新型功能性食品 富硒發芽糙米的研究

魯紅俠，杜先鋒 ，蔡旭冉，彭傳燚

(1.合肥師范學院生命科學系，安徽合肥230601;2.安徽農業大學茶與食品科技學院，安徽合肥230601)

稻谷是我國的傳統主食，根據其加工方式和精度的不同，可獲得營養價值不同的白米、胚芽米和糙米。精白米也就是日常生活食用的大米，由于失去發芽能力被成為“死亡米”。而糙米由92%的胚乳、5%～6%的米糠和2%～3%的胚芽所組成，它的所有營養成分，包括活的胚芽均被“封固”在糠皮之內，因此糙米被稱為“睡眠米”［1］。糙米的最大特色是有胚芽，是一顆完整、有生命活力的種子，在一定溫度、濕度下可以發芽。硒是人體必需的14種微量元素之一，在防治疾病、提高免疫力、防止衰老方面具有重要意義，被譽為“生命火種”、“生命的奇效元素”。由于礦質元素硒在人體內無法自行合成，故必須從食物中攝取。人體主要通過食物獲得硒，因此將微量元素硒賦予人們膳食中的谷類作物—糙米中，借助糙米發芽期間的生物轉化過程，提高糙米中的硒在機體的吸收利用率，這樣便可滿足廣大缺硒人群對硒的需求。富硒發芽糙米是水稻在生長過程中施加外源硒肥而得到富硒糙米，然后對富硒糙米進行發芽，或是在糙米發芽過程中添加硒溶液，使糙米在發芽的同時進行富硒所得到的糙米制品［2］。因此，富硒發芽糙米不僅有發芽糙米的優勢，還具有硒的功能，是營養豐富的功能性食品。作為糙米的深加工產品，對富硒發芽糙米的研究具有深遠的積極意義。

1 富硒發芽糙米研究意義

1.1 糙米、發芽糙米、富硒發芽糙米

糙米不僅含有豐富的蛋白質、脂肪、礦物質，而且還富集生理活性很高的維生素E、亞油酸、、米糠蛋白、米胚蛋白、γ-氨基丁酸(GABA)、六磷酸肌醇、谷胱甘肽、γ-谷維素、γ-阿魏酸、N-去氫神經酰胺、角鯊烯、米糠多糖、膳食纖維、米糠半纖維素等長壽因子［1，3-4］。而 γ-氨基丁酸具有健腦、降壓等作用，活化肝、腎，改善脂肪代謝，減肥，防止動脈硬化;醒酒、促進乙醇代謝等功能［5］。糙米雖然具有上述優點，但糙米吸水困難、蒸煮時間長、口感差、糠味偏重、咀嚼困難、不易消化，貯存期短，直接食用受到多方面的限制。研究發現［6-9］，糙米經發芽后，機體內的蛋白酶、谷氨脫羧酶等內源酶被激活，催化一系列生理生化反應，組織結構變松軟，礦物質等營養成分可消化率增加，風味和口感得到很大改善，其營養及功能性價值也大大提高，而富硒發芽糙米，在發芽過程中既富集了有機硒，也富集了功能性因子GABA，兼具了硒和糙米的雙重功能，如表 1［10］。

1.2 硒的生物學功能

硒是一種與人及其他哺乳動物生理密切相關的微量元素，1988年l0月中國營養學會將硒作為人體必需的l5種營養元素之一，它兼具營養、毒性、解毒三重生物學功能，被稱為“生命保護劑”。硒不僅是人體內各種活性酶的重要組成部分，參與機體正常的免疫功能［11］，而且硒與重金屬有較強的親和力，與體內的重金屬結合形成金屬-硒-蛋白質復合物而起到解毒作用。硒還參與輔酶A、輔酶Q的合成等，被科學家稱為人體中微量元素的“抗癌之王”。國內外許多學者研究表明［13-18］硒對自由活性氧和自由基傷害所引起的動脈粥樣硬化、脂質過氧化損傷、白內障、高血壓、酒精性肝硬化、癌癥、糖尿病、視網膜病、大骨節病、炎癥、肌體衰老以及癌癥基因的產生、表達和增殖均有很強的抑制作用。缺硒易引起以心肌損害為特征的克山病，而高硒地區人群的心血管病發病較低。適量的硒攝入還可以促進生物生長、保護視覺、延緩衰老等作用。

