徐航丹,胡廣林,熊先清,龐錦偉

(熱帶生物資源教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,海南大學(xué),材料與化工學(xué)院,海南?？?570228)

硫酸鋅溶液浸泡對(duì)紅香糙米萌發(fā)、鋅積累量及其他營(yíng)養(yǎng)成分的影響

徐航丹,胡廣林,熊先清,龐錦偉

(熱帶生物資源教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,海南大學(xué),材料與化工學(xué)院,海南海口 570228)

采用不同濃度硫酸鋅溶液(0～250 mg/L)對(duì)紅香糙米浸泡12 h,用二次水萌發(fā)24 h后,測(cè)定了紅香糙米發(fā)芽率、鋅積累量、GABA(γ-氨基丁酸)、蛋白質(zhì)及維生素C含量。結(jié)果表明:(25～250 mg/L)硫酸鋅浸泡條件下,發(fā)芽紅香糙米對(duì)鋅有著較高的積累量,與未發(fā)芽紅香糙米相比,鋅含量提高了355%～1225%,參考RDA鋅日推薦攝入量,(25～100 mg/L)硫酸鋅浸泡處理下的富鋅發(fā)芽紅香糙米即可滿足人日鋅攝入量要求；(0～250 mg/L)硫酸鋅浸泡條件下,發(fā)芽紅香糙米中營(yíng)養(yǎng)成分GABA、蛋白質(zhì)及維生素C含量與未發(fā)芽紅香糙米相比,分別提高了134%～291%,9%～28%,131%～176%；(0～100 mg/L)硫酸鋅范圍內(nèi)最適合紅香糙米發(fā)芽、GABA的積累,100 mg/L硫酸鋅處理下蛋白質(zhì)、維生素C積累量達(dá)到最高；綜合發(fā)芽率、鋅膳食補(bǔ)充量及營(yíng)養(yǎng)成分積累量,最適宜的硫酸鋅浸泡濃度應(yīng)在為100 mg/L。

紅香糙米,鋅,蛋白質(zhì),γ-氨基丁酸,維生素C

鋅是人體健康必需的微量元素,人類(lèi)許多疾病如侏儒癥、糖尿病等疾病都與缺鋅有關(guān)[1-2],特別是兒童缺鋅嚴(yán)重影響生長(zhǎng)發(fā)育和智力成長(zhǎng)[3-4]。據(jù)報(bào)道,世界上至少有1/3的人群缺乏鋅[5],世界范圍內(nèi)普遍存在著飲食中鋅攝入量不足,因此提高膳食中的鋅含量,是補(bǔ)充鋅營(yíng)養(yǎng)的方法之一。目前,提高膳食中鋅含量的方法之一是通過(guò)鋅培養(yǎng)液對(duì)谷物及豆類(lèi)進(jìn)行浸泡并萌發(fā),培育出富鋅谷物或豆類(lèi)發(fā)芽制品[6]。已有Yanyan Wei等人采用硫酸鋅對(duì)普通糙米浸泡并萌發(fā),研究硫酸鋅溶液對(duì)發(fā)芽糙米鋅含量及其他營(yíng)養(yǎng)成分的影響,并成功研制出營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高的富鋅發(fā)芽糙米[7]。

糙米作為稻谷除去穎果皮后的一種形態(tài),具有生命活力,經(jīng)催芽處理能萌發(fā);糙米發(fā)芽后不僅口感大大提升,還能產(chǎn)生多種具有促進(jìn)人體健康和防治疾病作用的成分,已有研究表明,糙米萌發(fā)后,水溶性蛋白,游離氨基酸,維生素C,γ-氨基丁酸等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量得到較大的提高。紅香米是香米的一種特殊品種,素有“藥谷”的美譽(yù),與普通稻米相比,富含較多的蛋白質(zhì)、類(lèi)黃酮、生物堿、鐵、鋅等有益人體健康的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[8-9],紅香糙米為僅脫去谷殼保留其他部分的紅香米。

本文采用不同濃度硫酸鋅浸泡紅香糙米并用二次水萌發(fā),研究不同濃度硫酸鋅浸泡處理下紅香糙米萌發(fā)過(guò)程中鋅富集量及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)變化規(guī)律,旨在找出合適的硫酸鋅處理濃度,培育出營(yíng)養(yǎng)價(jià)值更高的富鋅糙米,為膳食補(bǔ)充鋅營(yíng)養(yǎng)領(lǐng)域提供一種新來(lái)源。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

