不同品种糙薏米萌芽特性比较及其工艺优化

党 娟 秦礼康 杨先龙 金 毅（.贵州大学酿酒与食品工程学院，贵州 贵阳 55005；.贵州鑫龙食品开发有限公司，贵州 安顺 56000）

薏米作为药食两用的小宗杂粮，在印度、缅甸、中国、马来西亚和泰国等地广泛种植［1，2］，因其极高的营养价值且富含薏苡仁酯、薏仁多糖等多种活性物质［3］，被称为“生命健康之禾”［4］。

近年来，全谷物食品的营养保健作用成为研究热点，针对全谷物食品开发的新型食品大幅增加［5，6］。但是，全谷物存在口感粗糙、不易蒸煮的缺点。谷物萌芽是植物种子生命发展最有活力的阶段，能改善谷物口感与品质，同时可增加某些活性功能物质。Koyama M等［7］研究表明，将苦荞浸泡20h后萌芽处理6d，芦丁含量从15.8mg/100g提高到109.0mg/100g；Ren S等［8］发现苦荞种子萌芽处理期间总酚、总黄酮、芦丁含量逐渐增加，并在第9天达到最大值；Karladee D等［9］研究表明，将紫稻谷种子浸泡3h后萌芽处理24h，γ－氨基丁酸（GABA）含量从4.67mg/100g提高到23.63mg/100g。

γ－氨基丁酸（GABA）自2009年被中国卫生部批准为新资源食品后，以其独特的功能性和广泛的适用范围，成为开发新产品、增加产品附加值、强化产品功能等方面的一个热点研究领域［10］。应用产品以日本可口可乐公司开发的GABA功能性饮料和日本茶饮料Gabaron为代表，还包括米胚、米糠、绿茶、豆制品、乳酸菌、酵母富含GABA的食品［11］。但结合现代生物技术对糙薏米进行萌发处理后，分析测定其主要营养成分、重要活性物质GABA的含量及萌芽工艺条件的研究尚未见诸于报道。本研究拟以糙薏米为原料，系统分析测定糙薏米种子萌芽过程中生理生化的变化，旨在探讨糙薏米萌芽处理过程中理化特性及适宜可行的工艺条件，以提高糙薏米食用及营养价值，并为糙薏米高值化产品开发提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

1.1.1 材料

糙薏米（表1）：贵州鑫龙食品开发有限公司，原料于2013年秋后收获储藏于4℃冷库中备用。

表1 糙薏米品种描述Table 1 Description of coix seed cultivars

1.1.2 试剂

GABA标准品：纯度＞99%，美国Sigma公司；

乙醇：分析纯，国药集团化学试剂有限公司；

葡萄糖标准品：分析纯，上海永叶生物科技有限公司；

考马斯亮蓝G－250：生化试剂，南京森贝伽生物科技有限公司；

亮氨酸：生化试剂，南京奥多福尼生物科技有限公司；

牛血清白蛋白：生化试剂，上海拜力生物科技有限公司；其他试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

紫外—可见分光光度计：TU－1810型，北京普析通用仪器有限责任公司；

荧光分光光度计：F96S型，上海棱光技术有限公司；

台式冷冻干燥机：FD－1A－50型，北京博医康实验仪器有限公司；

恒温恒湿培养箱：CLHN－350T型，天津市华北实验仪器有限公司；

台式高速离心机：TGI6－WS型，上海卢湘仪离心机仪器有限公司；

分析天平：BS110S型，北京赛多利斯天平有限公司；脂肪测定仪：SER148型，意大利威尔普公司。

1.3 试验方法

1.3.1 萌芽糙薏米的工艺流程

糙薏米→筛选→2%的次氯酸钠消毒→蒸馏水清洗2次→浸泡20h→铺皿（3层纱布、2层滤纸）→萌芽（控温控湿）→萌芽薏米

糙薏米萌芽结束后，用蒸馏水清洗2次，液料比3∶1（V∶m）加蒸馏水打浆，冷冻干燥，制得萌芽薏米粉，于－20℃冰箱冷藏备用。

1.3.2 不同品种糙薏米萌芽特性对比 分别筛选5个品种糙薏米，在温度25℃恒温水浴锅中浸泡20h，控温控湿条件下萌芽6d，操作同1.3.1，根据薏米生长特性及各品种薏米化学成分含量变化，选出适合萌芽薏米品种。

1.3.3 单因素试验设计 在最适萌芽薏米基础上进行萌芽温度、相对湿度、萌芽时间的单因素试验。

（1）萌芽温度：在相对湿度80%、萌芽时间72h的条件下，分设20，24，28，32，36，40 ℃共6个温度进行萌芽，通过发芽率和GABA含量的高低确定最佳萌芽温度。

