趙 祎,侯金鉑,張雨婷,王曉麗,周楠迪

江南大學 生物工程學院,糖化學與生物技術教育部重點實驗室 (無錫 214122)

在我國,水稻是最重要的糧食作物之一,水稻收獲后經過壟谷和碾磨變成大米。大米中通常富含淀粉、蛋白質以及少量的類黃酮、類胡蘿卜素、γ-谷維素、酚類化合物、植物甾醇、γ-氨基丁酸(GABA)等一系列生物活性化合物[1-2]。淀粉是大米中最重要的營養(yǎng)物質,主要為人類提供能量。蛋白質是大米胚乳中除了淀粉之外的第二大類貯藏物質,按照功能來分,可分為貯藏蛋白、結構蛋白和保護蛋白[3]。此外,大米中的活性成分也備受關注。例如:GABA具備改善內分泌功能、治療神經疾病、調節(jié)心血管系統(tǒng)和改善肝功能等多種生理活性功能;黃類酮和酚類化合物具有抗衰老和抗氧化功能;γ-谷維素能夠降低膽固醇含量,對神經和更年期起到一定的調節(jié)作用等等[4-5]。

因此,探究大米產品的成分變化對大米產品的營養(yǎng)評價具有重要意義。在本研究中,運用現(xiàn)代分析技術對經過GABA富化處理前后的大米進行了成分分析,測定了GABA、游離氨基酸、總蛋白、還原糖、總淀粉和抗性淀粉含量變化。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

稻谷,南粳46號購于一米三寶(上海)有限公司;超純水,由OKP-S210型超低有機型實驗室超純水器制備;MK-RSTAR抗性淀粉試劑盒,購于愛爾蘭Megazyme有限公司;17種氨基酸標準品,購于西格瑪奧德里奇公司;pH試紙、5%三氯乙酸、正己烷、6 mol/L HCl、10 mol/L NaOH,均購于國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 設備與儀器

TG-328A型電子天平,梅特勒-托利多公司;25 mm×40 mm高形稱量瓶,上海申迪玻璃儀器有限公司;101-0BS型恒溫干燥箱,湖南力辰儀器科技有限公司;研缽(直徑8 cm);CF15RN型立式冷凍離心機,日本Hitachi公司;SBA-40C型生物傳感分析儀,山東省科學院生物研究所;SHZ-22型數(shù)顯恒溫水浴鍋,江蘇榮華儀器制造有限公司;DKZ-1型恒溫震蕩水浴搖床,上海一恒科技有限公司;KjeltecTM 8400型全自動凱氏定氮儀,丹麥福斯分析儀器有限公司;Agilent1100型高效液相色譜儀,美國安捷倫公司;日立U-3900型紫外可見分光光度計,日本日立株式會所;600Y型西廚多功能粉碎機,永康市鉑歐五金制品有限公司;FC2R型實驗用壟谷機、VP-32型實驗用碾米機、LGB5AA-C 型GABA富化設備,日本佐竹公司。

1.3 方法

1.3.1GABA富化處理和稻谷前處理

稻谷的GABA富化總共分為兩步。第一步是將稻谷加入到GABA富化裝置中,濕度在90%左右、溫度在60 ℃左右進行8 h的富化。第二步是將富化結的稻谷進行低溫烘干,在45 ℃持續(xù)4 h將稻谷的水分調整至安全保存水分,烘干后的稻谷即為GABA稻谷。

首先用礱谷機分別脫除GABA富化處理前后的稻谷稻殼以獲得糙米樣品,接著將糙米樣品放入碾米機中除去糠層以獲得精米樣品,然后分別將糙米和精米樣品放入粉碎機中進行粉碎,制成米粉并過40目篩,最后將糙米和精米樣品放入4 ℃冰箱保存,米粉放入干燥器保存供后續(xù)實驗使用。

圖1 利用GABA富化設備對原料稻谷GABA富化加工處理的技術路線圖

1.3.2測定方法

1.3.2.1 水分含量的測定

糙米和精米的水分含量采用直接干燥法測定,具體參考國標GB 5009.3—2016 《食品安全國家標準 食品中水分的測定》[6]。

1.3.2.2 還原糖含量的測定

還原糖的含量以游離葡萄糖計,參考姜平和李興軍等的方法對游離葡萄糖進行提取[7-8],并作一定的修改。將1.0 g精米粉和15 mL正己烷放入50 mL離心管中,在振蕩搖床上振蕩3 h以完全除去脂類物質,使用離心的方式去除己烷即在6 000 r/min條件下離心10 min,然后將沉淀轉入研缽中,并加入5 mL超純水研磨5 min,接著用10 mL超純水洗滌轉入離心管中,在6 000 r/min條件下離心10 min,獲得的上清液即為游離葡萄糖提取液,用生物傳感分析儀對上清液中葡萄糖進行測定。

