（食品科学专业论文）籼米发芽糙米制备工艺及其营养特性的研究.pdf

独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得湖南农业大学或其它教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示了谢意。 研究生签名：张群时间：2 0 0 6 年6 月6 日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解湖南农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留 送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩放或扫描等复 制手段保存、汇编学位论文。同意湖南农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、 传播学位论文的全部和部分内容。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究生签名：张群 导师签名：单杨 时问：2 0 0 6 年6 月6 日 时问：2 0 0 6 年6 月8 日 、乞叫 ：、lv可 。强乏中降 籼米发芽糙米制备工艺及其营养特性的研究 摘要 发芽糙米是一类新型的功能性稻米深加工产品，它的营养价值高，同时富含功能 性组分y 一氨基丁酸，是一类具有发展潜力的产品。 本文以南方籼稻为原料，对发芽糙米生产过程中的两个重要工序浸泡和发芽进行 了重点研究，探明了这两个工序的最佳条件和主要营养物质( 淀粉、还原糖和可溶性 蛋白) 的变化规律，并对糙米在浸泡中y 氨基丁酸的富集进行初步探讨。 糙米浸泡吸水达饱和的时间随不同的浸泡温度而不同：在2 5 宜浸泡8 1 0 小时， 在3 0 宜浸泡6 8 小时，在3 5 宜浸泡4 6 小时，在4 0 宜浸泡2 - 4 小时。并研究 发现糙米在浸泡后期淀粉呈下降趋势，还原糖呈增加趋势，可溶性蛋白呈增加趋势。 糙米在浸泡液p h 5 6 ，温度4 0 5 0 ，糙米与谷氨酸钠的比值为1 2 0 0 9 m o l ， 0 5 m m o l l c a 2 + 来浸泡湘晚籼1 1 号糙米浸泡4 小时其y 氨基丁酸含量分别达最大值。 糙米在浸泡后随发芽时间的延长其淀粉总呈下降趋势，还原糖总呈增加趋势，可溶性 蛋白变化先增加，后减少。y 氨基丁酸的含量是发芽1 2 小时达最大。以0 5 m m o l l c a 2 + + 柠檬酸浸泡以0 5 m m o l lc a 2 + + 柠檬酸培养发芽其g a b a 的含量为最高，达 9 8 9 6 m g 1 0 0 9 。综合淀粉降解值和y 氨基丁酸含量两个指标确定了生产发芽糙米的 最佳工艺条件，浸泡温度为3 0 ，浸泡时间为1 0 小时，发芽温度为2 9 ，发芽时间 为1 2 小时，在此条件下淀粉的降解值为7 5 8 ，y 氨基丁酸含量达9 4 5 8 m g 1 0 0 9 。 关键词：籼米发芽糙米制备工艺营养特性 s t u d i e so nh i s e nb r o w nr i c ep r o c e s s i n gp r o c e d u r ea n d n u t r i t i o ns p e c i a l i t y a bs t r a c t g e r m i n a t e db r o w nr i c ei sak i n do fn e wf u n c t i o n a lr i c ed e e p l yp r o c e s s i n gp r o d u c t i t s n u t r i t i o n a lv a l u ei sh i 【g l l ，s i m u l t a n e o u s l yr i c h l yc o n t a i n sf u n c t i o nc o m p o n e n t 7 - g a b a i ti s ak i n dp r o d u c to fp o t e n t i a ld e v e l o p m e n t t h i sp a p e rh a ss e l e c t e ds o u t h e r nh i s e nr i c ea sr a wm a t e r i a l t h i sa r t i c l es t u d i e dt w o i m p o r t a n tw o r k i n gp r o c e d u r e so fs o a k i n ga n dg e r m i n a t i n gi ng e r m i n a t e db r o w nr i c e p r o c e s s ，v e r i f i e dt h et w ow o r k i n gp r o c e d u r e so p t i m u mc o n d i t i o na n dt h ec h a n g er u l eo f t h em a i