富GABA 糙米品种筛选及发酵条件优化

范雅欣，张妍妍，倪嘉琪，陈美琪，王俊玲，赫 兵

（吉林农业科技学院，吉林吉林 132101）

糙米是由稻米及其保留的皮层、糊粉层和胚芽等外部组织加工而成，这些外部组织虽然含有丰富的膳食纤维、维生素、矿物质和脂类等营养物质，但是却严重影响糙米的可食用性[1]。

糙米酵素是以糙米为原料经过烘干粉碎、微生物发酵等工序得到的一种混合酶体系，是糙米中营养物质浓缩的产物，口感较好，且γ-氨基丁酸（γ-Aminobutyric Acid，GABA）、谷胱甘肽的含量明显提高，进一步提升糙米的营养价值和生理活性[2]。GABA 是一种天然存在的氨基酸，是哺乳动物的中枢神经系统中重要的抑制性神经传达物质，具有降血压、降惊厥、促进记忆和抗疲劳等功能[3]。

本试验选取酵母菌为发酵菌种，通过发芽、发酵等方式处理吉林地区种植的4 个糙米品种，将其制备成糙米酵素，以GABA 的含量为指标，筛选出含量最高的品种进行L9(33)正交试验，确定糙米酵素的最佳发酵条件，以期为更好地利用糙米及糙米酵素提供数据支持。

1 材料与方法

1.1 试验材料

糙米：吉农853、吉粳515、吉粳528 以及吉红9，由吉林农业科技学院农学院提供；菌种：安琪酵母，市售。

1.2 试验方法

1.2.1 糙米的预处理

去除糙米中的霉变、碎粒糙米及杂质，用无菌水冲洗3 ～4 次，浸泡12 h 后，再用无菌水冲洗3 ～4 次，用无菌水润湿，在20 ℃培养箱中培养24 h，保持整个发芽过程都在湿润条件下进行[4]。当糙米的芽长到1 ～3 mm 时，烘干粉碎，过60 目筛，放置于4 ℃冰箱中保存备用。

1.2.2 不同品种糙米酵素的制备

以各品种糙米为原料，配制YEPD（Yeast Extract Peptone Dextrose）糙米培养基，接种1%酵母菌，30 ℃，180 r/min 摇床培养48 h。

1.2.3 GABA 含量的测定

本试验采用Berthelot 法测定糙米酵素中的GABA 含量[5-6]。分别配制浓度为0.2 mg/mL、0.4 mg/mL、0.6 mg/mL、0.8 mg/mL 和1.0 mg/mL 的标准溶液。测定结束后，以GABA 浓度为横坐标，吸光度值为纵坐标，绘制GABA 标准曲线。

将糙米酵素超声处理后，在12 000 r/min 的条件下离心5 min。离心后取上清液，反应后在640 nm下测定吸光值，计算出样品中GABA 的含量。

1.2.4 单因素试验

选出GABA 含量最高的糙米品种用于单因素试验。①接种量对GABA含量的影响。分别接种1%、2%、3%和4%菌种到YEPD 糙米发酵培养基中，30 ℃摇床培养48 h 后，测定样品中GABA 的含量。②发酵温度对GABA 含量的影响。在YEPD 糙米发酵培养基中以1%接种，分别在26 ℃、28 ℃、30 ℃和32 ℃振荡培养48 h 后，测定样品中GABA 的含量。③发酵时间对GABA 含量的影响。YEPD 糙米发酵培养基中以1%接种，30 ℃摇床中分别发酵45 h、48 h、51 h 和54 h，测定样品中GABA 的含量。

1.2.5 正交试验

在单因素试验的基础上，选择接种量、发酵温度和发酵时间进行L9(33)正交试验，研究吉粳515 的最佳发酵条件，因素水平结果见表1。

表1 正交试验因素水平表

2 结果与分析

2.1 糙米中GABA 含量的测定

根据测定结果绘制GABA 标准曲线，如图1。回归方程为y=0.921 5x+0.009 5。利用紫外分光光度法测定出不同品种糙米的吸光度值，将数据代入标准曲线回归方程中，计算出各样品中GABA 的含量。

图1 GABA 标准曲线

2.2 糙米品种的选择

对4 种糙米进行发酵，得到糙米酵素。经反应测定吸光值，计算GABA 含量，结果见表2。4 个糙米品种经过48 h 的发酵，其中GABA 含量最高的品种是吉粳515，以此品种为对象进一步对酵素的发酵工艺进行优化。

表2 各样品中GABA 的含量

2.3 吉粳515 单因素试验结果与分析

2.3.1 接种量对GABA 含量的影响

由图2 可知，当接种量为3%时，GABA 的含量达到最大值。而当接种量为4%时，GABA 的含量较接种量为3%时明显降低，其原因可能是酵母菌接种量增加，菌群的繁殖速率成倍增长，而培养基中的营养成分有限，在酵母菌基数过大时，不足以供给所有酵母菌生长代谢，代谢受到抑制，从而导致接种量增加反而GABA 含量降低。

图2 不同接种量发酵后的GABA 含量

2.3.2 发酵温度对GABA 含量的影响

由图3 可知，当发酵温度达到30 ℃时，吉粳515 糙米酵素中GABA 的含量最高，发酵温度为32 ℃时GABA 的含量降低，可能是由于发酵温度升高时，抑制酵母菌形成发酵产物，导致GABA 的含量有所下降。

图3 不同温度发酵后的GABA 含量

2.3.3 发酵时间对GABA 含量的影响

由图4 可知，吉粳515 糙米酵素在发酵时间为51 h 时，产生GABA 的量达到最大，54 h 时GABA含量降低，可能是由于发酵时间过长导致酵母菌活性下降，GABA 含量随之下降。

图4 不同发酵时间发酵后GABA 含量

2.4 正交试验结果分析

由表3 可知，影响吉粳515 发酵条件的各因素主次顺序为B＞C＞A，最优发酵条件为A1、B2、C2，即当接种量2%，发酵时间51 h，发酵温度30 ℃时，吉粳515 中GABA 的含量为0.363 mg/mL。

表3 正交试验表

3 结论

本试验以吉林地区的不同糙米为原料制备糙米酵素，以GABA 的含量为指标，筛选出最优品种，再通过单因素试验和正交试验研究糙米酵素的最佳发酵条件。目前，我国在糙米酵素的研发生产方面已经取得一些成果，研究人员将糙米与多种辅料混合生产出不同类型的功能性产品，如饮品、含片、面膜等。因此，研究糙米酵素的生产工艺对其生物活性物质的影响，以及如何提高糙米酵素的营养物质含量，将会成为未来糙米酵素研究的重点。