程威威,吳 躍,周 婷,林親錄(中南林業(yè)科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,稻谷及副產(chǎn)物深加工國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室,湖南長(zhǎng)沙410004)
不同前處理對(duì)糙米發(fā)芽的影響
程威威,吳 躍,周 婷,林親錄*
(中南林業(yè)科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,稻谷及副產(chǎn)物深加工國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室,湖南長(zhǎng)沙410004)
針對(duì)發(fā)芽糙米生產(chǎn)中發(fā)芽時(shí)間過長(zhǎng)效率較低等現(xiàn)狀,研究了不同前處理對(duì)糙米發(fā)芽的影響,旨在探究提高糙米發(fā)芽率的新方法。以普通早秈米為原料,在發(fā)芽前對(duì)糙米分別進(jìn)行短時(shí)浸泡、超聲波、臭氧、攪拌浸泡及微波五種前處理,研究其對(duì)五個(gè)發(fā)芽時(shí)間點(diǎn)(6、8、10、12、14h)發(fā)芽率和γ-氨基丁酸(GABA)含量的影響。結(jié)果表明,與無前處理的糙米相比,上述五種處理方法均能顯著提高糙米發(fā)芽率和GABA含量(p<0.05),其中對(duì)糙米發(fā)芽率的平均影響程度:臭氧處理(22.2%)>攪拌浸泡處理(15.0%)>超聲處理(14.8%)>微波處理(11.3%)>短時(shí)浸泡處理(10.3%);而對(duì)糙米中GABA含量的影響程度:攪拌浸泡處理(11.59mg/100g)>臭氧處理(6.08mg/100g)>超聲處理(5.63mg/100g)>微波處理(4.9mg/100g)>短時(shí)浸泡處理(2.95mg/100g)。從總體來看,臭氧和攪拌浸泡處理對(duì)發(fā)芽糙米生產(chǎn)最有利,同時(shí),成本低、耗能少且易于操作,因此,可在生產(chǎn)中嘗試應(yīng)用。
糙米,前處理,發(fā)芽率,γ-氨基丁酸
我國(guó)稻谷年產(chǎn)量約2億噸,占世界總產(chǎn)量的37%,有著豐富的稻米資源,但稻米的精深加工導(dǎo)致可食用糧食資源浪費(fèi)10%~20%。因此,大力開發(fā)稻米及副產(chǎn)物深加工產(chǎn)品是提高我國(guó)稻米資源利用率的有效途徑,對(duì)我國(guó)糧食生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展具有非常重要的意義。發(fā)芽糙米作為一種新型的功能性食品應(yīng)運(yùn)而生。然而,我國(guó)發(fā)芽糙米生產(chǎn)效率不高,產(chǎn)業(yè)化依賴性強(qiáng),市場(chǎng)價(jià)格昂貴,研究過于單一,缺乏引導(dǎo)性,故難以推廣[1]。因此,研究加快糙米發(fā)芽的方法以加大生產(chǎn)效率,減小生產(chǎn)成本具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
目前,發(fā)芽糙米的生產(chǎn)工藝多從浸泡時(shí)間、浸泡溫度、發(fā)芽時(shí)間、發(fā)芽溫度和浸泡液的選擇進(jìn)行優(yōu)化[2-3],浸泡和發(fā)芽時(shí)間均在24h以上,生產(chǎn)發(fā)芽糙米所用時(shí)間較長(zhǎng),缺乏成形的專業(yè)設(shè)備,限于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn),生產(chǎn)成本較高,故價(jià)格較貴,消費(fèi)群體有限。而近幾年大量的研究圍繞GABA富集工藝[4-6]、發(fā)芽糙米副產(chǎn)品生產(chǎn)工藝[7]及發(fā)芽過程中一些功能營(yíng)養(yǎng)成分的變化規(guī)律[8]等,而對(duì)降低發(fā)芽糙米生產(chǎn)成本的工藝研究較少。提高生產(chǎn)效率是降低生產(chǎn)成本的首要方法,包括化學(xué)法和物理法,考慮食品安全及未來發(fā)芽器研發(fā)需要,化學(xué)法[9-10]雖研究較多,但難以普及和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。如何采用物理法有效提高糙米發(fā)芽率鮮有報(bào)道。因此,本文擬研究一些物理處理法對(duì)(短時(shí)浸泡處理、超聲波處理、臭氧處理、攪拌浸泡處理及微波處理)糙米發(fā)芽率的影響,同時(shí)比較處理前后GABA含量變化,以期為發(fā)芽糙米的高效生產(chǎn)及小型發(fā)芽器的研發(fā)提供理論依據(jù)和技術(shù)參數(shù)。
