(fā)芽處理的2.09倍。張強(qiáng)等[11]研究得出此法中單次加濕量、間隔時(shí)間和溫度對(duì)爆腰增率和發(fā)芽糙米得率影響顯著,在單次加濕量1.2%～1.6%、間隔時(shí)間45～75 min、溫度30 ℃條件下,發(fā)芽糙米的爆腰率低于33%,得率大于90%,這比傳統(tǒng)浸泡處理爆腰率降低20%～70%,發(fā)芽糙米得率提高1%～16%。

2 發(fā)芽糙米中GABA的檢測(cè)方法

發(fā)芽糙米中GABA的測(cè)定主要有比色法、氨基酸分析儀法、高效液相色譜(HPLC)法等。其中比色法檢測(cè)精度不高,但相對(duì)簡(jiǎn)單、快速且成本較低,適合大批量樣品的快速測(cè)定;氨基酸分析儀法具有檢測(cè)準(zhǔn)確、操作簡(jiǎn)便的優(yōu)勢(shì),但儀器專用,同時(shí)檢測(cè)成本高;HPLC法檢測(cè)精密度高,準(zhǔn)確度好,但操作過(guò)程較繁瑣。隨著檢測(cè)機(jī)構(gòu)條件和能力的不斷提升,目前GABA的檢測(cè)主要選用HPLC法。

采用HPLC法測(cè)定GABA時(shí),由于GABA在快速加熱條件下易分解,需在上柱前進(jìn)行衍生化處理?，F(xiàn)常用的衍生劑主要有鄰苯二甲醛(OPA),2,4-二硝基氟苯(FDNB),4-二甲基胺基偶氮苯-4-磺酰氯(DABS-Cl)等。輕工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QB/T 4587《γ-氨基丁酸》于2013年發(fā)布,該標(biāo)準(zhǔn)中采用HPLC法測(cè)定GABA含量,并選用OPA進(jìn)行柱前衍生化[12]。由于OPA衍生產(chǎn)物不穩(wěn)定,信號(hào)衰減快,在2022年替代標(biāo)準(zhǔn)中HPLC法選用衍生劑調(diào)整為2,4-二硝基氟苯(DNFB)[13]。該標(biāo)準(zhǔn)適用于以L-谷氨酸(鈉)為原料,經(jīng)微生物發(fā)酵或生物酶轉(zhuǎn)化、精制、干燥或加入調(diào)配輔料制得的γ-氨基丁酸樣品。由于該標(biāo)準(zhǔn)方法中樣品的GABA含量高,且缺少GABA提取制備過(guò)程,因此該標(biāo)準(zhǔn)方法用于測(cè)定發(fā)芽糙米中GABA含量時(shí)適用性不強(qiáng)。2016年農(nóng)業(yè)農(nóng)村部批準(zhǔn)發(fā)布了農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T 2890《稻米中γ-氨基丁酸的測(cè)定高效液相色譜法》[14]。該法中樣品先經(jīng)粉碎過(guò)60目篩,并采用80%的乙醇溶液提取后,選用DABS-Cl衍生化處理,利用C18色譜柱,以乙腈-三水合乙酸鈉溶液作為流動(dòng)相,在436 nm波長(zhǎng)下測(cè)定GABA含量。此標(biāo)準(zhǔn)方法前處理步驟簡(jiǎn)單,重現(xiàn)性好、分析時(shí)間短、檢測(cè)成本低,適用于發(fā)芽糙米中GABA的測(cè)定[15]。

3 結(jié)束語(yǔ)

循環(huán)加濕法能提高發(fā)芽糙米中GABA含量和得率,并有效降低發(fā)芽糙米爆腰率,是工業(yè)化生產(chǎn)發(fā)芽糙米的趨勢(shì)。目前在此方法研究及設(shè)備研發(fā)上,日本處于領(lǐng)先地位,其研發(fā)的GABA富化設(shè)備經(jīng)過(guò)數(shù)代更新,可通過(guò)蒸汽加濕加熱促使糙米發(fā)芽,與此同時(shí)促進(jìn)胚芽生成的GABA自然擴(kuò)散轉(zhuǎn)移到胚乳中,經(jīng)后續(xù)加工得到的白米中GABA含量是普通白米的約10倍。隨著人們對(duì)健康的越來(lái)越重視,發(fā)芽糙米作為功能性食品,其市場(chǎng)前景將會(huì)非常廣闊。