新型功能性食品 富硒发芽糙米的研究

鲁红侠，杜先锋 ，蔡旭冉，彭传燚

(1.合肥师范学院生命科学系，安徽合肥230601;2.安徽农业大学茶与食品科技学院，安徽合肥230601)

稻谷是我国的传统主食，根据其加工方式和精度的不同，可获得营养价值不同的白米、胚芽米和糙米。精白米也就是日常生活食用的大米，由于失去发芽能力被成为“死亡米”。而糙米由92%的胚乳、5%～6%的米糠和2%～3%的胚芽所组成，它的所有营养成分，包括活的胚芽均被“封固”在糠皮之内，因此糙米被称为“睡眠米”［1］。糙米的最大特色是有胚芽，是一颗完整、有生命活力的种子，在一定温度、湿度下可以发芽。硒是人体必需的14种微量元素之一，在防治疾病、提高免疫力、防止衰老方面具有重要意义，被誉为“生命火种”、“生命的奇效元素”。由于矿质元素硒在人体内无法自行合成，故必须从食物中摄取。人体主要通过食物获得硒，因此将微量元素硒赋予人们膳食中的谷类作物—糙米中，借助糙米发芽期间的生物转化过程，提高糙米中的硒在机体的吸收利用率，这样便可满足广大缺硒人群对硒的需求。富硒发芽糙米是水稻在生长过程中施加外源硒肥而得到富硒糙米，然后对富硒糙米进行发芽，或是在糙米发芽过程中添加硒溶液，使糙米在发芽的同时进行富硒所得到的糙米制品［2］。因此，富硒发芽糙米不仅有发芽糙米的优势，还具有硒的功能，是营养丰富的功能性食品。作为糙米的深加工产品，对富硒发芽糙米的研究具有深远的积极意义。

1 富硒发芽糙米研究意义

1.1 糙米、发芽糙米、富硒发芽糙米

糙米不仅含有丰富的蛋白质、脂肪、矿物质，而且还富集生理活性很高的维生素E、亚油酸、、米糠蛋白、米胚蛋白、γ-氨基丁酸(GABA)、六磷酸肌醇、谷胱甘肽、γ-谷维素、γ-阿魏酸、N-去氢神经酰胺、角鲨烯、米糠多糖、膳食纤维、米糠半纤维素等长寿因子［1，3-4］。而 γ-氨基丁酸具有健脑、降压等作用，活化肝、肾，改善脂肪代谢，减肥，防止动脉硬化;醒酒、促进乙醇代谢等功能［5］。糙米虽然具有上述优点，但糙米吸水困难、蒸煮时间长、口感差、糠味偏重、咀嚼困难、不易消化，贮存期短，直接食用受到多方面的限制。研究发现［6-9］，糙米经发芽后，机体内的蛋白酶、谷氨脱羧酶等内源酶被激活，催化一系列生理生化反应，组织结构变松软，矿物质等营养成分可消化率增加，风味和口感得到很大改善，其营养及功能性价值也大大提高，而富硒发芽糙米，在发芽过程中既富集了有机硒，也富集了功能性因子GABA，兼具了硒和糙米的双重功能，如表 1［10］。

1.2 硒的生物学功能

硒是一种与人及其他哺乳动物生理密切相关的微量元素，1988年l0月中国营养学会将硒作为人体必需的l5种营养元素之一，它兼具营养、毒性、解毒三重生物学功能，被称为“生命保护剂”。硒不仅是人体内各种活性酶的重要组成部分，参与机体正常的免疫功能［11］，而且硒与重金属有较强的亲和力，与体内的重金属结合形成金属-硒-蛋白质复合物而起到解毒作用。硒还参与辅酶A、辅酶Q的合成等，被科学家称为人体中微量元素的“抗癌之王”。国内外许多学者研究表明［13-18］硒对自由活性氧和自由基伤害所引起的动脉粥样硬化、脂质过氧化损伤、白内障、高血压、酒精性肝硬化、癌症、糖尿病、视网膜病、大骨节病、炎症、肌体衰老以及癌症基因的产生、表达和增殖均有很强的抑制作用。缺硒易引起以心肌损害为特征的克山病，而高硒地区人群的心血管病发病较低。适量的硒摄入还可以促进生物生长、保护视觉、延缓衰老等作用。

