精白保胚米發(fā)芽的工藝優(yōu)化

王發(fā)祥，劉永樂(lè)，伍君妮，俞 健，李向紅，侯大山

(長(zhǎng)沙理工大學(xué)食品與生物工程系，湖南長(zhǎng)沙410114)

精白保胚米發(fā)芽的工藝優(yōu)化

王發(fā)祥，劉永樂(lè)*，伍君妮，俞 健，李向紅，侯大山

(長(zhǎng)沙理工大學(xué)食品與生物工程系，湖南長(zhǎng)沙410114)

精白保胚發(fā)芽米是一種營(yíng)養(yǎng)豐富、富含保健功能成分的新型大米產(chǎn)品。通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)和響應(yīng)曲面法對(duì)精白保胚米發(fā)芽的浸泡、發(fā)芽溫度和時(shí)間及催芽方法進(jìn)行了優(yōu)化，獲得精白保胚米發(fā)芽的最佳工藝為:在溫度25℃條件下以0.5%的飽和碳酸鈣溶液浸泡17h，再以超聲波催芽10min，置于相對(duì)濕度90%、溫度25℃的條件下發(fā)芽21h，在此條件下，發(fā)芽率可達(dá)94%以上。實(shí)驗(yàn)結(jié)果為精白保胚發(fā)芽米的研制和推廣奠定了基礎(chǔ)。

精白保胚米，發(fā)芽，催芽，工藝優(yōu)化，響應(yīng)面分析

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

東北粳稻(空育131) 東北北大荒種業(yè)集團(tuán);精白保胚米 東北粳稻以精白保胚碾米機(jī)加工制得;赤霉素溶液 青島百禾源生物工程有限公司公司;碳酸鈣、氯化鈣等 分析純，上海國(guó)藥化學(xué)試劑有限公司。

MLNP型精白保胚碾米機(jī) 湖南湘糧機(jī)械設(shè)備有限公司;KQ－500B型超聲波發(fā)生器 昆山市超聲儀器有限責(zé)任公司;MJ－Ⅱ型霉菌培養(yǎng)箱 上海恒一科技有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 精白保胚米的發(fā)芽 挑選籽粒飽滿、保胚完好、無(wú)裂紋的精白保胚米，每份100粒，放入一定溫度的0.2%赤霉素溶液或其它溶液中浸泡一定時(shí)間，然后經(jīng)超聲波處理一定時(shí)間;將干凈紗布經(jīng)沸水浴10min消毒，折疊約有1cm厚度，平鋪于15cm培養(yǎng)皿中，加入少量蒸餾水至用手輕按能溢出水為止;將浸泡后的保胚米均勻的散布在紗布上，置于恒溫恒濕培養(yǎng)箱中，在一定環(huán)境濕度下培養(yǎng)發(fā)芽至芽長(zhǎng)0.5～1mm，計(jì)算發(fā)芽率。

1.2.2 浸泡溫度與時(shí)間的確定 按1.2.1發(fā)芽方法，固定浸泡時(shí)間20h，設(shè)置浸泡溫度為15、20、25、30、35℃;或固定浸泡溫度25℃，設(shè)置浸泡時(shí)間為8、12、16、20、24h;溫度25℃，發(fā)芽20h，計(jì)算發(fā)芽率。重復(fù)實(shí)驗(yàn)三次。

1.2.3 發(fā)芽溫度與時(shí)間的確定 精白保胚米在溫度25℃浸泡16h，固定發(fā)芽時(shí)間為20h，分別在15、20、25、30、35℃發(fā)芽;或固定發(fā)芽溫度為25℃，設(shè)置發(fā)芽時(shí)間為8、12、16、20、24h;按1.2.1方法發(fā)芽，計(jì)算發(fā)芽率。重復(fù)實(shí)驗(yàn)三次。

1.2.4 發(fā)芽環(huán)境濕度的確定 精白保胚米在溫度25℃浸泡16h，在溫度25℃，環(huán)境濕度分別為75%、80%、85%、90%、95%的條件下按1.2.1方法發(fā)芽20h，計(jì)算發(fā)芽率。重復(fù)實(shí)驗(yàn)三次。

1.2.5 發(fā)芽率影響因素響應(yīng)面法(RSM)優(yōu)化 根據(jù)Box－Behnken中心組合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理［7］，以發(fā)芽溫度(℃)、浸泡時(shí)間(h)和發(fā)芽時(shí)間(h)為自變量，以發(fā)芽率(%)為響應(yīng)值，設(shè)計(jì)響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)，并采用Design－Expert軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。

表1 Box－Behnken響應(yīng)面設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)因素水平和編碼Table 1 Factors and levels in the Box－Behnken experiments design