1.1 材料與儀器
稻谷 品種為秈稻黃華粘,取自湖南金健米業(yè)有限公司,經(jīng)分樣篩去除雜物后,放置于4℃冰柜中,其含水量為11.72%,千粒重為18.48;乙酸鈉、乙酸 分析純,國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;γ-氨基丁酸標(biāo)品 純度≥99%,美國(guó)Sigma公司;鄰苯二甲醛(OPA) 美國(guó)Sigma公司;乙腈 色譜純,美國(guó)Tedia天地試劑公司;甲醇 色譜純,韓國(guó)SK公司;2-巰基乙醇 天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所
LC-20型高效液相色譜分析儀(SPD-20A紫外檢測(cè)器) 日本島津公司;JLGJ4.5型檢驗(yàn)礱谷機(jī) 浙江臺(tái)州糧儀廠;FM-501型多功能活氧機(jī) 浙江百悅康臭氧設(shè)備有限公司;RAZ-128A型人工氣候箱 寧波江南儀器廠;L530型臺(tái)式低速離心機(jī) 湖南湘儀實(shí)驗(yàn)室儀器開發(fā)有限公司;QE-200g型高速萬能粉碎機(jī) 浙江屹立工貿(mào)有限公司;ZHWY-2102C型恒溫培養(yǎng)振蕩器 上海智城分析儀器制造有限公司;KQ-50B型超聲波清洗器 杭州康納科技有限公司;G80F23CN3P-Q5(R0)型微波爐(輸入功率1300W,爐內(nèi)體積:23L,工作頻率2450MHz) 格蘭仕微波爐電器有限公司。
1.2 實(shí)驗(yàn)方法
1.2.1 工藝流程 稻谷→糙米→篩選→人工精選→全胚糙米→清洗→前處理→發(fā)芽→滅酶→干燥→包裝。
1.2.2 糙米的制備 從冰柜中取出除雜后的稻谷,使用礱谷機(jī)脫殼,并除去雜質(zhì)、霉粒、無胚粒、不完整粒等得到全胚糙米,密封置于4℃中冰箱中備用。
1.2.3 糙米的前處理
1.2.3.1 短時(shí)浸泡處理 根據(jù)王維堅(jiān)[11]對(duì)糙米浸泡過程中吸水規(guī)律的分析,選取浸泡處理1、2、3h進(jìn)行發(fā)芽實(shí)驗(yàn)(浸泡液為純水),浸泡溫度為37℃,以無浸泡處理的糙米發(fā)芽為對(duì)照,在達(dá)到相應(yīng)發(fā)芽時(shí)間后,計(jì)算發(fā)芽率并將樣品于70℃烘箱中干燥3h,置于4℃冰箱中備用。
1.2.3.2 超聲波處理 參考史鋒厚[12]的結(jié)論,將超聲波頻率定為59kHz,選取超聲波處理時(shí)間10、20、30min進(jìn)行發(fā)芽實(shí)驗(yàn),以超聲處理的糙米發(fā)芽為對(duì)照,在達(dá)到相應(yīng)發(fā)芽時(shí)間后,計(jì)算發(fā)芽率并將樣品于70℃烘箱中干燥3h,置于4℃冰箱中備用。
1.2.3.3 臭氧處理 參考江天寶[13]的結(jié)論,將臭氧發(fā)生器導(dǎo)氣管口的臭氧氣體濃度穩(wěn)定維持在25μL/L,選取臭氧處理時(shí)間10、20、30min進(jìn)行發(fā)芽實(shí)驗(yàn),以無臭氧處理的糙米發(fā)芽為對(duì)照,在達(dá)到相應(yīng)發(fā)芽時(shí)間后,計(jì)算發(fā)芽率并將樣品于70℃烘箱中干燥3h,置于4℃冰箱中備用。
1.2.3.4 攪拌浸泡處理 將糙米放于裝有水的三角瓶中,然后水浴振蕩10、20、30min,以無攪拌浸泡處理的糙米發(fā)芽為對(duì)照,取出進(jìn)行發(fā)芽實(shí)驗(yàn),在達(dá)到相應(yīng)發(fā)芽時(shí)間后,計(jì)算發(fā)芽率并將樣品于70℃烘箱中干燥3h,置于4℃冰箱中備用。
