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2021 , Vol. 42 >Issue 1: 220 - 229

DOI: https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-2561.2021.01.030

Post-harvest Treatment & Quality Safety

Processing Technology of Germinating Purple Brown Rice Rich in γ-Aminobutyric Acid (GABA) and Anthocyanin

  • LYU Qiujie 1 ,
  • ZHENG Jingshao 2 ,
  • YU Hongda 3 ,
  • PU Qiaonan 1 ,
  • TU Min 1 ,
  • HUANG Wei , 1, *
Expand
  • 1. College of Food Science, South China Agricultural University, Guangzhou, Guangdong 510642, China
  • 2. Weifeng Agricultural Science and Technology Co., Ltd., Xinxing, Guangdong 527400, China
  • 3. Agricultural Extension Station, Xinxing, Guangdong 527400, China
*HUANG Wei,E-mail： 。

Received date: 2019-12-24

  Request revised date: 2020-02-25

  Online published: 2021-01-25

Copyright

Copyright reserved © 2021.
Fold

Abstract

The taste of purple brown rice is rough, and the nutrition could be further promoted. Germinated purple brown rice, obtained from purple rice by soaking and culture technology, was rich in γ-aminobutyric acid (GABA) and anthocyanin, and improved the taste. The single factor experiment showed that the soaking temperature, soaking time, culture temperature and culture time of rice had significant influence on the content of GABA and anthocyanin in the germinated purple brown rice. The germination process parameters of purple brown rice were optimized by an orthogonal experiment with the comprehensive score of GABA and anthocyanin content as the index. The effects of metal ions, glutamic sodium and glutamic acid on the content of GABA and anthocyanin in sprouted purple brown rice were further studied under the conditions of the germination process parameters, then the best sprouting process was optimized by a response surface experiment as follows: purple rice soaked in the Ca 2+ solution with a concentration of 61.05 mmol/L and L-Glu solution with a concentration of 20.42 mmol/L at 30 ℃ for 24 h, then the solution filtered out and the rice cultured at 30 ℃ for 30 h. Under this optimized process, the GABA content of the germinated purple brown rice reached 180.27 μg/g, 20.49 times that of the ungerminated purple brown rice, the anthocyanin content was 1233.88 μg/g whose retention rate was 87.75% of the ungerminated purple brown rice.

Key words： germinated purple brown rice; germination process; γ-aminobutyric acid (GABA); anthocyanin

Cite this article

LYU Qiujie , ZHENG Jingshao , YU Hongda , PU Qiaonan , TU Min , HUANG Wei . Processing Technology of Germinating Purple Brown Rice Rich in γ-Aminobutyric Acid (GABA) and Anthocyanin[J]. Chinese Journal of Tropical Crops, 2021 , 42(1) : 220 -229 . DOI: 10.3969/j.issn.1000-2561.2021.01.030

