（食品科学专业论文）发芽糙米的工艺优化与GABA富集.pdf

摘要 本文以“豫粳6 号”粳米为试材，利用响应面法( r s m ) 进行糙米发芽参数优化设计，建立 了二次多项式回归方程模型。结果表明：当浸泡时间= 1 7 8 3 h ，培养温度- - - - - 3 5 9 1 ( 2 ，培养时间= 2 0 2 7h 时，发芽糙米的y 氨基丁酸( y - a m i n o b u t y r i ca c i d ，以下简称g a b a ) 含量为1 5 0 4m g 1 0 0 9 干基，比市场现有的发芽糙米中g a b a 含量( 约1 3m g 1 0 0 9 ) 略高，同时通过显著性分析可得 培养温度、培养时间是影响g a b a 值的最主要的因素。 分别用电生酸性水和对照溶液( 电生碱性水、1 次氯酸钠溶液( v v ) ) 对糙米进行清洗或 浸泡两种处理，比较其杀菌效果及对糙米芽长和发芽糙米中最终g a b a 苣 量的影响。结果表明： 用电生酸性水和其对照溶液清洗后的发芽糙米，g a b a 薯t 量高于用其浸泡后发芽糙米中g a b a 的 含量，且用电生酸性水清洗的发芽糙米其g a b a 含量最高。虽然用电生酸性水清洗后的芽长比对 照略短，但其能明显抑制根的生长，同时电生酸性水能明显抑制糙米发芽过程中微生物的滋生。 通过测定糙米在发芽过程中蛋白氨、游离氨基酸、g a b a 、中性蛋白酶活( 以下简称蛋白酶 活) 、谷氨酸脱羧酶活的变化情况，研究g a b a 的富集规律。结果表明：糙米发芽过程中蛋白酶、 谷氨酸脱羧酶活性迅速提高，2 4 h 以后蛋白酶活性略下降，但仍高于起始时的蛋白酶活。糙米中 的蛋白被蛋白酶所降解为各种氨基酸，故蛋白氮含量减少，游离氨基酸含量增加。其中g l u 被谷 氨酸脱羧酶降解为g a b a 。故糙米浸泡前3 6ho l u 基本不变，而g a b a 含量显著增加。 分别添加1 蛋白酶( p m t a m c x ) 、1 纤维素酶、乳酸菌( 德氏乳杆菌) 、5 0 m m o l l 氯化钙、0 1 谷氨酸、0 1 2 5 味精( 内含0 1 谷氨酸钠( l - g l u t a m i cs o d i u m ，以下简称m s g ) ) 来诱导富集g a b a ， 并比较颗粒态糙米和米粉态糙米对g a b a 的富集情况。结果表明：颗粒态糙米富集g a b a 影响 因素；氯化钙( 比对照高出5 0 5 倍) 味精( 比对照高出2 5 7 倍) 谷氨酸( 比对照高出2 4 2 倍) 纤维素酶( 比对照高出2 倍) 电生酸性水( 清洗能比对照高出6 0 6 ) ；米粉态糙米富集 g a b a 影响因素：蛋白酶( 比对照高出2 8 倍) 乳酸菌( 比对照高出2 倍) 谷氨酸( 比对照 高出1 7 4 倍) 味精( 比对照高出1 4 8 倍) 。 关键词：发芽糙米，y - 氨基丁酸，富集，电生酸性水，抑菌 a b s t r a c t p r o c e s so p t i m i z a t i o no fg e r m i n a t e db r o w nf l e ea n de n r i c h m e n to f ? - a m i n o b u t y r i ca c i di nt h e g e r m i n a t e db r o w nr i c ew e r ei n v e s t i g a t e di nt h i ss t u d y e x p e r i m e n t a lo p t i m i z a t i o no ft h eg e r m i n a t e dp r o c e s sw a sc o n d u c t e da c c o r d i n gt or s m ( r e s p o n s e s u r f a c em e t h o d o l o g y ) t h em o d e l so fp r e d i c t i v ep o l y n o m i a lq u a d r a t i ce q u a t i o n sw e r eo b t a i n e du s i n g j a p o n i c ar i c e “y uj i n g6 ”t h er a wm a t e r i a l t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a tw h e nt h es o a kt i m e t h ec u l t u r e t i m ea n dt h et e m p e r a t u r ew e r e1 7 8 3h ，2 0 2 7h ，3 5 9 1 c ，t h e ? - a m i n o b u t y r i ca c i d ( g a b a ) o ft h e g e r m i n a t e db r o w nr i c ew a s1 5 0 4m e g l o o gd r yb a s e t h ea m o u n to fg a