（2）相对湿度：在萌芽温度28℃、萌芽时间72h的条件下，分 设70%，75%，80%，85%，90%，95% 共 6 个 湿 度 进 行萌芽，通过发芽率和GABA含量的高低确定最佳萌芽湿度。

（3）萌芽时间：在萌芽温度28℃、相对湿度80%的条件下，分设24，48，72，96，124，144h共6个时间进行萌芽，通过发芽率和GABA含量的高低确定最佳萌芽时间。

1.3.4 正交试验 在单因素试验结果的基础上，以发芽率和GABA含量为评价指标进行正交试验，以获得萌芽薏米中发芽率和GABA含量的最佳工艺条件。

1.3.5 理化指标测定

（1）吸水特性：已知质量的各品种薏米浸泡在25℃蒸馏水中，每4h取样，吸干水分并称重，按式（1）计算吸水率。

式中：

W——吸水率，%；

G——试样擦干后的重量，g；

B——试样饱含水分以后的重量，g。

（2）芽长：随机抽选30粒萌芽薏米，用游标卡尺测定其芽长。

（3）发芽率：按 GB 3543.4—1995《农作物种子检验规程》执行。

（4）水分：按 GB 5009.3—2012《食品中水分的测定》执行。

（5）粗脂肪：按GB/T 5512—2008《粮油检验 粮食中粗脂肪含量测定》中的索氏抽提法执行。

（6）淀粉：采用蒽酮—硫酸比色法测定［12］。

（7）还原糖：采用3，5－二硝基水杨酸法测定［12］。

（8）可溶性蛋白质：采用考马斯亮蓝 G－250染色法测定［12］。

（9）游离氨基酸：采用水合茚三酮显色法测定［12］。

（10）VC：采用2，6－二氯酚靛酚滴定法［12］。

（11）VB1：按GB/T 7628—2008《谷物中维生素B1测定》执行。

（12）VB2：按GB/T 7629—2008《谷物中维生素B2测定》执行。

1.3.6 薏苡仁酯的提取与测定 参照文献［13］。

1.3.7 薏米粗多糖提取与测定 参照文献［14］。

1.3.8 γ－氨基丁酸的提取与测定 参照文献［15］。

1.3.9 数据统计与分析 采用Origin Pro 9.0作图和SPSS 19.0软件处理试验数据进行方差分析和显著性检验。所有试验设3次重复。

2 结果与分析

2.1 不同品种脱壳糙薏米萌芽特性比较

2.1.1 不同品种薏米吸水率、发芽率和芽长的变化 由图1、2可知，25℃下5种糙薏米吸水率和发芽率变化趋势一致，浸泡处理20h后，YN－1的吸水率最高为47.95%。发芽率在72h之内显著增加并在96h达到最高，GZ－1和GZ－2的发芽率最高，分别为87%和86%，而 YN－1、YN－2和 YN－3的发芽率分别为14%，78%，80%。由表1可知，YN－1千粒重最大，但发芽率最低，说明大颗粒糙薏米不适宜作为萌芽原料。由图3可知，GZ－1的芽长最长为38.6mm，同一萌芽环境中，5种糙薏米种子中GZ－1的芽长最长，生长状况最好。综上可知，贵州小白壳薏米（GZ－1）较其他4个品种糙薏米更适合作为萌芽原料，有较好的发芽率、芽长，其生长趋势也强于其它应试品种。

图1 吸水率的变化Figure 1 Change of water absorption rate

图2 发芽率的变化Figure 2 Change of germination rate

图3芽长的变化Figure 3 Change of germination length

2.1.2 不同品种糙薏米可溶性蛋白质和游离氨基酸的变化

由图4可知，5种糙薏米中可溶性蛋白质含量均呈现开始快速升高而后逐渐平稳的趋势，表明种子在萌发初期，种子内的蛋白质在蛋白酶作用下分解为氨基酸，在约48h后出现平衡期，可溶性蛋白质含量变化幅度小。GZ－1和GZ－2萌芽约48h可溶性蛋白质含量快速增高并在48h达到最高值，而YN－1、YN－2和YN－3萌芽96h可溶性蛋白质含量最大。由图5可知，5种糙薏米中游离氨基酸含量均呈快速增加趋势，其中GZ－1和 GZ－2增加明显，分别增加了421.20，393.78μg/g，而 YN－1、YN－2和 YN－3分别增加了190.83，229.36，242.20μg/g。

