发芽糙米及其系列化产品生产技术

2024-09-16

发芽糙米及其系列化产品生产技术

1.发芽糙米及其系列化产品生产技术篇一

中国稻米发展与对策·综述2005年第3期

作者单位:农业部谷物及制品质量监督检验测试中心, 哈尔滨150086。

收稿日期:2005-01-05 摘要:本文介绍了糙米中的主要功能因子及其生理作用, 糙米发芽后成分变化规律,综述了提高发芽糙米γ-氨基丁酸含量的方法,介绍了国外发芽糙米生产情况及我国发芽糙米的研究进展,分析测试了黑龙江省10多个粳稻品种γ-氨基丁酸含量,指出选育高γ-氨基丁酸含量及高谷氨酸脱羧酶活性品种是当前主要工作之一。

关键词:发芽糙米;γ-氨基丁酸

一、糙米的营养价值和生理作用

在加工过程中,稻谷经砻谷脱去颖壳后为糙米,糙米经

过进一步碾磨去掉果皮、种皮、糊粉层和胚即为精米(即通常的大米)。精米虽然口感好、易消化,但生理活性和营养价值远低于糙米。

糙米的胚和糊粉层中富集有生理活性很高的维生素E、亚油酸、米糠蛋白、米胚蛋白、γ-氨基丁酸、六磷酸肌醇、谷胱甘肽、γ-谷维素、γ-阿魏酸、N-去氢神经酰胺、角鲨烯、米糠多糖、膳食纤维、米糠半纤维素等。1.糙米中含有的主要功能因子及其作用

(1)γ-氨基丁酸(Gamma Aminobutyric Acid,简称GABA)是一种非蛋白质氨基酸,具有下列生理功能:健脑作用,可有效改善脑血流通,强化供氧量,增强脑细胞代谢,防止神经细胞痴呆症和老年性痴呆症;降压作用,可使血压降低,神经镇定;改善脂肪代谢,减肥,防止动脉硬化;醒酒功能;防皮肤老化功能;另外还具有活化肝、肾功能,促进生长激素分泌、防止肥胖、消除体臭等生理功能。GABA在蔬菜、水果中含量稀少。

(2)六磷酸肌醇(InositolHexaphosphate,简称IP6)是一种糖分子,附属在6个磷酸盐分子上,具有抑制人体内生成过氧化脂质的功能,能预防和治疗多种疾病。据美国马里兰大学医学院一项研究表明[1],它具有调节细胞的功能,如细胞的繁殖和演变;IP6能减慢癌细胞的繁殖,使细胞分裂的速率减缓一半,而且它能调节体内负责抑制肿瘤的P53基因

(tumor-suppressor genes),使癌细胞渐渐恢复正常。人类肝癌细胞用IP6注射治疗后,肿瘤可以缩小到原来的1/4。IP6具有较强的抗氧化能力,对前列腺癌、脑癌、乳腺癌、肝癌、大肠癌等癌细胞均有抑制效果,有天然的“癌症杀手”之称。据

Willian Wallace等[2]研究证实,IP6可以降低癌细胞的繁殖,使其转变为正常细胞,保护细胞免受自由基的伤害;可降低血脂,保护心肌细胞,防治动脉硬化,减少心脏病猝死。还可治疗肾结石,降低胆固醇,对人体免疫力提升大有益处。美国 FDA已确认其功效性,目前美国已经形成IP6市场规模,产品有100多种。日本厚生省也已确认了其有效性。(3)谷胱甘肽(GSH)为活性三肽,是一种含硫、硒的过

氧化物酶,可促进铁的吸收,防止溶血症,结合人体内有毒物质如重金属离子和致癌物质等并排出体外,能消除疲劳,抗艾滋病,保护并恢复人体内酶活性。

(4)γ-谷维素能降低血清总胆固醇、甘油三酯含量,降低胆固醇在动脉壁的沉积,减少胆石形成,促进血管微循环, 调节内分泌,降低皮肤色素沉积,抗皮肤衰老,防止身体节律失调,改善肠胃功能,抗血栓等。

糙米虽然具有上述优点,但糙米吸水困难、蒸煮时间长、米饭口感差、糠味较重、咀嚼困难、不易消化,贮存期短,直接食用受到限制。

二、糙米发芽后营养价值和生理功效的提升

发芽糙米是糙米经过发芽至适当芽长的芽体的产品。发芽糙米主要由幼芽和带皮层的胚乳构成。糙米发芽的实质是糙米的活性化。糙米芽体是具有旺盛生命力的活体,糙米中含有大量的酶,如α-淀粉酶、β-淀粉酶、β-葡聚糖酶、戊聚糖转化酶、麦芽糖酶、纤维素酶、半纤维素酶、蛋白酶、核酸酶、脂肪酶、磷脂酶、植酸酶等,以结合态存在于胚及皮层中, 加水发芽时,酶被激活,催化一系列生化反应。