b aw a sm o r et h a nt h e g e r m i n a t e db r o w nr i c ei nt h em a r k e t ( a b o u t1 3m e 9 1 0 0 9 ) a n di ts h o w st h a tt h ec u l t u r et i m ea n dt h e t e m p e r a t u r ew e r et h em a i nf a c t o r sf o rg a b ab yt h es i g n i f i c a n c ea n a l y s i so ft h ee f f e c tf a c t o r st og a b a t h es t e r i l i z i n ge f f e c t so fe l e c t r o l y z e da c i dw a t e ra n dt h ec o n t r o l ( e l e c t r o l y z e da l k a l i n ew a t e ra n d 1 a q u e o u ss o d i u mh y p o c h l o f i t oo nt h eg e r m i n a t e db r o w nr i c ew e r es t u d i e d t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a t t h ec o n t e n t so fg a b ai nt h eg e r m i n a t e db r o w nr i c ew a s h e db ye l e c t r o l y z e da c i dw a t e ra n di t sc o n t r o l s o l u t i o nw e r eh i g h e rt h a nt h o s es o a k e d t h eg e r m i n a t e db r o w nr i c ew a s h i n gb ye l e c t r o l y z e da c i dw a t e r h a dt h eh i g h t e s ty - a m i n o b u t y r i ca c i dc o n t e n de v e nt h o u g hi th a dt h es h o r t e rs h o u t e rs p r o u tl e n g t h t h e g r o w t h so fm i c r o o r g a n i s m sw e r ei n h i b i t e ds i g n i f i c a n t l yb yw a s h i n gb r o w nr i c eg r a i n sw i t he l e c t r o l y z e d a c i dw a t e ra n dt h eg r o w t ho fr o o t sc a na l s ob ei n h i b i t e d c o n c e n t r a t i o n so ft h et r u ep r o t e i n ，f r e ea m i n oa c i d ，g a b a ，n e u t r a lp r o t e i n a s ea c t i v i t y , g l u t a m i c a c i dd e c a r b o x y l a s ea c t i v i t yw a sm e n s u r a t e dt os t u d yt h ee n r i c h m e r i tm e t h o d so fg a b a t h er e s u l t s i n d i c a t e dt h a tb o t ho ft h ep m t e i n a s ea c t i v i t ya n dt h eg l u t a m i ca c i dd e c a r b o x y l a s ea c t i v i t yh a dt h es a m e t r e n d a tt h ef i r s t2 4h ，t h ep r o t e i n a s ea c t i v i t ya n dt h eg l u t a m i ca c i dd e c a r b o x y l a s ea c t i v i t yi n c r e a s e d r a p i d l y a tt h ep o i n to f2 4h ，t h e yh a dt h eh i g h e s ta c t i v i t y a f t e rt h a t , t h e yb o t hd e c r e a s e dl i t t l e t h et r e n d w a ss i m i l a ra n dt h ea c t i v i t yw a sh i