葉 華 楊靈菊 張 鐘
(安徽科技學(xué)院食品藥品學(xué)院1 ,鳳陽 233100)(廣東石油化工學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院2 ,茂名 525000)
發(fā)芽糯玉米中鉻的生物轉(zhuǎn)化能力研究
葉 華1楊靈菊1張 鐘2
(安徽科技學(xué)院食品藥品學(xué)院1,鳳陽 233100)(廣東石油化工學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院2,茂名 525000)
分別用濃度為0、5、10、20、40、60、80、120 mg/kg的三氯化鉻溶液浸泡糯玉米籽粒,浸泡24 h,在28 ℃條件下進(jìn)行發(fā)芽培養(yǎng),研究糯玉米發(fā)芽過程中鉻的生物轉(zhuǎn)化能力。試驗(yàn)結(jié)果表明,三氯化鉻溶液浸泡處理后,發(fā)芽對總鉻和有機(jī)鉻含量均有極顯著性的影響(P<0.01)。隨著發(fā)芽時間的延長,總鉻含量極顯著的增加,有機(jī)鉻含量先極顯著的增加再減少,到40 mg/kg時達(dá)到最高值。鉻的生物轉(zhuǎn)化能力趨勢與有機(jī)鉻趨勢相同,當(dāng)鉻溶液濃度為40 mg/kg,發(fā)芽培養(yǎng)5 d得到的富鉻糯玉米芽,其鉻的生物轉(zhuǎn)化能力達(dá)72.2%。糯玉米在發(fā)芽過程中具有較強(qiáng)的富鉻能力和較高的生物轉(zhuǎn)化能力。
糯玉米 發(fā)芽 總鉻 有機(jī)鉻 生物轉(zhuǎn)化能力
鉻(Ⅲ)作為人體內(nèi)一種必需微量元素,其生理功能主要表現(xiàn)為協(xié)助胰島素參與機(jī)體的糖類和脂類代謝[1]。隨著人們對鉻的生理功能和生理特性研究的不斷深入,富鉻食品的開發(fā)和功能作用引起了眾多學(xué)者的極大興趣。而鉻在食品中的存在形式與其生物活性和生物利用率有著密切的關(guān)系。三價鉻離子絡(luò)合性能極強(qiáng),能與有機(jī)物分子中胺基、羧基、羰基等帶負(fù)電荷的生物配體相結(jié)合,生成結(jié)構(gòu)及性質(zhì)穩(wěn)定的絡(luò)合物。目前認(rèn)為具有生物活性的有機(jī)三價鉻絡(luò)合物大致可分為吡啶酸鉻、芳香族有機(jī)酸鉻、脂肪族有機(jī)酸鉻、氨基酸鉻以及其他有機(jī)鉻絡(luò)合物等5類[2]。有研究表明,生物有機(jī)鉻相對于無機(jī)鉻更容易被機(jī)體消化吸收和利用[3]。谷物發(fā)芽不僅能提高其營養(yǎng)價值[4],還能對微量元素產(chǎn)生較好的生物富集作用,同時具有一定的生物轉(zhuǎn)化能力[5-6]。曾文輝等[7]利用三氯化鉻溶液培養(yǎng)富鉻螺旋藻,發(fā)現(xiàn)螺旋藻對三價鉻有較高的生物富集效率,而且富鉻螺旋藻中的鉻主要以蛋白質(zhì)結(jié)合態(tài)有機(jī)鉻(Ⅲ)形式存在,其次為多糖結(jié)合態(tài)和核酸結(jié)合態(tài)有機(jī)鉻(Ⅲ)。孫桂菊等[8]、韓長城等[9]的研究進(jìn)一步證實(shí)了通過發(fā)芽方式生產(chǎn)的富鉻有機(jī)食品,具有較好的調(diào)節(jié)血糖、血脂的作用。
國內(nèi)外已有對發(fā)芽玉米營養(yǎng)價值的研究報道,如薛云皓等[10]比較了玉米發(fā)芽前后營養(yǎng)成分的變化情況,發(fā)現(xiàn)玉米發(fā)芽后可吸收的營養(yǎng)成分增加,生物價提高,黏度降低,口感得到改善。張鐘等[11]對發(fā)芽黑糯玉米主要營養(yǎng)成分、熱能變化和蛋白質(zhì)消化率等方面進(jìn)行了研究。劉娟等[12]研究了不同發(fā)芽階段玉米的主要生理生化變化和碳水化合物組成變化,發(fā)現(xiàn)發(fā)芽60 h后玉米中的直鏈淀粉含量總體呈下降趨勢,而還原糖、可溶性糖含量逐漸增大。Helland等[13]將玉米發(fā)芽2 d后制成玉米粉添加到粥類食品中,對發(fā)芽玉米食品的開發(fā)進(jìn)行了初步研究。然而目前對發(fā)芽糯玉米微量元素的生物富集作用尚未有報道。因此,本試驗(yàn)以無機(jī)三氯化鉻溶液浸泡糯玉米籽粒,進(jìn)行發(fā)芽培養(yǎng),研究糯玉米發(fā)芽過程中鉻的生物轉(zhuǎn)化能力,以便對糯玉米的精深加工和富鉻有機(jī)食品的研究開發(fā)提供新的思路和理論依據(jù)。