nn u t r i e n t s ( s t a r c h ，r e d u c e ds u g a ra n ds o l u b l e p r o t e i n ) ，a n d c a r r i e do nt h e p r e l i m i n a r yd i s c u s s i o no f7 - g a b ac o n c e n t r a t e di nt h eb r o w nr i c ed u r i n gs o a k i n g t h eb r o w nr i c es o a k sw a t e rt or e a c ht h es a t u r a t e da td i f f e r e n tt i m e a l o n gw i t h d i f f e r e n tt e m p e r a t u r e ：i n2 5 s u i t a b l yf o r8 1 0h o u r s ，i n3 0 s u i t a b l yf o r6 , 8h o u r s ，i n 3 5 s u i t a b l yf o r4 - 6h o u r s ，i n4 0 s u i t a b l yf o r2 4h o u r s a n dt h er e s e a r c h d i s c o v e r e ds t a r c ht oa s s u m et h ed r o pt e n d e n c y , t h er e d u c e ds u g a ra s s u m e st h ei n c r e a s e t e n d e n c y , t h es o l u b l ep r o t e i na s s u m e st h ei n c r e a s et e n d e n c yi nt h el a t e rp e r i o do fs o a k i n g b r o w nr i c e t h e 丫- g a b ac o n t e n to fb r o w nr i c er e s p e c t i v e l yr e a c h e st h em a x i m u m v a l u ea t s o a k i n gs o l u t i o np h 5 - 6 ，t e m p e r a t u r e4 0 5 0 ，t h eb r o w nr i c ea n dt h eg l ur a t i o 1 2 0 0 9 m o l , s o a k i n gf o r4h o u r s t h es t a r c ho fb r o w nr i c ea l w a y sa s s u m e st h ed r o p t e n d e n c 5 t h er e d u c e ds u g a ra l w a y sa s s u m e st h ei n c r e a s e t e n d e n c 5 t h es o l u b l e p r o t e i nc h a n g e sf i r s ti n c r e a s e sl a t e rr e d u c e sd u r i n gg e r m i n a t i n ga f t e rs o a k i n g t h e 7 - g a b ac o n t e n tr e a c h e sb i gh i g hw h i l eg e r m i n a t i n gf o r1 2h o u r s a st h es t a r c h d e g r a d a t i o nv a l u ea n dt h e 丫一g a b ac o n t e n tt w ot a r g e t s ，t h ea r t i c l eh a dd e t e r m i n e dt h eb e s t c o n d i t i o no fg e r m i n a t e db r o w nr i c ep r o d u c t i o n ，s o a k i n gf o r1 0h o u r si n3 0 ，g e r m i n a t i n g f o r1 2h o u r si n2 9 ，u n d e rt h i sc o n d i t i o nt h es t a r c hd e g r a d a t i o nv a l u ei s7 5 8 ，y g a b a c o n t e n tr e a c h e s9 4 5 8 m g l o o g k e yw o r d s ： p r o p e r t y h i s e nr i c e ；g e r m i n a t e db r o w nr i c e ；p r o c e s s i n g p r o c e d u r e ；n u t r i t i o n 6 第一章绪论弟一早珀下匕 稻谷是世界许多国家和地区的主要粮食作物，在我国栽培历史悠久。