精白保胚米发芽的工艺优化

王发祥，刘永乐，伍君妮，俞 健，李向红，侯大山

(长沙理工大学食品与生物工程系，湖南长沙410114)

精白保胚米发芽的工艺优化

王发祥，刘永乐*，伍君妮，俞 健，李向红，侯大山

(长沙理工大学食品与生物工程系，湖南长沙410114)

精白保胚发芽米是一种营养丰富、富含保健功能成分的新型大米产品。通过单因素实验和响应曲面法对精白保胚米发芽的浸泡、发芽温度和时间及催芽方法进行了优化，获得精白保胚米发芽的最佳工艺为:在温度25℃条件下以0.5%的饱和碳酸钙溶液浸泡17h，再以超声波催芽10min，置于相对湿度90%、温度25℃的条件下发芽21h，在此条件下，发芽率可达94%以上。实验结果为精白保胚发芽米的研制和推广奠定了基础。

精白保胚米，发芽，催芽，工艺优化，响应面分析

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

东北粳稻(空育131) 东北北大荒种业集团;精白保胚米 东北粳稻以精白保胚碾米机加工制得;赤霉素溶液 青岛百禾源生物工程有限公司公司;碳酸钙、氯化钙等 分析纯，上海国药化学试剂有限公司。

MLNP型精白保胚碾米机 湖南湘粮机械设备有限公司;KQ－500B型超声波发生器 昆山市超声仪器有限责任公司;MJ－Ⅱ型霉菌培养箱 上海恒一科技有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 精白保胚米的发芽 挑选籽粒饱满、保胚完好、无裂纹的精白保胚米，每份100粒，放入一定温度的0.2%赤霉素溶液或其它溶液中浸泡一定时间，然后经超声波处理一定时间;将干净纱布经沸水浴10min消毒，折叠约有1cm厚度，平铺于15cm培养皿中，加入少量蒸馏水至用手轻按能溢出水为止;将浸泡后的保胚米均匀的散布在纱布上，置于恒温恒湿培养箱中，在一定环境湿度下培养发芽至芽长0.5～1mm，计算发芽率。

1.2.2 浸泡温度与时间的确定 按1.2.1发芽方法，固定浸泡时间20h，设置浸泡温度为15、20、25、30、35℃;或固定浸泡温度25℃，设置浸泡时间为8、12、16、20、24h;温度25℃，发芽20h，计算发芽率。重复实验三次。

1.2.3 发芽温度与时间的确定 精白保胚米在温度25℃浸泡16h，固定发芽时间为20h，分别在15、20、25、30、35℃发芽;或固定发芽温度为25℃，设置发芽时间为8、12、16、20、24h;按1.2.1方法发芽，计算发芽率。重复实验三次。

1.2.4 发芽环境湿度的确定 精白保胚米在温度25℃浸泡16h，在温度25℃，环境湿度分别为75%、80%、85%、90%、95%的条件下按1.2.1方法发芽20h，计算发芽率。重复实验三次。

1.2.5 发芽率影响因素响应面法(RSM)优化 根据Box－Behnken中心组合实验设计原理［7］，以发芽温度(℃)、浸泡时间(h)和发芽时间(h)为自变量，以发芽率(%)为响应值，设计响应面实验，并采用Design－Expert软件对实验结果进行分析。

表1 Box－Behnken响应面设计实验因素水平和编码Table 1 Factors and levels in the Box－Behnken experiments design

1.2.6 不同溶液浸泡对发芽率的影响 精白保胚米吸湿后，将0.2%赤霉素溶液换成蒸馏水、0.5%氯化钙溶液、0.5%碳酸钙溶液和2%乙醇溶液，浸泡17h，采用前述优化的发芽条件发芽21h。比较发芽率和芽长，确定最佳浸泡溶液。

1.2.7 超声波处理对发芽率的影响 精白保胚米经上述最佳溶液浸泡17h后，再以500W超声波处理5、10、15、20min，采用前述优化的发芽条件发芽21h。比较发芽率和芽长，确定最佳超声波催芽处理时间。

2 结果与分析

2.1 精白保胚米发芽条件单因素实验结果

精白保胚米发芽前需要浸泡吸水，因此，浸泡时间、发芽温度和时间是影响其发芽率的主要因素。

从图1可知，在15～30℃范围，浸泡温度对精白保胚米发芽率影响不大，从能源节约和后续操作的方便性考虑，选择浸泡温度为25℃。

从图2可知，浸泡时间对发芽率的影响较大。随着浸泡时间的延长，精白保胚发芽米的发芽率先呈递增趋势，但超过16h之后，发芽率有所下降，可能是因为浸泡时间太长容易使胚芽松动或脱落，从而对发芽反应不利，因而选择浸泡时间为16h。