1.2.3.5 微波處理 將糙米放于微波爐中,滅菌模式下處理5、10、15s,取出進(jìn)行發(fā)芽實(shí)驗(yàn),以微波處理的糙米發(fā)芽為對(duì)照,在達(dá)到相應(yīng)發(fā)芽時(shí)間后,計(jì)算發(fā)芽率并將樣品于70℃烘箱中干燥3h,置于4℃冰箱中備用。
1.2.4 糙米發(fā)芽條件 根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道及前期預(yù)實(shí)驗(yàn),固定植物生長(zhǎng)所必需的幾個(gè)因素(發(fā)芽溫度:37℃;濕度:95%RH;光強(qiáng):0lx、定時(shí)換氣:10min/次/1.5h)。
1.2.5 發(fā)芽率的測(cè)定 設(shè)四個(gè)平行,每個(gè)平行100粒米,發(fā)芽6、8、10、12、14h后從人工氣候箱中取出,計(jì)算糙米發(fā)芽數(shù)。芽長(zhǎng)達(dá)到0.5~1mm為發(fā)芽終點(diǎn)。
幾個(gè)家伙把陳大勇按在地上,七手八腳捆得和粽子一樣,又連拖帶推押進(jìn)一間黑不見光的房間。這時(shí),一盞馬燈亮了,陳大勇這才看清屋里有一張方桌,方桌邊坐著兩個(gè)人,一個(gè)是剛才壓低了嗓子的女漢子,另一個(gè)是穿了身灰衣服,戴著玳瑁眼鏡的清瘦男人。
1.2.6 γ-氨基丁酸的HPLC分析 參考汪阿虎[14]的方法,并做適當(dāng)調(diào)整。精確稱取3g過100目篩的發(fā)芽糙米粉置于三角瓶中,加入50mL 60%(v/v)的乙醇水溶液,水浴振蕩3h,4000r/min離心20min,上清液移入茄形瓶中,重復(fù)上述操作,合并上清液,濃縮至10mL。取20μL濃縮液與OPA衍生液反應(yīng),靜置2min后,過0.45μm濾膜,取10μL進(jìn)樣。以GABA標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度為橫坐標(biāo),峰面積為縱坐標(biāo),繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線,如圖1所示。
圖1 GABA含量標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.1 Standard curve of γ-aminobutydcacid content
表1 梯度洗脫程序表Table 1 Gradient elution program
色譜條件:色譜柱:intertsil ODS-C18柱(4.6× 250mm,5μm)。流動(dòng)相:流動(dòng)相A為25mmol/L的乙酸鈉,用4%的乙酸調(diào)pH至6.20±0.05;流動(dòng)相B為純乙腈。流速為1mL/min,梯度洗脫程序如表1所示,柱溫
40℃,進(jìn)樣量10μL,檢測(cè)波長(zhǎng):332nm。
1.3 數(shù)據(jù)分析
采用SPSS 17.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,數(shù)據(jù)結(jié)果表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤(SE)。采用LSD法對(duì)平均數(shù)間進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn),若p<0.05差異顯著,p>0.05無顯著性差異。Origin 8.6進(jìn)行繪圖。
2.1 短時(shí)浸泡處理對(duì)糙米發(fā)芽的影響
2.2 超聲處理對(duì)糙米發(fā)芽的影響
超聲波是頻率大于20kHz的彈性機(jī)械波,能在介質(zhì)中引起空化效應(yīng)、熱效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng),從而使物質(zhì)受到不同程度的熱和力作用,產(chǎn)生多種物理化學(xué)效應(yīng)。若適當(dāng)應(yīng)用于生物組織,將會(huì)活化生物物質(zhì),調(diào)節(jié)新陳代謝,最終表現(xiàn)出人們預(yù)期的生物學(xué)效應(yīng)。超聲處理種子研究可以追溯至上世紀(jì)30年代,其能加速種子萌發(fā)也有文獻(xiàn)報(bào)道[17]。