稻谷脱壳后 就成为糙米，古人所吃的大米都是糙米，在长期的饮食实践中发现糙米不但能充肌裹 腹，而且对人体有极大的营养价值。如今随着社会的发展以及现代文明病的出现， 人们越来越来重视天然保健食品糙米食品的开发与利用，糙米食品也称为“现代 文明病的克星”。糙米虽有较高的营养保健功能，但也有一定的营养缺陷，难煮、难 吸收。为解决此问题，开发的糙米食品很多，也有很多方法，如物理、化学和生物处 理等。发芽糙米就是利用糙米本身具有生命活性的特点，用生物处理法将糙米催促发 芽。糙米发芽后食用性接近于白米瞳1 ，同时会获得比糙米更多的营养成分，具有改善 脑血流通、降低血压、缓解动脉硬化、改善肝、肾功能、防止皮肤衰老、减肥、治疗 便秘等功效1 。 发芽糙米起源于日本，并将发芽糙米称为“营养丸”、“神农米”、“元气米”，在 欧洲、台湾、香港等地已有产品上市。有科学家预言，发芽糙米可将成为2 1 世纪人 类的主食资源。但我国目前尚无发芽糙米产品面市，只是近两年相关研究论文经常见 诸报刊，并且相关的研究都是以北方粳米为原料，南方籼稻尚未涉及。 1 研究的目的与意义 1 1 糙米与人类健康 稻谷在加工过程中经过砻谷脱去颖壳后为糙米，由糠层、胚芽和胚乳组成。在美国， 糙米被美称为褐色米，食用糙米形成一股不消的浪潮h 1 。胚乳是稻米的主要组成成分， 主要是淀粉，胚芽是稻米的初生和分生组织，是谷物生理活性最强的部分瞄呵1 。糙米的营 养生理功能远胜于同品种稻谷加工的大米。糙米比精米的营养价值更高，全谷物食品倍 受人们的推崇啊1 。 糙米的胚和糊粉层中富含生理活性物质( 也称功能因子) ，如v 。、亚油酸、米糠蛋 白、y 一氨基丁酸( y g a b a ) 、六磷酸肌醇( i p 。) 、谷胱甘肽、y 谷维素、y - n 魏酸、 n 去氢神经酰胺、角鲨烯、米糠多糖、米糠脂多糖l p s r n 卜1 2 1 、膳食纤维、米糠半纤维 1 0 素等，但具体含量受稻谷品种、栽培季节的影响髓、1 1 、1 3 3 ，这些功能因子能够提供稻米所 含传统营养价值以外的健康益处，也能提供特别的营养收益，具有潜在的预防、治疗 或控制疾病的作用n 4 15 | 。糙米中溶菌酶含量达0 6 ，用米粉或大米提取物作为婴儿配方 食品和儿童食品可提高营养质量n 6 | 。 梁代陶弘景在名医别录中称糙米能“益气止 渴止泻”。唐代孟冼在食疗本草中说，糙米有“止痢，补中益气，坚筋骨，和血脉” 之功。明代李时珍在本草纲目中称糙米具有“和五脏、好颜色”的妙用。米糠含有 许多皮肤需要的营养物质，李时珍在食物本草中说“米皮即米糠，味甘、平、无毒， 主通肠胃，下气、磨积快，作食能充滑肤体，可以颐养”。可见糙米不仅具有食用价值， 而且还有神气的医疗保健、养生延年的效用n 、8 、1 7 删。 糙米在饲料方面也有很深的用途，与玉米相比，毫不逊色。无论是能量还是其他营 养成分都非常接近，其主要氨基酸含量还优于玉米。新鲜糙米的营养价值与玉米很近似， 有的甚至优于玉米乜4 。25 | 。早籼糙米因为直链淀粉含量高，口感差，与w h o 模式相比，早 稻糙米蛋白质具有较好的氨基酸组成，是一种优质蛋白质，且其谷氨酸、天门冬氨酸、 精氨酸和亮氨酸含量丰富瞳3 | 。如以糙米来喂养鹅，可大大减少脂肪肝的形成，可代替玉 米饲料乜6 。并且糙米总能量高于玉米，是可代替玉米的牲畜优质饲料之一例。糙米营养 价值丰富，即可用于饲料，也可开发糙米食品。但由于糙米表面的糠层，不易被消化和 吸收，口感较差，煮食方法比较费时、费力啪1 。即使不同碾削程度的糙米煮成饭后食味 有很大的区别口2 | ，但过分碾削则导致营养成分损失，失去了食用糙米的意义h 4 1 。糙 米仍保留着米糠层与胚芽，虽营养优于白米，但口感太硬，难以作为主食食用乜1 1 。所 以不能直接食用，必须经过加工处理。采用现代先进的科学技术处理、加工糙米，研究、 开发了各种既能保证糙米营养，又具有保健功能易被消化、口感好的方便糙米食品口1 、圳。 加工的糙米产品如下：无糖糙米蛋糕瞵1 ，纯天然速食糙米片1 ，膨化法加工的速食糙米 粉7 _ 38 | ，糙米曲奇饼干、3 9 j ，新湿法技术加工的全糙米粉n 叫1 | ，还有将糙米浸泡、加热、 焙炒，并粉碎成多孔的糙米粉h 2 删，营养糙米面包1 。日本也开发了许多糙米食品：解 氨毒营养饮料、富含维生素的糙米饮料、糙米茶。糙米茶有“三通”及“除臭”功效， 即通血、通便、通尿与除口臭及大、小便臭日5 、4 7 剖。 稻谷中功能性成分含量丰富，相信在不远的将来，将会有越来越多的水稻功能性 成分专用品种被选育成功瞄1 | 。在高营养素的水稻品种被开发且大规模种植之前，强化 依然是改善大米营养价值的途径，但还不如对糙米直接加以开发利用2 i 。糙米食品有 很多，其发展潜力很大，也需要有大的投入来引导消费。 1 2 发芽糙米产品的研究意义 发芽糙米就是发了芽的糙米，发芽等同于“怀孕”，实质就是糙米的活性化，是 糙米中所含有的大量酶( 如1 3 一淀粉酶、d 一淀粉酶、b 一葡聚糖酶、戊聚糖转化酶、 麦芽糖酶、纤维素酶、半纤维素酶、蛋白酶、植酸酶、脂肪酶、磷脂酶等) n 2 “3 。