1.2.6 不同溶液浸泡對(duì)發(fā)芽率的影響 精白保胚米吸濕后，將0.2%赤霉素溶液換成蒸餾水、0.5%氯化鈣溶液、0.5%碳酸鈣溶液和2%乙醇溶液，浸泡17h，采用前述優(yōu)化的發(fā)芽條件發(fā)芽21h。比較發(fā)芽率和芽長(zhǎng)，確定最佳浸泡溶液。

1.2.7 超聲波處理對(duì)發(fā)芽率的影響 精白保胚米經(jīng)上述最佳溶液浸泡17h后，再以500W超聲波處理5、10、15、20min，采用前述優(yōu)化的發(fā)芽條件發(fā)芽21h。比較發(fā)芽率和芽長(zhǎng)，確定最佳超聲波催芽處理時(shí)間。

2 結(jié)果與分析

2.1 精白保胚米發(fā)芽條件單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果

精白保胚米發(fā)芽前需要浸泡吸水，因此，浸泡時(shí)間、發(fā)芽溫度和時(shí)間是影響其發(fā)芽率的主要因素。

從圖1可知，在15～30℃范圍，浸泡溫度對(duì)精白保胚米發(fā)芽率影響不大，從能源節(jié)約和后續(xù)操作的方便性考慮，選擇浸泡溫度為25℃。

從圖2可知，浸泡時(shí)間對(duì)發(fā)芽率的影響較大。隨著浸泡時(shí)間的延長(zhǎng)，精白保胚發(fā)芽米的發(fā)芽率先呈遞增趨勢(shì)，但超過(guò)16h之后，發(fā)芽率有所下降，可能是因?yàn)榻輹r(shí)間太長(zhǎng)容易使胚芽松動(dòng)或脫落，從而對(duì)發(fā)芽反應(yīng)不利，因而選擇浸泡時(shí)間為16h。

從圖3可知，發(fā)芽溫度則對(duì)發(fā)芽率影響很大，隨著發(fā)芽溫度的提高，精白保胚發(fā)芽米的發(fā)芽率先遞增，當(dāng)超過(guò)25℃之后，由于微生物活動(dòng)等不利因素的影響，發(fā)芽率開始下降。因此，選擇25℃為最佳發(fā)芽溫度。

圖1 浸泡溫度對(duì)精白保胚米發(fā)芽率的影響Fig.1 Effect of soaking temperature on germination rate of polished germ－left rice

圖2 浸泡時(shí)間對(duì)精白保胚米發(fā)芽率的影響Fig.2 Effect of soaking time on germination rate of polished germ－left rice

圖3 發(fā)芽溫度對(duì)精白保胚米發(fā)芽率的影響Fig.3 Effect of germinating temperature on germination rate of polished germ－left rice

從圖4可知，發(fā)芽時(shí)間對(duì)發(fā)芽率的影響也較大。隨著發(fā)芽時(shí)間的延長(zhǎng)，精白保胚發(fā)芽米的發(fā)芽率一直呈遞增趨勢(shì)，20h之后增加趨勢(shì)放緩，從經(jīng)濟(jì)的角度考慮，選擇發(fā)芽時(shí)間為20h。

圖4 發(fā)芽時(shí)間對(duì)精白保胚米發(fā)芽率的影響Fig.4 Effect of germinating time on germination rate of polished germ－left rice

環(huán)境濕度也是影響精白保胚米發(fā)芽的重要因素，由圖5可見，隨著環(huán)境濕度的提高，精白保胚發(fā)芽米的發(fā)芽率呈遞增趨勢(shì)。但當(dāng)達(dá)到90%之后，發(fā)芽率的增量不明顯，因而選擇發(fā)芽環(huán)境濕度為90%。

圖5 環(huán)境濕度對(duì)精白保胚米發(fā)芽率的影響Fig.5 Effect of environment humidity on germination rate of polished germ－left rice

2.2 響應(yīng)曲面法優(yōu)化精白保胚米發(fā)芽條件

2.2.1 響應(yīng)曲面實(shí)驗(yàn)結(jié)果 根據(jù)Box－Behnken設(shè)計(jì)原理［7］進(jìn)行3因素3水平中心組合實(shí)驗(yàn)，以發(fā)芽率(Y)為響應(yīng)值，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

利用Design－expert軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行二次多元回歸擬合，自變量(A、B、C)對(duì)響應(yīng)值(Y)的影響可用回歸方程表示為:Y=90.22－0.18A+1.29B+ 4.14C－1.23AB－1.21AC－0.38BC－3.23A2－3.45B2－4.41C2，由ANOVA分析結(jié)果，其P值＜0.0001，決定系數(shù)R=0.9751，說(shuō)明回歸方程適用于精白保胚米發(fā)芽率的理論預(yù)測(cè)值。

表2 Box－Behnken實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 2 The results of Box－Behnken experiment