g h e rt h a nt h a to ft h ef l e er a wm a t e r i a l t h ep r o t e i nw a sd e g r a d a t e dt o k i n d so fa m i n oa c i d ，8 0t h et r u ep r o t e i nd e c r e a s e d ，a n dt h ef r e ea m i n oa c i di n c r e a s e d g i nw a s d e g r a d a t e dt og a b ab yt h eg l u t a m i ca c i dd e c a r b o x y l a s e s ot h ea m o n to fg l ud i d n tc h a n g eb u tg a b a i n c r e a s e da tt h ef i r s t3 6h e n r i c h i n gg a b ai nt h eg e r m i n a t e db r o w nr i c ew i t ht h ea d d i t i o n o f1 p r o t e i n a s e ( p r o t a m e x ) , 1 c e l l u l a s e , l a c t o b a c i l l u s ( l d e l b r u e c k i i ) ，5 0m m o l lc h l o r i d i z e dc a l c i u m ，0 1 g l u t a m i ca c i d 0 - 1 2 5 m o u o s o d i u mg l u t a m a t e ( 0 1 g l u t a m i ca c i d ) a n dc o m p a r i n gt h ec h a n g eo ft h eg a b a b e t w e e n b r o w nr i c eg r a i na n db r o w nr i c ef l o u r n er e s u l ti n d i c a t e dt h a tt h eg a b ao fb r o w nr i c eg r a i nc a nb e e n r i c h e db y5 0 m m o l lc a l c i u mc h l o r i d i z e ( 5 0 5t i m e sh i g h e rt h a nt h ec o n t r o l s a m p l e ) ，o 1 2 5 m o n o s o d i u mg l u t a m a t e ( 2 5 7t i m e sh i g h e rt h a nt h ec o n t r o ls a m p l e ) ，0 1 g l u t a m i ca c i d ( 2 4 2t i m e s h i g h e rt h a nt h ec o n t r o ls a m p l e ) ，1 c e l l u l a s e ( 2t i m e sh i g h e rt h a nt h ec o n t r o ls a m p l e ) ，e l e c t r o l y z e d a c i dw a t e r ( 6 0 h i g h e rt h a nt h ec o n t r o ls a m p l e ) ，a n dt h eg a b a o fb r o w nr i c ef l o u rc a nb ee n r i c h e db v 1 p r o t e i n a s e ( 2 8t i m e sh i g h e rt h a nt h ec o n t r o ls a m p l e ) ，l a c t o b a c i l l u s ( 2t i m e sh i g h e rt h a nt h ec o n t r o l 1 l 中国农业大学硕士学位论文a b s t r a c t s a m p l e ) ，0 1 g l u t a m i ca c i d ( 1 7 4t i m e sh i g h e rt h a nt h ec o n t r o ls a m p l e ) ，0 1 2 5 m o n o s o d i u m g l u t a m a t e ( 1 4 8t i m e sh i g h e rt h a nt h ec o n t r o ls a m p l e1 k e yw o r d s ：g e r m i n a t e db r o w nr i c e ， t - a m i n o b u t y r i ca c i d ，e n r i c h m e n t ，e l e c t r o l y z e da c i dw a t e r ， s t e r i l i z a t i o n 独创性声明 y 9 3 8 7 1 7 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，也不包含为获得中国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： 弘、璁、 帆谢年月拍 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国农业大学有关保留、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、缩印或扫描等复 制手段保存、汇编学位论文。