1.3.2.3 游離氨基酸含量的測定

精米中的游離氨基酸以及GABA含量采用鄰苯二甲醛柱前衍生反相高效液相色譜-紫外檢測法測定。將1.0 g精米粉置于25 mL容量瓶中,并用5%三氯乙酸溶液定容,充分混勻超聲20 min后靜置2 h,然后用雙層濾紙進行過濾。取1 mL上述濾液在15 000 r/min條件下離心30 min,獲得的上清液即為游離氨基酸測試液。

液相測試條件如下:流動相A為27.6 mmol/L pH=7.2的醋酸鈉-三乙胺-四氫呋喃(體積比為500 : 0.11 : 2.5);流動相B為80.9 mmol/L pH=7.2的醋酸鈉-甲醇-乙腈(體積比為1∶2∶2);色譜柱為Agilent Hypersil ODS柱;流速為1.0 mL/min;紫外檢測波長為338 nm;柱溫為40 ℃;氨基酸含量以外標法定量。

1.3.2.4 總淀粉含量的測定

總淀粉的測定按照是否需要將淀粉水解可分為兩種。第一種不需要水解淀粉,直接測定淀粉含量的稱為直接測定法;第二種需要水解淀粉,使其轉變?yōu)檫€原糖的稱為間接測定法。在間接測定法中最常見的是利用酸將淀粉水解為葡萄糖,通過如下公式:淀粉含量 = 葡萄糖含量 × 0.9[9-11]計算得出淀粉含量,本實驗參考張越[12]等的方法進行淀粉的水解和測定。

稱取0.1 g精米粉于10 mL玻璃試管中,加入5 mL 6 mol/L HCl并用超純水定容,將上述玻璃試管置于沸水浴1 h,結束后在室溫中自然冷卻,加入3 mL 10 mol/L NaOH,用pH試紙測定確保pH在7左右,用超純水定容為25 mL。取1 mL該溶液于離心管中,4 ℃ 6 000 r/min條件下離心10 min,上清液即為測試液。用生物傳感分析儀測定上清液中葡萄糖,再根據(jù)公式換算為淀粉含量。

1.3.2.5 總蛋白含量的測定

利用凱氏定氮的原理測定精米中的蛋白質含量,即精米中的蛋白質首先經過催化和加熱被分解成氨,與硫酸結合生成硫酸銨。然后在堿性條件下蒸餾使氨游離出來被硼酸吸收。最后用硫酸或者鹽酸標準溶液滴定計算。具體參考國標GB 5009.5—2016《食品安全國家標準 食品中蛋白質的測定》[13]。蛋白質含量以總氮含量 × 5.95計。

1.3.2.6 抗性淀粉含量的測定

按照愛爾蘭Megazyme公司的抗性淀粉試劑盒中的方法步驟進行測定。首先,將胰α-淀粉酶和淀粉葡萄糖苷酶混合液(4 mL)加入到精米粉(0.1 g)中,在37 ℃恒溫震蕩搖床中反應16 h,通過加入無水乙醇(4 mL)終止水解反應。然后,將上述反應液在4 000 r/min離心10 min去除上清液,并向沉淀中加入50%的乙醇(8 mL)充分混勻洗滌,再次離心去除上清。最后將洗滌離心的步驟重復1次,至此完成非抗性淀粉的溶化與水解。

為了溶解和酶解抗性淀粉,將上述沉淀物置于冰浴中邊攪拌邊加入2 mol/L的KOH溶液(2 mL),同時加入1.2 mol/L的乙酸鈉溶液(pH 3.8, 8 mL)和3 300 U/mL的淀粉葡萄糖苷酶溶液(0.1 mL),在50 ℃水浴中反應30 min,在此過程中不斷混勻。反應結束后將上述溶液于4 000 r/min離心10 min,取0.1 mL上清液加入3 mL氧化物酶/過氧化物酶試劑(GOPOD),50 ℃孵育20 min后測定510 nm處的吸光值。