冈田忠司[3]指出,发芽可以改变糙米的化学成分。发芽糙米的必需氨基酸、生理活性物质与糙米相比,种类更多,含量更高。据报道,糙米发芽3天后,可溶性糖增加3倍,可溶性蛋白增加13.8%,GSH由3.64 mg/100 g提高到9.48 mg/100 g,GABA是糙米的3倍、大米的10倍,IP6是大米的4倍,膳食纤维比糙米多0%~15%,比大米多2.7倍,具体数据见表 1。

Willian Wallace等[2],Streeter,L.G等[4]研究发现,糙米发芽后不但获得了更多的营养成分,而且生理功能进一步增强,可抑制皮肤黑色素形成,促进新陈代谢,预防动脉硬化、内脏功能障碍和癌症等。产生的大量GABA可改善脑血循环,增加氧气供应量,抑制神经失调。而且必需氨基酸含量增加,蛋白质含量提高,维生素和矿物质含量也略有增加,这都是糙米无法相比的,更大大优于精米。

我国目前尚无发芽糙米产品面市,但近两年相关研究论发芽糙米研究最新进展孙向东

·5·中国稻米2005年第3期孙向东:发芽糙米研究最新进展表1 100 g发芽糙米与精米营养成分比较

文经常见诸报刊,表明受日本等国影响,我国发芽糙米产品研发很快将进入高潮。

三、发芽糙米研究进展

T.Saikusa[5]在改善稻米食用品质的试验中首先发现,稻米粒用水浸泡后,游离氨基酸的组成和含量发生了显著变化,其中GABA变化最突出,含量大幅度提高,而且GABA的变化主要是在胚芽部分发生的。

T.Saikusa[6]又检测了日本10个不同品种的稻米胚芽富集GABA的情况,结果发现不同品种的米胚芽富集GABA的能力有很大差异,其中GABA富集最高的是一种巨胚米的米胚芽。

茅原等[7]认为,发芽糙米中的GABA含量升高通过以下两种途径实现:一是糙米本身含有一定量的谷氨酸,在发芽过程中谷氨酸脱羧酶被激活,以谷氨酸为底物脱去羧基生成 GABA;二是蛋白酶水解蛋白质生成一定量的谷氨酸,在一定条件下谷氨酸脱羧酶催化谷氨酸生成GABA。同时,GABA又会在GABA、丙酮酸转氨酶的作用下降解为琥珀半醛。只有在谷氨酸脱羧酶的活性大于GABA、丙酮酸转氨酶活性时,才会使GABA含量增加。

爱岩等[8]发现,谷氨酸脱羧酶的最适pH值为5.9;GA-BA、丙酮酸转氨酶的最适pH值为8.9,所以微酸环境有利于 GABA的产生,在碱性条件下GABA含量不会增加。

三枝贵代[9]认为,富集温度60℃、时间20min会使GABA 的富集被限制;pH8时GABA含量也很低。GABA最佳富集条件是40℃、pH5.5,说明这是米胚芽中谷氨酸脱羧酶(GAD)的最适作用条件。在此条件下米胚芽浸泡4 h,可使GABA富集达到400 mg/100 g,是未富集前的10倍左右。

爱岩等[8]通过对米胚芽GAD酶学性质的研究发现,其最适pH为5.6,最适温度为40℃。该酶对热不稳定,当热处理温度超过60℃时,酶活性基本丧失。米胚GAD对谷氨酸(Glu)的Km值为32.37 mmol/L。因此在利用米胚GAD富集和制备 GABA时,应选择米胚GAD的最适作用条件,并且温度要避免超过60℃。另外,钙离子可用来激活米胚GAD,从而提高 GABA的产量。

衫下等[10]认为,提高GABA含量的方法主要有: 无氧发酵法:植物中GABA主要通过谷氨酸的脱羧来产

生,无氧的环境可以增加谷氨酸脱羧酶的活性,抑制GABA、丙酮酸转氨酶的活性,从而使GABA能大量产生并积累,减少GABA的分解;机械处理:由于在被破坏的细胞组织上GABA会大量产生,挤压或碾磨使植物组织分离,可以有效提高GABA的含量;迅速降温处理:温度的迅速降低导致植物组织细胞内的