從超聲處理時(shí)間對(duì)糙米不同發(fā)芽時(shí)間點(diǎn)發(fā)芽率和GABA含量的影響結(jié)果(圖4、圖5)可知,超聲處理能夠顯著增加糙米發(fā)芽率和GABA含量(p<0.05),不同超聲處理時(shí)間對(duì)糙米發(fā)芽率和GABA含量的影響較小,在各個(gè)發(fā)芽時(shí)間點(diǎn)(6、8、10、12、14h),與無超聲處理的糙米相比,其最大增幅分別為16.75%、29.25%、14.50%、9.5%、4%和4.98、5.72、10.42、4.76、2.30mg/100g,可知,超聲處理對(duì)糙米發(fā)芽率和GABA含量的影響存在不同步性,發(fā)芽8h時(shí),發(fā)芽率增幅最大,而GABA增幅最大的時(shí)間點(diǎn)在10h;隨著發(fā)芽時(shí)間的繼續(xù)延長(zhǎng),其增幅均越來越小。不同超聲波處理時(shí)間對(duì)糙米發(fā)芽的影響較小,這與鄭藝梅等[18]的研究結(jié)果相一致。這可能是因?yàn)榻?jīng)超聲波處理后的糙米有更高的吸水速率[19],同時(shí)改變了一些酶的活性,如谷氨酸脫羧酶、淀粉酶等。從圖5中可知,發(fā)芽后糙米中GABA含量明顯高于未發(fā)芽前(p<0.05)。
圖2 浸泡處理對(duì)糙米發(fā)芽率的影響Fig.2 Effect of soak processing on the germination rate of brown rice
圖3 浸泡處理對(duì)糙米發(fā)芽過程中GABA含量的影響Fig.3 Effect of soak processing on the GABA content in the germination of brown rice
圖4 超聲處理對(duì)糙米發(fā)芽率的影響Fig.4 Effect of ultrasonic processing on the germination rate of brown rice
圖5 超聲處理對(duì)糙米發(fā)芽過程中GABA含量的影響Fig.5 Effect of ultrasonic processing on the GABA content in the germination of brown rice
2.3 臭氧處理對(duì)糙米發(fā)芽的影響
臭氧處理種子不僅能殺滅影響種子發(fā)芽的微生物[20],還能解除種子休眠,促進(jìn)種子發(fā)芽[21]。糙米含有胚芽,具有種子的特征。馬濤等[20]曾研究臭氧處理糙米對(duì)微生物的滅菌效果,本研究將臭氧的作用應(yīng)用于實(shí)踐,探究臭氧處理對(duì)糙米不同發(fā)芽時(shí)間點(diǎn)發(fā)芽率和GABA含量的影響(圖6、圖7)。臭氧處理能顯著提高糙米發(fā)芽率和GABA含量(p<0.05),不同臭氧處理時(shí)間對(duì)糙米發(fā)芽率和GABA含量的影響較小,在各個(gè)發(fā)芽時(shí)間點(diǎn)(6、8、10、12、14h),與無臭氧處理的糙米相比,發(fā)芽率的最大增幅分別為35%、27.5%、23%、17%、8.5%;同時(shí),GABA含量也相應(yīng)增加,其增幅分別為6.87、4.53、9.59、5.02、4.38mg/100g,其中在發(fā)芽10h時(shí),臭氧對(duì)糙米中GABA富集影響最大;糙米發(fā)芽率和GABA含量的變化趨勢(shì)保持一致性,說明在6~ 14h發(fā)芽時(shí)間內(nèi),發(fā)芽率和GABA含量呈正相關(guān)。
圖6 臭氧處理對(duì)糙米發(fā)芽率的影響Fig.6 Effect of ozone processing on the germination rate of brown rice
圖7 臭氧處理對(duì)糙米發(fā)芽過程中GABA含量的影響Fig.7 Effect of ozone processing on the GABA content in the germination of brown rice
2.4 攪拌浸泡處理對(duì)糙米發(fā)芽的影響