5 钔 被激活和释放，并从结合态转化为游离态的酶解过程，使得在糙米中所沉静的酵素经 过充分的活化与生物转换，不仅超越白米和糙米的营养价值，更进一步进化产生新型 态营养价值的发芽米h 、2 9 、5 5 。5 7 1 。且含有丰富的抗脂质氧化物、清除自由基的酚酸和阿 魏酸田、植酸、谷维素、三烯生育酚、抗肿瘤的磷酸六肌醇( i p 。) 等功能性物质2 | 。 同时保留了丰富的维生素( b ，、b ：、b 。、c 、e ) ，矿物质( 镁、钾、锌、铁) 、膳食纤 维等营养成分，改善食用口感。其生理功能进一步增强，而且一些必需氨基酸含量显 著增加，如l y s 、色氨酸等，蛋白质含量提高，维生素和矿物质含量也略有增加。这 都是糙米无法相比的，更大大优于精米n2 i 。更为重要的是发芽糙米能富集大量的y 一 氨基丁酸畸8 。y 一氨基丁酸是一种非蛋白质氨基酸，由谷氨酸脱羧酶转化而来，是脊 椎动物中枢神经系统内的一种极其重要的神经递质，广泛存在于动植物中，对人体脑、 血管、神经、脏器等有多种药理作用的生理活性成分引。y 一氨基丁酸提高了氨的脱 毒能力，可使进入脑的血液中氨的浓度降低，可抑制由于血氨过高引起的抽搐引，而 在普通精米的加工过程中，由于要去掉糠皮和胚芽，失去了大部分营养物质的载体， 因而营养效价显然低于发芽糙米，发芽米属于一种健康新食品们5 。李时珍在本 草纲目述：“谷芽快脾开胃，下气和中，消食化积” 6 6 o 发芽糙米的提取物( e p b ) 可阻止c 0 1 。降低过氧化氢酶和过氧化物支解酶活性的作用7 | 。发芽米可作为单胃动 物提高植酸一磷消化能力的理想添加剂哺引。 发芽糙米的食用性接近白米，同时获得比糙米更多的营养成分，具有改善脑血流 通、降低血压、缓解动脉硬化、改善肝、肾功能、防止皮肤衰老、减肥、治疗便秘等 功效。日本科学家认为，在2 1 世纪，发芽糙米将在增进人类健康，防治疾病等方面 发挥有益的作用心_ 、69 | 。 根据不同用途，发芽糙米可有以下几种：主食用，在流通环节中有湿润品和干 制品两种形式，可根据食用目的不同来用，若旨在食养目的可按2 0 一3 0 l 匕例与白米混 配后炊饭；旨在食疗目的，混配比例可增至5 0 ，甚至更高一点。加工功能性食品 配料用，有鲜芽( 发芽终止后直接湿法磨浆汁直接配料用) 和干芽( 发芽终止后低温 干燥至水分1 5 + _ 0 5 ，粉碎成干燥的芽粉体) 两种形式。如作为营养强化剂可进入食 品与药品的边沿区，开发成营养早餐、功能性饮料、发芽糙米营养味噌、发芽糙米药 膳粥、糙米芽酱汁、发芽糙米酒和富含y 一氨基丁酸糙米胚芽保健食品等h 9 、7 0 。72 | 。发芽 糙米是近年来国内外十分受消费者欢迎的保健食品，比普通白米更具有营养和保健功 能，提高了大米的营养价值与商业价值，增加了米制品品种，发展前景广阔“3 。 我国是稻谷及其衍生制品的生产和消费大国，且中国水稻研究所认为我国水稻单 产仍有增加潜力m 1 。发芽糙米研发成功，将为大米的综合利用，提高稻谷附加值，开 发功能性食品提供了良好的新途径，同时对推动农产品深加工，提高人民生活质量及 健康水平有着重要的现实意义口4 | 。 2 国内外研究动态及趋势 发芽糙米最早的商品化技术是日本农林省中国农业实验场与食品研究所1 9 9 7 年联 合开发的，1 9 9 9 年1 1 月2 9 日日本“朝日新闻”刊出“发芽糙米大登场”的新闻，这是 提高大米营养价值又一新途径，从而引起世人的瞩目。日本发芽糙米市场前景广，盯5 1 并 于2 0 0 4 年2 月正式启动发芽糙米协会工作，可以期望发芽糙米的市场将得到进一步的 生产和发展。台湾省“台北板桥农会”于2 0 0 2 年8 月生产出发芽糙米并面市订引。近 年来，多种富含y 一氨基丁酸的发芽糙米食品在日本、台湾和香港不断上市。我国目 前尚无发芽糙米产品面市，但近两年相关研究论文经常见诸报刊，表明受日本的影响， 我国发芽糙米产品的研发将进入高潮中。 t s a i k u s a 研究发现稻米粒用水浸泡后，游离氨基酸的组成和含量发生了显著变 化，其中y 一氨基丁酸变化最明显，含量大幅度提高，而且y 一氨基丁酸的变化主要是 在胚芽部分发生的，并且不同品种的米胚芽富集y 一氨基丁酸的能力有很大的差异， 其中y 一氨基丁酸富集最高的是一种巨胚米的米胚芽n 7 。7 引。s h a r m a nd 0 n e i u 研究发 现外源c a 卦、g a 。能激活淀粉酶活性盯9 | ；p p e r a t a 发现稻谷发芽的厌氧能力强，因为 在完全厌氧下稻谷发芽也能形成q 一淀粉酶睛0 。；因q 一淀粉酶是谷粒参与生理活动的 重要水解酶，其变化反映了种子内部的物质代谢情况睛。h i s a s h i k a t o n o g u c h i 发现 在发芽初期能诱导酒精发酵是很重要的陋2 。 国内对发芽糙米研究最多的是顾振新等人，他们研究发现糙米发芽后其淀粉酶活 力、还原糖、游离氨基酸、淀粉和水溶性蛋白质含量等高于糙米；研究了糙米与稻谷 的发芽活力及其发芽期间主要物质含量的进行了比较，发现糙米的发芽活力大于稻 谷，发芽糙米的主要物质中除淀粉外，还原糖、游离氨基酸和水溶性蛋白质含量均高 于稻谷阳3 。