隔室化,同时谷氨酸脱羧酶与GABA、丙酮酸转氨酶的活性比也会变大,从而引起GABA含量的增加。

T.Saikusa[5]研究发现,在米胚芽富集GABA的过程中,最初20分钟内GABA迅速上升,同时伴随谷氨酸下降;之后谷氨酸停止下降而GABA仍逐渐增加,说明谷氨酸含量充足, 这是内源蛋白酶作用的结果,蛋白质水解后产生大量谷氨酸,并由谷氨酸脱羧酶催化转化成GABA。

米胚芽富集GABA能力主要取决于其中的谷氨酸脱羧酶和蛋白酶的活性,因此,富集GABA要用新鲜的、具有良好发芽能力的稻米。

四、国外发芽糙米产品市场情况

日本、欧美等国非常重视稻米中必需营养成分与生理活性物质的保存,推崇食用糙米。日本自1964年开始提倡国民食用糙米,每天一餐,但因糙米口感差而难以推广。近年,日本开发出发芽糙米,并已产业化、商品化。由于发芽糙米比糙米的营养价值和生理活性具有明显优势,且炊饭便利,口感类同于大米饭,因而发芽糙米一面市,即为消费者所认可。日本更将发芽糙米称为“营养丸”、“神农米”、“元气米”。有科学家预言:发芽糙米可能将成为21世纪人类的主食资源。日本长期以来重视稻谷深加工产品与技术的开发, 1954 年即从米糠和胚芽中分离出谷维素, 1996年开发出富含γ-氨基丁酸的米胚芽食品,日本农林水产省食品综合研究所和日本中国农业实验场等共同研究开发成功世界首创的发芽糙米,于1999年11月上市,受到消费者欢迎。

目前日本已有五家公司生产销售发芽糙米,发芽糙米采

用真空包装,120 g/包,5包/盒,650日元/盒,价格是糙米的2 倍。日本发芽糙米消费量每年均成倍增长。发芽糙米在日本被认为是最好的主食,是21世纪的主食。近年来,发芽糙米在我国台湾和香港等稻米消费地区业已陆续面世。日本是开发发芽糙米最早的国家,有关发芽糙米的专利

有20件。发芽糙米生产技术已经基本成熟,目前的研发热点是发芽工艺和发芽器的不断改进。

稻米富集γ-氨基丁酸的方法主要有充氮无氧发酵和糙米发芽两种方法,无氧发酵方法的工艺比较落后,目前国际上以发芽法为主导工艺。

五、我国开展发芽糙米研发的重要意义及研究动态我国是世界上最大的稻谷生产和消费国,年产稻谷约2 亿t,约占世界稻谷产量的1/3,约占全国粮食产量的2/5。我国约有8亿人口以稻米为主食,每年食用稻米及其制品约营养素精米发芽糙米糖类(g)75.5 69.9 蛋白质(g)6.8 7.3 脂肪(g)1.3 2.9 维生素B1(mg)0.12 0.30 维生素E(mg)0.4 1.7 γ-氨基丁酸(mg)1.6 16.1 六磷酸肌醇(mg)99.1 452.0 膳食纤维(g)0.74 2.80 镁(mg)33 74 铁(mg)0.5 1.1 钙(mg)6.0 8.1 ·6·中国稻米品种

松99-150 松98-133 松粳131 松98-122 松粳6 金都1号 GABA含量(mg/100g)12.0 12.9 10.6 13.5 12.9 13.2 品种

松176(绿色)松98-128 松97-98 松176 松173 松99-150＊ GABA含量(mg/100g)14.6 12.9 11.6 15.0 5.7 6.7 品种

松98-131 松175 松98-150 松98-122 松98-124 松99-150 GABA含量(mg/100g)9.9 16.1 11.6 15.1 12.6 12.8 表2不同水稻品种发芽糙米GABA含量注:＊———不同产地样品。

2005年第3期孙向东:发芽糙米研究最新进展

1.2亿t。稻谷及其制品是我国最大、最稳定的粮食消费产品之一。

糙米中约64%的营养元素都积聚于占糙米重量10%的糠层和胚芽中,目前的精白米将其舍弃是对资源的极大浪费。按全国消费量计算,相当于每年抛弃960万t高营养物质,保守估计其价值超过1 000亿元。如将其利用,每年可以解决3 200万贫困人口的口粮,或者提高9 600万人口的生活质量。