紅香糙米 品種為陜西洋縣朱鹮五彩稻米,購(gòu)自陜西洋縣黑米名特作物技術(shù)開(kāi)發(fā)部；楊樹(shù)葉標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(GBW07604)；γ-氨基丁酸 99%思艾特；蕓香葉苷 BR國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；牛血清蛋白蛋白,BR考馬斯亮藍(lán)G-250 上海伯奧生物科技有限公司；硝酸、過(guò)氧化氫為GR級(jí)試劑；其余試劑均為AR級(jí)試劑；實(shí)驗(yàn)用水均為二次水。

火焰原子吸收分光光度計(jì) TAS-99北京普析通用儀器有限公司；TU-1901雙光束紫外可見(jiàn)分光光度計(jì) 北京普析通用儀器有限公司；CP-ST50A恒溫培養(yǎng)箱 長(zhǎng)沙長(zhǎng)錦科技有限公司；101B數(shù)顯式電熱恒溫干燥箱 余姚市遠(yuǎn)東數(shù)控儀器廠;DL-5-B型離心機(jī) 上海安亭科學(xué)儀器廠；DF-101S集熱式磁力加熱攪拌器 金壇市城東新瑞儀器廠；HH-S2電熱恒溫水浴鍋 海南新衛(wèi)醫(yī)藥有限公司；JL-180DTH超聲波消毒儀 上海杰理科技有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 發(fā)芽紅香糙米樣品的制備 選取顆粒完整、顏色均勻、無(wú)蟲(chóng)眼紅香糙米若干克用1%次氯酸鈉(v/v)消毒30 min,用二次水清洗三次后,分別用0,25,50,100,150,200,250 mg/L的硫酸鋅溶液(m/v)于恒溫培養(yǎng)箱中浸泡12 h(浸泡溫度為33 ℃),再避光萌發(fā)24 h(萌發(fā)溫度為35 ℃,期間每隔4h噴淋二次水1次)。硫酸鋅浸泡處理每個(gè)濃度設(shè)三個(gè)平行,糙米達(dá)到萌發(fā)時(shí)間后,用二次水清洗三次,于(50±5)℃恒溫干燥箱干燥6 h,用粉碎機(jī)磨成干粉,過(guò)50目篩,置于樣品袋中備用。鮮樣洗凈后濾紙擦干,勻漿定容至100 mL,離心后取上層清液10 mL置于錐形瓶中等待滴定。

1.2.2 紅香糙米發(fā)芽率的測(cè)定 紅香糙米浸泡12 h,萌發(fā)24 h后從培養(yǎng)箱取出,計(jì)算發(fā)芽率。

發(fā)芽率(%)=萌發(fā)24h后紅香糙米發(fā)芽數(shù)/每個(gè)平行供試紅香糙米數(shù)×100

1.2.3 發(fā)芽紅香糙米中營(yíng)養(yǎng)成分的測(cè)定 GABA含量的測(cè)定 參照陳恩成[10]的方法,于645 nm處測(cè)其吸光度；蛋白質(zhì)含量的測(cè)定 考馬斯亮藍(lán)法[11]測(cè)定發(fā)芽紅香糙米中水溶性蛋白含量,于595 nm下測(cè)其吸光度。維生素C含量的測(cè)定 2,6-二氯靛酚滴定法(GB6195-86)[12]。

1.2.4 鋅含量的測(cè)定 稱取0.1 g發(fā)芽紅香糙米干粉于高壓密封消解罐內(nèi)杯中,加入2.5 mL濃HNO3預(yù)消解12 h后,加入0.75 mL H2O2,組裝好高壓密封消解罐,于160 °C電熱恒溫干燥箱中消解4 h,冷卻至室溫后,用二次水定容至100 mL,制得樣品消解液,采用原子吸收分光光度法測(cè)定發(fā)芽紅香糙米中鋅含量。

1.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線方程及數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 17.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)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)偏差(n=3)。采用Duncan多重比較法對(duì)平均數(shù)間進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 各待測(cè)項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)曲線方程及相關(guān)系數(shù)

由表1可知,三種待測(cè)項(xiàng)目工作曲線的相關(guān)系數(shù)r均大于0.9990,說(shuō)明標(biāo)準(zhǔn)曲線線性良好。

表1 各待測(cè)項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)曲線方程及相關(guān)系數(shù)