1.1.1 主要原料
糯玉米:市購。
1.1.2 主要試劑
三氯化鉻、二苯卡巴肼:國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;重鉻酸鉀:徐州試劑廠;高錳酸鉀:無錫市亞盛化工有限公司;以上試劑均為分析純。
1.1.3 主要儀器
HHB11420-S電熱恒溫培養(yǎng)箱:上海躍進(jìn)醫(yī)療器械廠;TGL-16G高速臺式離心機(jī):上哈安亭科學(xué)儀器廠;GZX-9076MB數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱:上海博訊實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠;YP3001N電子分析天平:上海精密儀器科學(xué)有限公司。
1.2.1 富鉻糯玉米芽的培養(yǎng)
從食用安全角度考慮,根據(jù)中國營養(yǎng)學(xué)會制定成年人鉻的適宜攝入量50 μg/d、可耐受最高攝入量為500 μg/d和食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)《食品中污染物限量》(GB 2762—2012)中關(guān)于谷物類鉻含量限量值(1.0 mg/kg)以及預(yù)備試驗(yàn)結(jié)果,選定三氯化鉻溶液濃度范圍為0~120 mg/kg。具體培養(yǎng)過程如下。
糯玉米經(jīng)除去雜質(zhì)、剔除腐爛、干癟的籽粒后,分別置于3倍量的質(zhì)量比為0、5、10、20、40、60、80、120 mg/kg的三氯化鉻溶液中浸泡24 h。撈出稍瀝干后均勻放在鋪有紗布的培養(yǎng)皿中,上面蓋上紗布,置于25 ℃培養(yǎng)箱中發(fā)芽。每天淋水4次,換氣4次,以使糯玉米籽粒在發(fā)芽過程中處于水分適宜、氧氣充足的環(huán)境中,同時定時翻拌防止積水使糯玉米籽粒腐爛,觀察發(fā)芽情況。培養(yǎng)5 d停止發(fā)芽。取出,先用自來水沖洗3次,再用去離子水浸泡3 h,以除去糯玉米芽表面殘留的三氯化鉻溶液。撈出稍瀝干置于60 ℃干燥箱中,制成風(fēng)干樣品,備測。
1.2.2 糯玉米發(fā)芽率的計算
取除去雜質(zhì)、剔除癟粒的糯玉米籽粒60粒,按照1.2.1方法進(jìn)行培養(yǎng),培養(yǎng)5 d停止發(fā)芽。記錄每組糯玉米籽粒發(fā)芽數(shù),得出發(fā)芽率,每組做3次平行試驗(yàn),取平均值。
式中:N1為糯玉米發(fā)芽粒數(shù);N2為糯玉米總粒數(shù)。
1.2.3 總鉻含量的測定
總鉻含量的測定依據(jù)GB/T 13088—2006進(jìn)行。
1.2.4 有機(jī)鉻含量的測定
有機(jī)鉻含量的測定參照鄭藝梅等[5]采用的方法進(jìn)行。
1.2.5 鉻的生物轉(zhuǎn)化能力的計算
鉻的生物轉(zhuǎn)化能力是指糯玉米籽粒經(jīng)過浸泡后,在發(fā)芽生長過程中將體內(nèi)原有的無機(jī)鉻和浸泡過程中新吸收的無機(jī)鉻轉(zhuǎn)化為有機(jī)鉻的能力。因此,根據(jù)測得的總鉻和有機(jī)鉻的含量結(jié)果,可以依據(jù)以下公式計算出糯玉米發(fā)芽過程中鉻的生物轉(zhuǎn)化能力。
式中:m1為富鉻前糯玉米芽中有機(jī)鉻的含量/mg/kg;m2為富鉻后糯玉米芽中有機(jī)鉻的含量/mg/kg;M為富鉻后糯玉米芽中總鉻的含量/mg/kg;m為富鉻前糯玉米中有機(jī)鉻含量/mg/kg。