同意中国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或部分内容。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究生签名：叙、投 时间：i ，口年铜付伯 导师签名 ， 时间：矿，6 9 年扫冠l 髑 f 1 1 研究目的和意义 第一章绪论 水稻是世界上主要粮食作物之一，全世界半数以上的人口以稻米为传统主食，其营养价值与 膳食地位举足轻重。稻谷脱壳后为糙米，糙米粒由皮层、胚乳和胚三部分组成，其胚长约2m m ， 呈明显弯曲状态。糙米碾成精米后被除去的米糠中包括有糠层( 果皮、种皮、糊粉层) 和胚芽以 及若干胚乳。糙米、米糠和胚芽中含有丰富的蛋白质、脂肪、维生素、矿物质，如表1 - 1 所示。 衰1 1 稻米的化学成分 ! q ! ! ! ：! ! 墼! b ! 型型1 2 磐噬! i ! ! ! li 堡 成分( ) 稻谷糙米精米米糠 粗蛋白5 8 7 77 , 1 。8 36 3 7 ，11 1 3 1 4 , 9 粗脂肪1 5 - 2 31 6 - 2 80 3 加- 51 5 0 1 9 7 粗纤维7 2 1 0 40 “1 00 ，扣0 57 1 1 4 粗灰分2 。9 - 5 。2l ，0 1 。50 3 0 ，86 6 , , - 9 , 9 碳水化合物6 4 7 37 3 - 7 57 7 4 83 4 5 2 中性洗涤纤维1 6 43 90 - 2 32 4 - 2 9 除蛋氨酸外，其它必需氨基酸的分布，皮层中的含量高于胚乳中的含量。更重要的是糙米中 含有丰富的功能性成分，如：肌醇、y - 谷维素、y 阿魏酸、n 去氢神经酰胺、角鲨烯、谷胱苷 肤( g s h ) 、二十八烷醇、米糠多糖、膳食纤维、米糠半纤维素、矿物质、g a b a 等，这些功能 因子能够提供稻米所含传统营养价值以外的特殊营养，具有潜在的预防、治疗和戚控制疾病的作 用【1 】。糙米虽然具有上述优点，但由于糠层中纤维和脂肪的影响，糙米的蒸煮性、口感和吸收性 较差，长期存储还会产生脂肪酸化。因此，人们将糙米再加工，碾去糠层和胚芽，得到易蒸煮和 吸收、口感好的精白米。但由于糙米中约6 4 的营养元素都积聚于占糙米重量的1 0 的糠层和胚 芽中，将其舍弃无疑是对有效资源的极大浪费。相当于每年抛弃9 6 0 万吨高营养物质，这些营养 物质的保守估计的价值也会超过1 0 0 0 亿元。简单地说，将其利用可以每年解决3 2 0 0 万贫困人口的 口粮，或者提高9 6 0 0 万人口的生活质量i 2 j 。 我国稻谷生产目前存在结构性过剩现象，而我国稻谷资源又面临来自人口大量增长、耕地不 断减少、水资源短缺、化肥和农药使用过度、生产成本逐年上涨等方面日益严重的压力。显然， 如果不加大稻谷深加工高、新技术的投入，我国稻谷及农业生产的可持续发展将会受到影响。实 现预定的国民经济发展速度和提高人民生活水平的目标，也会受到干扰。 此外不得不关注的是，随着经济的发展，我国正经历一个由贫到富的经济转型的关键时期， 我国居民的食物消费行为发生了显著变化，膳食营养过剩加之现代社会经济压力增加，一些与营 养相关的慢性疾病如高血压、高血脂等疾病比率明显增大。据统计，全世界每年因高血压引起的 中国农业大学硕士学位论文 第一章绪论 g l _ _ e ! 目目_ e ! e ! i ! l ! 目_ e ! ! 目_ ! ! ! _ i ii e 心脑血管疾病的死亡人数超过1 2 0 0 万【3 】。高血压是一种慢性的心脑血管疾病，轻者使人四肢麻木、 头痛、头晕、失眠，重者可引起心肌梗塞、脑神经萎缩、中风和血管硬化，危及生命1 4 j 。一些长 时间防治这些疾病的药物常常有一定的毒副作用，所以医患双方都倾向于非药物疗法。而随着科 学研究发展及对药物药理及食品生理功能认识的深入，加之人们对自身健康意识的增强，从食物 中获取天然，安全的防治疾病的营养功能性成分成为可能且成为人们选择的首要目标。 如果能开发出新的、具有提高营养及生理功能的稻谷深加工技术，则既可减少传统的稻谷加 工中营养资源的巨大浪费，叉能够充分利用稻谷资源中的巨大财富和独特功能，显然是十分必要 和迫切的。同时，以每日三餐的“医食同源”来提高我国人民的生活质量，预防和缓解中老年多 发症的发生，造福于高血压、心脑血管等疾病的患者，减轻国家和个人的医保负担，其社会意义 和经济意义显然是十分巨大和独特的。 基于此，日本首先开发成功了发芽糙米产品，当发芽糙米的芽长为o 5 1 m m 时，大米营养价 值处于最高状态。 