顾振新等研究了温度、c a 2 + 处理对发芽糙米中淀粉酶活的影响，发现最适 发芽温度为2 2 。c ，c a 2 + 处理最佳浓度为0 5 m m o l l ，超过此浓度则产生抑制作用踊驯。 研究了c a 2 + c a 。处理对淀粉酶活的影响，以0 5 m m o l 1c a 2 + + 0 0 2 m g lg a 。的处理 对提高淀粉酶活力、淀粉降解速度和还原糖的生成效果最好陋引。郭晓娜等人研究利用 响应面法对发芽糙米的条件进行优化，发现富含y 一氨基丁酸及发芽糙米的最佳发芽条 件为浸泡时间1 2 小时，浸泡温度2 0 。c ，培养温度为3 2 ，培养时间2 6 小时瞄6 | ；研究 了以总糖、还原糖、可溶性蛋白为考察指标时的最优条件为浸泡温度3 2 。c ，浸泡时间 为1 2 小时，发芽温度3 0 ，发芽时间3 6 小时畸圳。杨明毅等人利用北京华通康源科技 有限公司开发了糙米发芽一体化设备研究了糙米发芽的适宜工艺条件为：浸泡温度为 2 5 。c - 3 0 。c ，时间为2 2 2 6 小时，发芽温度2 0 。c 一3 0 。c ，时间为2 4 - 2 6 小时畸8 l 2 | ；黄迪 芳等人对工艺进行研究，以y 一氨基丁酸的含量为指标，发现以i m m 芽长为发芽糙米的 最佳状态6 咱引。许仁傅等人综述了发芽糙米的营养价值和基本生产工艺阳8 l 碡9 | ；张晖 等利用纸层析法定量测定米胚芽中的y 一氨基丁酸，此法简单易行，耗费低廉，可作 为食品中y 一氨基丁酸分析测定的手段阳0 | 。很多研究者对米胚芽中y 一氨基丁酸的功能 与富集方法研究进行了大量的分析和综述四卜1 03 | 。虽然已经开展了糙米发芽的初步研究 开发并开发了专用设备，对y 一氨基丁酸的功能与富集也进行了研究，但我国市场尚 无富含功能性成分y 一氨基丁酸的发芽糙米产品出售。 3 存在问题及研究方向 3 1 不同研究者以不同粳稻糙米品种为原料，研究出的结果不尽相同，不同粳稻 品种对y 一氨基丁酸含量有很大的影响，看来原料差异影响其最佳工艺参数，并且对 南方的籼稻还未涉及。 1 4 3 2 对糙米中y 一氨基丁酸富集条件研究不多，目前采取的是控制发芽温度、时 间的方法，对y 一氨基丁酸的富集方法研究有待深入。y 一氨基丁酸由谷氨酸在谷氨酸 脱羧酶的作用下产生。脱羧酶存在于生物中，专一性很强。一般脱羧酶都是诱导酶， 即要有相应的氨基酸存在，才能形成相应的脱羧酶。在浸泡过程中加入适量的谷氨酸 钠( m s g ) ，糙米与谷氨酸钠的比例合适，并调节p h ，使m s g 在谷氨酸脱羧酶的作用 下转变为y 一氨基丁酸，可以提高制品中v 一氨基丁酸的含量，但还有待下一步的研究。 3 3 在发芽工艺中要着力提高糙米的y 一氨基丁酸生成率、发芽率。 3 4 原料的供应，应与农业部门配合，对减少农药污染要有保障措施并做好种子 选育，稻谷要有优质胚芽和高的发芽率。 3 5 要重视发芽糙米的商品化及其应用推广。 3 6 关于发芽糙米保存期间y 一氨基丁酸等生理活性物质损失率的研究处于空 白，应研究提高发芽糙米保存期间y 一氨基丁酸稳定性的方法。 3 7 不同稻米品种谷氨酸脱羧酶和蛋白酶含量不同，导致发芽糙米主要生理活性 物质y 一氨基丁酸的生成量显著不同；目前国内还未见针对不同水稻粳稻、籼稻品种 开展的相关研究报道。 3 8 发芽糙米制品标准的规范化是一个需要解决的问题，需要一个标准来更好的 规范市场；目前发芽糙米的价格是白米的2 3 倍，如何在价格和风味上接近白米是研 究的重点；发芽糙米的保健功能还需要继续验证，以获得充分的证据，指导和促进这 项产业的发展。 3 9 当发芽结束后，发芽糙米的含水率很高，湿度很大，必须解决湿态发芽糙米 的货架期以及流通问题。 4 研究内容 4 1 糙米浸泡特性的研究 4 1 1 不同浸泡温度、浸泡时间对不同品种糙米粒吸水效果的研究 4 1 2 不同溶液对糙米粒吸水效果的影响 4 1 3 浸泡时糙米主要营养物质( 淀粉、还原糖、可溶性蛋白) 的变化 4 1 4 糙米在浸泡中y 一氨基丁酸的变化( 随着浸泡温度、浸泡时间、不同p h 浸泡溶液、糙米与谷氨酸钠的比例、c a 2 + 浓度) 4 2 糙米发芽的研究 4 2 1 糙米发芽率的测定( 不同的浸泡温度、浸泡时间和发芽温度、发芽时间) 4 2 2 糙米在发芽过程中主要营养物质的变化( 淀粉和还原糖、可溶性蛋白) 4 2 3 不同发芽时间下y 一氨基丁酸的含量 4 2 4 发芽培养液的确定 4 3 发芽糙米工艺条件的研究过程 4 3 i 发芽条件的确定 4 3 2 工艺流程的确定 4 3 2 正交实验确定最佳工艺条件 第二章糙米浸泡特性的研究 引言 发芽糙米是一种新型的健康食品。糙米的发芽实质上就是一个生物化学反应的过 程。当糙米的水分增加到一定程度时，使部分储藏物变为溶胶；同时，酶由结合态转 化为游离态而起酶解作用，子粒中不溶于水的物质转化为供胚利用的物质。更为重要 的是发芽糙米富集了功能性成分y 一氨基丁酸( y - g a b a ) 。y 一氨基丁酸是一种对人体 非常有益的氨基酸，由谷氨酸经谷氨酸脱羧酶催化转化而来，在人体内参与脑循环生， 理活动n 0 0 3 h 59 。y 一氨基丁酸作为一种新型食品功能性因子正越来越引起人们的注意。 