目前我国有数家单位开展了发芽糙米研究,郑州工程学

院郭晓娜等人[11]应用响应面法研究了发芽糙米发芽条件;湖南文理学院杨明毅等人[12]利用北京华通康源科技有限公司开发的糙米发芽一体化设备研究了糙米发芽的生理活性化工艺条件;浙江省粮科所许仁溥[13]综述了发芽糙米的营养价值和基本生产工艺;江南大学食品学院张晖等人[14,15]综述了稻米胚芽中γ-氨基丁酸的富集方法。虽然上述单位已经开展了糙米发芽的初步研究并开发了专用设备,但我国市场尚无发芽糙米产品出售。

在开展发芽糙米研究的同时,中国水稻研究所黄大年等

[16]独辟蹊径,应用生物工程技术培育出一种富含γ-氨基丁酸的水稻新品种,诱发水稻组织中L-谷氨酸脱羧酶变异,提高该酶的表现水平,选育出L-谷氨酸脱羧酶活性高、能合成大量γ-氨基丁酸的突变体,研制成富含γ-氨基丁酸的水稻新品种,其每100 g大米中含γ-氨基丁酸,比一般水稻品种的精米高5~6倍。

据农业部谷物及制品质量监督检验测试中心对黑龙江

省30多个粳稻品种测试分析,每100 g糙米中γ-氨基丁酸含量大约在2~6 mg,每100 g大米中γ-氨基丁酸含量大约在1~3 mg,基本符合目前普遍认为的糙米γ-氨基丁酸含量大约是大米3倍的结论。

目前国内有报道显示[12]用普通稻米制备的发芽糙米γ-氨基丁酸含量达到300 mg/100 g以上,我们认为基本不可能, 我们采用L-8800型氨基酸自动分析仪反复测试,并与哈尔滨工业大学分析测试中心进行同样品比对分析,小心求证后认为北方粳稻发芽糙米γ-氨基丁酸含量基本在12~16 mg/ 100 g,南方籼稻发芽糙米γ-氨基丁酸含量尚未作测试。比较一致的观点认为糙米芽中γ-氨基丁酸含量很高, 如果仅收集发芽糙米的芽体测定其γ-氨基丁酸含量,估计能够达到200~300 mg/100 g水平。但芽体占糙米比重太小, 生产上制备产品还是以全粒发芽糙米为好。

六、目前存在的问题

通过检索国内外专利、文献,发现目前发芽糙米生产中主要存在以下问题: ———不同稻米品种谷氨酸脱羧酶和蛋白酶含量不同,导致发芽糙米主要生理活性物质γ-氨基丁酸的生成量显著不同;目前国内还未见针对不同水稻品种开展的相关研究报道。

———关于γ-氨基丁酸的富集方法研究有待深入。目前采取的是控制发芽温度、时间的方法,应深入研究更有效的富集技术。

———关于发芽糙米保存期间γ-氨基丁酸等生理活性物质损失率的研究处于空白,应研究提高发芽糙米保存期间 γ-氨基丁酸稳定性的方法。

七、黑龙江省粳稻品种γ-氨基丁酸含量分析

在黑龙江省自然基金项目中,我们测试了黑龙江省目前栽培的10多个粳稻品种。采用的发芽工艺如下: 稻谷→脱壳→糙米→筛选→水洗3次→1%次氯酸钠消

毒5 min→0.05%次氯酸钠浸泡,用柠檬酸调pH5.5,20℃,12 h→催芽30℃,16~24 h,至芽长平均1 mm→微波钝化800W、1.5 min→低温干燥50℃、5 h→粉碎→检测。检测结果表明,各批次样品γ-氨基丁酸含量变化较大,不同水稻品种之间的差异十分显著。

由表2可以看出,不同水稻品种在相同处理条件下其

GABA生成量有很大差别,GABA生成量最小的品种松173仅有5.7 mg/100 g,生成量最大的品种松175达到16.1 mg/100 g。不同品种GABA生成量大小相差近3倍。