表1 富硒发芽糙米与富硒糙米、精白米中主要物质含量的比较Table 1 Comparison of the main ingredient content of germinating brown rice and Se-enriched germinating brown rice and polished rice

近年来，随着分子生物学、免疫学和营养学的发展，硒的营养作用越来越受到人们的关注。世界上有三分之二的地区、中国有72%的县市不同程度缺硒［12］，人体主要通过饮食获得硒，因此人体是否缺硒，在很大程度上取决于食物中硒的含量。受饮食习惯的影响，我国居民摄入的总硒量中70%来自于谷物。因此，提高食品中的硒含量，特别是谷物中的硒含量，是人体补硒非常关键的途径。水稻是我国的主要粮食作物之一，经加工得到的糙米进行富硒后，把不具生物活性和毒性较大的无机硒转化为毒性低、安全有效的有机硒，同时富集的γ-氨基丁酸和硒元素共同作用，不仅加强了糙米原有的抗病功能，同时还具有防癌、抗癌、增强人体免疫功能等效果。

1.3 富硒发芽糙米的特点

1.3.1 保健、防病 当硒被重新认识，其在保健方面的应用价值越来越受到人们的关注。世界人口的主食-稻米是人体硒的主要来源，稻米中硒含量的多少对人体硒的营养状况有直接的影响。成功研发富硒发芽糙米，在人们主食方面可部分取代稻米，这样可相对解决缺硒或低硒地区人体对硒摄入量缺乏的问题。富硒发芽糙米具有相对高的硒含量，其中的硒多以有机硒的形态存在，生理活性很高且对人体无毒，人体也很容易吸收。因此，富硒发芽糙米同时兼具防病、保健、营养的功能，对人类一些与硒相关的疾病可以起到预防和治疗的作用。

1.3.2 安全、高效 随着环境污染的加剧、社会的不断发展、人类膳食方式及生活方式的明显改变，矿质营养元素失衡已表现为影响人们健康的主要因素。人们主要从3方面进行补硒:药物补硒、保健品补硒、食物链补硒。药物补硒有很大的毒副作用，保健品补硒价格昂贵，且不易及时、有效地补充人体的硒营养［20］。利用天然富硒食品补硒是公认的一种最安全有效的途径，通过食用富硒发芽糙米可达到补充人体有机硒的目的。

2 富硒发芽糙米的研究进展

2.1 硒的富集

食物是人体硒摄入的主要来源［14］，然而天然食物中的硒含量普遍较低，果蔬中的含硒量一般小于0.01mg/kg，谷物、海洋动物、肉类(特别是内脏)的硒含量略高些，猪肾的含量最高(1.89mg/kg)。因此，仅靠天然食物中的硒一般不能满足人体的正常需要，特别对于缺硒地区，因此开发富硒食品显得尤为重要。而硒盐的毒理分析表明，无机硒均为剧毒，一般仅用于医药品或保健品而非食品，其使用范围和剂量也受到严格限制。研究表明，有机硒化合物毒性远低于无机硒化合物，且生物利用率高，易于被人体吸收。因此，将无机硒转化为有机硒，具有普遍食用和保健医疗价值。

植物种子萌发后，根系吸收的硒主要有SeO32-和SeO42-，在转运过程中，Se4+先转化为Se6+及有机硒化合物，小部分运转到枝叶中去，大部分运转到根部［15］。Asher［16］用75Se 示踪法和色谱法证实植物体内转移的硒是硒酸根形态，亚硒酸盐供给植物时，在根部被吸收并转化为硒酸盐和未知形态的硒化合物后运输至叶片，在那里由无机硒转化为有机硒，但这一转化过程不如根部吸收过程快。因此，糙米发芽后根部通常会累积高浓度的有机硒，如:硒代蛋氨酸、硒代胱氨酸、硒代半胱氨酸。