圖6為發(fā)芽溫度、浸泡時(shí)間、發(fā)芽時(shí)間的交互作用對(duì)精白保胚米發(fā)芽率影響的響應(yīng)面曲面圖和等高線圖。響應(yīng)面圖可以預(yù)測(cè)檢測(cè)變量的響應(yīng)值和確定變量相互作用的形式，綜合反映了各變量與響應(yīng)值之間，變量與變量之間的關(guān)系。

從圖6中可見，響應(yīng)曲面的拋物面開口向下，說(shuō)明其具有極大值點(diǎn)，能夠進(jìn)行最優(yōu)分析;而且浸泡時(shí)間和發(fā)芽時(shí)間對(duì)應(yīng)的拋物面比較陡峭，說(shuō)明兩因素對(duì)發(fā)芽率的影響顯著。利用Design Expert軟件的Solution功能，求解方程并換算得浸泡和發(fā)芽溫度為25.23℃，浸泡時(shí)間為16.75h，發(fā)芽時(shí)間為20.93h，此條件下，預(yù)測(cè)的發(fā)芽率為91.35%。

圖6 溫度、浸泡時(shí)間、發(fā)芽時(shí)間對(duì)精白保胚米發(fā)芽率的響應(yīng)曲面圖Fig.6 Response surface graph of the reciprocal effect of germinating temperature，soaking and germinating time to the germination rate

2.2.2 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn) 采用優(yōu)化后的發(fā)芽工藝條件，為使實(shí)驗(yàn)方便控制，盡量取整數(shù)值，即發(fā)芽溫度為25℃，浸泡時(shí)間為17h，發(fā)芽時(shí)間為21h時(shí)，進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，測(cè)得發(fā)芽率為91.37%，與回歸模型推算的極值差異不大，說(shuō)明回歸方程可以應(yīng)用于實(shí)踐。

2.3 精白保胚米發(fā)芽催芽條件優(yōu)化

2.3.1 不同溶液浸泡對(duì)精白保胚米的催芽效果 由圖7可見，4種溶液對(duì)精白保胚米發(fā)芽都有一定的促進(jìn)作用，其中0.5%的飽和碳酸鈣溶液的催芽效果最好。可能是因?yàn)樘妓徕}微溶于水，溶液中有利于促進(jìn)α－淀粉酶活性的Ca2+濃度比較合適［8］，同時(shí)被利用后可繼續(xù)釋放出來(lái)，從而維持了一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的Ca2+濃度。

圖7 不同溶液浸泡對(duì)精白保胚米發(fā)芽率的影響Fig.7 Effect of different soaking solution on germination rate of polished germ－left rice

2.3.2 超聲波處理對(duì)精白保胚米的催芽效果 圖8為超聲波處理不同時(shí)間對(duì)精白保胚米發(fā)芽率的影響，可見，超聲波處理對(duì)于精白保胚米的發(fā)芽率有一定的促進(jìn)作用，超聲波處理10min，精白保胚米的發(fā)芽率可達(dá)到94%;繼續(xù)延長(zhǎng)超聲波處理時(shí)間，發(fā)芽率反而下降，可能是因?yàn)槌暡ㄌ幚頃r(shí)間過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致精白保胚米胚芽松動(dòng)甚至脫落，從而降低了發(fā)芽率，所以超聲波處理以10min為最佳。

圖8 超聲波處理不同時(shí)間對(duì)精白保胚米發(fā)芽率的影響Fig.8 Effect of ultrasonic treatment time on germination rate of polished germ－left rice

3 結(jié)論與討論

我國(guó)是世界上最大的大米消費(fèi)國(guó)，全國(guó)60%以上的人口以大米為主食［8］。目前，市場(chǎng)上的大米主要為精白米，為了迎合人們注重外觀、口味的飲食習(xí)慣，加工不斷追求大米的精度，從而造成了大量營(yíng)養(yǎng)成分的流失，久而久之，出現(xiàn)了諸多營(yíng)養(yǎng)缺乏癥。近年隨著生活水平的不斷提高，人們對(duì)大米的品質(zhì)需求越來(lái)越高，不僅追求大米的口感、顏色和品味，而且也越來(lái)越關(guān)注其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。因此，開發(fā)精白保胚發(fā)芽米正符合這一發(fā)展趨勢(shì)。