2.2 不同濃度硫酸鋅對(duì)紅香糙米發(fā)芽率的影響

浸泡處理是發(fā)芽糙米制備中大都采取的前處理,它有利于糙米的萌發(fā),但大多是用清水進(jìn)行浸泡[13]。本研究以二次水浸泡處理為空白對(duì)照,以硫酸鋅溶液濃度為考察因素,探究硫酸鋅溶液浸泡處理對(duì)紅香糙米發(fā)芽率的影響,如圖1所示。不同濃度硫酸鋅溶液對(duì)糙米發(fā)芽率的影響不同,其中,低濃度硫酸鋅(25～100 mg/L)時(shí)紅香糙米發(fā)芽率在(87.3%～90.6%)范圍內(nèi)波動(dòng),隨著硫酸鋅溶液濃度的增加(>100 mg/L),糙米發(fā)芽率卻顯著低于對(duì)照處理(p<0.05),濃度250 mg/L時(shí)發(fā)芽率達(dá)到最低值73.6%,這可能與高濃度鋅抑制種子萌發(fā)有關(guān)[14],金屬對(duì)植物種子的萌發(fā)一般認(rèn)為存在較低濃度的刺激效應(yīng)和較高濃度的抑制效應(yīng)[15]。從發(fā)芽率得出浸泡時(shí)較適宜硫酸鋅濃度應(yīng)該在(0～100 mg/L)范圍內(nèi)。

圖1 不同濃度硫酸鋅浸泡處理對(duì)紅香糙米發(fā)芽率的影響(n=3)Fig.1 Effect of ZnSO4 Supply Level on the Germination Rates of fragrant red brown rice(n=3)注:不同英文字母表示數(shù)據(jù)存在顯著差異(p<0.05 Ducan檢驗(yàn)，圖2～圖5同)。

2.3 不同濃度硫酸鋅對(duì)發(fā)芽紅香糙米中GABA的影響

由圖2可以看出,不同濃度硫酸鋅溶液浸泡處理后發(fā)芽紅香糙米中GABA含量變化顯著(p<0.05)；與未發(fā)芽紅香糙米中GABA含量(10 mg/100g)相比,硫酸鋅浸泡后GABA含量增加了134%～291%,硫酸鋅濃度在(0～100 mg/L)范圍內(nèi),GABA含量為(35.34～39.14 mg/100g),GABA含量在0 mg/L時(shí)達(dá)到最高值39.14 mg/100g,這與之前文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)糙米及有色糙米在浸泡后萌發(fā)過(guò)程中可以提高GABA含量大體一致[15],GABA含量增加是由于紅香糙米萌發(fā)過(guò)程中L-谷氨酸脫氫酶的激活促進(jìn)了L-谷氨酸分解成GABA和二氧化碳[16]；當(dāng)硫酸鋅濃度(>100 mg/L)時(shí),GABA含量逐漸降低,當(dāng)硫酸鋅濃度達(dá)到250 mg/L時(shí),GABA含量達(dá)最低值23.38 mg/100g,這可能是由于L-谷氨酸脫氫酶的活性與種子的萌發(fā)率及生長(zhǎng)高度相關(guān),高鋅濃度對(duì)種子的萌發(fā)有抑制作用,進(jìn)而對(duì)L-谷氨酸脫氫酶的產(chǎn)生有著不利影響[17-18]。從GABA含量的積累得出浸泡時(shí)較適宜硫酸鋅濃度應(yīng)該在(0～100 mg/L)范圍內(nèi)。

圖2 不同濃度硫酸鋅浸泡處理對(duì)發(fā)芽紅香糙米中GABA的影響(n=3)Fig.2 Effect of ZnSO4 Supply Level on the GABA Content of germinated fragrant red brown rice(n=3)

