发芽糙米γ-氨基丁酸富集工艺研究进展

张良晨　李东红　于淼　刘晓晶

摘要：根据发芽糙米γ-氨基丁酸（GABA）富集研究结果，介绍发芽糙米GABA的增殖途径，从优化浸泡发芽工艺、添加外源物质、脉冲强光照射、超声波处理、逆境胁迫等方面，介绍发芽糙米GABA的富集条件和措施，为高GABA发芽糙米的生产与加工提供借鉴和参考。

关键词：发芽糙米;γ-氨基丁酸;富集工艺;外源物质

中圖分类号：TS213.3    文献标识码：A    文章编号：1674-1161（2019）04-0051-03

糙米的果皮、种皮由相对密度极高的粗纤维组成并包裹着一层糠蜡，炊煮时妨碍水分进入胚乳，延缓淀粉粒糊化，导致糙米食用口感粗糙，加之糙米特有的糠味不受消费者欢迎，在一定程度上限制了糙米的消费。糙米在一定的温湿度条件下能够发芽，同时激发存在于胚与皮层中的酶，使一些糙米中的一些大分子物质部分降解，进而改善糙米的食用品质。在糙米发芽加工过程中，还会富集一些对人体有特殊功效的功能因子，其中以γ-氨基丁酸（GABA）最为引人关注。通过优化发芽糙米浸泡发芽工艺、添加外源物质、脉冲强光照射、超声处理、逆境胁迫等方法富集GABA，是目前发芽糙米加工的研究热点。本文通过归纳总结发芽糙米GABA富集研究结果，结合多年研究经验综述发芽糙米γ-氨基丁酸富集工艺，为GABA发芽糙米的生产与加工提供借鉴和参考。

1 糙米发芽加工过程中的品质变化

发芽糙米是将糙米放入以水为主体的浸泡液中浸泡，达到一定吸水率后在适宜的温湿度条件下萌发，再经一系列加工而成的糙米加工食品。发芽糙米制备工艺流程为：糙米原料→精选→浸泡→杀菌→发芽→水洗→干燥→发芽糙米成品。

发芽糙米没有经过精细碾磨，保留了糙米的果皮、种皮与胚，因此比较完整的保留了糙米原料所含的脂溶性维生素、脂类、矿物质、膳食纤维。在发芽过程中，糙米的一些内源酶的活性得到激发，一些大分子物质部分降解。同时，酶的激活使糙米内的化学成分发生变化，一些具有保健和预防疾病功能的活性成分得到富集，如GABA、谷胱甘肽、六磷酸肌醇、谷维素、阿魏酸、生育三烯酚等。研究发现，发芽糙米中的GABA含量比糙米原料多2～3倍，是精白米的10倍。因此，糙米发芽后不仅食用品质得到改善，而且营养品质大大提高。

2 GABA的生理功效

GABA是一种非蛋白质类氨基酸，在各类生物体内均有分布，它是生物三羧酸循环中支路反应的中间产物。在植物体内，GABA能调控植物生长发育，保证碳源与氮源的稳定，其含量在种子发芽过程中成倍增加。在动物体内，GABA作为一种神经信号传导基质存在于脑组织中。GABA对于人体有着重要的生理作用，可以通过调节人体中枢神经系统达到降低血压，舒缓血管的作用，同时具有镇静神经、调节心情，改善睡眠的作用。医学临床试验已经证明，GABA可以抑制肿瘤细胞中端粒酶的活性，从而控制肿瘤细胞增殖恶化，达到抗癌、抗肿瘤的功效。

3 发芽糙米GABA的增殖途径

在植物体中GABA合成方式是，谷氨酸脱羧酶（GAD）催化谷氨酸（GA）脱去羧基生成GABA。在糙米发芽过程中，GABA含量增加主要通过2种途径：一是在浸泡发芽过程中，在适宜的温度、水分条件下，GAD活性增强，催化糙米所含的GA生成大量的GABA;另一种是在浸泡发芽过程中，糙米内的一些蛋白酶被激活，通过水解蛋白质生成大量的GA，增加酶促反应中底物的浓度，使GABA含量大大增加。