2.1.3 不同品种薏米γ－氨基丁酸（GABA）的变化 由图6可知，随着萌芽时间的延长，GABA含量先快速增加后缓慢降低，萌芽96h后，GZ－1、GZ－2的 GABA含量增至最大，分别为72.42，70.12mg/100g，相比萌芽前增加了5.80，4.61倍；YN－1、YN－2和 YN－3中 GABA 含量分别增加了3.82，4.75，5.60倍。姚森等［16］通过建模分析糙米发芽过程，蛋白酶和谷氨酸脱羧酶被活化，使谷氨酸脱羧生成GABA的速率加快，发芽后期，谷氨酸的含量不断减少，GABA积累达到一定量，转氨酶将GABA转化为琥珀酸半醛的速率增大，导致GABA的消耗速率大于生成速率，所以发芽后期GABA的积累速率不断减慢。因此，随着萌芽时间的延长，5种糙薏米中GABA含量开始缓慢下降，其原因可能就是糙薏米种子中谷氨酸被消耗，GABA在转氨酶作用下分解。在144h的萌芽时间，GZ－1、GZ－2和 YN－3中 GABA含量显著高于 YN－2和 YN－3，而 GZ－1、GZ－2和 YN－3之间的 GABA含量差异不显著，考虑经济方便原则，选择GZ－1做萌芽原料。

图4 可溶性蛋白的变化Figure 4 Change of soluble protein

图5 游离氨基酸的变化Figure 5 Change of free amion acid

图6 GABA含量的变化Figure 6 Change of GABA content

2.2 单因素试验结果与分析

2.2.1 萌芽温度单因素试验 由图7可知，随着萌芽温度升高，糙薏米发芽率不断增加，当萌芽温度为28℃时发芽率达最大值，之后曲线逐渐降低；而GABA含量随温度增加而增加，当萌芽温度为32℃时GABA含量达最大值，之后曲线呈下降趋势，因此确定28℃左右为最佳萌芽温度。

图7 萌芽温度对发芽率和GABA含量的影响Figure 7 Effect of germination temperature on germination rate and GABA content

2.2.2 相对湿度单因素试验 由图8可知，随着相对湿度的升高，糙薏米的发芽率不断增加，当相对湿度为90%时发芽率达最大值，之后随着相对湿度增加，发芽率有明显的下降趋势；而GABA含量随着相对湿度的升高不断增加，当相对湿度为90%时GABA含量达最大，之后逐渐降低。故确定90%左右为最佳相对湿度。

2.2.3 萌芽时间单因素试验 由图9可知，0～48h内，糙薏米的发芽率和GABA含量快速增加，当萌芽时间为48h时，糙薏米萌芽完成，发芽率到达最大值，曲线趋于平缓；当萌芽时间为96h时，GABA含量达到最大值，随着萌芽时间的延长，GABA含量开始缓慢下降。故确定96h左右为最佳萌芽时间。

图8 相对湿度对发芽率和GABA含量的影响Figure 8 Effect of relative humidity on germination rate and GABA content

图9 萌芽时间对发芽率和GABA含量的影响Figure 9 Effect of germination time on germination rate and GABA content

2.3 正交试验结果与分析

根据单因素试验结果，选择萌芽温度、相对湿度、萌芽时间中有意义的水平（表2），采用L9（34）正交试验优化萌芽薏米的最佳工艺条件。正交试验的结果见表2。

表2 正交试验L9（34）因素水平表Table 2 Factors and levels of orthogonal test L9（34）

由表3可知，各因素对发芽率和GABA含量的影响主次顺序均为C＞A＞B；发芽率和GABA含量最佳组合条件均为A2B3C3，即：萌芽温度28℃、相对湿度95%、萌芽时间96h。以此为萌芽条件，通过进行3次平行实验得到萌芽薏米中发芽率平均值为89%，相对误差为RSD＝1.12%；GABA含量平均值为78.06mg/100g，相对误差为 RSD＝1.64%。结果均略低于表3中发芽率与GABA含量最高的5号组，这个结果不是最佳匹配数据，但是肯定是最接近最佳的了，原因是同种同批次种子成熟度与活力存在不可避免的差异，也是造成发芽率与GABA积累量不稳的主要原因［17］。因此，本试验以试验5为最优组合，最佳萌芽工艺条件为萌芽温度28℃、相对湿度90%、萌芽时间96h，发芽率和GABA含量分别达到90%和78.18mg/100g。