攪拌浸泡處理是指將糙米浸泡在水中后放入水浴搖床中振蕩。在水浴振蕩過程中,水中的溶解氧增多,為糙米發(fā)芽過程各種生化反應(yīng)提供更多的氧氣。同時(shí),劇烈振蕩可能也會(huì)打破糙米的休眠,故能加快糙米發(fā)芽。攪拌浸泡處理對(duì)糙米不同發(fā)芽時(shí)間點(diǎn)發(fā)芽率和GABA含量的影響結(jié)果如圖8、圖9所示。攪拌浸泡處理對(duì)糙米發(fā)芽和GABA積累有顯著正作用(p<0.05)。在各個(gè)發(fā)芽時(shí)間點(diǎn)(6、8、10、12、14h),與無攪拌浸泡處理的糙米相比,發(fā)芽率和GABA含量的最大增幅分別為20.5%、25%、18.5%、9%、2%和11.71、7.73、15.63、13.01、9.85mg/100g。比較兩圖可知,延長(zhǎng)發(fā)芽時(shí)間,糙米發(fā)芽率趨于穩(wěn)定,而GABA含量有繼續(xù)增加的趨勢(shì),因此,糙米發(fā)芽率的增加和GABA含量積累并不完全同步,具有時(shí)限性。
圖8 攪拌浸泡處理對(duì)糙米發(fā)芽率的影響Fig.8 Effect of stir and soak processing moving on the germination rate of brown rice
圖9 攪拌浸泡處理對(duì)糙米發(fā)芽過程中GABA含量的影響Fig.9 Effect of stir and soak processing on the GABA content in the germination of brown rice
圖10 微波處理對(duì)糙米發(fā)芽率的影響Fig.10 Effect of microwave processing on the germination rate of brown rice
2.5 微波處理對(duì)糙米發(fā)芽的影響
微波是一種頻率在300MHz~300GHz(波長(zhǎng)為1mm~1m)之間的電磁波,微波與生物系統(tǒng)相互作用,能夠產(chǎn)生多種生物學(xué)效應(yīng)。目前,微波處理對(duì)種子活力的影響也已有報(bào)道[22-23]。如圖10、圖11所示,微波處理能顯著提高糙米發(fā)芽率和GABA含量(p<0.05),在各個(gè)發(fā)芽時(shí)間點(diǎn)(6、8、10、12、14h),與無微波處理的糙米相比,其最大增幅分別為21%、15.5%、12%、6%、2%和5.91、2.77、8.63、6.01、1.18mg/100g。不同處理時(shí)間對(duì)糙米發(fā)芽率和GABA含量的影響不同。其中,與無微波處理的糙米相比,微波處理5s時(shí)的糙米發(fā)芽率和GABA含量無明顯差異;糙米發(fā)芽6~12h內(nèi),微波處理10s時(shí)的糙米發(fā)芽率和GABA含量顯著增加,而微波處理15s卻顯著降低(p<0.05)。其原因可能是微波處理不僅能殺死糙米表面的微生物,同時(shí)微波產(chǎn)生的熱量能夠破壞糙米表面的臘質(zhì)層,使其在發(fā)芽過程中更容易吸水,但過短的微波處理時(shí)間對(duì)糙米發(fā)芽影響較小,過長(zhǎng)的處理時(shí)間破壞了糙米內(nèi)部酶的活性,使其發(fā)芽活力受到影響。
圖11 微波處理對(duì)糙米發(fā)芽過程中GABA含量的影響Fig.11 Effect of microwave processing on the GABA content in the germination of brown rice
綜上可知,五種前處理方法均能顯著提高糙米發(fā)芽率和糙米中GABA含量(p<0.05)。其中,臭氧處理對(duì)糙米發(fā)芽率的影響最大,五個(gè)發(fā)芽時(shí)間點(diǎn)(6、8、10、12、14h)的平均增幅為22.2%,其次是攪拌浸泡處理(15%)、超聲處理(14.8%)、微波處理(11.3%)、浸泡處理(10.3%);攪拌浸泡處理對(duì)糙米中GABA含量的影響最大,其平均增幅為11.59%,其次是臭氧處理(6.08mg/100g)、超聲處理(5.63mg/100g)、微波處理(4.9mg100g)、浸泡處理(2.95mg/100g)。因此,從總體來看,攪拌浸泡處理和臭氧處理是效果最好的方法。另外,浸泡處理和微波處理對(duì)糙米發(fā)芽的影響受處理時(shí)間的影響較大。其中,浸泡處理1h和微波處理10s對(duì)糙米發(fā)芽率和γ-氨基丁酸含量具有正作用。