2 結果與討論

2.1 水分含量分析

對谷物中的含水量進行測定具有重要的意義。在運輸和存儲的過程中如果含水量過高,谷物就易霉變或者生蟲。相反如果過低,亦會對谷物中的有機物造成破壞,從而降低谷物的營養(yǎng)價值,所以谷物的含水量必須處在安全水分范圍內。糙米和精米中的水分含量如圖2所示,GABA富化處理前后的糙米和精米含水量均集中在10%～13%之間,這有利于谷物的運輸和存儲[14]。而且由于糙米和精米在經過富化處理后進行了低溫烘干,所以水分含量均有一定的減少,但是仍在10%之上,說明在處理過程中仍能保留充足水分,確保了大米的營養(yǎng)成分和口感鮮味。

圖2 糙米和精米處理前后水分含量

2.2 還原糖和總淀粉含量分析

淀粉是大米中的第一大營養(yǎng)物質,因此分析淀粉等糖類物質的變化尤為重要。由圖3可知精米中的還原糖和總淀粉含量在經過GABA富化處理之后均減少,推測可能在處理過程中各種淀粉酶被激活將淀粉分解為葡萄糖,而葡萄糖經過了一系列復雜的生理生化代謝轉變成了氨基酸等其他營養(yǎng)物質[15-16]。

圖3 精米處理前后還原糖和總淀粉含量

2.3 抗性淀粉含量分析

抗性淀粉又被稱為抗酶解淀粉,它無法在人體的小腸中進行消化吸收,而是在大腸中被一些特定的微生物所發(fā)酵利用[17]。運用酶解比色法測定了精米中的抗性淀粉含量,結果如表1所示。經過GABA富化處理,精米中的抗性淀粉含量由1.96%增加到2.3%,增幅達到17.3%,推測可能是由葡萄糖或者淀粉經過結構的改變轉變而來。由于抗性淀粉具備較低的血糖生成指數(shù),可以有效的穩(wěn)定餐后血糖,故較適合糖尿病患者食用[18-20]。

表1 精米處理前后抗性淀粉含量 %

2.4 氨基酸和蛋白質含量分析

蛋白質是大米中的第二大營養(yǎng)物質,監(jiān)測處理前后GABA、游離氨基酸和蛋白質變化具有重要意義。由圖4可知,在經過GABA富化處理之后精米中的總必需氨基酸含量和總游離氨基酸含量均有所增加,推測可能是蛋白質分解生成氨基酸,也有可能是淀粉和葡萄糖等糖類物質經過復雜代謝途徑轉變而來[15,21]。精米中的總蛋白含量見表2,可以看出在處理前后,精米中的總蛋白含量幾乎不變。進一步運用高效液相色譜法研究分析了9種必需氨基酸和GABA的含量變化。結果如圖5所示,在成人的8種必需氨基酸中,色氨酸、亮氨酸、蘇氨酸、苯丙氨酸和賴氨酸的含量均呈增多趨勢,而對于嬰幼兒所必需的組氨酸也呈增多趨勢。此外,經過富集處理后,GABA含量比處理前有明顯增多。由此看來,經過處理之后由于必需氨基酸和GABA含量增多,氨基酸結構更加合理,營養(yǎng)價值得到進一步提高。

表2 精米處理前后總蛋白含量 %

圖4 精米處理前后總必需氨基酸和總游離氨基酸含量

圖5 精米處理前后必需氨基酸和GABA含量

根據(jù)FAO/WHO的模式標準,必需氨基酸(EAA)/氨基酸總量(TAA)在40%左右、必需氨基酸(EAA)/非必需氨基酸(NAA)在60%以上被認為是理想蛋白質的標準要求。因此計算分析了以上兩項指標,由表3可知經過GABA富化處理前后的EAA/TAA均接近40%,EAA/NAA均接近60%,表明該精米中的蛋白質符合該標準,被認為是理想蛋白質。

表3 精米中必需氨基酸與氨基酸總量和非必需氨基酸的比值 %

3 結論

在本研究中,運用現(xiàn)代分析技術對GABA富化處理前后的大米進行成分分析。結果表明:經過GABA富化處理之后還原糖和總淀粉含量減少,但抗性淀粉含量增加,GABA、總游離氨基酸和9種必需氨基酸含量均有增加而總蛋白含量幾乎不變。從成分含量變化的結果來看,抗性淀粉含量的增加使得該大米產品比處理前更適合糖尿病患者食用,因為抗性淀粉不易被人體的消化酶分解成葡萄糖,可以大大減少食用后血糖增加的量。另外由于處理后大米的必需氨基酸、總游離氨基酸和GABA含量的增加,因此相較于處理前的大米,營養(yǎng)結構更加完善,營養(yǎng)價值得以提升。