4 发芽糙米GABA富集工艺研究

目前，发芽糙米GABA的富集的方法主要包括：优化发芽糙米浸泡发芽工艺、添加外源物质、脉冲强光照射、超声波处理、逆境胁迫等。

4.1 优化发芽糙米浸泡发芽工艺富集GABA

在发芽糙米加工过程中，对发芽糙米GABA含量影响最大的是糙米浸泡发芽工艺。浸泡发芽工艺会影响糙米内GABA的生成与消耗，工艺要点主要包括浸泡温度、浸泡时间、发芽时间、发芽温度和培养液pH。

吕庆云等通过试验得出，在10～40 ℃范围内，浸泡温度每升高10 ℃，发芽糙米GABA含量增加28%～37%，但温度增高会使糙米中的腐败微生物大量增殖，使糙米产生酸臭味。Thitinunsomboon等选择35 ℃浸泡13 h作为发芽糙米浸泡工艺，发芽糙米的GABA含量达（116.88±9.2）mg/100 g。郑向华等优化糙米发芽温度与时间时发现，在温度30 ℃、发芽时间28 h的条件下，发芽糙米的GABA含量增长2.3倍。王琛等研究浸泡液pH对发芽糙米GABA的富集作用，发现当浸泡液pH为5～6时，可大幅度提高GABA含量，其原因可能是此时pH接近谷氨酸脱羧酶的最适pH。

4.2 添加外源物质富集发芽糙米GABA

添加外源物质富集发芽糙米GABA主要通过3种途径：增加GABA合成的酶促反应底物浓度，使发芽糙米GABA含量增加，如添加谷氨酸、谷氨酸钠;增强谷氨酸脱羧酶活性使发芽糙米GABA含量增加，如添加钙离子;稳定浸泡液pH，使发芽过程中糙米中的谷氨酸脱羧酶处于最适pH。

王玉萍等在糙米培养液中加入不同浓度的谷氨酸，在32 ℃的黑暗条件下发芽。结果表明，添加谷氨酸1 mg/mL后发芽24 h，GABA含量比对照组高2.73倍。丁俊胄等在糙米浸泡液中添加谷氨酸钠，GABA的含量随谷氨酸钠添加量增加递增，当浸泡液中的谷氨酸钠浓度为10 mmol/L时，发芽结束后的糙米GABA含量达140.32 mg/100 g。蒋静等的研究发现，谷氨酸钠比谷氨酸溶解性好，更适于发芽糙米富集GABA。在糙米浸泡液中添加2.09 mg/ml谷氨酸钠，可使GABA含量达210.8 mg/100 g。

谷氨酸脱羧酶是一种含有钙离子的内源酶，在糙米浸泡发芽过程中，钙离子可与其受体蛋白钙调素结合，产生具有活性的酶复合体。因此，若糙米浸泡液中的钙离子浓度适合，可大大激活谷氨酸脱羧酶活性，使GABA大量增殖。陈浪等在糙米浸泡液中添加EDTA-CaNa2，浸泡液中的EDTA-CaNa2浓度达80 μg/mL，浸泡10.5 h后再对糙米进行发芽处理，发芽结束后的GABA含量比空白试验高42.4%。孙向东等研究氯化钙对发芽糙米GABA积累的影响，在试验所选范围内，氯化钙的浓度与发芽糙米GABA含量呈显著正相关;当糙米浸泡液中的钙离子浓度为0.2 mmol/L，发芽后的GABA含量达1 403.21 mg/l00 g。

在糙米浸泡发芽过程中，微生物的增殖和自身的一些生化反应，使pH体系不断变化，对谷氨酸脱羧酶的活性影响较大。因此，添加缓冲溶液可提高发芽糙米GABA的富集量。张晖等的研究发现，采用PBS缓冲溶液体系使糙米培养液pH稳定在5.4，发芽糙米GABA的含量可提高28%。

