發芽糯玉米中鉻的生物轉化能力研究

葉 華 楊靈菊 張 鐘

(安徽科技學院食品藥品學院1 ，鳳陽 233100)(廣東石油化工學院化學與生命科學學院2 ，茂名 525000)

發芽糯玉米中鉻的生物轉化能力研究

葉 華1楊靈菊1張 鐘2

(安徽科技學院食品藥品學院1，鳳陽 233100)(廣東石油化工學院化學與生命科學學院2，茂名 525000)

分別用濃度為0、5、10、20、40、60、80、120 mg/kg的三氯化鉻溶液浸泡糯玉米籽粒，浸泡24 h，在28 ℃條件下進行發芽培養，研究糯玉米發芽過程中鉻的生物轉化能力。試驗結果表明，三氯化鉻溶液浸泡處理后，發芽對總鉻和有機鉻含量均有極顯著性的影響(P<0.01)。隨著發芽時間的延長，總鉻含量極顯著的增加，有機鉻含量先極顯著的增加再減少，到40 mg/kg時達到最高值。鉻的生物轉化能力趨勢與有機鉻趨勢相同，當鉻溶液濃度為40 mg/kg，發芽培養5 d得到的富鉻糯玉米芽，其鉻的生物轉化能力達72.2%。糯玉米在發芽過程中具有較強的富鉻能力和較高的生物轉化能力。

糯玉米 發芽 總鉻 有機鉻 生物轉化能力

鉻(Ⅲ)作為人體內一種必需微量元素，其生理功能主要表現為協助胰島素參與機體的糖類和脂類代謝[1]。隨著人們對鉻的生理功能和生理特性研究的不斷深入，富鉻食品的開發和功能作用引起了眾多學者的極大興趣。而鉻在食品中的存在形式與其生物活性和生物利用率有著密切的關系。三價鉻離子絡合性能極強，能與有機物分子中胺基、羧基、羰基等帶負電荷的生物配體相結合，生成結構及性質穩定的絡合物。目前認為具有生物活性的有機三價鉻絡合物大致可分為吡啶酸鉻、芳香族有機酸鉻、脂肪族有機酸鉻、氨基酸鉻以及其他有機鉻絡合物等5類[2]。有研究表明，生物有機鉻相對于無機鉻更容易被機體消化吸收和利用[3]。谷物發芽不僅能提高其營養價值[4]，還能對微量元素產生較好的生物富集作用，同時具有一定的生物轉化能力[5-6]。曾文輝等[7]利用三氯化鉻溶液培養富鉻螺旋藻，發現螺旋藻對三價鉻有較高的生物富集效率，而且富鉻螺旋藻中的鉻主要以蛋白質結合態有機鉻(Ⅲ)形式存在，其次為多糖結合態和核酸結合態有機鉻(Ⅲ)。孫桂菊等[8]、韓長城等[9]的研究進一步證實了通過發芽方式生產的富鉻有機食品，具有較好的調節血糖、血脂的作用。

國內外已有對發芽玉米營養價值的研究報道，如薛云皓等[10]比較了玉米發芽前后營養成分的變化情況，發現玉米發芽后可吸收的營養成分增加,生物價提高,黏度降低,口感得到改善。張鐘等[11]對發芽黑糯玉米主要營養成分、熱能變化和蛋白質消化率等方面進行了研究。劉娟等[12]研究了不同發芽階段玉米的主要生理生化變化和碳水化合物組成變化，發現發芽60 h后玉米中的直鏈淀粉含量總體呈下降趨勢，而還原糖、可溶性糖含量逐漸增大。Helland等[13]將玉米發芽2 d后制成玉米粉添加到粥類食品中，對發芽玉米食品的開發進行了初步研究。然而目前對發芽糯玉米微量元素的生物富集作用尚未有報道。因此，本試驗以無機三氯化鉻溶液浸泡糯玉米籽粒，進行發芽培養，研究糯玉米發芽過程中鉻的生物轉化能力，以便對糯玉米的精深加工和富鉻有機食品的研究開發提供新的思路和理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 主要原料

糯玉米：市購。

1.1.2 主要試劑

三氯化鉻、二苯卡巴肼：國藥集團化學試劑有限公司；重鉻酸鉀：徐州試劑廠；高錳酸鉀：無錫市亞盛化工有限公司；以上試劑均為分析純。

1.1.3 主要儀器

HHB11420-S電熱恒溫培養箱：上海躍進醫療器械廠；TGL-16G高速臺式離心機：上哈安亭科學儀器廠；GZX-9076MB數顯鼓風干燥箱：上海博訊實業有限公司醫療設備廠；YP3001N電子分析天平：上海精密儀器科學有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 富鉻糯玉米芽的培養

從食用安全角度考慮，根據中國營養學會制定成年人鉻的適宜攝入量50 μg/d、可耐受最高攝入量為500 μg/d和食品安全國家標準《食品中污染物限量》(GB 2762—2012)中關于谷物類鉻含量限量值(1.0 mg/kg)以及預備試驗結果，選定三氯化鉻溶液濃度范圍為0～120 mg/kg。具體培養過程如下。