从图3可知，发芽温度则对发芽率影响很大，随着发芽温度的提高，精白保胚发芽米的发芽率先递增，当超过25℃之后，由于微生物活动等不利因素的影响，发芽率开始下降。因此，选择25℃为最佳发芽温度。

图1 浸泡温度对精白保胚米发芽率的影响Fig.1 Effect of soaking temperature on germination rate of polished germ－left rice

图2 浸泡时间对精白保胚米发芽率的影响Fig.2 Effect of soaking time on germination rate of polished germ－left rice

图3 发芽温度对精白保胚米发芽率的影响Fig.3 Effect of germinating temperature on germination rate of polished germ－left rice

从图4可知，发芽时间对发芽率的影响也较大。随着发芽时间的延长，精白保胚发芽米的发芽率一直呈递增趋势，20h之后增加趋势放缓，从经济的角度考虑，选择发芽时间为20h。

图4 发芽时间对精白保胚米发芽率的影响Fig.4 Effect of germinating time on germination rate of polished germ－left rice

环境湿度也是影响精白保胚米发芽的重要因素，由图5可见，随着环境湿度的提高，精白保胚发芽米的发芽率呈递增趋势。但当达到90%之后，发芽率的增量不明显，因而选择发芽环境湿度为90%。

图5 环境湿度对精白保胚米发芽率的影响Fig.5 Effect of environment humidity on germination rate of polished germ－left rice

2.2 响应曲面法优化精白保胚米发芽条件

2.2.1 响应曲面实验结果 根据Box－Behnken设计原理［7］进行3因素3水平中心组合实验，以发芽率(Y)为响应值，实验结果见表2。

利用Design－expert软件对实验结果进行二次多元回归拟合，自变量(A、B、C)对响应值(Y)的影响可用回归方程表示为:Y=90.22－0.18A+1.29B+ 4.14C－1.23AB－1.21AC－0.38BC－3.23A2－3.45B2－4.41C2，由ANOVA分析结果，其P值＜0.0001，决定系数R=0.9751，说明回归方程适用于精白保胚米发芽率的理论预测值。

表2 Box－Behnken实验结果Table 2 The results of Box－Behnken experiment

图6为发芽温度、浸泡时间、发芽时间的交互作用对精白保胚米发芽率影响的响应面曲面图和等高线图。响应面图可以预测检测变量的响应值和确定变量相互作用的形式，综合反映了各变量与响应值之间，变量与变量之间的关系。

从图6中可见，响应曲面的抛物面开口向下，说明其具有极大值点，能够进行最优分析;而且浸泡时间和发芽时间对应的抛物面比较陡峭，说明两因素对发芽率的影响显著。利用Design Expert软件的Solution功能，求解方程并换算得浸泡和发芽温度为25.23℃，浸泡时间为16.75h，发芽时间为20.93h，此条件下，预测的发芽率为91.35%。

图6 温度、浸泡时间、发芽时间对精白保胚米发芽率的响应曲面图Fig.6 Response surface graph of the reciprocal effect of germinating temperature，soaking and germinating time to the germination rate

2.2.2 验证实验 采用优化后的发芽工艺条件，为使实验方便控制，尽量取整数值，即发芽温度为25℃，浸泡时间为17h，发芽时间为21h时，进行验证实验，测得发芽率为91.37%，与回归模型推算的极值差异不大，说明回归方程可以应用于实践。

2.3 精白保胚米发芽催芽条件优化

2.3.1 不同溶液浸泡对精白保胚米的催芽效果 由图7可见，4种溶液对精白保胚米发芽都有一定的促进作用，其中0.5%的饱和碳酸钙溶液的催芽效果最好。可能是因为碳酸钙微溶于水，溶液中有利于促进α－淀粉酶活性的Ca2+浓度比较合适［8］，同时被利用后可继续释放出来，从而维持了一个相对稳定的Ca2+浓度。

图7 不同溶液浸泡对精白保胚米发芽率的影响Fig.7 Effect of different soaking solution on germination rate of polished germ－left rice

2.3.2 超声波处理对精白保胚米的催芽效果 图8为超声波处理不同时间对精白保胚米发芽率的影响，可见，超声波处理对于精白保胚米的发芽率有一定的促进作用，超声波处理10min，精白保胚米的发芽率可达到94%;继续延长超声波处理时间，发芽率反而下降，可能是因为超声波处理时间过长，导致精白保胚米胚芽松动甚至脱落，从而降低了发芽率，所以超声波处理以10min为最佳。