产自广东省新兴县的‘天紫1号’紫米,是一种珍贵的有色稻米,米粒细长呈紫色,营养丰富并富含白米所缺乏的活性物质——花色苷,具有良好的补益作用[1]。花色苷具有抗氧化[2]、抗肿瘤[3]、抑菌[4]、调节血脂[5]、保护肝脏[6,7]、抵御冠心病及动脉粥样硬化[8]等功效。
发芽糙米,是指具有生理活性的糙米吸水后,在适宜的温度、湿度条件下培养发芽至一定程度后干燥得到的产品,主要包括幼芽和带皮层的胚乳两部分[9]。糙米发芽后,参与人体生理功能调节的某些活性物质含量会提高,如GABA、维生素E、亚油酸、谷维素等[10]
紫糙米目前主要用于蒸煮米饭和熬粥食用,但因其皮层质地较硬,食感较粗糙。若开发成发芽糙米,软化其皮层[16],不仅能改善食味,还使之富含GABA,目前有关发芽紫糙米的工艺未见报道。本文拟研究紫糙米发芽工艺及金属离子（Ca2+、Zn2+、Cu2+、Mg2+）、谷氨酸钠、谷氨酸等对发芽紫糙米GABA积累和花色苷保留情况的影响,为发芽紫糙米的生产提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 材料与试剂 紫米稻谷,云浮市新兴县微丰农业科技有限公司提供的‘天紫1号’紫米稻谷;GABA标准品（纯度≥99%）,上海麦克林生化科技有限公司;4-二甲基胺基偶氮苯-4-磺酰氯（纯度≥98%）,上海阿拉丁生化科技股份有限公司;乙腈、甲醇,均为色谱纯,永华化学科技（江苏）有限公司;氯化钙、硫酸铜、硫酸锌、硫酸镁,均为分析纯,天津科密欧化学试剂有限公司;生化试剂谷氨酸、谷氨酸钠,上海伯奥生物科技有限公司。
1.1.2 仪器与设备 LC-15C高效液相色谱仪,日本岛津;TU-1800紫外可见分光光度计,北京谱析通用仪器有限责任公司;LRH系列生化培养箱,上海一恒科学仪器有限公司;FD-889智能胚芽米机,中山市东凤镇汉瑞电器厂;FW-100高速万能粉碎机,天津市泰斯特仪器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 紫糙米发芽工艺流程 稻谷挑选→消毒→清洗→浸泡→培养→干燥→脱壳→发芽糙米。
先用0.5%的次氯酸钠溶液浸泡稻谷消毒10 min,用水润洗2~3遍,料液比为1∶4浸泡,每隔6 h换浸泡液一次,至预定浸泡时间,沥干,将稻谷铺于有3层湿润纱布的培养皿中,再覆盖3层湿润纱布,置于培养箱中培养,在培养期间,保持稻谷湿润,培养结束后,置于烘箱50 ℃干燥6 h,脱壳得发芽紫糙米,粉碎过60目筛,备用。
1.2.2 GABA的测定 参考NY/T 2890—2016,采用液相色谱法测定GABA含量,略作修改。色谱柱为WondaSil C18柱（250 mm×4.6 mm,5 μm）;检测波长436 nm;柱温40 ℃;进样量10 μL;流动相A为乙腈,流动相B为质量浓度为6.8 g/L的三水合乙酸钠溶液;流速1.0 mL/min。洗脱程序：0.01 min,35%(A)~65%(B);6.00 min,25%(A)~ 75%(B);20.00 min,50%(A)~50%(B);21.00 min,35%(A)~65%(B);30.00 min,35%(A)~65%(B)。
1.2.3 花色苷的测定 采用分光光度法[17]测定花色苷含量,计算公式如下：
$\text { 花色苷含量 }(\mu \mathrm{g} / \mathrm{g})=\frac{A_{535} \times V \times N \times 1000}{98.2 \times m}$
式中：A535为样品溶液在535 nm处的吸光值;V为溶液体积,mL;N为稀释倍数;98.2为花色苷在535 nm的消光系数;m为样品重量,g。
1.2.4 发芽紫糙米的工艺参数优选 按1.2.1方法进行稻谷发芽,选取浸泡温度、浸泡时间、培养温度、培养时间作为影响因素,考察各因素对发芽紫糙米中GABA和花色苷含量的影响,由于GABA和花色苷的含量对于发芽糙米工艺优选属双指标优选,分别给予二者不同的权重,以综合评分进行工艺优选,参考修茹燕[17]的计算公式如下：
$\text { 综合评分 }=\frac{A_{\mathrm{i}}-A_{\mathrm{min}}}{A_{\max }-A_{\min }} \times 60 \%+\frac{B_{\mathrm{i}}-B_{\mathrm{min}}}{B_{\max }-B_{\min }} \times 40 \%$
式中：Ai为样品的GABA含量,Amin为样品的GABA最小含量,Amax为样品的GABA最大含量,Bi为样品的花色苷含量,Bmin为样品的花色苷最小含量,Bmax为样品的花色苷最大含量。
以综合评分为指标进行正交优化实验,因素水平见表1。
表1 L9(34)正交实验因素水平

Tab. 1 Factors and levels of L9(34) orthogonal experiment

水平
Levels		 因素Factors
（A）浸泡温度
Soaking temperature/℃		 （B）浸泡时间
Soaking time/h		 （C）发芽温度
Soaking temperature/℃		 （D）培养时间Culture time/h
1 20 12 25 12
2 25 18 30 18
3 30 24 35 24
1.2.5 金属离子、谷氨酸钠及谷氨酸对发芽紫糙米 GABA和花色苷含量的影响 以正交优化实验确定的发芽工艺参数为基础条件,在浸泡液中加入金属离子、谷氨酸钠及谷氨酸,分别研究Ca2+、Zn2+、Cu2+、Mg2+、谷氨酸钠、谷氨酸对GABA和花色苷含量的影响,再以综合评分为指标,进行响应面优化实验,因素水平表如表2所示。
表2 响应面实验因素水平