八、讨论

我国国内在发芽技术研发方面尚处于起步阶段,许多生理生化反应机理包括保存期间γ-氨基丁酸含量变化规律尚未完全搞清楚,有待于进一步深入研究。

我国地域辽阔,水稻品种繁多,筛选高γ-氨基丁酸含量及高谷氨酸脱羧酶活性品种,为企业提供优质原料也是重要科研课题之一。参考文献

1陈爽.全谷食物中的抗癌先锋.健康报,2003年6月10日 ·7·中国稻米发展与对策·综述2005年第3期东北粳米产业现状及展望 Willian Wallace, et al.PlantPhysiol, 1984.75: 170~175 3冈田忠司.Physiological FunctionofRice GermEnriched withGABA.食品工业(日刊),2001,36(6):7~8 4 Streeter LG, Thompson J F.PlantPhysiol, 1972.49: 572~578 5T.Saikusa.DistributionofFreeAminoAcid inthe Rice Kernel and Kernel Fractionandthe EffectofWatersoakingonthe Distribution.JAgri Food Chem, 1994, 42:1122~1125 6 T.Saikusa,et al.Accumulation of Gamma aminobutyric acid(GABA)in the Rice Germ During Water Soaking.Biosci Biotech Biochem, 1994, 58(12):2291~2292 7茅原,等.Recent Studies on Biological Functions of GABA on Improvement ofHypertension and Brain Function.食品与开发(日刊), 2001,36(6):44 8爱岩,等.Developmentofa Super-GABAbyLactic AcidFermentation.食品与开发(日刊),2001,36(6):12~14 9三枝贵代.The Effect of Defatting with Organic Solvent on Accumulation ofγ-Aminobutyric Acid(GABA)in the Rice Germ.Nippon Shokuhin KagakuKaishi,2001,47(3):196~201 10衫下,朋子.The Research and Development of Rice GermEnriched with GABA.食品与开发(日刊),2001,36(6):10~11 11郭晓娜,朱永义.响应面法在发芽糙米研究中的应用.粮食与饲料工业,2003,(11):11~12 12杨明毅,等.发芽糙米的生理活性化工艺研究与控制.粮油食品科技,2003,(5):24~24 13许仁溥.发芽糙米开发.粮食与油脂,2001,(8):37~38 14张晖,等.大米胚芽研究开发新进展.中国油脂,2002,27(3): 81~84 15张晖,等.γ-氨基丁酸的功能性及其在稻米制品中的富集利用.粮食与饲料工业,2002,(8):41~43 16周元春.我国培育出预防高血压稻米新品种.科学时报,2003.01.06 摘要:本文阐述了东北粳稻区粳米产业现状及今后发展措施,尤其是在世界贸易一体化的今天,由于受水资源匮乏的威胁,在65%左右的人口以稻米为主食的中国,作为主产区的东北三省粳米产业将受到人们越来越多的关注。关键词:粳米;产业化;WTO 东北三省是全国重要的粳米主产区之一,也是全国最大的商品粳稻生产基地,面积达267万hm2左右,其中黑龙江面积占本区的50%,吉林与辽宁各占本区面积的25%左右。近几年,受以下几个方面因素的影响,东北粳稻生产及加工发展较快:一是人们生活水平的提高,对优质食用粳米需求量迅速增加;二是加入WTO以后,中国外贸出口增加。虽然有资料表明我国大米出口数量下降,但下降的主要是籼米,而粳米的出口数量仍呈上升趋势,特别是韩国和日本,近年对中国的优质食用粳米需求在不断增加;三是东北加大了水稻育种的攻关力度,培育出一大批既高产又优质的粳稻新品

种,如五优1号、龙粳8号、吉粳83、吉粳88、吉粳81、沈农 265、沈农294、沈农606等。

一、东北粳米产业现状 1.粳稻种植面积大,产量高

2004年黑龙江省粳稻种植面积167万hm2左右,吉林省 67万hm2左右,辽宁省67万hm2左右,根据有关部门预测, 今后黑龙江水稻总产将稳定在1 000万t左右,吉林与辽宁二省水稻总产将稳定在1 000万t左右,这样东北三省粳稻年总产将稳定在2 000万t左右。

2.水稻品种不断优化,科技含量不断增加

东北三省从20世纪80年代开始推广种植优质水稻品

种,筛选推广了一批如五优1号、龙粳8号、空育131、松粳

6、绥粳

4、吉粳73、吉粳81、吉粳83、吉粳88、辽粳294、辽粳

9、沈农265等优质品种,其中沈阳农业大学稻作所首先提出

“三好理论”及“理想株型”超高产育种及栽培模式,先后育成一大批高产优质多抗新品种如沈农265、沈农606、沈农601 等。

吉林省农科院水稻所近年加强科技攻关,育成了超级稻

新品种吉粳88,不仅高产而且米质优良。在种植技术方面也普遍采用了以育苗移栽为主的先进技术;辽宁还应用无纺布育苗技术。近年来,东北粳稻绿色种植及有机稻面积发展迅速。据统计,东北三省目前绿色水稻种植面积已占40%~ 50%,水稻生产正向优质高产的方向迈进,为大米加工创名优品牌提供了可靠的保证。