图8 超声波处理不同时间对精白保胚米发芽率的影响Fig.8 Effect of ultrasonic treatment time on germination rate of polished germ－left rice

3 结论与讨论

我国是世界上最大的大米消费国，全国60%以上的人口以大米为主食［8］。目前，市场上的大米主要为精白米，为了迎合人们注重外观、口味的饮食习惯，加工不断追求大米的精度，从而造成了大量营养成分的流失，久而久之，出现了诸多营养缺乏症。近年随着生活水平的不断提高，人们对大米的品质需求越来越高，不仅追求大米的口感、颜色和品味，而且也越来越关注其营养价值。因此，开发精白保胚发芽米正符合这一发展趋势。

目前，有关糙米发芽方法及糙米发芽后营养和生化变化的研究较多［1－4，10－11］，但对精白保胚米发芽的研究国内外鲜有报道。一方面是因为大米精白碾米过程中保胚的难度较大，另一方面也主要是因为精白保胚米发芽比糙米困难得多。本文在国内首次对精白保胚米的催芽、发芽工艺进行优化，获得了良好的效果。结果表明，精白保胚米发芽的最佳工艺为:在温度25℃条件下以0.5%的饱和碳酸钙溶液浸泡17h，再以超声波催芽10min，置于相对湿度90%、温度25℃的条件下发芽21h，在此条件下，发芽率可达94%以上。精白保胚米的发芽，使大米通过生物转化积累对人体有益的功能成分，既能提高大米的营养价值，又能保护消费者的健康，对提高我国稻米综合利用水平、农副产品的附加值和保健功能，促进农业和食品加工业的发展，均有重要意义。

然而，相对于糙米发芽，精白保胚米在浸泡、发芽和干燥过程中更容易爆腰、褐变，本文仅优化了提高精白保胚米发芽率的方法，尚未考虑和涉及控制精白保胚米爆腰率和褐变等技术问题，因此，生产和推广高品质的精白保胚发芽米，还有许多关键技术亟待解决。

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Process optimization for germination of the polished germ－left rice

WANG Fa－xiang，LIU Yong－le*，WU Jun－ni，YU Jian，LI Xiang－hong，HOU Da－shan
(Department of Food and Bioengineering，Changsha University of Science and Technology，Changsha 410114，China)

The polished germinated germ－left rice is a new rice product rich in nutrition and healthy function compositions.The soaking，germinating temperature and time，and the method of pregermination were optimized by single factor experiment and response surface analysis.The results showed that the optimal process for germination of the polished germ－left rice was as follows:polished germ－left rice was soaked 17h in 25℃ using 0.5%CaCO3solution，and treated 10min using ultrasonic，then placed in 25℃ and 90%relative humidity to germinate for 21h.In this condition，the germination rate could reach above 94%.The foundation for the development and popularization of polished germinated germ－left rice products was established.

polished germ－left rice;germination;pregermination;process optimization;response surface analysis

TS210.1

B

1002－0306(2012)08－0245－04

精白保胚米是保留了大米胚芽部分的精白米，因而是具有生命力的“活米”，与糙米一样，其不仅保留了胚芽中丰富的营养成分，也能在一定条件下发芽，经过一定的生理活化过程，其所含有的酶系被激活和释放，使部分蛋白质分解为氨基酸，淀粉转变为糖类，感官性能和风味得以改善，并产生了多种具有促进人体健康和防治疾病的成分，如γ－氨基丁酸(GABA)、肌醇六磷盐酸(IP－6)、阿魏酸、生育酚等［1－4］。同时，精白保胚米经过了多道碾白，去除了糙米的皮层(米糠层)，从而精白保胚发芽米的米饭外观、口感和蒸煮品质与发芽糙米相比有了大大改善［5－6］。因此，精白保胚发芽米将逐渐成为人们关注和追求的“绿色米食”，引领大米的消费潮流。然而，精白保胚米由于失去了表皮的米糠层，对水分的吸收与保存以及对环境的适应能力大大下降，因此，其发芽能力远不如糙米，在恒温恒湿的同等条件下，其发芽率不足糙米的60%(数据未列出)。因此，需要对精白保胚米的发芽条件进行优化，以提高其发芽率。本工作拟对影响精白保胚米发芽率的浸泡、发芽温度和时间等因素进行响应面分析，并优化其催芽方法，以确立精白保胚米的发芽的最佳工艺参数。

2011－07－06 *通讯联系人

王发祥(1978－)，男，博士，讲师，主要从事食品生物技术及农产品加工方面的研究。

国家“863”计划重点项目(2008AA100801);国家自然科学基金项目 (31101214);湖南 省科技 计划 项目(2010NK3003);湖南省教育厅科研项目(10C0400)。