γ-氨基丁酸在糙米制品中的富集和应用

房子舒，吴伟莉，倪 军，陈历水，丁庆波

（中粮营养健康研究院品牌食品研发中心，北京 102209）

γ-氨基丁酸在糙米制品中的富集和应用

房子舒，吴伟莉，倪 军，陈历水，丁庆波

（中粮营养健康研究院品牌食品研发中心，北京 102209）

通过介绍糙米中γ-氨基丁酸的主要代谢途径，综述提高发芽糙米中γ-氨基丁酸含量的方法以及富γ-氨基丁酸发芽糙米产品的研究与利用现状，并分析发芽糙米需要解决的问题和发展前景。

糙米；γ-氨基丁酸；糙米产品

0 引言

糙米是稻谷经过砻谷去除颖壳后留下的产物，由皮层、糊粉层、胚乳和胚组成。在大米的精加工过程中，由于人们过于追求“精”与“白”，占糙米营养64%的种皮和胚芽在加工过程中损失掉，导致营养的大量流失。糙米的胚和糊粉层中富集有生理活性很高的VE、亚油酸、米糠蛋白、米胚蛋白、γ-氨基丁酸（Gamma-amino butyric acid，GABA）、六磷酸肌醇、谷胱甘肽、γ-谷维素等［1］，其中糙米中GABA的含量是大米中的3倍以上。

GABA是一种四碳非蛋白质氨基酸，广泛存在于动物、植物和微生物中，是一种抑制性神经传导物质，1950年被首次发现，在调节神经元兴奋度上起着镇定兴奋的作用［2］。研究表明，GABA具有降血压、降低胆固醇、增强记忆力、促进睡眠、生长激素分泌、酒精代谢，以及抗焦虑、癫痫、肥胖［3］等多种有益的保健功能。正是由于其显著的生理功效，近些年来被人们越来越重视。发芽糙米的GABA含量非常高，因此这种具有药食同源功效的天然食材在市场中的表现也非常抢眼。日本学者和市场对GABA糙米的研究和利用非常深入，我国则起步较晚。因此，本文旨在对糙米中GABA的富集技术以及国内外糙米产品的开发进展进行总结，为今后富GABA糙米的制备和产品开发提供指导。

1 GABA的生物代谢途径

GABA合成的主要途径是L-谷氨酸（L-Glu）脱羧而成，该反应由L-谷氨酸脱羧酶催化，在某些情况下GABA可由鸟氨酸和丁二氨转化而来，但这些物质都是由Glu生成，另一途径是多胺降解途径。在高等植物正常生长条件下，其植物组织中GABA的含量通常为0.3～32.5 μmol/g［4］。当植物体受到冷冻、机械损伤、热刺激、盐胁迫、缺氧、浸泡和酸化等逆境胁迫或植物激素作用时，植物体内GAD酶被激活，从而促进GABA的大量富集［5］。

2 糙米中GABA的富集技术

由此可得，研究者可以通过GABA的生物代谢途径结合传统植物富集技术制作富GABA糙米制品，这些方法都十分有效。各种影响GABA富集的因素如下。

不同稻谷中的GABA含量差异很大，有研究表明，GABA含量相差7倍之多，不同GABA含量的稻谷脱壳成糙米后，其发芽后GABA的富集量也大不一样。还有报道称，我国南方籼米比北方粳米的GABA生成能力强，而含量最高的是一种巨胚米，其GABA含量在54 mg/100 g［6］。除此之外，中国水稻研究所的黄大年通过生物技术，选育出高L-谷氨酸脱羧酶活性的突变株，其精米比一般水稻品种高5～6倍。刘行丹等人［7］还对杂交水稻糙米发芽前后GABA含量的变化进行了研究，认为杂交稻谷比常规稻谷可能具有更高的GABA含量。

2.2.1 浸泡温度和时间

糙米中谷氨酸脱羧酶的活性直接影响GABA的富集，2014年Oh S H［8］研究发现，浸泡发芽可促进糙米GABA含量的积累。不同的浸泡温度和时间会很大程度上影响糙米的发芽率。袁建等人［9］认为浸泡温度30℃，浸泡时间13 h比较好。这与郭晓娜等人［10］在2003年的浸泡温度20℃，浸泡时间12 h有所不同。

2.2.2 浸泡pH值

浸泡pH值对糙米中GABA的积累有很大影响。爱岩认为，谷氨酸脱羧酶的最适pH值为5.9；研究证明谷氨酸脱羧酶的活性在pH值5.0～6.0活性最高，相对酶活在85%以上。大部分研究认为，pH值5.5的效果最好［11］。GABA与丙酮酸转氨酶的最适pH值为8.9，所以在微酸环境更利于GABA的积累［12］。