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Effect of different pretreatment on the germination of brown rice
CHENG Wei-wei,WU Yue,ZHOU Ting,LIN Qin-lu*
(Faculty of Food Science and Engineering,Central South University of Forestry and Technology,National Engineering Laboratory for Rice and By-product Deep Processing,Changsha 410004,China)
Because of the long production time and the low production efficiency in the production of germinated brown rice.The influence of different pretreatments on the germination of brown rice was studied to find out the new ways of improving the germination rate of brown rice.Early indica rice as material,five kinds of processing(short-term soaking,ultrasound,stirring-soaking,ozone,and microwave)were applied to study the influence on the germination rate and GABA content in different germination time(6,8,10,12,14h).The results showed that,compared with the brown rice of non-treatment,the five kinds of pre-processing methods can significantly improve the germination rate and GABA content of brown rice(p<0.05).The influence of germination rate of brown rice:ozone(22.2%)>stirring and soaking(15%)>ultrasound(14.8%)>microwave(11.3%)>short-term soaking(10.3%),and the influence of GABA content of brown rice:stirring and soaking(11.59mg/100g)>ozone(6.08mg/100g)>ultrasound(5.63mg/100g>microwave(4.9mg100g)>short-term soaking(2.95mg/100g).As a result,ozone and stirring-soaking processing were the most advantageous for the production of germinated brown rice.Meanwhile,the two kinds of processing have the low cost,less energy consumption and are easy to implement,so they tried to have an application in production.
brown rice;pretreatment;germination rate;γ-Aminobutyric
TS213.3
A
1002-0306(2014)12-0099-05
10.13386/j.issn1002-0306.2014.12.012
2013-09-13 *通訊聯(lián)系人
程威威(1988-),男,碩士研究生,研究方向:食品質(zhì)量控制與安全檢測(cè)。
“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2012BAD34B0202);國(guó)家自然科學(xué)基金(31050012)。