所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)均重復(fù)測定3次,有關(guān)鉻含量測定數(shù)據(jù)采用SAS 9.1.3軟件進(jìn)行顯著性分析,結(jié)果以x±SD表示;發(fā)芽率采用Excel軟件處理數(shù)據(jù)。
經(jīng)不同濃度的三氯化鉻溶液浸泡后糯玉米的發(fā)芽率見圖1。
由圖1可以看出,隨著鉻溶液濃度的增大,糯玉米發(fā)芽率先增大后減少,呈“∩”型趨勢變化。當(dāng)鉻濃度增加到40 mg/kg時,糯玉米的發(fā)芽率最高,達(dá)到95%,是空白試驗(yàn)組的1.1倍;但隨著鉻濃度的繼續(xù)增大,發(fā)芽率開始呈現(xiàn)下降趨勢,當(dāng)鉻的濃度增大到120 mg/kg時,發(fā)芽率只有83%,與空白試驗(yàn)組基本持平。以上結(jié)果表明,不同濃度鉻對糯玉米發(fā)芽產(chǎn)生的影響不同。低濃度鉻對糯玉米發(fā)芽有一定的促進(jìn)作用,而高濃度鉻則有一定的抑制作用。這與張松林等[14]關(guān)于鉻對玉米種子發(fā)芽的影響研究結(jié)果基本一致。
圖1 鉻對糯玉米發(fā)芽率的影響
糯玉米、普通糯玉米芽、富鉻糯玉米芽中鉻含量的測定結(jié)果見表1。
由表1可以看出,糯玉米經(jīng)質(zhì)量比為40 mg/kg三氯化鉻溶液浸泡后,發(fā)芽與未發(fā)芽糯玉米相比,發(fā)芽對總鉻含量有顯著性的影響(P<0.05),對有機(jī)鉻含量有極顯著的影響(P<0.01);三氯化鉻溶液浸泡處理后,發(fā)芽對總鉻和有機(jī)鉻含量均有極顯著性的影響(P<0.01)。富鉻糯玉米芽中總鉻和有機(jī)鉻含量較普通糯玉米芽均有極顯著性的上升,總鉻由0.203 mg/kg增加到0.928 mg/kg,增加了357%;而有機(jī)鉻含量則增加了110%。以上結(jié)果說明發(fā)芽后有機(jī)鉻含量極顯著上升,在外源鉻處理下糯玉米對鉻有極顯著的富集作用。
表1 普通糯玉米(芽)和富鉻糯玉米芽中鉻含量
注:普通糯玉米芽和富鉻糯玉米芽分別采用去離子水和40 mg/kg三氯化鉻水溶液浸泡24 h,28 ℃恒溫培養(yǎng)5 d的方法獲得。
此外,從表1中還可看出普通糯玉米芽中總鉻含量低于糯玉米中總鉻含量,這與本研究小組之前研究發(fā)芽對黑糯玉米中Fe、Mn、Se等微量元素變化趨勢恰好相反[11]。究其原因可能有兩方面:一是糯玉米在發(fā)芽過程中本身將一部分無機(jī)鉻轉(zhuǎn)化成了有機(jī)鉻;二是糯玉米在培養(yǎng)發(fā)芽過程中,經(jīng)過沖洗和多次淋水,少量的無機(jī)鉻溶解在去離子水中,導(dǎo)致鉻的流失;最終使糯玉米在發(fā)芽后總鉻含量相對減少。具體原因還有待進(jìn)一步研究。
發(fā)芽糯玉米中鉻的生物轉(zhuǎn)化能力見表2。
表2 發(fā)芽糯玉米中鉻的生物轉(zhuǎn)化能力
經(jīng)方差分析,由表2可以看出,不同濃度三氯化鉻溶液浸泡糯玉米進(jìn)行發(fā)芽對鉻的生物轉(zhuǎn)化能力有極顯著的影響(P<0.01),隨著發(fā)芽時間的延長,總鉻含量極顯著的增加;對有機(jī)鉻含量先極顯著的增加再減少,到40 mg/kg時達(dá)到最高值。鉻的生物轉(zhuǎn)化能力趨勢與有機(jī)鉻趨勢相同,在40 mg/kg時達(dá)到最高值。
從表2可以看出,不同濃度的鉻溶液浸泡糯玉米后進(jìn)行發(fā)芽培養(yǎng),其鉻的生物轉(zhuǎn)化能力不同。隨著鉻濃度的不斷增大,雖然總鉻的富集能力增強(qiáng)(總鉻含量不斷增加),但鉻的生物轉(zhuǎn)化能力隨著鉻濃度的增加呈先增加后下降的趨勢。當(dāng)鉻濃度在40 mg/kg時,鉻的生物轉(zhuǎn)化能力達(dá)到最高,達(dá)到72.2%左右。此時的富鉻糯玉米芽中有機(jī)鉻含量(0.690 mg/kg)約占總鉻含量(0.928 mg/kg)的74.3%。