2.4 不同濃硫酸鋅對(duì)發(fā)芽紅香糙米中蛋白質(zhì)的影響

由圖3可以看出,不同濃度硫酸鋅溶液浸泡處理后發(fā)芽紅香糙米中蛋白質(zhì)含量變化顯著(p<0.05)；與未發(fā)芽糙米中蛋白質(zhì)94.6 mg/g相比,硫酸鋅溶液浸泡處理后發(fā)芽紅米中蛋白質(zhì)含量增加了9%～28%；硫酸鋅濃度在(0～100 mg/L)范圍內(nèi),蛋白質(zhì)含量為(103.4～121.1 mg/g),在100 mg/L達(dá)到最大值121.1 mg/g；當(dāng)硫酸鋅濃度(>100 mg/L)時(shí),蛋白質(zhì)含量逐漸下降,在濃度250 mg/L達(dá)到最低值104.7 mg/g,結(jié)果顯示低濃度范圍的鋅能促進(jìn)植物體內(nèi)蛋白質(zhì)的合成,但鋅濃度繼續(xù)增加時(shí),蛋白質(zhì)含量反而降低,這是因?yàn)殇\是RNA聚合酶活動(dòng)的必須元素,鋅可阻止核糖核酸作用于核蛋白R(shí)NA,在適量鋅的條件下,核糖核酸妹的活性下降,提高了RNA核糖體的水平,結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)和功能蛋白質(zhì)又重新合成,蛋白質(zhì)含量增加。鋅在高濃度時(shí)提高了核糖核酸酶活性,導(dǎo)致蛋白質(zhì)含量減少[19-21]。從蛋白質(zhì)含量的積累得出出浸泡時(shí)最適宜硫酸鋅濃度應(yīng)為100 mg/L。

圖3 不同硫酸鋅濃度處理對(duì)發(fā)芽紅香糙米中蛋白質(zhì)的影響(n=3)Fig.3 Effect of ZnSO4 Supply Level on the Protein Content of germinated fragrant red brown rice(n=3)

2.5 不同濃硫酸鋅對(duì)發(fā)芽紅香糙米中維生素C的影響

由圖4可以看出,與未發(fā)芽紅香糙米中維生素C 0.074 mg/100g相比,硫酸鋅溶液浸泡處理后發(fā)芽紅香糙米中維生素C含量增加了131%～176%,發(fā)芽過(guò)程維生素C的含量顯著增加,這是由于發(fā)芽期間內(nèi)部參與物質(zhì)代謝的酶類(lèi)隨之產(chǎn)生或活化,使機(jī)體內(nèi)物質(zhì)代謝不斷增強(qiáng),參與維生素C合成代謝的酶類(lèi)也隨之增強(qiáng),從而維生素C含量大幅度增加[22]。硫酸鋅濃度在(0～250 mg/L)范圍內(nèi),維生素C含量均高于0 mg/L硫酸鋅條件下紅香糙米中維生素C含量,表明一定范圍內(nèi)鋅能促進(jìn)維生素C的合成,硫酸鋅溶液濃度在100 mg/L時(shí)維生素C積累量最高,為12.26 mg/100g。從維生素C含量的積累得出浸泡時(shí)最適宜硫酸鋅濃度應(yīng)為100 mg/L。

圖4 不同硫酸鋅濃度處理對(duì)發(fā)芽紅香糙米中維生素C的影響(n=3)Fig.4 Effect of ZnSO4 Supply Level on the Vitamin C Content of germinated fragrant red brown rice(n=3)

2.5 鋅元素在紅香糙米中富集量

由圖5可以看出,不同濃度硫酸鋅溶液浸泡處理后發(fā)芽紅香糙米中鋅含量變化顯著(p<0.05)；與未發(fā)芽糙米相比,0 mg/L硫酸鋅處理下紅糙米中鋅含量有所下降,這是因?yàn)榧t香糙米中礦質(zhì)元素鋅、鐵大多數(shù)存在于紅米色素中,去離子水浸泡過(guò)程紅糙米色素部分流失,導(dǎo)致鋅含量有所下降；與未發(fā)芽糙米相比,硫酸鋅濃度在(25～250 mg/L)范圍內(nèi),紅香糙米中鋅含量提高了355%～1225%,表明硫酸鋅浸泡處理可以顯著提高紅香糙米中鋅含量,實(shí)驗(yàn)結(jié)果外源鋅濃度與紅香糙米中鋅積累量的相關(guān)系數(shù)為(r=0.972),顯著性水平為(<0.01),說(shuō)明鋅在紅香糙米中積累量與硫酸鋅濃度高度相關(guān),鋅的積累可能是由于鋅離子穿過(guò)糙米糊粉層通過(guò)籽粒背部維管束滲透到糙米胚乳中[23]。參考鋅日推薦攝入量RDA(10 mg/day～15 mg mg/day)和糙米日攝入量(50～100 g/day),推算(25～100 mg/L)濃度浸泡處理的紅香發(fā)芽糙米(116.2～171.5 mg/kg)均可滿足人日鋅攝入量的要求。

圖5 不同硫酸鋅濃度處理發(fā)芽紅香糙米中鋅富集量(n=3)Fig.5 Zn concentration in the germinated fragrant red brown rice treated with different rates of ZnSO4(n=3)