发芽糙米具有如下特点 5 1 ： 1 、富含的g a b a 是糙米的2 倍，白米的9 倍。g a b a 是- - 种非蛋白质组成的天然氨基酸，在哺 乳动物的脑、骨髓中存在，是抑制系的神经传导物质。g a b a 在蔬菜，水果中都舍有，但含量稀 少，人们依靠从天然食物中摄取尚不足补充。g a b a 作为医药品已有应用，可用于改善大脑的血 流、增加氧的供给，改善大脑的代谢，还有助于治疗因脑中风、头部外伤后遗症、脑动脉硬化后 遗症等产生的头痛、耳鸣、意识模糊等病症。并能改善肝脏、肾脏的功能。还可用于因脑内缺少 g a b a 所引起的精神焦虑不安，初期的老年痴呆症的治疗，并可改善a l z h e i m e r 型痴呆。g a b a 对 降血压有直接的作用，通过血管运动中枢作用而使血管扩张，维持血管正常功能，从而使血压下 降。此外，还有促进乙醇代谢的作用，改善高脂血症、防止肥胖、消除体臭的效果。 2 、含有较多生育酚、三烯生育酚。它可防止皮肤氧化损伤，保持皮肤细胞中的v e 正常水平， 抗血管硬化。令人关注的是最近有报告称，三烯生育酚可抑制癌的增殖。 3 、含有大量的食物纤维，比糙米多0 - 1 5 ，比白米多2 7 倍，米糠中所含食物纤维有很强排 毒效果，且对消化系统吸收率最高的聚氯烯类( p c d d 、p c d f ) 的排毒效果最好，超过对照组4 2 倍， 超过大豆组大麦组，卷心菜组近2 倍，超过萝h 须组、牛蒡组、胡萝h 组、绿豆组、玉米组1 倍 或一倍以上。发芽糙米的膳食纤维比糙米、白米都高，膳食纤维能增加肠胃的蠕动，改善消化道 有益菌群的环境，加大体内毒索的排出与排泄量，故而对改善便秘也有效。 4 、含有丰富的抗脂质氧化物质，如阿魏酸、植酸、谷维索、三烯生育酚等。阿魏酸、植酸、 生育酚这些抗氧化成分能在体内有效捕捉活性氧，并促进皮肤的新陈代谢，保持年青，此外还有 预防、减少老年斑的功效。 5 、含有丰富微量元素。发芽糙米含有镁、钾、钙、锌、铁等，发芽糙米中这些元素的含量 不仅超过白米，也优于糙米，其优势在于发芽糙米中的微量元素的吸收率高于糙米。原因是糙米 中的微量元素大部分与植酸结合在一起，食用糙米时，这些成分几乎不为人体所吸收。然而将糙 米发芽，这些与植酸结合的微量元素则呈现离解状态，从而容易被人体所吸收。 6 、发芽糙米中含有丰富的维生素，己知的有v b l 、v b 2 、v mv h 、v e 以及烟酸、泛酸等。 v m 有维持人体正常糖代谢及神经、消化系统功能，缺乏v b ，较易引起脚气病，肝脏障碍、胰腺炎、 血液障碍等，在老年人中缺乏v b l 则会导致老年痴呆。v b 2 是l 赖氨酸的辅酶，称为抗癌性核黄素 2 酶，是分解癌细胞增殖所必需氨基酸赖氨酸的抗癌物质。 7 、发芽糙米中还含有自米中很少或几乎不舍的许多物质，已知的有：肌醇、植物淄醇、二 十四醇、二十六醇、二十八醇等。现在已有越来越多的研究资料证明，这些物质含量虽少，但却 有着不可低估的生物活性作用。发芽糙米所具有的排毒、养颜、增强免疫力、防止肥胖等功效都 与上述物质有着密不可分的关系。 综上所述，发芽糙米具有很多优点，而加工的白米主要是提供能量源【5 】。国内目前对发芽糙 米研究并不多，市场上发芽糙米的产品也很少，本课题的研究目的主要在于优化发芽糙米条件， 探索糙米杀菌工艺，研究糙米富集原理和富集方法。一旦发芽糙米成为人们餐桌上的主食，不仅 可以大大提高稻谷资源的附加值，而且也是稻米深加工的一场大变革，将进一步推动稻米深加工 工的技术革新，其社会效益、经济效益将十分显著。 1 2 国内外研究现状 冈田忠司i q 指出，发芽可以改变糙米的化学成分。发芽糙米的必需氨基酸、生理活性物质与 糙米相比，种类更多，台量更高。据报道，糙米发芽3 天后，可溶性糖增加3 倍，可溶性蛋白增加 1 3 8 ，谷胱甘肽( g s h ) 由3 6 4m g ，1 0 0 9 提高到9 4 8m g l o o g ，g a b a 是糙米的3 倍、大米的1 0 倍，六磷酸肌醇0 p 6 ) 是大米的4 倍，膳食纤维比糙米多o 1 5 ，比大米多2 7 倍，具体数据见表 1 2 。 表1 21 0 0g 发芽糙米与精米营养的成分比较 t a b k l - 2 c o m p a r i s i o n o f t h e n u , r f i e n t c o m p o s i t i o no f t h e g e r m i n a t e d b r o w n r i c ea n d m i l l e dr i c e ( 1 0 0 9 ) 营养素糖类蛋白质脂肪 v 刚g a b a 六磷酸肌醇腊食纤维镁 铁 钙 i 砬i 啦【9 2i 出2f ! 蝎2( 堡苣2i 婴9 2i 出f 婴g !i ! 丝2i 塑出 精米7 5 5 6 81 3 o ，1 2 0 4 1 69 9 10 7 63 30 56 0 发芽糙米6 9 97 3 2 9 0 3 01 71 6 14 5 2 02 8 07 41 i 8 1 w i l l i a n 口5 和s t r e e t e r i s ! 研究发现，糙米发芽后不但获得了更多的营养成分，而且生理功能进一 步增强，可抑制皮肤黑色素形成促进新陈代谢，预防动脉硬化、内脏功能障碍和癌症等。