富含y 一氨基丁酸的食品具有良好的免疫和保健作用，其研究受到很大重视。y 一氨基 丁酸是一种生理活性成分，能降血压、抗惊厥，增加神经营养，改善脑机能，促进长 期记忆，促进生长激素分泌，具有活化肝功能。 首先，y 一氨基丁酸具有抑制神经传导物质的作用，可以改善大脑的血液流通和 代谢，增加对大脑的氧气供给，因此被作为脑梗塞、脑出血、脑血管疾病的治疗药物； 其次，y 一氨基丁酸适量摄取可以预防和治疗高血压，也可用于痴呆症的治疗；另外， y 一氨基丁酸还有改善更年期症状和降低中性脂肪的作用。y 一氨基丁酸是一种非蛋白 质氨基酸，广泛存在于动、植物界，也是哺乳动物脑和脊髓中具有抑制性神经递质， 介导4 0 以上的抑制性神经传递阳伽h 9 5 呻7 l 阳9 。 制取发芽糙米的关键步骤中第一步就是糙米的浸泡处理。本章对糙米的浸泡吸水 特性和浸泡过程中的主要营养物质的变化及浸泡中糙米的y 一氨基丁酸含量富集进行 了初步的研究，研究浸泡处理的工艺参数其目的是：有助于提高糙米中y 一氨基丁酸 含量，提高糙米的吸水率，节约浸泡时间，缩短发芽时间，提高糙米的发芽率。 1 材料与方法 以水稻为原料，必须选出糙率高、整糙米率高的水稻品种，这样才能提高生产率， 节约成本。 均取5 0 o g 稻谷，手工精选，砻谷后称取整糙米和碎米， 1 7 出糙率的计算： 出糙率= 整粒米+ 碎米2 1 0 0 5 0 一 表1 1不同品种的稻谷出糙率一览表 t a b l e 1 1b r o w nr i c ey i e l do fd i f f e r e n tv a r i e t yr i c e 品种 稻谷质量( g ) 壳质量( g ) 砻谷后碎米质量( g )整糙米质量( g )出糙率( )谷壳率( ) 湘晚籼1 1 号5 0 01 1 01 84 0 08 1 82 2 湘晚籼1 2 号 5 0 0 1 1 2 51 83 6 77 5 22 2 5 湘晚籼1 3 号 5 0 01 1 12 03 6 77 5 42 2 2 爱农5 号5 0 01 2 02 53 6 07 4 52 4 农香1 0 3 5 0 0 1 5 32 3 51 0 85 7 83 0 6 从表1 1 中可看出不同品种有不同的出糙率，有相关研究者认为出糙率与胞内2 ， 4 一二氯苯氧基醋酸浓度、亚硝酸离子的多少有关。胞内2 ，4 一二氯苯氧基醋酸浓度越 高，砻谷时壳越少，出糙率就越高n 0 9 3 。亚硝酸离子抑制生长导致壳多，出糙率低n 1 0 1 。 从表1 1 中可看出，以出糙率和整糙米率为考察指标，湘晚籼1 1 号为最佳品种。 1 1试验材料 1 1 1 水稻品种 籼稻，湘晚籼1 1 、1 2 、1 3 号、爱农5 号，湖南省农业科学院水稻所提供推广的 籼稻优质稻品种( 根据其米质分析结果来定：米质在二级以上的稻谷品种) 1 1 2 主要药品与试剂 柠檬酸、氯化钙、3 ，5 一二硝基水杨酸、葡萄糖、丙三醇、氢氧化钠、双缩脲、 酪蛋白、酒石酸钾钠、硫酸铜、硫酸锌、亚铁氢化钾、正丁醇、醋酸、硫酸铜、7 5 乙醇、茚三酮、滤纸 1 1 3 主要仪器设备 恒温箱、电子天平、小型砻谷机、电炉、u v 7 5 1 g d 型紫外可见分光光度计、比色 皿、旋光仪、微量注射器、层析缸、纯水净化器 1 2 试验方法与步骤 1 2 1 米粒水分含量测定 浸泡前的糙米粒水分采用标准法g b5 0 0 9 ( 1 0 5 。c 恒重法) 1 2 2 浸泡后米粒水分采用米粒表面水分沥干法i 0 4 1 滤纸粗吸，纱布细吸的方法沥干米粒表面水分。 配好的溶液放入水浴锅中，调好温度，当温度达到指定温度后，将己称重( 精确 到0 1 9 ) 的米粒放入带网眼的小容器中( 网眼直径小于米粒直径) ，然后将小容器放 到水浴锅中，使米粒完全浸没在溶液中，开始计时。当达到指定时间，取出容器滤去 其中大部分水，然后将米倒在滤纸上轻轻擦拭，当吸去米粒表面大部分后，将米倒入 纱布中，用纱布轻轻擦拭，等米粒表面水分完全吸干后，称重， 由下式可计算其吸水率。 x 2 ：a - b 1 0 0 b 一 其中a 吸水后糙米粒重( g ) ；b 吸水前糙米粒重( g ) 1 2 3 淀粉、可溶性蛋白、还原糖、y 一氨基丁酸含量的测定 淀粉的测定： 另取一份处理后的糙米，粉碎加i h c l5 0 m l ，在沸水浴中水解半个小时，加水冷却， 然后加3 0 z n s o 。l m l ，1 5 亚铁氢化钾l m l 沉淀蛋白质，定容到l o o m l ，过滤，测定旋 光度。淀粉含量的计算： 竺兰! q q 2 0 3 x w ( 1 一m ) 其中q ：旋光度值，w 糙米的重量( 精确到0 o l g ) ；m ：糙米的水份 还原糖的测定： 葡萄糖的标准曲线口0 5 3 ：以葡萄糖浓度为横坐标，以吸光度为纵坐标绘制标准曲 线。 y=00046x-00061 图2 1 葡萄糖的标准曲线 0 浓度m g 1 定量称取多份糙米，不同处理后，取出，粉碎定容到5 0 m l 。