玉米發(fā)芽不僅在外部形態(tài)上發(fā)生了明顯的變化,在內(nèi)部也發(fā)生了很多的生理生化變化[12]。本試驗(yàn)中利用不同濃度的三氯化鉻溶液代替水溶液進(jìn)行浸泡處理糯玉米,使外源鉻也參與到發(fā)芽過程中的一系列生理生化變化中,從而必然對發(fā)芽產(chǎn)生一定的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明,不同濃度鉻對糯玉米發(fā)芽產(chǎn)生的影響不同。低濃度鉻對糯玉米發(fā)芽有一定的促進(jìn)作用,玉米芽生長態(tài)勢良好,顏色均一;而高濃度鉻(濃度>40 mg/kg)則有一定的抑制作用,生長緩慢而且出現(xiàn)褐斑現(xiàn)象。出現(xiàn)這種情況的原因可能是,作為一種必需微量元素,鉻離子同時也是一種重金屬離子。低濃度的鉻有可能促進(jìn)細(xì)胞分裂,從而有利于糯玉米發(fā)芽[15]。當(dāng)鉻濃度超過一定濃度時,由于大量的鉻離子在細(xì)胞外積累,對細(xì)胞膜離子通道造成影響,同時干擾了離子間原有的吸收、運(yùn)輸和滲透等平衡系統(tǒng),從而對糯玉米發(fā)芽產(chǎn)生了毒害作用[14]。
種子發(fā)芽的過程是發(fā)生一系列的生物化學(xué)變化的過程。有研究表明,種子在發(fā)芽過程中會產(chǎn)生豐富的植酸酶,這些植酸酶將谷類中具有很強(qiáng)的螯合礦物質(zhì)能力的植酸分解,釋放出金屬元素,從而增加礦物質(zhì)元素的含量,提高礦物質(zhì)的吸收率。同時植酸酶的產(chǎn)生,還提高了玉米中蛋白質(zhì)、淀粉等營養(yǎng)物質(zhì)的吸收率[16-17]。鄭藝梅等[5]之前對鉻在黃豆發(fā)芽過程中的生物富集效應(yīng)進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)黃豆在本身發(fā)芽過程中,具有將無機(jī)鉻部分轉(zhuǎn)化為有機(jī)鉻的能力,且有機(jī)化程度在78.2%以上。另外,鄭藝梅等[18]還對富鉻發(fā)芽糙米進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)其有機(jī)鉻含量則為51.6%。而王盛良等[19]發(fā)現(xiàn)富鉻綠豆芽中絕大部分是有機(jī)鉻,其有機(jī)化程度達(dá)95%以上。這些都說明了在浸泡時鉻離子或以離子吸附或擴(kuò)散的方式進(jìn)入糯玉米種子中,而在發(fā)芽過程中這些外源無機(jī)鉻通過生物轉(zhuǎn)化等方式與其他物質(zhì)相結(jié)合而轉(zhuǎn)化為有機(jī)鉻。
本試驗(yàn)將糯玉米經(jīng)不同濃度三氯化鉻溶液浸泡后,在發(fā)芽過程中產(chǎn)生了不同的生物轉(zhuǎn)化能力,最高達(dá)72.2%,高于糙米中鉻的有機(jī)化程度,與黃豆發(fā)芽對鉻的有機(jī)化程度相近,而與綠豆發(fā)芽對鉻的有機(jī)化程度相比較低。產(chǎn)生這種情況的原因可能是與綠豆發(fā)芽中對鉻有機(jī)化程度的理解和計算方法不一樣。而對于轉(zhuǎn)化后的有機(jī)鉻在糯玉米芽中的存在形式及其被機(jī)體消化吸收和利用率等方面有待于今后進(jìn)一步研究。
本試驗(yàn)中,當(dāng)鉻濃度超過40 mg/kg時,所獲得的糯玉米芽總鉻含量超過1.0 mg/kg,超出了食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)《食品中污染物限量》中關(guān)于谷物類鉻含量限量值規(guī)定,存在食品安全隱患。因此宜選用濃度小于40 mg/kg的三氯化鉻溶液進(jìn)行浸泡處理。如以鉻濃度為40 mg/kg溶液浸泡處理糯玉米,發(fā)芽5 d后得到的富鉻糯玉米芽,其總鉻含量為0.928 mg/kg進(jìn)行安全性分析,假設(shè)1個成人1天攝入這種富鉻糯玉米芽或其產(chǎn)品50~500 g,經(jīng)折算可知,攝入的總鉻含量約為46.4~464 μg/d,在中國營養(yǎng)學(xué)會推薦的成年人鉻的適宜攝入量和可耐受最高攝入量范圍內(nèi)。因此,適量食用富鉻糯玉米芽對人體來說是安全的。