产生 的大量g a b a 可改善脑血循环，增加氧气供应量，抑制神经失调。而且必需氨基酸含量增加，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。 s a i k u s a 例在改善稻米食用品质的试验中首先发现，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g a b a 变化最突出，含量大幅度提高， 而且g a b a 的变化主要是 在胚芽部分发生的。 s a i k u s ai l w 又检测了日本1 0 个不同品种的稻米胚芽富集g a b a 的情况，结果发现不同品种的 米胚芽富集g a b a 的能力有很大差异，其中g a b a 富集最高的是一种巨胚米的米胚芽。 茅原等f 1 ”认为，发芽糙米中的g a b a 含量升高通过以f 两种途径实现：一是糙米本身含有一 定量的谷氨酸，在发芽过程中谷氨酸脱羧酶被激活，以谷氨酸为底物脱去羧基生成g a b a ；二是 蛋白酶水解蛋白质生成一定量的谷氨酸，在一定条件下谷氨酸脱羧酶催化谷氨酸生成g a b a 。同 时，g a b a 又会在g a b a 、丙酮酸转氪酶的作用下降解为琥珀半醛。只有在谷氨酸脱羧酶的活性 3 中国农业大学硕士学位论文 第一章绪论 大于g a b a 、丙酮酸转氨酶活性时，才会使g a b a 含量增加。 爱岩等【1 2 1 发现，谷氨酸脱羧酶的最适p h 值为5 9 ；g a b a 、丙酮酸转氨酶的最适p h 值为8 9 ， 所以微酸环境有利于g a b a 的产生。在碱性条件下g a b a 含量不会增加。 三枝贵代【1 3 】认为，富集温度6 0 、时间2 0 m i n 会使g a b a 的富集被限制；p h8 时g a b a 含量 也很低。g a b a 最佳富集条件是4 0 ( 2 、p h 5 , 5 ，说明这是米胚芽中谷氨酸脱羧酶( g a d ) 的最适作 用条件。在此条件下米胚芽浸泡4h ，可使g a b a 富集达u 4 0 0m g ，1 0 0g ，是未富集前的1 0 倍左右。 爱岩等【1 2 】通过对米胚芽谷氨酸脱羧酶( g a d ) 酶学性质的研究发现，其最适p h 为5 6 ，最适 温度为4 0 。该酶对热不稳定，当热处理温度超过6 0 时，酶活性基本丧失。米胚g a d 对谷氨 酸fg l u ) 的k m 值为3 2 3 7 m m o l l 。因此在利用米胚g a d 富集和制备g a b a 时，应选择米胚g a d 的最适作用条件，并且温度要避免超过6 0 。另外，钙离子可用来激活米胚g a d ，从而提高g a b a 的产量。 衫下等【1 4 】认为，提高g a b a 含量的方法主要有：厌氧发酵法：植物中g a b a 主要通过g l u 的脱羧来产生，无氧的环境可以增加谷氨酸脱羧酶的活性，抑f 叫g a b a 、丙酮酸转氨酶的活性， 从而使g a b a 能大量产生并积累，减少g a b a 的分解；机械处理；由于在被破坏的细胞组织上 g a b a 会大量产生，挤压或碾磨使植物组织分离，可以有效提高g a b a 的含量；迅速降温处理： 温度的迅速降低导致植物组织细胞内的隔室化同时谷氨酸脱羧酶与g a b a 、丙酮酸转氨酶的活 性比也会变大，从而引起g a b a 含量的增加。 s a i k u s a 0 4 研究发现，在米胚芽富集g a b a 的过程中，最初2 0 分钟内g a b a 迅速上升，同时 伴随g l u 下降；之后g l u 停止下降而g a b a 仍逐渐增加，说明g l u 古量充足，这是内源蛋白酶作用 的结果，蛋白质水解后产生大量g l u ，并由谷氨酸脱羧酶催化转化成g a b a 。 目前我国有数家单位开展了发芽糙米研究，郑州工程学院郭晓娜等人【1 5 l 研究了发芽糙米发芽 条件，但对于不同糙米品种其发芽条件不适用；湖南文理学院杨明毅等人i l q 研究了糙米发芽的生 理活性化工艺条件，但其研究对象主要是糙米的吸水率、发芽率等而不是针对g a b a ；浙江省 稂科所许仁溥综述了发芽糙米的营养价值和基本生产工艺 江南大学食品学院张晖等人1 1 8 “9 l 综述了稻米胚芽中g a b a 的富集方法，但其综述的不全面，只讲了两种方法( 5 胚芽米、1m m o l 磷酸吡哆醛和含2 0m m o l 谷氨酸的1 0 0m l 鸡汤混合和高压处理) ；蒋振晖研究了c a 2 + 和通气处 理对糙米发芽过程中主要物质变化的影响及g a b a 富集技术，但他涉及的富集方法也不多。虽然 上述单位已经开展了糙米发芽的初步研究，但深入研究不够。 在开展发芽糙米研究的同时，中国水稻研究所黄大年等瞄i 独辟蹊径，应用生物工程技术培育 出一种富含g a b a 的水稻新品种，诱发水稻组织中l 谷氨酸脱羧酶变异，提高该酶的表现水平， 选育出l 一谷氨酸脱羧酶活性高、能合成大量g a b a 的突变体，研制成富含g a b a 的水稻新品种， 其每1 0 0g 大米中含g a b a ，比一般水稻品种的精米高5 6 倍。 