取l m l 上清夜测定 还原糖( 利用水杨酸比色法) n 0 5 1 ，结果计算： 茎兰三q 茎兰q 兰! q ： w ( 1 - m ) 其中x ：根据标准曲线求出的还原糖的量m g l ：5 0 ：浸泡后糙米粉碎定容至 5 0 m l ；w ：糙米的重量( 精确到0 o l g ) ；5 0 ：从5 0 m l 中取l m l 加d n s 显色剂后定容至 5 0 m 1 。 可溶性蛋白的测定： 酪蛋白的标准曲线n 0 5 1 ：以酪蛋白浓度为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制出标准 曲线。 吸光度 y ：0 0 0 0 3 x + 0 0 0 9 2 0 3 0 2 5 0 2 0 1 5 0 1 0 0 5 0 08 31 6 6 2 4 9 3 3 2 4 1 54 9 85 8 16 6 47 4 78 3 0 浓度m g 1 图2 2 酪蛋白标准曲线 f i g 2 2t h es t a n d a r dc u r v eo fc a s e i n 2 0 定量称取多份糙米，不同处理后，取出，粉碎定容到5 0 m l 。取i m l 上清液测定可溶 性蛋白( 利用双缩脲比色法) 1 0 8 ，结果计算： 茎兰鱼兰兰q 兰! q ： w ( 1 一m ) 其中6 ：加水至2 m l ，然后加4 m l 显色剂；5 0 ：浸泡后糙米粉碎定容至5 0 m l ： w ： 糙米的重量( 精确到0 o l g ) ：m ：糙米粒的水份：x ：根据标准曲线求出的可溶性蛋 白的量m g 1 y 一氨基丁酸的测定田伽n 0 5 1 ： 采用纸层析法：先定性，然后根据标准曲线来定量。 物质被分离后在纸层析图谱上的位置用r ，值( 比移值) 来确定。在一定条件下， 物质的r ，值( r f = 原点到层析斑点中心的距离原点到溶剂前沿的距离) 是一定的， 因而根据比移值r ，可以进行物质的定性分析，分离后可采用适当的方法进行定量分 析。 层析滤纸：选用杭州新华1 号滤纸，裁剪成2 8 c m x2 8 c m ，在距滤纸边2 c m 处用 铅笔轻划一条线 点样：用点样器微量注射器定量点样。 展层：把缝成筒状的滤纸直立于层析缸底部，盖好钟罩，展开 显色：置9 0 烘箱烘l o m i n 定性：样品经展开显色后，将其r ，值与标准品的r v 作比较，可进行定性分析 定量分析：制作y 一氨基丁酸标准曲线 点样量0 ( 空白点) ，2 ，1 0 ，1 5 ，2 0 ，2 5 ，3 0 ，3 5 ，4 0 ，4 5 ，5 0 ，u g 展开，显色之后剪下层析纸上y 一氨基丁酸斑点，再剪一块面积大小相仿的空白 纸作比色对照。把剪下的纸片剪成细条，分别装进干燥试管中，加入5 m l 洗脱液洗脱， 间歇振荡，洗脱液显色，待1 5 m i n 后于5 2 0 n m 波长比色测定。 不同处理后的糙米磨碎定容到2 5 m i ，然后在5 0 恒温水浴提取4 h ，离心，取上 清液直接进行测定，测定如同标准曲线法，找出与标准y 一氨基丁酸斑点相同的，剪 下，洗脱，比色，将比色读数与标准曲线相比较，就可求出样品中y 一氨基丁酸含量。 y 一氨基丁酸标准曲线： 以y 一氨基丁酸点样量为横坐标，a s 2 0 n m 为纵坐标做图，找出吸光度与y 一氨基丁酸 的量呈线性关系的范围，绘制标准曲线。 表2 1y 一氨基丁酸点样量与吸光度的关系表 t a b l e 2 1t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e na b s o r b a n c ya n dd r i d d l ec o n t e n to fy - g a b a 吸光度a 0 6 0 5 0 4 0 3 0 2 0 1 0 051 01 52 02 53 03 54 04 5 点样量u g 图2 3y 一氨基丁酸标准曲线 i f i g 2 3t h es t a n d a r dc u r v eo f y g a b a 1 ：3 糙米的制取 。 不同品种的稻谷用实验用小型砻谷机将稻谷砻壳后，过筛去除剩余稻壳，然后进 行人工精选，去除虫蛀，霉变，异色粒，未成熟粒，无胚粒及石子等杂物，得到整粒 的留胚糙米。 1 4 浸泡 不同品种水分含量：湘晚籼1 l 号糙米的水分1 5 1 ，湘晚籼1 2 号糙米的水分 1 5 o ，湘晚籼1 3 号糙米的水分1 5 1 ，爱农5 号糙米的水分1 4 4 。 不同品种淀粉含量：淀粉含量分别为湘晚籼1 1 号7 0 8 ，湘晚籼1 2 号7 5 8 ， 湘晚籼1 3 号7 1 o ，爱农5 号6 8 2 。 1 4 1 浸泡吸水 选取了四种稻谷为原料，通过改变浸泡温度、浸泡时间、浸泡溶液浓度，考察在 不同浸泡条件下糙米粒的吸水效果。每次准确称取约1 5 0 9 糙米于细砂布中，在不同 条件下浸泡，按照滤纸粗吸，纱布细吸的方法称取糙米的质量计算吸水率，分析其吸 水变化。 1 4 2 浸泡时的主要营养物质变化 定量称取多份糙米，不同温度、不同浸泡溶液浸泡不同时间后，取出，粉碎定容 到5 0 m l 。可测定还原糖、可溶性蛋白。 另取一份不同温度、不同浸泡溶液浸泡不同时间后的糙米，粉碎加i h c l5 0 m l ， 在沸水浴中水解半个小时，加水冷却，然后加3 0 z n s o 。