糙米发芽率的多少和发芽程度的大小是影响GABA积累的重要指标，同时要控制发芽过程中不要生根，这会消耗掉发芽积累的GABA。江湖等人［13］在研究富GABA糙米的过程中，分析了4种因素对GABA含量的影响模型，结果表明发芽过程中培养温度对GABA含量的积累最为重要，他认为培养温度36℃，培养时间16.7 h较为合适。马涛等人［14］则采用发芽温度37.5℃，发芽时间28 h，GABA含量可达94.6 mg/100 g。这与江南大学孟祥勇［15］研究的发芽糙米31℃，发芽时间25 h不太一样。这可能是因为谷氨酸脱羧酶在这段时间的活性较强，且温度过高，易滋生微生物的原因。

2.4.1 Ca2+/CaM对GABA富集的影响

植物体内 Ca2+与其受体蛋白——钙调节素（CaM）结合而启动生物效应，Ca2+增多，有利于形成有活性的酶Ca2+与CaM复合体。Baum G等人［16］认为与GABA合成密切相关的谷氨酸脱羧酶是一个CaM结合蛋白，可被Ca2+和CaM激活，积累大量的GABA。因此，在植物组织浸泡发芽过程中加入适当浓度的Ca2+可增加GABA的积累量。袁建等人［9］认为，CaCl2浓度达到3.5 mmol/L时GABA含量最大。耿程欣等人［17］则认为，10 mmol/L是最适浓度。

2.4.2 L-Glu对GABA含量的影响

高等植物和动物体内L-谷氨酸在谷氨酸脱羧酶的作用下生成GABA。因此，在培养液中加入适量多的L-Glu，相当于增加了谷氨酸脱羧反应的底物浓度，增加了GABA的积累量。也有一种说法，即L-Glu含量增多可使GABA支路中碳流量增加，并调节谷氨酸脱羧酶的活性［18］。试验中除使用L-谷氨酸外，还经常使用谷氨酸钠。孟祥勇［15］认为随着谷氨酸钠的增加，GABA呈现先增加后减少的趋势，2.0 mg/mL时GABA含量最大。与肖君荣［19］的研究结果相似。

2.4.3 其他成分及影响因素

磷酸吡哆醛（Pyridoxal phosphate，PLP）也可显著影响谷氨酸脱羧酶活力，从而影响GABA的生成［20］。VB6是磷酸吡哆醇、PLP及磷酸吡哆胺的复合物，也同样可以激活谷氨酸脱羧酶活性。但耿程欣等人［17］认为VB6不是最主要的影响因素，小于CA2和pH值。VB6浓度为2 mmol/L时达到最大。

在研究富硒糙米的过程中，何荣等人［21］发现随着硒质量浓度的升高，GABA含量呈现出先升高后降低的趋势。当其质量浓度为20 mg/L时，GABA含量达到最高值，为455.6 mg/kg，是原糙米的7倍；相应的结论在王传梁等人［22］的研究中也得到印证。

此外，肖君荣［19］还研究了其他金属离子对谷氨酸脱羧酶活性的影响，结果表明Mg2+，Al3+，Zn2+，Mn2+，乙二胺四乙酸（EDTA）对酶的活力无明显影响，Na+和K+对酶的活力稍有抑制，而十二烷基硫酸钠对酶活力的抑制最强，Ca2+对酶活力具有促进作用。郑艺梅［23］很新颖地研究了壳聚糖对发芽糙米中GABA含量的影响，结果表明壳聚糖浸泡糙米可以显著提高GABA含量，以0.5%的效果最好，具体机理有待进一步研究。

高等植物在逆境胁迫下，GABA能起到应激信号的作用，其积累可显著提高植物的抗逆性。盐胁迫可升高拟南芥的GABA含量［24］，冷胁迫可催化人参细胞中的谷氨酸脱羧酶活性［25］。同时，厌氧胁迫已被证实能显著提高水稻、番茄、烟草以及粟谷中的GABA含量。丁俊胄等人［26］认为CO2的促进效果明显优于N2（p＜0.05），且在发芽66～72 h期间处理效果最好，比未处理的发芽糙米高出460 mg/100 g（干基）。此外，高压处理也可增加糙米中的GABA含量［27］。

糙米发芽过程中，GABA含量的多少和糙米体内谷氨酸脱羧酶的数量及活性有直接关系。为了更加便捷地提高GABA含量，马晓博［28］利用海藻酸钠固定化糙米米糠的谷氨酸脱羧酶，并得到最佳固定化条件。除此之外，还可通过添加外源酶来提高发芽糙米的GABA含量。比如Saikusa T等人［29］在浸泡液中添加了木聚糖酶和纤维素酶，其糙米GABA含量高且营养丰富。国内学者张燕［30］认为，纤维素酶可以使GABA含量提高1倍。这是因为纤维素酶可以使糙米的皮层松散，使得糙米内部GABA相关合成酶可以充分与底物接触，提高酶活。

3 富GABA糙米制品的现状

糙米中保留了稻米中大部分营养成分与生理活性物质，日本及欧美等国非常重视对它的加工和利用。早在1996年，注重稻米深加工的日本就推出了富含GABA的米胚制品。如今，越来越多的发芽糙米产品上市，其产品形式也多种多样。