2.1.1 增施外源硒，生产富硒发芽糙米 根据水稻对硒元素的生理吸收及代谢的特点，施用易被水稻吸收利用的富硒肥料，通过土壤施硒或叶面喷施，以此提高有机硒在水稻籽粒中的营养积累，进而生产出硒含量明显高于对照的富硒功能糙米，在适宜条件下对其进行发芽，从而得到富硒发芽糙米。吴永尧等［17］研究结果表明，在缺硒或低硒地区施用硒肥，能显著提高水稻含硒量，且土壤含硒量越高，水稻积累硒的量越大。稻田土壤中含硒量的高低与糙米中含硒量在一定程度上呈正相关［18］，土壤含硒量高低对稻米中硒含量具有较大影响［19］。魏丹等［20］、唐国江等［21］、纪国成等［22］研究发现，施加硒肥可有效增加稻米中硒的含量，并且在一定范围内稻米中硒含量表现出随硒浓度的增大逐渐增加的趋势。在喷施硒肥时，王金英等［23］发现硒肥浓度范围0～44.4mg/kg时，糙米硒含量随硒肥浓度增加而显著增高。周鑫斌等［24］研究显示:叶面喷施亚硒酸钠10g/hm2时可使水稻籽粒硒含量达到不喷硒处理的7.9～11.0倍。水稻对硒具有生物富集作用，施加不同的外源硒可显著提高稻米中硒的积累，因此通过追施硒肥来有效增加硒含量，生产富硒糙米，进而得到富硒发芽糙米。

2.1.2 硒溶液浸泡糙米，培养富硒发芽糙米 硒的生物转化，是通过人工方法将无机硒转化成不同形式的有机硒，以提高硒的生理活性与吸收率，同时降低其毒性。目前研究富硒发芽糙米，大多采用不同浓度的无机硒溶液浸泡糙米，设置不同的发芽温度和时间，得到富硒发芽糙米，应用最多的是硒酸钠和亚硒酸钠。浸泡是种子发芽的关键阶段，当糙米浸泡在硒溶液中时，对硒的吸收和转化是一个复杂的生理生化过程，与浸泡液的浓度有直接的关系。姜云等［25］研究显示硒溶液浓度为1.25～5.00mg/L时，对发芽具有促进作用，发芽率高于对照组，当硒溶液浓度为10～20.00mg/L时发芽率稍有下降，但稻谷对硒的富集量达到了普通大米的40～76倍，当硒溶液浓度超过40mg/L时对稻谷发芽产生了明显的毒害作用。刘昆仑［26］研究结果表明 Na2SeO4或 Na2Se03浓度低于60μmol/L对糙米的发芽率及芽长均无显著影响(p＞0.05)，浓度高于60μmol/L时具有显著抑制作用(p＜0.05);因为糙米吸收无机硒后，通过自身代谢作用将其转化为硒代半胱氨酸或硒代蛋氨酸等有机硒，然后通过取代原有半胱氨酸或蛋氨酸而结合至蛋白质中，当其浓度过高时，会破坏蛋白质的结构与生理功能，对其造成毒害作用［27-29］。因此，使用硒溶液浸泡糙米时要选择适宜的浓度，过高浓度时反而会产生毒害作用。

2.2 富硒发芽糙米的研究现状

国内外学者在发芽糙米和富硒食品方面进行了大量的研究，但多数集中于发芽糙米中GABA的富集、发芽工艺或者富硒食品营养价值方面的研究，而对富硒发芽糙米的研究和开发较少，且缺乏系统性。