糯玉米經(jīng)三氯化鉻溶液浸泡處理后,其發(fā)芽對總鉻和有機(jī)鉻含量均有極顯著性的影響(P<0.01)。隨著發(fā)芽時間的延長,總鉻含量極顯著的增加;有機(jī)鉻含量先極顯著的增加再減少,到40 mg/kg時達(dá)到最高值。鉻的生物轉(zhuǎn)化能力趨勢與有機(jī)鉻趨勢相同。當(dāng)鉻濃度為40 mg/kg時,發(fā)芽糯玉米中鉻的生物轉(zhuǎn)化能力最高,達(dá)到72.2%。此時的富鉻糯玉米芽中有機(jī)鉻含量約占總鉻含量的74.3%。糯玉米在發(fā)芽過程中具有較強(qiáng)的富鉻能力和較高的生物轉(zhuǎn)化能力。
[1]Walter Mertz. Chromium:history and nutritional importance[J]. Nutrition,1992, 32: 3-8
[2]唐海燕,肖清貴,徐紅彬,等.新型鉻化學(xué)品——有機(jī)鉻研究進(jìn)展[J].化工進(jìn)展,2013,32(9):2205-2215
[3]Lien Tu Fa,Yeh Hui Shuang,Lu Fu Yin,et al. Nanoparticles of chromium picolinate enhance chromium digestibility and absorption[J]. Journal of the Science of Food and Agriculture, 2009,89(7): 1164-1167
[4]張守文,陳殊賢.發(fā)芽糙米制備工藝的研究進(jìn)展及前景展望-最有發(fā)展前景的食品配料[J].中國食品添加劑,2013(3):53-58
[5]鄭藝梅,葉華,華平.黃豆發(fā)芽過程中鉻的生物富集效應(yīng)的研究[J].食品工業(yè)科技,2005,6(26) : 101-103
[6]吉禮,車振明.鐵、鋅富集營養(yǎng)豆芽的研制[J].食品工業(yè)科技,2009(6) : 232-234
[7]曾文輝,何艷宇,萬云鵬,等.鈍頂螺旋藻生物富集鉻及藻體中鉻的存在形態(tài)研究[J].廣東化工,2006,33(7):37-39
[8]孫桂菊,王少康,蔣兆坤,等.富鉻豆芽粉對糖尿病小鼠血糖調(diào)節(jié)作用的研究[J].中國公共衛(wèi)生,2002,18(4):449-450
[9]韓長城,郭惠芳,于慶海.富鉻豆?jié){對糖尿病大鼠血糖及血脂的影響[J].衛(wèi)生研究,2003,32(5):484-487
[10]薛云皓,仵紅梅,王愛月,等.玉米發(fā)芽前后的營養(yǎng)變化[J].河南醫(yī)學(xué)研究, 2001,10(1): 5-7
[11]張鐘,葉華,孫青月.發(fā)芽對黑糯玉米營養(yǎng)成分、熱能變化和蛋白質(zhì)消化率的影響[J].中國糧油學(xué)報,2009,24(10):36-40
[12]劉娟,葉曉楓,王慶南,等.玉米發(fā)芽過程中碳水化合物代謝變化研究[J].中國糧油學(xué)報, 2012,27(10):18-25
[13]Helland M H, Wicklund T, Narvhus J A.Effect of genmination time on alpha-amylase production and viscosity of maize porridge.[J]. Food Research International,2002,35(2/3):315-321
[14]張松林,楊海全,劉在平.Cr3+與Cr6+對玉米種子萌發(fā)及幼苗生長的影響[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué), 2011,39(2):147-150
[15]馬新顏,李珊,康維鈞.玉米種子對鉻生態(tài)毒害檢測的研究[J].中國衛(wèi)生檢驗(yàn)雜志,2008,18(3):390-425
[16]Beck E, Ziegler P. Biosynthesis and degradation of starch in higher plants[J]. Annual Revrew of Plant Biology,1998,40:95-117