发芽糙米一般呈干燥状态真空包装，于常温或制成冷冻块状保存，可直接作为食用米饭。发芽糙米在日本已经获得了产业化生产，GABA含量较糙米高出了2倍，较白米高出了7倍，价格是糙米的2倍。Saikusa T等人［11］研究表明，发芽糙米中的GABA含量最高可达400 mg/100 g；我国郑州工程学院郭晓娜等人［10］优化了发芽糙米的发芽条件，GABA含量可达47.1 mg/100 g；北京华通康源科技有限公司和湖南文理学院杨明毅等人［31］开发了糙米发芽一体化设备，研究了糙米发芽的工艺条件。我国目前已有市售的发芽糙米，淘宝网店瑞古安隆公司的发芽糙米GABA含量为33.12 mg/100 g。

发芽糙米粉是将发芽糙米磨成粉状制得的产品。将其熟化后可添加于面粉中制作面包、饺子皮和糕点食品等，更适于婴幼儿和老人食用。江南大学张晖等授权专利一种富含GABA米胚芽粉的制备方法和应用。金增辉［32］通过膨化法改善了糙米粉复水时锈结的问题，并研究了全糙米粉的制作工艺。孙雨茜等人［33］则研究了以发芽糙米粉、发芽玉米粉和发芽大豆粉为主要原料的复合配方，并利用膨化技术开发了营养全面、口感细腻和冲调性好的高GABA发芽营养粉。李次力等人［34］在制作发芽糙米面包时发现，发芽糙米粉对产品感官品质的影响最大，其糕点添加量一般为10%。

发芽糙米也可做为酿酒原料，与其他水果或者原料粮食一起进行发酵。日本人就发明了一种以发芽糙米为原料的清淡型清酒和蒸馏酒，其酒精含量在17%以上，风味独特、香味醇厚，且氨基酸和酸度都较高［35］。

与此同时，发芽糙米还可与牛奶（或奶粉）一起，以微生物发酵为主要途径制成功能性发酵糙米奶。我国袁辉［36］等人就研究了以发芽糙米和牛奶为原料，利用乳酸菌发酵的酸米奶，受到口感、发酵难度和营养功效等多方面因素的影响，确定最终比例为糙米粉添加量5%，牛奶添加量40%，乳酸菌接种量0.006%，42℃发酵5 h。

除此之外，焙炒发芽糙米经微生物发酵还可制作米芽醋，米芽醋富含氨基酸、矿物质和GABA［6］。糙米酵素在日本最近很流行，其GABA含量是未发酵前的8倍，我国袁周率等人［37］对其进行了详细的研究。发芽糙米还可用来制作酱汤等风味保健食品，比如日本那卡公司生产的2款富含营养酱汁。

发芽糙米经过磨粉、膨化、酶解、调浆后可制成富含GABA的发芽糙米谷物饮料，如金增辉［38］利用富含GABA和GSH的米胚芽为基料制作了几款功能型饮料，有冲调型速溶粉、冲调型泡腾片和冲调型袋泡茶等。目前，上海克里斯汀食品有限公司已将GABA胚芽乳投放中国华东市场，其GABA含量宣称可达到30 mg/100 g。焙煎的发芽糙米，添加绿茶或红茶可制成口感独特、营养丰富的发芽糙米茶。

很多休闲食品都可利用富GABA发芽糙米制成，如发芽糙米饼干、发芽糙米魔芋、发芽糙米年糕，甚至果冻和冰激凌以及发芽糙米冻米糖等。此外，还可利用发芽糙米的活性提取物开发了预防老年痴呆的脯安酰内肽酶抑制剂。

4 展望及未来

我国的糙米发芽技术尚处于起步阶段，生理生化方面的γ-氨基丁酸变化规律尚未完全研究透彻。今后可从培育高γ-氨基丁酸水稻品种和深入研究富集技术等方面进行入手，筛选出高γ-氨基丁酸含量的水稻品种和富集方法。同时，富GABA发芽糙米在食用口感和加工利用方面也有提升的空间。适当酶解糙米原料可以改善糙米制品在食用时的粗糙感，纤维素酶和淀粉酶都是不错的选择。此外，对富GABA发芽糙米制品的生理功效研究也是十分有价值的。

富GABA发芽糙米制品大大提升了糙米的营养价值和商业价值，其深度开发的产品在保健食品领域和主食市场将会扮演重要角色，为人类健康事业添砖加瓦。

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This paper introduces the main metabolic pathway of γ-amino butyric acid in brown rice，review the improve of sprouted brown rice in γ-amino butyric acid concentration method and the utilization of rich in γ-amino butyric acid sprouted brown rice products.Finally，the problems and development prospects of sprouted brown rice are summarized.

brown rice；GABA；brown rice products

1671-9646（2016）09a-0050-04

TQ914

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2016.09.017

2016-07-22

房子舒（1990— ），女，硕士，工程师，研究方向为农产品加工及天然产物提取。