2.2.1 富硒发芽糙米加工工艺 王传梁［10］研究了富硒发芽糙米加工工艺，结果表明糙米发芽过程中富集有机硒的同时富集功能性物质-GABA。江湖等［30］研究显示富硒发芽糙米的最佳工艺参数为:亚硒酸钠浸泡液质量浓度5mg/L，浸泡时间9h，浸泡温度28℃，培养时间21h，培养温度31.5℃。彭光荣等［31］研究认为生产高有机硒发芽糙米，硒浓度应选择50mg/L;而生产低硒发芽糙米，硒浓度应选择10mg/L为宜。杨颗等［32］筛选出最优的富硒发芽糙米滚筒干燥工艺:加水比率1.2∶1，水浴温度65℃，水浴时间25min，滚筒表面温度130℃。富硒发芽糙米在发芽期间同时富集易于人体吸收的有机硒和功能性物质-GABA，为开发富硒食品提供一条切实可行的途径，并为糙米的进一步利用和深加工提供理论参考依据，说明生产富硒发芽糙米具有实用性和可行性。

2.2.2 富硒发芽糙米生物转化 蒲云峰［33］利用糙米发芽的生化过程将无机硒吸收并进行生物转化，成为容易被吸收、毒副作用小的有机硒，同时研究了富硒过程对糙米发芽生理生化影响。刘昆仑［26］对糙米发芽富硒特性及富硒发芽糙米硒蛋白的分离纯化及其抗氧化与抗肿瘤活性进行了系统研究。对适宜发芽富硒的糙米品种筛选及其培养条件优化、硒元素与发芽糙米生理变化和主要营养物质的关系、硒在富硒发芽糙米部位和蛋白质中的分布进行了研究，并对富硒发芽糙米硒蛋白进行了分离纯化和鉴定，考察了主要硒蛋白的体外抗氧化和抗肿瘤活性。糙米对Na2Se03的富集和转化能力高于Na2SeO4;不同品种糙米对硒富集和转化能力的差异达极显著水平，硒添加量为0～90μmol/L时对发芽糙米干物质损失率无显著影响;低浓度的硒可显著提高蛋白酶及谷胱甘肽过氧化物酶的活性，浓度过高对其产生抑制作用;富硒发芽糙米中总硒和蛋白结合硒含量顺序为清蛋白＞谷蛋白＞球蛋白＞醇溶蛋白;纯化的三种富硒发芽糙米硒蛋白Fl、F4和F5均具有较强的还原力以及对超氧阴离子自由基、DPPH自由基和羟自由基的清除能力。为富硒发芽糙米的功能特性及其富集规律研究提供理论依据。糙米发芽过程中通过生物转化能力生产富硒发芽糙米，可有效提高人们对硒的摄入量，又避免直接食用无机硒存在的安全性问题。下一步研究的重点是确定这一富硒方法能否使硒稳定地存在发芽糙米中，及发芽糙米中硒含量是否符合国家标准。

2.2.3 富硒发芽糙米中硒的测定 适量补硒可以预防和治疗疾病，超量补硒则会对机体造成伤害，引发硒中毒。中国食品药品监督管理局颁布的《营养素补充剂申报与审评规定(试行)》(2005年7月)推荐每人每日硒的摄入量为15～100μg，依照国际标准和中国标准，无论是动物饲料加硒、植物施加硒肥以及人体补硒，必须严格控制硒的使用量，特别是对补硒食品应制定其含硒量标准，加强硒的检测，预防其中硒含量过高而对人类造成危害。目前硒的检测方法有原子吸收光谱法、石墨炉原子吸收光谱法、荧光分光光度法、氢化物-原子吸收光谱法、氢化物-原子荧光光谱法、高效液相-荧光法、电感耦合等离子体-质谱法、气相色谱法等，由于含硒样品种类繁多，且每种测定方法都有其优缺点，因此，要根据检测样品选取适宜的检测方法。而易于被人体吸收的是富硒发芽糙米中有机硒成分，目前有机硒含量的测定方法仍以总硒减去无机硒的方法较为合理，但该法不能检测出有机硒的形态，因为有机硒主要以硒蛋白、硒氨基酸及硒多糖、硒甲醚［34］等形式存在，难以分离提取或完全提取，单独检测其中的某一种或几种成分时，不能代表有机硒的含量。尹礼国［35］采用氢化物发生-原子荧光光谱法(GB 5009.93-2010)测定富硒发芽糙米中的硒含量，确定了硒浓度为50mg/L的溶液处理的发芽糙米品质较好，检出限为0.2μg/L，此法精密度高、稳定性好、简便快速，适合于富硒发芽糙米中硒的定量分析。