据农业部谷物及制品质量监督检验测试中心对黑龙江省3 0 多个粳稻品种测试分析，每1 0 0g 糙米g a b a 含量大约在2 6 m g ，每1 0 0 9 精米 g a b a 大约在1 3 m g ，基本符合目前普遍认 为的糙米g a b a 含量大约是大米3 倍的结论。运用l 8 8 0 0 型氨基酸自动分析仪反复测试，并与哈 尔滨工业大学分析测试中心进行同样品对比分析小心求证后认为北方粳稻发芽糙米g a b a 含量 基本在1 2 1 6m g 1 0 0 9 ，南方籼稻发芽糙米g a b a 含量尚未作测试。比较一致的观点认为糙米芽 g a l a 含量很高，如果仅收集发芽糙米的芽体测定其g a b a 含量，估计能够达n 2 0 0 3 0 0m 倒 4 1 0 0 9 水平。但芽体占糙米比重太小，生产上制备产品还是以全粒发芽糙米为好。 1 3 存在的问题 通过检索国内外专利、文献。发现目前发芽糙米生产中主要存在以下问题： 不同稻米品种谷氮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g a b a 的生成量显著不同；并且不同稻米品种发芽情况也不相同。目前国内还未见针对不同水稻品种开 展的相关研究报道。 糙米在发芽过程中，由于高水分含量及合适的环境温湿度条件，微生物易大量滋生，成 为长期困扰发芽糙米生产的难题。现有的研究还未找到简单易行的抑制污染微生物的方法。一般 的杀菌剂常用次氯酸钠，是否还有比次氯酸钠更好，又更安全的杀菌剂呢? 关于g a b a 的富集方法研究有待深入。目前采取的是控制发芽温度、时间的方法，是否 还有剐的富集方法。这些富集方法哪种相对较好，这些都需要深入研究。 1 4 研究的内容和目标 本课题是基于上述背景和我国发芽糙米的生产和研究现状而提出。主要目标是通过对发芽糙 米生产工艺的研究，为产品的工业化提供理论依据；同时。对发芽糙米富集规律及方法的研究， 为发芽糙米的富集提供新蛉方法。本课题的主要研究内容有： ( 1 ) 选取豫粳6 号为研究对象，以g a b a 的变化为应变量，对影响糙米发芽的不同因素进行单因 素试验然后用响应面法( r s m ) 进行实验设计。主要以g a b a 的含量作评价指标。得出糙米发 芽的最佳生产工艺； ( 2 ) 采用电生功能水浸泡和清洗糙米，比较了电生酸性水、电生碱性水、l 次氯酸钠溶液( v v ) 的杀菌效果和对g a b a 含量的影响，着重研究发芽糙米的杀菌工艺，以期为发芽糙米的工业化生 产提供理论依据； ( 3 ) 高等植物中g a b a 的合成主要由lg l u 的脱羧反应而来，本实验主要测定糙米在发芽过程 中蛋白氮、游离氨基酸、g a b a 、蛋白酶活、谷氨酸脱羧酶活的变化情况，研究g a b a 的富集规 律，为富集g a b a 提供理论依据： ( 4 ) 采用曝加蛋白酶、纤维素酶、乳酸菌、氯化钙、g l u 、味精( 主要成分m s g 涞富集g 蛆a ， 并比较颗粒态糙米和米粉态糙米对g a b a 的富集情况，用以研究添加剂富集g a b a 的原理，为富 集g a b a 提供具体方法。 5 2 1 前言 第二章发芽糙米工艺优化研究 糙米中含有大量酶，如a - 淀粉酶、1 3 一淀粉酶、r 酶、1 3 葡聚糖酶、戌糖聚糖转化酶、麦芽 糖酶、纤维素酶、半纤维素酶、蛋白酶、核酸酶、脂肪酶、磷脂酶、植酸酶等，以结合态贮存于 胚及皮层中。当糙米水分增加到一定程度时，使部分储藏物质变为溶胶：同时，酶由结合态转化 为游离态，而起酶解作用，籽粒中不溶于水的物质转化为供胚利用的物质。因此，糙米发芽实质 上是一个生物化学反应的过程。发芽糙米是一个酶活性被激活、释放的多酶系1 。 水分是满足发芽时物质代谢重要因素之一，有了水分，细胞内各种酶才能活动，籽粒内贮存 营养物质才能被水解转化，种胚细胞能分裂成长，糙米才能发芽；适宜的温度是增强酶活，增大 物质转化的必要条件；在发芽过程中要注意通气、换气，提高氧分压可促进种子发芽，氧气不充 分或种子呼吸作用产生二氧化碳都会抑制糙米发芽。调节p h ，用酸性溶液来浸泡糙米，能使糙 米中酶的活性增加，因为一些内在酶最佳p h 值偏酸性，如a 淀粉酶在p h 4 5 7 0 之间有最高活 力，b - 淀粉酶作用最适p h 范围是5 0 - 6 0 ，纤维素酶最适p h 在4 5 6 0 范围内。 发芽糙米中g a b a 含量的多少与糙米发芽工艺有重要关系，本章对其工艺进行研究，即对影 响糙米发芽的浸泡时间、培养温度、培养时间等多个因素先进行单因素试验，然后用响应蕊法 ( r s m ) 进行实验设计，主要g a b a 的含量作评价指标，同时对发芽糙米的芽长、根长进行测 量，得出糙米发芽的最佳条件。 2 2 材料与方法 2 2 1 试验材料 试验材料见表2 1 表2 - 1 试验材料 ! ! ! ：! m 苎! j ! ! ! ! ! ：! ：p ! ! 坐! ! 材料名称 说明来源 豫粳6 号糙米 2 0 0 3 年产于河南农科院粮食作物研究所 g a b a 标品a l f aa e s a r 公司 g l u 标品 生化试剂 北京舆博星生物技术责任有限公司 异硫氰酸苯酯( p l 丁c ) 化学纯 中国亭新化工试剂厂 二三圣堕一坌堑丝 j ! 