Tab. 2 Factors and levels tabel of response surface experiment

水平
Levels		 因素 Factors
（A）Ca2+浓度
Ca2+ concentration /(mmol·L-1)		 （B）L-Glu浓度
L-Glu concentration /(mmol·L-1)		 （C）培养时间
Culture time/h
-1 40 10 18
0 60 20 24
1 80 30 30

1.3 数据处理

采用SPSS 16.0软件进行单因素方差分析,对同一处理的数据采用LSD法进行多重比较;采用Design Expert 8.0 软件进行响应面分析;采用Origin 9.0软件作图。

2 结果与分析

2.1 浸泡与培养条件对发芽紫糙米GABA和花色苷含量的影响

2.1.1 浸泡温度对发芽紫糙米GABA和花色苷含量的影响 固定浸泡时间24 h,培养温度30 ℃,培养时间24 h,考察浸泡温度对GABA和花色苷含量的影响,结果如图1所示。在20~40 ℃范围内,GABA的含量随着浸泡温度升高呈现先升高后下降的趋势,30 ℃时达到峰值,但与25℃处理之间差异不显著。由于蛋白酶在约30 ℃条件下糙米中的蛋白酶较活跃[18],蛋白质降解产生较多量的L-Glu。L-Glu作为GABA的前体物质,温度过低或过高,蛋白酶活力都会受抑制,从而间接影响GABA的积累;花色苷的含量随着浸泡温度的升高呈现先平缓后下降的趋势,究其原因,花色苷是水溶性色素,浸泡温度越高,越容易溶出而损失。如图2所示,当浸泡温度25 ℃时,发芽紫糙米中GABA和花色苷含量综合评分最高,为兼顾GABA和花色苷的含量,25 ℃为适合的浸泡温度。
图1 浸泡温度对GABA和花色苷含量的影响

不同大写字母表示不同浸泡温度的GABA含量差异显著（P<0.05）,不同小写字母表示不同浸泡温度的花色苷含量差异显著（P<0.05）。

Fig. 1 Effect of soaking temperature on contents of GABA and anthocyanin

Different uppercase letters indicate significant difference in GABA content at different soaking temperatures (P<0.05), and different lowercase letters indicate significant difference in anthocyanin content at different soaking temperatures (P<0.05).

图2 浸泡温度对综合评分的影响

Fig. 2 Effect of soaking temperature on comprehensive score

2.1.2 浸泡时间对发芽紫糙米GABA和花色苷含量的影响 固定浸泡温度25 ℃,培养温度30 ℃,培养时间24 h,考察浸泡时间对GABA和花色苷含量的影响,如图3所示,在12~36 h范围内,GABA的含量随着浸泡时间的延长呈现先升高后下降的趋势,于24 h达到峰值,但与18 h处理间差异不显著;而花色苷的含量随着浸泡时间的延长呈现先平缓后下降的趋势,原因是花色苷是水溶性色素,浸泡时间越长,越容易溶出。如图4所示,当浸泡时间为24 h时,GABA和花色苷含量综合评分最高,表明适当的浸泡时间有利于同时保持GABA含量和花色苷维持较高含量。
图3 浸泡时间对GABA和花色苷含量的影响

不同大写字母表示不同浸泡时间的GABA含量差异显著（P<0.05）,不同小写字母表示不同浸泡时间的花色苷含量差异显著（P<0.05）。

Fig. 3 Effect of soaking time on contents of GABA and anthocyanin

Different uppercase letters indicate significant difference in GABA content at different soaking time (P<0.05), and different lowercase letters indicate significant difference in anthocyanin content at different soaking time (P<0.05).