3 結(jié)論

與未發(fā)芽紅香糙米相比,0 mg/L硫酸鋅濃度(二次水)浸泡萌發(fā)過(guò)程中GABA、蛋白質(zhì)、維生素C含量顯著提高,表明二次水浸種萌發(fā)過(guò)程可以提升紅香糙米營(yíng)養(yǎng)價(jià)值；25～100 mg/L硫酸鋅濃度浸種并用二次水萌發(fā)過(guò)程,GABA含量變化不大,而蛋白質(zhì)及維生素C含量逐漸升高,表明一定濃度范圍內(nèi)鋅可以促進(jìn)紅香糙米中部分營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的積累,對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的合成有積極響應(yīng)作用。

綜上可知,不同濃度硫酸鋅溶液浸泡對(duì)紅香糙米發(fā)芽率、鋅及營(yíng)養(yǎng)成分含量的積累均有顯著影響(p<0.05)。其中,25～250 mg/L硫酸鋅濃度可以顯著提高發(fā)芽紅香糙米中鋅含量,與未發(fā)芽糙米相比,鋅含量增加了355%～1225%；0～250 mg/L硫酸鋅濃度范圍內(nèi),與未發(fā)芽糙米相比,GABA、蛋白質(zhì)及維生素C含量分別增加了134%～291%、9%～28%、131%～176%；0～100 mg/L硫酸鋅濃度范圍最適宜紅香糙米發(fā)芽、GABA積累,0 mg/L硫酸鋅濃度GABA積累達(dá)最高值,100 mg/L硫酸鋅濃度蛋白質(zhì)(121.1 mg/g)及維生素C(12.26 mg/100g)積累達(dá)最高值,25～100 mg/L硫酸鋅浸泡處理的富鋅發(fā)芽紅香糙米可滿足人日鋅攝入量要求；結(jié)果表明,硫酸鋅浸泡及二次水萌發(fā)過(guò)程中,紅香糙米鋅含量及營(yíng)養(yǎng)價(jià)值得到顯著提高,富鋅發(fā)芽紅香糙米可以考慮作為一種膳食補(bǔ)鋅的食物新來(lái)源,綜合發(fā)芽率、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累量及鋅膳食補(bǔ)充量,100 mg/L硫酸鋅為最適宜浸泡濃度。

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Effect of different concentrations of ZnSO4in fragrant red brown rice on seed germination,Zn concentration and other nutrient content

XU Hang-dan,HU Guang-lin,XIONG Xian-Qing,PANG Jin-Wei

(Key Laboratory of Tropical Biological Resources of Ministry of Education,Hainan University Materials and Chemical Engineering,Haikou Hainan 570228,China)

Fragrant red brown rice was soaked for 12 h by different concentrations of ZnSO4(0～250 mg/L),then germinated for 24 h with deionized water. Germination rates,concentration of Zn,GABA(γ-aminobutyric acid),protein and Vitamin C content of fragrant red brown rice was determined. The results showed that compared with nongerminated fragrant red brown rice,germinated fragrant red brown rice could enrich high amount of Zn when the concentration of ZnSO4between(25～250 mg/L),the content of Zn in red brown rice increased by 355%～1225%.The concentration of ZnSO4between(25～100 mg/L)could meet RDA of Zn. Compared with nongerminated fragrant red brown rice,when the concentration of ZnSO4between(0～250 mg/L),the content of GABA,protein and Vitamin C increased by 134%～291%,9%～28%，131%～176% respectively. The concentrations of ZnSO4(0～100 mg/L)was appropriate for red brown rice germination,GABA accumulation.,100 mg/L ZnSO4was the most suitable concentration for protein and Vitamin C accumulation. Considering germination rates,RDA of Zn and nutrient content,the most suitable concentration of ZnSO4could be 100 mg/L.

fragrant red brown rice;Zn;protein;GABA;Vitamin C

2014-10-27

徐航丹(1989-)，女，在讀碩士研究生，主要從事食品微量營(yíng)養(yǎng)素與天然產(chǎn)物化學(xué)等方面研究,E-mail：15120759391@163.com。

*通訊作者:胡廣林(1976-)，男，博士，教授，主要從事微生物元素與天然產(chǎn)物化學(xué)研究,E-mail: glhu@hainu.edu.cn。

2014國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31460390)。

TS218

A

1002-0306(2015)17-0000-00

10.13386/j.issn1002-0306.2015.17.000