表1 富硒發芽糙米與富硒糙米、精白米中主要物質含量的比較Table 1 Comparison of the main ingredient content of germinating brown rice and Se-enriched germinating brown rice and polished rice

近年來，隨著分子生物學、免疫學和營養學的發展，硒的營養作用越來越受到人們的關注。世界上有三分之二的地區、中國有72%的縣市不同程度缺硒［12］，人體主要通過飲食獲得硒，因此人體是否缺硒，在很大程度上取決于食物中硒的含量。受飲食習慣的影響，我國居民攝入的總硒量中70%來自于谷物。因此，提高食品中的硒含量，特別是谷物中的硒含量，是人體補硒非常關鍵的途徑。水稻是我國的主要糧食作物之一，經加工得到的糙米進行富硒后，把不具生物活性和毒性較大的無機硒轉化為毒性低、安全有效的有機硒，同時富集的γ-氨基丁酸和硒元素共同作用，不僅加強了糙米原有的抗病功能，同時還具有防癌、抗癌、增強人體免疫功能等效果。

1.3 富硒發芽糙米的特點

1.3.1 保健、防病 當硒被重新認識，其在保健方面的應用價值越來越受到人們的關注。世界人口的主食-稻米是人體硒的主要來源，稻米中硒含量的多少對人體硒的營養狀況有直接的影響。成功研發富硒發芽糙米，在人們主食方面可部分取代稻米，這樣可相對解決缺硒或低硒地區人體對硒攝入量缺乏的問題。富硒發芽糙米具有相對高的硒含量，其中的硒多以有機硒的形態存在，生理活性很高且對人體無毒，人體也很容易吸收。因此，富硒發芽糙米同時兼具防病、保健、營養的功能，對人類一些與硒相關的疾病可以起到預防和治療的作用。

1.3.2 安全、高效 隨著環境污染的加劇、社會的不斷發展、人類膳食方式及生活方式的明顯改變，礦質營養元素失衡已表現為影響人們健康的主要因素。人們主要從3方面進行補硒:藥物補硒、保健品補硒、食物鏈補硒。藥物補硒有很大的毒副作用，保健品補硒價格昂貴，且不易及時、有效地補充人體的硒營養［20］。利用天然富硒食品補硒是公認的一種最安全有效的途徑，通過食用富硒發芽糙米可達到補充人體有機硒的目的。

2 富硒發芽糙米的研究進展

2.1 硒的富集

食物是人體硒攝入的主要來源［14］，然而天然食物中的硒含量普遍較低，果蔬中的含硒量一般小于0.01mg/kg，谷物、海洋動物、肉類(特別是內臟)的硒含量略高些，豬腎的含量最高(1.89mg/kg)。因此，僅靠天然食物中的硒一般不能滿足人體的正常需要，特別對于缺硒地區，因此開發富硒食品顯得尤為重要。而硒鹽的毒理分析表明，無機硒均為劇毒，一般僅用于醫藥品或保健品而非食品，其使用范圍和劑量也受到嚴格限制。研究表明，有機硒化合物毒性遠低于無機硒化合物，且生物利用率高，易于被人體吸收。因此，將無機硒轉化為有機硒，具有普遍食用和保健醫療價值。

植物種子萌發后，根系吸收的硒主要有SeO32-和SeO42-，在轉運過程中，Se4+先轉化為Se6+及有機硒化合物，小部分運轉到枝葉中去，大部分運轉到根部［15］。Asher［16］用75Se 示蹤法和色譜法證實植物體內轉移的硒是硒酸根形態，亞硒酸鹽供給植物時，在根部被吸收并轉化為硒酸鹽和未知形態的硒化合物后運輸至葉片，在那里由無機硒轉化為有機硒，但這一轉化過程不如根部吸收過程快。因此，糙米發芽后根部通常會累積高濃度的有機硒，如:硒代蛋氨酸、硒代胱氨酸、硒代半胱氨酸。