表3 正交试验结果及极差分析Table 3 Result of orthogonal test and range analysis

2.4 不同萌芽时间薏米各成分含量的变化

在正交试验最佳工艺条件下，对萌芽时间内糙薏米化学成分进行测定，结果见表4。由表4可知，在萌芽过程中，脂肪、蛋白质、淀粉、薏米粗多糖等物质呈降低趋势，还原糖、游离氨基酸、GABA、VC、VB1和VB2等物质呈增加趋势，薏苡仁酯含量变化幅度不大，这与禾谷作物种子萌发过程中主要物质变化规律相似［18］。糙薏米含有少量 VC、VB1和 VB2，经萌芽处理后，各维生素含量显著增加，郑丽娜等［19］也发现绿豆在发芽过程中VA和VC含量呈持续增加趋势。脂肪含量呈缓慢下降趋势，减少了0.89%，主要原因是糙薏米中脂肪分解酶，酯酶被逐渐激活，这与郑丽娜等［19］、于立酶等［20］研究一致。蛋白质含量下降19.96%，相应的游离氨基酸增加了40.12mg/100g，原因是种子萌芽时，内源蛋白酶被激活，蛋白质在酶的作用下分解为氨基酸。淀粉在淀粉酶作用下快速分解。GABA含量在萌芽96h过程中含量逐渐增加并在96h达到最高值，原因是米胚芽蛋白中谷氨酸含量丰富，内源蛋白酶和氨基酸脱羧酶的作用下可产生GABA，发芽培养后 GABA 快速增加［21］。

表4 薏米萌芽过程中各化学成分含量流向分布Table 4 The flow of distribution of the chemical composition during germinated coix seed

表4 薏米萌芽过程中各化学成分含量流向分布Table 4 The flow of distribution of the chemical composition during germinated coix seed

同列中字母不同者为差异显著（P＜0.05）。

萌芽时间/h 水分/% 脂肪/% 蛋白质/% 淀粉/% 还原糖/% 薏米粗多糖/%0 3.77±0.17e 9.54±0.05a 11.62±0.02a 56.30±0.36j 1.01±0.05f 7.57±0.02a 24 6.68±0.19d 9.48±0.04a 11.38±0.06a 49.42±0.23f 1.26±0.03f 7.56±0.02a 48 7.40±0.08c 9.18±0.03b 10.71±0.09b 40.45±0.32e 1.73±0.09e 7.37±0.03b 72 8.50±0.12b 9.00±0.02c 10.27±0.07c 31.31±0.24d 2.89±0.06d 7.30±0.02b 96 9.67±0.09a 8.82±0.08d 9.83±0.06d 29.86±0.12c 5.17±0.07c 6.26±0.01c萌芽时间/h 游离氨基酸/（10－2 mg·g－1）薏苡仁酯/（10－2 mg·g－1）GABA/（10－2 mg·g－1）VC/（10－2 mg·g－1）VB1/（10－2 mg·g－1）VB2/（10－2 mg·g－1）0 8.26±0.01j 4.78±0.02a 18.37±0.16j 2.14±0.04f 0.38±0.01d 0.12±0.02e 24 10.38±0.14f 4.69±0.05b 54.17±0.13f 5.63±0.07f 0.38±0.04e 0.17±0.01d 48 19.16±0.60e 4.89±0.10a 67.28±0.09e 18.36±0.40e 0.39±0.02f 0.18±0.02d 72 25.17±0.33d 4.83±0.04a 78.12±0.15c 20.67±0.31d 0.43±0.02e 0.21±0.02c 96 38.02±0.15c 4.79±0.06a 78.48±0.16a 21.35±0.33c 0.52±0.01c 0.25±0.01b

3 结论

在单因素试验基础上，利用正交法对贵州小白壳薏米萌芽工艺进行优化，得到了贵州小白壳薏米（GZ－1）萌芽最佳工艺条件为：萌芽温度28℃、相对湿度90%，萌芽时间96h，发芽率达到90%，GABA含量为78.18mg/100g。对最优工艺条件下萌芽糙薏米主要营养成分进行分析，萌芽糙薏米中主要营养素与功能成分动态变化：脂肪、蛋白质、淀粉、薏米粗多糖等物质逐渐降低，水分、还原糖、游离氨基酸、GABA、VC、VB1和VB2等重要营养物质逐渐增加，薏苡仁酯含量变化幅度小。试验结果表明经萌芽处理后糙薏米的营养价值显著提高，这为后续深入开发以糙薏米为代表的具有降血脂、降血糖、抗癌等多种保健功能的高附加值产品提供依据。本研究的不足之处在于未对萌芽薏米中GABA对生物体内蛋白质、糖类、脂类等代谢和表达方面进行深入了解，下一步需针对上述问题进行动物试验研究。

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