[17]李秀琳,李曉軍,郭繼強(qiáng),等.添加金屬離子對玉米發(fā)芽過程中酶活力影響的研究[J].玉米科學(xué), 2009,17(6):50-52
[18]鄭藝梅,鄭琳,華平.富鉻發(fā)芽糙米的研制[J].糧食與飼料工業(yè),2004,8(9):9-10
[19]王盛良,黃杰,黃薇,等.綠豆芽的富鉻效果及影響因素研究[J].衛(wèi)生研究,2002,31(1):67-69.
Biotransformation Capacity of Chromium in Germinated Waxy Corn
Ye Hua1Yang Lingju1Zhang Zhong2
(Food and Drug College, Anhui Science and Technology University1, Fengyang 233100)(College of Chemistry and Life Science, Guangdong University of Petrochemical Technology2,Maoming 525000)
The biotransformation capacity of chromium in germinated waxy corn has been studied in the paper. Waxy corn was soaked in the CrCl3with concentration of 0, 5, 10, 20, 40, 60, 80 and 120 mg/kg respectively; then germinated 24 h at 28 ℃ for 5 days. The results showed that after the being soaked in CrCl3, the germination had expressed extremely significant effect on the total chromium content and organicchromium content (P<0.01). Along with germination time extending, the total chromium content extremely significantly increased; the organic chromium content also significantly increased at first then decreased; it reached the maximum when the concentration was 40 mg/kg. The tendency of biotransformation capacity in chromium was the same with that in the organic chromium. CrCl3with different concentration produced different biotransformation capacity of chromium. When the concentration was 40 mg/kg, the biotransformation capacity reached the highest rate as 72.2%. Waxy corn has strong ability of enriching chromium and high biotransformation capacity during germination.
waxy corn, germination, total chromium, organicchromium, biotransformation capacity
TS210.1
A
1003-0174(2014)06-0017-05
安徽高校省級自然科學(xué)研究(KJ2013Z051)
2013-07-21
葉華,男,1981年出生,講師,農(nóng)產(chǎn)品加工