2.1.1 增施外源硒，生產富硒發芽糙米 根據水稻對硒元素的生理吸收及代謝的特點，施用易被水稻吸收利用的富硒肥料，通過土壤施硒或葉面噴施，以此提高有機硒在水稻籽粒中的營養積累，進而生產出硒含量明顯高于對照的富硒功能糙米，在適宜條件下對其進行發芽，從而得到富硒發芽糙米。吳永堯等［17］研究結果表明，在缺硒或低硒地區施用硒肥，能顯著提高水稻含硒量，且土壤含硒量越高，水稻積累硒的量越大。稻田土壤中含硒量的高低與糙米中含硒量在一定程度上呈正相關［18］，土壤含硒量高低對稻米中硒含量具有較大影響［19］。魏丹等［20］、唐國江等［21］、紀國成等［22］研究發現，施加硒肥可有效增加稻米中硒的含量，并且在一定范圍內稻米中硒含量表現出隨硒濃度的增大逐漸增加的趨勢。在噴施硒肥時，王金英等［23］發現硒肥濃度范圍0～44.4mg/kg時，糙米硒含量隨硒肥濃度增加而顯著增高。周鑫斌等［24］研究顯示:葉面噴施亞硒酸鈉10g/hm2時可使水稻籽粒硒含量達到不噴硒處理的7.9～11.0倍。水稻對硒具有生物富集作用，施加不同的外源硒可顯著提高稻米中硒的積累，因此通過追施硒肥來有效增加硒含量，生產富硒糙米，進而得到富硒發芽糙米。

2.1.2 硒溶液浸泡糙米，培養富硒發芽糙米 硒的生物轉化，是通過人工方法將無機硒轉化成不同形式的有機硒，以提高硒的生理活性與吸收率，同時降低其毒性。目前研究富硒發芽糙米，大多采用不同濃度的無機硒溶液浸泡糙米，設置不同的發芽溫度和時間，得到富硒發芽糙米，應用最多的是硒酸鈉和亞硒酸鈉。浸泡是種子發芽的關鍵階段，當糙米浸泡在硒溶液中時，對硒的吸收和轉化是一個復雜的生理生化過程，與浸泡液的濃度有直接的關系。姜云等［25］研究顯示硒溶液濃度為1.25～5.00mg/L時，對發芽具有促進作用，發芽率高于對照組，當硒溶液濃度為10～20.00mg/L時發芽率稍有下降，但稻谷對硒的富集量達到了普通大米的40～76倍，當硒溶液濃度超過40mg/L時對稻谷發芽產生了明顯的毒害作用。劉昆侖［26］研究結果表明 Na2SeO4或 Na2Se03濃度低于60μmol/L對糙米的發芽率及芽長均無顯著影響(p＞0.05)，濃度高于60μmol/L時具有顯著抑制作用(p＜0.05);因為糙米吸收無機硒后，通過自身代謝作用將其轉化為硒代半胱氨酸或硒代蛋氨酸等有機硒，然后通過取代原有半胱氨酸或蛋氨酸而結合至蛋白質中，當其濃度過高時，會破壞蛋白質的結構與生理功能，對其造成毒害作用［27-29］。因此，使用硒溶液浸泡糙米時要選擇適宜的濃度，過高濃度時反而會產生毒害作用。

2.2 富硒發芽糙米的研究現狀

國內外學者在發芽糙米和富硒食品方面進行了大量的研究，但多數集中于發芽糙米中GABA的富集、發芽工藝或者富硒食品營養價值方面的研究，而對富硒發芽糙米的研究和開發較少，且缺乏系統性。