4.3 脉冲强光富集GABA

脉冲强光是一种新兴的物理杀菌技术。在对植物种子进行杀菌的过程中，脉冲强光能够增强一些内源酶的活性，使一些功能性成分成倍增加。研究发现，经脉冲强光照射的糙米发芽后，其GABA富集量增长30%以上。王勃等利用脉冲强光富集发芽糙米GABA，确定的最优方案为：糙米浸泡12 h后用脉冲强光单层照射，单次能量为400 J、闪照距离设置为11.3 cm、闪照总次数277次，照射后GABA含量可达345.7 mg/100 g，富集效果较为显著。刘利霞等采用Box-Behnken响应面试验优化脉冲强光发芽糙米GABA富集工艺，脉冲强光单次能量300 J、照射距离11 cm、脉冲照射频次1次/s、处理时间31.8 s，发芽时间27.84 h，GABA能达到最佳积累条件。

4.4 超声波处理富集GABA

Goussous等认为超声波可使谷氨酸脱羧酶的结构发生改变，进而促进GABA合成。同时，超声波处理可促进植物种子细胞壁纤维降解，利于水分与氧气进入种子内部，可大幅度提高种子内源酶的活性，对于GABA富集有积极作用。

郑艺梅等利用超声波处理糙米，发芽糙米中的游离氨基酸和GABA含量都有所提高。张祎等利用超声波处理糙米原料，通过单因素和响应面试验确定发芽糙米超声波富集GABA最佳工艺为：pH 6.0，处理温度40 ℃，超声波频率30 kHz，处理时间为16min。刘俊飞等利用纤维素酶和果胶酶处理糙米，再用超声波处理糙米，确定糙米GABA富集超声波处理工艺为：超声波处理温度35.65 ℃，处理时间0.5 h，频率46 kHz。经过超声波处理后的糙米发芽后GABA含量比糙米原料增长3.7倍。

4.5 逆境胁迫富集GABA

在逆境条件下（冷害、热敷、盐、低氧、机械刺激），能够促进植物种子体内GABA富集。发芽糙米逆境胁迫富集GABA主要有盐胁迫、低氧胁迫、低温胁迫。陈春旭以南粳46号稻米为原料，采用氯化钠盐胁迫的方法富集发芽糙米GABA，在氯化钠浓度33.5 mmol/L、33 ℃发芽36 h后，GABA富集效果最佳，发芽糙米GABA含量达121.71 mg/100 g。在低氧气浓度条件下，糙米自身生长受抑制，呼吸作用加强，GABA生成量大幅度增加，在温度30 ℃、氧气浓度为17%的条件下培养糙米3 d，GABA富集量比常规培养增加150%～200%。马丽等发现，将糙米置于0 ℃条件下低温胁迫2 h后再进行浸泡发芽处理，GABA富集量比常规培养条件增长120%。

5 结语

在发芽糙米GABA富集机理的研究中，对GABA增殖与糙米中GA含量增加、GAD活性激发之间相关性的研究较少，三者之间的代谢关系尚不清楚，需进一步研究发芽糙米GABA富集机理。不同品种糙米的原始GABA含量不同，发芽后GABA的增殖量也不同。针对不同品种的糙米发芽富集GABA应有相应的加工处理工艺，高GABA稻米品种的筛选与选育是未来发芽糙米GABA富集的研究方向。国内外对发芽糙米GABA的研究主要集在富集工艺方面，相关检测没有统一的方法，含量限定也没有统一的标准，造成发芽糙米产品品质参差不齐，不利于发芽糙米产业发展。

发芽糙米具有生物活性，在储藏过程中受温度、湿度、自身呼吸作用的影响，除会造成蛋白质变性、脂肪氧化、淀粉陈化外，还会造成GABA降解。因此，研究发芽糙米储藏中的低温、低氧、真空储存、气调保鲜技术，能有效减轻储藏过程中的GABA损失。

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Abstract： According to the research results of germinated brown rice γ-aminobutyric acid （GABA） enrichment， this paper introduces germinated brown rice breeding way of GABA， and introduces the enrichment conditions and measures of germinated brown rice GABA from the aspects such as optimization of soaking germination process， adding exogenous substances， pulse strong light irradiation， ultrasonic processing and adversity stress， in order to provide reference for the production and processing of high GABA germinated brown rice.

Key words： germinated brown rice; γ-aminobutyric acid; enrichment process; exogenous substances