3 问题及展望

3.1 问题

富硒发芽糙米开发应用在我国尚处于起步阶段，在开发过程中应注意以下几个问题:

富硒发芽糙米丰富的营养价值及高含量的GABA是引起人们关注的主要原因，进一步提高发芽糙米中生理活性成分特别是GABA的含量，是今后的研究重点之一。如高GABA水稻品种筛选，采用赤霉素与谷氨酸钠浸泡处理是否有利于GABA的富集。

富硒发芽糙米作为主要食品食用还应在改善口感及蒸煮性上下工夫，如在浸泡过程中添加纤维素酶软化皮层等，使其口感风味更接近于精白米。开发以富硒发芽糙米为原料的系列功能性食品，如方便米糊、饮料、糕点、添加剂等，以实现产品的多样化。

世界卫生组织研究认为，食物中的硒含量＜0.1mg/kg时，就会造成人体缺硒;而＞5.0mg/kg时，又会产生硒中毒。我国的粮食国家标准中只规定了粮食中硒含量的最大上限为0.3mg/kg(以硒元素计)，而并未对其制定更为细致的品级评定标准，因此加强对糙米硒含量测定方法的研究，特别是对其中的有毒性的无机硒及有生理活性有机硒的测定，以便生产出满足不同人群需求的富含有机硒的富硒发芽糙米。

3.2 展望

功能性食品的一个重要特征是长期、坚持不懈地食用，方能达到理想效果。富硒发芽糙米作为主食、功能性食品或食品添加剂，很容易实现长期、大量地摄取，从而实现预期的效果。据调查结果表明，我国有三分之二的地区为低硒、缺硒区，开发富硒发芽糙米可为低硒、缺硒区提供一种有效的补硒途径。根据微量元素硒的性质，它可能对自由基产生富集加合作用［36］，从而提高抗氧化能力，因此富硒发芽糙米很可能具有较高的氧化能力;糙米中含有的丰富的VE，可能会促进Se的吸收，二者互补，协同作用，同时VE和Se还能协同抗氧化，保护组织细胞的正常功能，提高机体免疫力和抗病力［37］。在机体对某些有毒物质引起的应急反应中，VE和Se可以协同作用，防止中毒，这些推断都有待进一步的研究证实。适宜的硒浓度处理可显著提高谷胱甘肽过氧化物酶活性，维持体内较低的过氧化氢水平，进而提高蛋白酶活性，加速对糙米贮藏蛋白的降解，使游离氨基酸含量升高［27］，笔者另文发表的文章已对糙米发芽期间蛋白酶活性变化有了初步研究，硒与GABA之间是否存在一些增效的作用，是笔者正在进行研究的内容。

糙米发芽富硒后，可进一步开发出形形色色的富硒发芽糙米食品，如富硒发芽糙米粉、富硒发芽糙米片、富硒发芽糙米面包、富硒发芽糙米饼干等。这样既解决了糙米的综合利用问题，又实现了农副产品的加工增值，提高生活质量，具有较好的社会效益和经济效益。同时也给发芽糙米这一保健食品赋予更强的保健功能和更强的市场活力，成为补硒食品中的一个新品种，市场潜力很大，前景广阔。

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