2.2.1 富硒發芽糙米加工工藝 王傳梁［10］研究了富硒發芽糙米加工工藝，結果表明糙米發芽過程中富集有機硒的同時富集功能性物質-GABA。江湖等［30］研究顯示富硒發芽糙米的最佳工藝參數為:亞硒酸鈉浸泡液質量濃度5mg/L，浸泡時間9h，浸泡溫度28℃，培養時間21h，培養溫度31.5℃。彭光榮等［31］研究認為生產高有機硒發芽糙米，硒濃度應選擇50mg/L;而生產低硒發芽糙米，硒濃度應選擇10mg/L為宜。楊顆等［32］篩選出最優的富硒發芽糙米滾筒干燥工藝:加水比率1.2∶1，水浴溫度65℃，水浴時間25min，滾筒表面溫度130℃。富硒發芽糙米在發芽期間同時富集易于人體吸收的有機硒和功能性物質-GABA，為開發富硒食品提供一條切實可行的途徑，并為糙米的進一步利用和深加工提供理論參考依據，說明生產富硒發芽糙米具有實用性和可行性。

2.2.2 富硒發芽糙米生物轉化 蒲云峰［33］利用糙米發芽的生化過程將無機硒吸收并進行生物轉化，成為容易被吸收、毒副作用小的有機硒，同時研究了富硒過程對糙米發芽生理生化影響。劉昆侖［26］對糙米發芽富硒特性及富硒發芽糙米硒蛋白的分離純化及其抗氧化與抗腫瘤活性進行了系統研究。對適宜發芽富硒的糙米品種篩選及其培養條件優化、硒元素與發芽糙米生理變化和主要營養物質的關系、硒在富硒發芽糙米部位和蛋白質中的分布進行了研究，并對富硒發芽糙米硒蛋白進行了分離純化和鑒定，考察了主要硒蛋白的體外抗氧化和抗腫瘤活性。糙米對Na2Se03的富集和轉化能力高于Na2SeO4;不同品種糙米對硒富集和轉化能力的差異達極顯著水平，硒添加量為0～90μmol/L時對發芽糙米干物質損失率無顯著影響;低濃度的硒可顯著提高蛋白酶及谷胱甘肽過氧化物酶的活性，濃度過高對其產生抑制作用;富硒發芽糙米中總硒和蛋白結合硒含量順序為清蛋白＞谷蛋白＞球蛋白＞醇溶蛋白;純化的三種富硒發芽糙米硒蛋白Fl、F4和F5均具有較強的還原力以及對超氧陰離子自由基、DPPH自由基和羥自由基的清除能力。為富硒發芽糙米的功能特性及其富集規律研究提供理論依據。糙米發芽過程中通過生物轉化能力生產富硒發芽糙米，可有效提高人們對硒的攝入量，又避免直接食用無機硒存在的安全性問題。下一步研究的重點是確定這一富硒方法能否使硒穩定地存在發芽糙米中，及發芽糙米中硒含量是否符合國家標準。

2.2.3 富硒發芽糙米中硒的測定 適量補硒可以預防和治療疾病，超量補硒則會對機體造成傷害，引發硒中毒。中國食品藥品監督管理局頒布的《營養素補充劑申報與審評規定(試行)》(2005年7月)推薦每人每日硒的攝入量為15～100μg，依照國際標準和中國標準，無論是動物飼料加硒、植物施加硒肥以及人體補硒，必須嚴格控制硒的使用量，特別是對補硒食品應制定其含硒量標準，加強硒的檢測，預防其中硒含量過高而對人類造成危害。目前硒的檢測方法有原子吸收光譜法、石墨爐原子吸收光譜法、熒光分光光度法、氫化物-原子吸收光譜法、氫化物-原子熒光光譜法、高效液相-熒光法、電感耦合等離子體-質譜法、氣相色譜法等，由于含硒樣品種類繁多，且每種測定方法都有其優缺點，因此，要根據檢測樣品選取適宜的檢測方法。而易于被人體吸收的是富硒發芽糙米中有機硒成分，目前有機硒含量的測定方法仍以總硒減去無機硒的方法較為合理，但該法不能檢測出有機硒的形態，因為有機硒主要以硒蛋白、硒氨基酸及硒多糖、硒甲醚［34］等形式存在，難以分離提取或完全提取，單獨檢測其中的某一種或幾種成分時，不能代表有機硒的含量。尹禮國［35］采用氫化物發生-原子熒光光譜法(GB 5009.93-2010)測定富硒發芽糙米中的硒含量，確定了硒濃度為50mg/L的溶液處理的發芽糙米品質較好，檢出限為0.2μg/L，此法精密度高、穩定性好、簡便快速，適合于富硒發芽糙米中硒的定量分析。