l m l ，1 5 亚铁氢化钾l m l 沉淀 蛋白质，定容到1 0 0 m l ，过滤，测定旋光度计算淀粉。 1 4 3 浸泡时y 一氨基丁酸含量的变化： 1 4 3 1 在不同的温度下浸泡不同时间时糙米中y 一氨基丁酸的变化 准确称取约5 0 0 9 糙米，去除稻壳、轻杂、无胚米、异色粒、未成熟粒以及石 子等杂质。放入培养皿中，加入蒸馏水浸没糙米，在不同的温度下浸泡不同时间，磨 碎后用蒸馏水定容到2 5 m l ，然后在5 0 。c 恒温水浴提取4 h ；离心，取上清液直接进行 测定。 1 4 3 2 不同p h 浸泡液浸泡y 一氨基丁酸含量变化的测定： 准确称取约5 0 0 9 糙米，去除稻壳、轻杂、无胚米、异色粒、未成熟粒以及石 子等杂质。放入培养皿中，加2 0 m l 不同p h 的缓冲液( 以浸没糙米为准) ，在4 0 。c 条 件下浸泡4 小时，磨碎后以相应的p h 值的缓冲液定容到2 5 m l ，然后在5 0 。c 恒温水浴 提取4 h ，离心，取上清液直接进行测定。 1 4 3 3 糙米与谷氨酸钠的不同比例处理后y 一氨基丁酸含量的变化： 在糙米发芽过程中，添加谷氨酸钠可提高y 一氨基丁酸的含量，但因糙米中的谷 氨酸脱羧酶的活性量有限，不可能无限量的添加谷氨酸钠，所以糙米和谷氨酸钠一合 适的比值。所以设定几个比例来选出最佳的合适比。 湘晚籼1 1 号稻谷砻谷，去除稻壳、轻杂、无胚米、异色粒、未成熟粒以及石子 等杂质，分别称取约4 o o g 、6 o o g 、8 o o g 、1 0 o o g 、1 2 o o g 、1 4 o o g 糙米，分别加 入谷氨酸钠1 8 7 9 ，然后加适量的水( 以浸没糙米为准) 摇匀，使谷氨酸钠充分溶解， 在4 0 。c 的条件下浸泡4 h ，取出磨碎定容到2 5 m i ，在5 0 。c 恒温水浴条件下提取4 h ， 然后离心分离，取上清液测定y 一氨基丁酸，即不同比例时y 一氨基丁酸的含量。 2 结果与讨论 2 1不同浸泡温度、浸泡时间对不同品种糙米粒吸水效果的影响 下面为不同品种不同温度浸泡不同时间糙米吸水率的影响图： 吸水率 02 4681 01 21 41 6 浸泡时间( h ) 图2 4 湘晚籼1l 号浸泡不同时间其吸水率的变化 f i g 2 4w a t e e ra b s o r b t i o nr a t e so fx i a n g w a nh i s e nl la td i f f e r e n ts o a k i n gt i m e 弘 沥 加 坫 加5 o 吸水率 3 5 3 0 2 5 2 0 1 5 1 0 5 0 024681 01 21 41 6 浸泡时间( h ) 图2 5 湘晚籼1 2 号浸泡不同时间其吸水率的变化 f i g 2 5w a t e ra b s o r b t i o nr a t e so fx i a n g w a nh i s e n1 2a td i f f e r e n ts o a k i n gt i m e 吸水率 3 5 3 0 2 5 2 0 1 5 1 0 5 0 02 4681 01 21 41 6 浸泡时间( h ) 图2 6 湘晚籼1 3 号浸泡不同时问其吸水率的变化 f i g 2 6w a t e ra b s o r p t i o nr a t e so fx i a n g w a nh i s e n1 3a td i f f e r e n ts o a k i n gt i m e 吸水率 3 5 3 0 2 5 2 0 1 5 1 0 5 0 02 8 l o 1 2 浸泡时间( h ) 图2 7 爱农5 号浸泡不同时间其吸水率的变化 f i g 2 7w a t ea b s o r b t i o nr a t eo fa i n o n gh i s e n5a td i f f e r e n ts o a k i n gt i m e 糙米粒吸水途径主要是由胚芽到子叶，再到胚乳，胚芽是糙米生命活动最旺盛的 地方，含有大量的蛋白质，其结构疏松，很易吸水。随后进入内子叶，再到胚乳，胚 乳主要成分是由蛋白质及淀粉组成，蛋白质位于淀粉颗粒的外层，水分由j b l t l 内逐渐 渗透，糙米充分吸水达饱和。开始时吸水很快，但慢慢趋于稳定。从图2 4 至2 7 均可明显看出，前4 小时吸水率均增加得很快，如湘晚籼1 1 号在2 5 时浸泡前4 小 时其吸水率由0 0 提高至, j 2 0 7 ，在3 0 浸泡前4 小时其吸水率由o 0 提高到2 3 3 ， 在3 5 时浸泡前4 小时其吸水率由0 0 提高到2 4 o ，在4 0 时浸泡前4 小时其吸 水率由o o 提高到2 8 0 。4 小时后逐渐缓慢上升，如湘晚籼1 1 号在2 5 浸泡其吸 水率由2 0 3 7 增加到2 4 o ，在3 0 浸泡其吸水率由2 3 3 增加到2 4 7 ，在3 5 浸 泡其吸水率由2 4 0 增加到2 5 3 ，在4 0 。c 浸泡其吸水率基本维持在2 8 0 。浸泡温 度升高，吸水速度明显加快，如图2 4 湘晚籼1 l 号在2 5 。c 浸泡吸水达饱和需要8 一1