图4 浸泡时间对综合评分的影响

Fig. 4 Effect of soaking time on comprehensive score

2.1.3 培养温度对发芽紫糙米GABA和花色苷含量的影响 固定浸泡温度25 ℃、浸泡时间24 h以及培养时间24 h,考察培养温度对GABA和花色苷含量的影响。如图5所示,在20~35 ℃范围内,GABA的含量随着培养温度的升高而增加,在35 ℃时达到峰值,之后随温度升高而略有下降,但峰值与30 ℃、40 ℃处理间差异不显著,可能是由于30~40 ℃时GAD活力较高[19],有利于L-Glu转化为GABA所致;花色苷的含量随着浸泡温度的升高而呈不断下降趋势,因为在培养时始终需保持紫米稻谷湿润状态,花色苷为水溶性色素,培养温度越高,其越容易溶出而损失,花色苷不稳定,较高温度导致其分解也可能是含量下降的原因。如图6所示,当培养温度为35 ℃时,GABA和花色苷含量二者综合评分最高。
图5 培养温度对GABA和花色苷含量的影响

不同大写字母表示不同培养温度的GABA含量差异显著（P<0.05）,不同小写字母表示不同培养温度的花色苷含量差异显著（P<0.05）。

Fig. 5 Effect of culture temperature on contents of GABA and anthocyanin

Different uppercase letters indicate significant difference in GABA content between at culture temperatures (P<0.05), and different lowercase letters indicate significant difference in anthocyanin content at different culture temperatures (P<0.05).

图6 培养温度对综合评分的影响

Fig. 6 Effect of culture temperature on comprehensive score

2.1.4 培养时间对发芽紫糙米GABA和花色苷含量的影响 固定浸泡温度25 ℃,浸泡时间24 h,培养温度30 ℃,考察培养时间对GABA和花色苷含量的影响,如图7所示,在0~36 h范围内,当培养时间少于18 h时,GABA的含量随着培养时间的延长而显著增加,18 h达到峰值,之后随培养时间的延长而显著减少。可能是培养时间过长,GABA与丙酮酸在GABA转氨酶作用下,转化为琥珀酸半醛与丙氨酸,使其含量降低,同时L-Glu参与合成蛋白质或转化为谷氨酰胺等其他物质,导致底物浓度降低不利于GABA的积累[20]。花色苷的含量随着培养时间的延长而下降,花色苷是水溶性色素,培养时间越长,其溶出持续时间越长,损失越多。如图8所示,当培养时间为18 h时,GABA和花色苷含量综合评分最高,表明适当的培养时间有利于保持GABA和花色苷的含量。
图7 培养时间对GABA和花色苷含量的影响

不同大写字母表示不同培养时间的GABA含量差异显著（P<0.05）,不同小写字母表示不同培养时间的花色苷含量差异显著（P<0.05）。

Fig. 7 Effect of culture time on contents of GABA and anthocyanin

Different uppercase capital letters indicate significant differences in GABA content at different culture time (P<0.05), and different lowercase letters indicate significant differences in anthocyanin content at different culture time (P<0.05).

图8 培养时间对综合评分的影响

Fig. 8 Effect of culture time on comprehensive score

2.2 正交优化实验结果分析

上述单因素实验结果表明,稻谷的浸泡、培养条件参数均会影响GABA积累和花色苷含量损失。选取浸泡温度、浸泡时间和培养温度、培养时间4因素,采用L9(34)正交实验,进一步优选发芽条件。由表3正交实验结果和表4方差分析结果可知,浸泡温度和培养时间对综合评分影响极显著,浸泡时间和培养温度对综合评分影响显著,各因素对综合评分的影响从大到小依次为培养时间>浸泡温度>浸泡时间>培养温度。根据k值的大小,可得到基本工艺优选组合为A3B3C2D2,即浸泡温度30 ℃,浸泡时间24 h,培养温度30 ℃,培养时间18 h。对优选组合A3B3C2D2工艺条件进行验证实验,得到发芽紫糙米的GABA含量为72.60 μg/g,花色苷含量为1064.15 μg/g,综合评分为0.63,相对于表中9组实验的综合评分处于较高水平,因此选择A3B3C2D2作为后续试验的基础发芽条件。此时,发芽紫糙米的GABA含量、花色苷保留率分别是未发芽糙米的8.25倍及75.68%。
表3 L9(34)正交实验结果