塞立塑查些三! 6 - _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ - _ - - _ _ _ _ _ _ _ _ _ - - _ _ _ _ _ - l - _ _ _ _ - - _ _ _ _ _ _ _ 一 三氯乙酸 分析纯 北京世纪红星化工有限责任公司 乙腈 色谱纯 d i k 删t 公司 甲醇 色谱纯t e , d i ac o m p a n y ，i n c u s a 无水醋酸钠 分析纯 北京刘李店化工厂 基宣 坌堑丝 一一 2 2 2 仪器与设备 仪器与设备见表2 - 2 表2 2 仪器与设备 ! 型! ! ：；鲤p ! 翌些! ! ：! ：巴i 磐巴一 2 2 3 实验方法 2 2 3 1 发芽糙米的制作工艺 实验室内制备发芽糙米的方法：人工精选一清洗一消毒一浸泡一培养一干燥。 首先进行人工精选，去除无胚粒，异色粒，未成熟粒及石子等杂质。取适量糙米置于高型烧 杯中用自来水冲洗3 遍，洗去表面的糠粉和灰尘。沥干烧杯内的水用蒸馏水冲洗2 遍，然后用酸 性水( 杀菌齐选择见第三章) 消毒1 0 m i n ，加入量以淹没糙米为宜，其目的是对糙米进行表面杀 菌，接着将酸性水倒掉，用蒸馏水清洗糙米，去除表面的酸性水，沥干烧杯内的水后，加入蒸馏 水置于恒温水浴锅内浸泡，经过一定时间后，将糙米从水浴锅内倒出，均匀地摊于底部有小孔的 培养篮( 经过消毒) 中，盖上已消毒的纱布，加入适量蒸馏水，置于一定温度的培养箱中，每隔 1 2h ，用蒸馏水冲洗下。等到芽长长到1m m 左右时，将发芽糙米取出，放入4 0 c 烘箱，烘约 1 2 h 后取出，磨粉，过1 0 0 目筛子，备用。 2 2 3 2 不同d h 对糙米发芽的影响 用0 ，1 m 的磷酸氢二钠、磷酸二氢钠配制成p h 2 5 、3 0 、4 0 、5 0 、6 0 的磷酸缓冲液，在3 7 7 中国农业大学硕士学位论文第二章发芽糙米工艺优化研究 温度下浸泡糙米3 6h ，然后将发芽糙米放入4 0 c 烘箱，烘约1 2h 后取出，磨粉，过1 0 0 目筛 子，备用。 2 2 3 3 不同培养时间对糙米发芽的影响 将糙米在3 7 温度下先浸泡8 h ，然后选取不同的培养时间0h 、1 2h 、1 8h 、2 4h 、3 2h ，其 余过程同2 2 3 1 。以g a b a 含量为参考值，确定最适培养时间 2 2 3 4 不同浸泡时间对糙米发芽的影响 将糙米在3 7 c 温度下先浸泡不同的时间0 h 、4 h 、8 h 、1 2 h 、1 6 h 、2 0h ，然后培养1 8h ( m 最适培养时间而得) ，其余过程同2 2 3 1 。 2 2 3 5 不同温度对糙米发芽的影响 将糙米先浸泡1 6h ( 由最适浸泡时间而得) ，然后培养1 8h ( 由最适培养时间而得) ，选取不 同的温度2 0 、3 0 ( 2 、3 7 、4 4 、5 0 ，其余过程同2 2 3 1 。 2 2 3 6g a b a 、g l u 的测定( p r r c 柱前衍生法) 2 2 3 6 1 样品提取 发芽米粉5 0 9 一提取液( 1 5 甜1 0 - 三氯乙酸) 涡旋1m i n ，3 7 水浴振荡锅中提取4h j 离心1 2 0 0 0 x g ，4 c ，1 5m i n 厂l 上清液残渣 上清液 1 5m l1 0 三氯乙酸 残渣 j 弃去 合并、上清液 + 定容2 5t n i j 4 保存( 待衍生) 图2 1 样品提取流程图 f i g 2 - 1t h ef l o wc h a r to fg a b ae x t r a c t i o n 2 2 3 6 ，2 高效液相色谱分析圆 a 试剂配制 流动相a 液：取无水醋酸钠5 7 9 力d 入1 咙杯中，g 力n * 0 4 m l 三乙胺，以蒸馏水溶解并稀释 至1l ，削稀醋酸调节至p h6 3 ，滤膜过滤。k 滤液9 6 0 m l ，加入乙腈4 0 m 1 ，摇匀，超声处理2 0 m i n ， r 二卜 中国农业大学硕士学位论文第二章发芽糙米工艺优化研究 备用。 流动相b 液；取乙腈6 0 0 m l 于1 【痞量瓶中。加蒸馏水至1l 摇匀，超声处理2 0 m i n ，备用。 再干燥液：乙醇：水：三乙胺= 2 ：2 ：1 ( v ，v ) 。 衍生剂溶液：异硫氰酸苯酯：乙醇：三乙胺：水= 1 ：7 ：1 ：l ( v v ) 。 样品稀释液：取3 5 4m gn a 2 h p 0 4 1 2 h 2 0 加2 0 0 m l 蒸馏水溶解，用磷酸乙腈( 9 5 ：5 ) 溶液调至 p i t y 4 ，备用。 氨基酸标准液：准确称取g a b a 与g l u 各1 0 0m g 于2 5i n l 容量瓶中，加o 1t o o l l - 1 h c l 超声溶 解并稀释至刻度，摇匀。 b 衍生 吸取1 6 5 掣1 样品提取液于1r i d 离心管中，真空干燥，加i 0 0 u l 再干燥液，真空干燥，1 1 2 0 0 d p i t c 衍生剂溶液，超声1 0m i n 后