目前，有關(guān)糙米發(fā)芽方法及糙米發(fā)芽后營(yíng)養(yǎng)和生化變化的研究較多［1－4，10－11］，但對(duì)精白保胚米發(fā)芽的研究國(guó)內(nèi)外鮮有報(bào)道。一方面是因?yàn)榇竺拙啄朊走^(guò)程中保胚的難度較大，另一方面也主要是因?yàn)榫妆Ｅ呙装l(fā)芽比糙米困難得多。本文在國(guó)內(nèi)首次對(duì)精白保胚米的催芽、發(fā)芽工藝進(jìn)行優(yōu)化，獲得了良好的效果。結(jié)果表明，精白保胚米發(fā)芽的最佳工藝為:在溫度25℃條件下以0.5%的飽和碳酸鈣溶液浸泡17h，再以超聲波催芽10min，置于相對(duì)濕度90%、溫度25℃的條件下發(fā)芽21h，在此條件下，發(fā)芽率可達(dá)94%以上。精白保胚米的發(fā)芽，使大米通過(guò)生物轉(zhuǎn)化積累對(duì)人體有益的功能成分，既能提高大米的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，又能保護(hù)消費(fèi)者的健康，對(duì)提高我國(guó)稻米綜合利用水平、農(nóng)副產(chǎn)品的附加值和保健功能，促進(jìn)農(nóng)業(yè)和食品加工業(yè)的發(fā)展，均有重要意義。

然而，相對(duì)于糙米發(fā)芽，精白保胚米在浸泡、發(fā)芽和干燥過(guò)程中更容易爆腰、褐變，本文僅優(yōu)化了提高精白保胚米發(fā)芽率的方法，尚未考慮和涉及控制精白保胚米爆腰率和褐變等技術(shù)問(wèn)題，因此，生產(chǎn)和推廣高品質(zhì)的精白保胚發(fā)芽米，還有許多關(guān)鍵技術(shù)亟待解決。

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Process optimization for germination of the polished germ－left rice

WANG Fa－xiang，LIU Yong－le*，WU Jun－ni，YU Jian，LI Xiang－h(huán)ong，HOU Da－shan
(Department of Food and Bioengineering，Changsha University of Science and Technology，Changsha 410114，China)

The polished germinated germ－left rice is a new rice product rich in nutrition and healthy function compositions.The soaking，germinating temperature and time，and the method of pregermination were optimized by single factor experiment and response surface analysis.The results showed that the optimal process for germination of the polished germ－left rice was as follows:polished germ－left rice was soaked 17h in 25℃ using 0.5%CaCO3solution，and treated 10min using ultrasonic，then placed in 25℃ and 90%relative humidity to germinate for 21h.In this condition，the germination rate could reach above 94%.The foundation for the development and popularization of polished germinated germ－left rice products was established.

polished germ－left rice;germination;pregermination;process optimization;response surface analysis

TS210.1

B

1002－0306(2012)08－0245－04

精白保胚米是保留了大米胚芽部分的精白米，因而是具有生命力的“活米”，與糙米一樣，其不僅保留了胚芽中豐富的營(yíng)養(yǎng)成分，也能在一定條件下發(fā)芽，經(jīng)過(guò)一定的生理活化過(guò)程，其所含有的酶系被激活和釋放，使部分蛋白質(zhì)分解為氨基酸，淀粉轉(zhuǎn)變?yōu)樘穷悾泄傩阅芎惋L(fēng)味得以改善，并產(chǎn)生了多種具有促進(jìn)人體健康和防治疾病的成分，如γ－氨基丁酸(GABA)、肌醇六磷鹽酸(IP－6)、阿魏酸、生育酚等［1－4］。同時(shí)，精白保胚米經(jīng)過(guò)了多道碾白，去除了糙米的皮層(米糠層)，從而精白保胚發(fā)芽米的米飯外觀、口感和蒸煮品質(zhì)與發(fā)芽糙米相比有了大大改善［5－6］。因此，精白保胚發(fā)芽米將逐漸成為人們關(guān)注和追求的“綠色米食”，引領(lǐng)大米的消費(fèi)潮流。然而，精白保胚米由于失去了表皮的米糠層，對(duì)水分的吸收與保存以及對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力大大下降，因此，其發(fā)芽能力遠(yuǎn)不如糙米，在恒溫恒濕的同等條件下，其發(fā)芽率不足糙米的60%(數(shù)據(jù)未列出)。因此，需要對(duì)精白保胚米的發(fā)芽條件進(jìn)行優(yōu)化，以提高其發(fā)芽率。本工作擬對(duì)影響精白保胚米發(fā)芽率的浸泡、發(fā)芽溫度和時(shí)間等因素進(jìn)行響應(yīng)面分析，并優(yōu)化其催芽方法，以確立精白保胚米的發(fā)芽的最佳工藝參數(shù)。

2011－07－06 *通訊聯(lián)系人

王發(fā)祥(1978－)，男，博士，講師，主要從事食品生物技術(shù)及農(nóng)產(chǎn)品加工方面的研究。

國(guó)家“863”計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目(2008AA100801);國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目 (31101214);湖南 省科技 計(jì)劃 項(xiàng)目(2010NK3003);湖南省教育廳科研項(xiàng)目(10C0400)。