Tab. 3 Results of L9(34) orthogonal experiment

试验号
Test order		 A/℃ B/h C/℃ D/h GABA含量
GABA content/(μg·g-1)		 花色苷含量
Anthocyanin content/(μg·g-1)		 综合评分
Comprehensie score
1 1(20) 1(12) 1(25) 1(12) 40.27 1335.71 0.40
2 1 2(18) 2(30) 2(18) 69.00 1099.80 0.62
3 1 3(24) 3(35) 3(24) 71.73 1045.49 0.60
4 2(25) 1 2 3 65.01 1098.95 0.55
5 2 2 3 1 50.29 1145.62 0.33
6 2 3 1 2 60.46 1192.29 0.59
7 3(30) 1 3 2 69.57 1078.79 0.60
8 3 2 1 3 65.72 1122.71 0.59
9 3 3 2 1 63.21 1153.26 0.59
K1 1.62 1.57 1.58 1.32
K2 1.46 1.54 1.75 1.82
K3 1.78 1.77 1.53 1.74
k1 0.54 0.52 0.53 0.44 A3B3C2D2
k2 0.49 0.51 0.58 0.61
k3 0.59 0.59 0.51 0.58
R 0.11 0.07 0.07 0.17
表4 正交实验方差分析结果

Tab. 4 Variance analysis results of orthogonal experiment

来源
Source		 平方和
Sum of squares		 自由度
df		 均方
Mean square		 F值
F value		 P值
P value		 显著性
Significant
校正模型 0.431 8 0.054 10.354 0.000 **
截距 7.336 1 7.336 1.411E3 0.000
浸泡温度 0.072 2 0.036 6.897 0.006 **
浸泡时间 0.056 2 0.028 5.350 0.015 *
培养温度 0.049 2 0.024 4.693 0.023 *
培养时间 0.254 2 0.127 24.474 0.000 **
误差项 0.094 18 0.005
总和 7.860 27
校正总和 0.524 26

注：*表示差异显著（P<0.05）,**表示差异极显著（P<0.01）。

Note: * indicates significant difference (P<0.05), ** indicates extremely significant difference (P<0.01).

2.3 金属离子对发芽紫糙米GABA和花色苷含量的影响

以正交优化实验确定的发芽工艺参数为基础条件,考察添加金属离子的浸泡液对发芽紫糙米GABA积累和花色苷保留率的影响。如图9所示, Ca2+、Zn2+、Cu2+及Mg2+这4种离子的添加均有利于GABA的积累。在0~100 mmol/L范围内,随着Ca2+、Zn2+浓度的增大,GABA的含量呈先增加后减少的趋势,当Ca2+和Zn2+浓度达60 mmol/L时GABA的含量达到峰值;当Cu2+浓度达到20 mmol/L后,经方差分析LSD检验,各浓度处理间GABA含量无显著变化;随着Mg2+浓度的增大,GABA的含量逐渐增加,当浓度达60 mmol/L后,浓度的增大对GABA的含量影响不显著。研究表明,GAD是一种钙调蛋白酶,一定浓度的Ca2+能激活GAD,促进L-Glu转化为GABA,Zn2+、Cu2+及Mg2+的添加可能造成渗透胁迫,使细胞内Ca2+浓度增加,间接促进GABA的积累[20]。4种金属离子对发芽紫糙米的花色苷均有保护作用,Cu2+对花色苷的保护作用较其他金属离子弱;当Ca2+浓度达60 mmol/L、Zn2+和Mg2+浓度达40 mmol/L后,花色苷含量随着浓度的增大无显著变化。如图10所示,当Ca2+浓度为60 mmol/L时,GABA和花色苷含量综合评分最高,因此选择Ca2+溶液对稻谷进行浸泡处理。
图9 金属离子对GABA（A）和花色苷（B）含量的影响