3 問題及展望

3.1 問題

富硒發芽糙米開發應用在我國尚處于起步階段，在開發過程中應注意以下幾個問題:

富硒發芽糙米豐富的營養價值及高含量的GABA是引起人們關注的主要原因，進一步提高發芽糙米中生理活性成分特別是GABA的含量，是今后的研究重點之一。如高GABA水稻品種篩選，采用赤霉素與谷氨酸鈉浸泡處理是否有利于GABA的富集。

富硒發芽糙米作為主要食品食用還應在改善口感及蒸煮性上下工夫，如在浸泡過程中添加纖維素酶軟化皮層等，使其口感風味更接近于精白米。開發以富硒發芽糙米為原料的系列功能性食品，如方便米糊、飲料、糕點、添加劑等，以實現產品的多樣化。

世界衛生組織研究認為，食物中的硒含量＜0.1mg/kg時，就會造成人體缺硒;而＞5.0mg/kg時，又會產生硒中毒。我國的糧食國家標準中只規定了糧食中硒含量的最大上限為0.3mg/kg(以硒元素計)，而并未對其制定更為細致的品級評定標準，因此加強對糙米硒含量測定方法的研究，特別是對其中的有毒性的無機硒及有生理活性有機硒的測定，以便生產出滿足不同人群需求的富含有機硒的富硒發芽糙米。

3.2 展望

功能性食品的一個重要特征是長期、堅持不懈地食用，方能達到理想效果。富硒發芽糙米作為主食、功能性食品或食品添加劑，很容易實現長期、大量地攝取，從而實現預期的效果。據調查結果表明，我國有三分之二的地區為低硒、缺硒區，開發富硒發芽糙米可為低硒、缺硒區提供一種有效的補硒途徑。根據微量元素硒的性質，它可能對自由基產生富集加合作用［36］，從而提高抗氧化能力，因此富硒發芽糙米很可能具有較高的氧化能力;糙米中含有的豐富的VE，可能會促進Se的吸收，二者互補，協同作用，同時VE和Se還能協同抗氧化，保護組織細胞的正常功能，提高機體免疫力和抗病力［37］。在機體對某些有毒物質引起的應急反應中，VE和Se可以協同作用，防止中毒，這些推斷都有待進一步的研究證實。適宜的硒濃度處理可顯著提高谷胱甘肽過氧化物酶活性，維持體內較低的過氧化氫水平，進而提高蛋白酶活性，加速對糙米貯藏蛋白的降解，使游離氨基酸含量升高［27］，筆者另文發表的文章已對糙米發芽期間蛋白酶活性變化有了初步研究，硒與GABA之間是否存在一些增效的作用，是筆者正在進行研究的內容。

糙米發芽富硒后，可進一步開發出形形色色的富硒發芽糙米食品，如富硒發芽糙米粉、富硒發芽糙米片、富硒發芽糙米面包、富硒發芽糙米餅干等。這樣既解決了糙米的綜合利用問題，又實現了農副產品的加工增值，提高生活質量，具有較好的社會效益和經濟效益。同時也給發芽糙米這一保健食品賦予更強的保健功能和更強的市場活力，成為補硒食品中的一個新品種，市場潛力很大，前景廣闊。

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