Fig. 9 Effect of metal ion on GABA (A) and anthocyanin (B) content

图10 金属离子对综合评分的影响

Fig. 10 Effect of metal ion on comprehensive score

2.4 谷氨酸钠、谷氨酸对发芽紫糙米GABA和花色苷含量的影响

以正交优化实验确定的发芽工艺参数为基础条件,分别考察添加谷氨酸钠、谷氨酸的浸泡液对发芽紫糙米GABA积累和花色苷保留率的影响,结果见图11。在10~50 mmol/L范围内,经方差分析LSD检验,谷氨酸钠溶液浸泡对GABA积累影响不显著,而谷氨酸影响极显著（P<0.01）,当谷氨酸浓度为20 mmol/L时,GABA的含量达143.28 μg/g,较未添加谷氨酸的空白对照（72.60 μg/g）提高了97.36%,继续提高谷氨酸浓度,GABA的含量变化不显著,可见作为GABA的前体物质,谷氨酸较谷氨酸钠更利于GABA的积累。花色苷的含量随着谷氨酸钠浓度变化差异不显著,而谷氨酸对花色苷的保护作用显著（P<0.05）,原因可能是谷氨酸溶液呈酸性,花色苷在酸性条件下更加稳定[21]。如图12所示,当谷氨酸浓度为20 mmol/L,GABA和花色苷含量综合评分最高,因此选择谷氨酸进行浸泡处理。
图11 谷氨酸钠、谷氨酸对GABA（A）和花色苷（B）含量的影响

Fig.11 Effect of glutamic sodiumand glutamic acid on GABA (A) and anthocyanin (B) content

图12 谷氨酸钠、谷氨酸对综合评分的影响

Fig. 12 Effect of glutamic sodium and glutamic acid on comprehensive score

2.5 响应面优化实验结果与分析

综合考虑基本工艺参数、金属离子、谷氨酸钠及谷氨酸对发芽紫糙米GABA和花色苷含量的影响,以综合评分为指标,选取了以Ca2+、L-Glu、培养时间为因素进行响应面优化实验,结果如表5所示。
表5 响应面实验结果

Tab. 5 Results of response surface experiment

试验号
Test order		 A/(mmol·L-1) B/(mmol·L-1) C/h GABA含量
GABA content/(μg·g-1)		 花色苷含量
Anthocyanin content/(μg·g-1)		 综合评分
Comprehensive score
1 0（60） -1（10） 1（30） 161.34 1188.90 0.56
2 1（80） 0（20） -1（18） 154.31 1212.53 0.59
3 0 1（30） 1 170.12 1196.54 0.69
4 0 0 0（24） 175.47 1214.73 0.83
5 -1（40） -1 0 125.12 1165.99 0.06
6 -1 1 0 149.12 1209.27 0.51
7 0 0 0 179.19 1222.00 0.90
8 1 0 1 175.65 1229.63 0.90
9 0 0 0 176.56 1227.09 0.90
10 -1 0 1 154.81 1216.90 0.61
11 -1 0 -1 145.08 1224.54 0.54
12 0 1 -1 148.64 1244.91 0.66
13 1 -1 0 160.12 1150.71 0.39
14 0 0 0 175.65 1237.27 0.93
15 0 -1 -1 152.83 1204.18 0.53
16 0 0 0 178.91 1212.18 0.86
17 1 1 0 150.68 1201.63 0.50
以Ca2+浓度、L-Glu浓度、培养时间为自变量,综合评分为响应值,运用Design-Expert 8.0对表5数据进行二次多元回归分析,得到回归方程：
Y=0.88+0.081A+0.10B+0.056C-0.085AB+0.059AC+(1.000E-003)BC-0.24A2-0.28B2+0.010C2
模型的R2=0.9629,由表6可知,实验模型极显著（P=0.0003<0.01）,失拟项不显著（P= 0.0641>0.05）,表明此模型与实际实验有良好的拟合性,自变量与响应值之间线性关系显著。由方差分析结果可见,3个因素对综合评分的影响顺序为L-Glu浓度>Ca2+浓度>培养时间,其中L-Glu浓度、Ca2+浓度二次方项和L-Glu浓度二次方项影响极显著,Ca2+浓度、培养时间、Ca2+浓度与L-Glu浓度交互作用项影响显著。
表6 对综合评分回归方程各项方差分析

Tab. 6 Regression analysis of regression equation on comprehensive score

来源
Source		 平方和
Sum of squares		 自由度
df		 均方
Mean square		 F值
F value		 P值
P value		 显著性
Significant
模型 0.800 9 0.089 20.18 0.0003 **
A（Ca2+浓度） 0.052 1 0.052 11.77 0.011 *
B（L-Glu浓度） 0.084 1 0.084 19.00 0.0033 **
C（培养时间） 0.025 1 0.025 5.70 0.0484 *
AB 0.029 1 0.029 6.49 0.0383 *
AC 0.014 1 0.014 3.11 0.1212
BC 4.000E-006 1 4.000E-006 9.084E-004 0.9768
A2 0.240 1 0.240 53.37 0.0002 **
B2 0.330 1 0.330 74.84 < 0.0001 **
C2 4.424E-004 1 4.424E-004 0.10 0.7605
残差 0.031 7 4.403E-003
失拟项 0.025 3 8.308E-003 5.63 0.0641
纯误差项 5.898E-003 4 1.474E-003
校正总和 0.830 16

注：*表示差异显著（P<0.05）,**表示差异极显著（P<0.01）。

Note: * indicates significant difference (P<0.05), ** indicates extremely significant difference (P<0.01).

通过响应曲面的陡峭程度可以看出因素对响应值的影响,曲面越陡峭,影响越大;通过等高线的形状可以看出因素之间的交互作用,等高线为椭圆形,说明交互作用显著,反之,等高线为圆形,则交互作用不显著,如图13可知,以培养时间为中心零点,随着Ca2+浓度的增加,综合评分先上升后趋于平缓,随着L-Glu浓度的增加,综合评分先上升后趋于平缓,等高线密集且呈椭圆形,说明Ca2+浓度和L-Glu浓度的交互作用较强,与方差分析结果一致。
图13 Ca2+浓度和L-Glu浓度对综合评分的交互影响

Fig. 13 Interaction of Ca2+ and L-Glu concentration on comprehensive score

根据响应面优化得到最佳条件：Ca2+浓度为61.05 mmol/L、L-Glu浓度为20.42 mmol/L、培养时间为29.64 h,综合评分预测值为0.95。为方便实际生产应用,将上述工艺中的培养时间修正为30 h进行验证实验,发芽紫糙米的GABA含量为180.27 μg/g,花色苷含量为1233.88 μg/g,综合评分为0.95,与预测值相当,说明该模型有较好的预测效果。此时,发芽紫糙米的GABA含量、花色苷的保留率分别是未发芽紫糙米的20.49倍及87.75%,芽长为0.5~1.0 mm,发芽率为78.92%,无发酸、发臭等异味。糙米口感不佳的问题经发芽后得到明显改善,原因是发芽过程中皮层的纤维素酶、半纤维素酶活化,使得纤维素、半纤维素部分酶解[22]。

3 讨论

GABA由L-Glu经GAD 转化而来,Ca2+是GAD的重要激活剂,浸泡液中添加Ca2+、L-Glu来提高发芽糙米GABA的含量在发芽白糙米的研究中较多,但在发芽有色稻米中鲜见报道。本研究发现浸泡液中添加适宜浓度的Ca2+、L-Glu,的确有效提高了发芽紫糙米中GABA的含量,与周艳华等[23]和李娜[24]报道的结果一致。
目前有色稻米中以黑米的发芽工艺研究较多,有关紫米的尚未见报道。王艳等[25]研究发现,以纯净水为浸泡液,当培养时间为96 h时,发芽黑米的GABA含量达到最大,为171.10 μg/g,与本研究的发芽紫糙米含量相当,但培养时间过长。本研究的培养时间为30 h,其他报道发芽糙米培养时间通常为20~28 h[26]。
花色苷是有色稻米的特征性重要营养成分,而修茹燕[17]的研究表明发芽黑米花色苷保留率较低,仅为58.12%,究其原因可能来自三方面,首先由于花色苷为水溶性色素,易溶于水而损失,本研究采用的工艺是以紫米稻谷而非紫糙米为原料,因稻壳的隔离作用,使得在浸泡、培养过程中紫米中的花色苷不易溶于水而损失;其次,为了防止发芽过程中微生物发酵污染[27],在浸泡工序前需先用次氯酸钠溶液[28]对糙米或稻谷进行10min的消毒处理,稻壳的隔离作用有利于防止花色苷被次氯酸钠氧化分解;第三,花色苷在酸性条件下稳定性高,浸泡液中因添加L-Glu而呈酸性,其渗入谷壳内有利于保护花色苷。因此采用本工艺制得的发芽糙米中花色苷保留率更高。
本工艺将紫米稻谷置于Ca2+浓度为61.05 mmol/L、L-Glu浓度为20.42 mmol/L的溶液中,30 ℃浸泡24 h,沥水后30 ℃培养30 h,不仅能有效提高发芽紫糙米中GABA的含量,维持花色苷的高保留率,还能改善糙米的口感,为生产优质发芽紫糙米提供了有益参考。

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