糯玉米經除去雜質、剔除腐爛、干癟的籽粒后，分別置于3倍量的質量比為0、5、10、20、40、60、80、120 mg/kg的三氯化鉻溶液中浸泡24 h。撈出稍瀝干后均勻放在鋪有紗布的培養皿中，上面蓋上紗布，置于25 ℃培養箱中發芽。每天淋水4次，換氣4次，以使糯玉米籽粒在發芽過程中處于水分適宜、氧氣充足的環境中，同時定時翻拌防止積水使糯玉米籽粒腐爛，觀察發芽情況。培養5 d停止發芽。取出，先用自來水沖洗3次，再用去離子水浸泡3 h，以除去糯玉米芽表面殘留的三氯化鉻溶液。撈出稍瀝干置于60 ℃干燥箱中，制成風干樣品，備測。

1.2.2 糯玉米發芽率的計算

取除去雜質、剔除癟粒的糯玉米籽粒60粒，按照1.2.1方法進行培養，培養5 d停止發芽。記錄每組糯玉米籽粒發芽數，得出發芽率，每組做3次平行試驗，取平均值。

式中：N1為糯玉米發芽粒數；N2為糯玉米總粒數。

1.2.3 總鉻含量的測定

總鉻含量的測定依據GB/T 13088—2006進行。

1.2.4 有機鉻含量的測定

有機鉻含量的測定參照鄭藝梅等[5]采用的方法進行。

1.2.5 鉻的生物轉化能力的計算

鉻的生物轉化能力是指糯玉米籽粒經過浸泡后，在發芽生長過程中將體內原有的無機鉻和浸泡過程中新吸收的無機鉻轉化為有機鉻的能力。因此，根據測得的總鉻和有機鉻的含量結果，可以依據以下公式計算出糯玉米發芽過程中鉻的生物轉化能力。

式中：m1為富鉻前糯玉米芽中有機鉻的含量/mg/kg;m2為富鉻后糯玉米芽中有機鉻的含量/mg/kg;M為富鉻后糯玉米芽中總鉻的含量/mg/kg;m為富鉻前糯玉米中有機鉻含量/mg/kg。

1.3 數據處理方法

所有試驗數據均重復測定3次，有關鉻含量測定數據采用SAS 9.1.3軟件進行顯著性分析，結果以x±SD表示；發芽率采用Excel軟件處理數據。

2 結果與分析

2.1 鉻對糯玉米發芽率的影響

經不同濃度的三氯化鉻溶液浸泡后糯玉米的發芽率見圖1。

由圖1可以看出，隨著鉻溶液濃度的增大，糯玉米發芽率先增大后減少，呈“∩”型趨勢變化。當鉻濃度增加到40 mg/kg時，糯玉米的發芽率最高，達到95%，是空白試驗組的1.1倍；但隨著鉻濃度的繼續增大，發芽率開始呈現下降趨勢，當鉻的濃度增大到120 mg/kg時，發芽率只有83%，與空白試驗組基本持平。以上結果表明，不同濃度鉻對糯玉米發芽產生的影響不同。低濃度鉻對糯玉米發芽有一定的促進作用，而高濃度鉻則有一定的抑制作用。這與張松林等[14]關于鉻對玉米種子發芽的影響研究結果基本一致。

圖1 鉻對糯玉米發芽率的影響

2.2 普通糯玉米(芽)和富鉻糯玉米芽中鉻含量的比較

糯玉米、普通糯玉米芽、富鉻糯玉米芽中鉻含量的測定結果見表1。

由表1可以看出，糯玉米經質量比為40 mg/kg三氯化鉻溶液浸泡后，發芽與未發芽糯玉米相比，發芽對總鉻含量有顯著性的影響(P<0.05)，對有機鉻含量有極顯著的影響(P<0.01)；三氯化鉻溶液浸泡處理后，發芽對總鉻和有機鉻含量均有極顯著性的影響(P<0.01)。富鉻糯玉米芽中總鉻和有機鉻含量較普通糯玉米芽均有極顯著性的上升，總鉻由0.203 mg/kg增加到0.928 mg/kg，增加了357%；而有機鉻含量則增加了110%。以上結果說明發芽后有機鉻含量極顯著上升，在外源鉻處理下糯玉米對鉻有極顯著的富集作用。

表1 普通糯玉米(芽)和富鉻糯玉米芽中鉻含量

注：普通糯玉米芽和富鉻糯玉米芽分別采用去離子水和40 mg/kg三氯化鉻水溶液浸泡24 h，28 ℃恒溫培養5 d的方法獲得。

此外，從表1中還可看出普通糯玉米芽中總鉻含量低于糯玉米中總鉻含量，這與本研究小組之前研究發芽對黑糯玉米中Fe、Mn、Se等微量元素變化趨勢恰好相反[11]。究其原因可能有兩方面：一是糯玉米在發芽過程中本身將一部分無機鉻轉化成了有機鉻；二是糯玉米在培養發芽過程中，經過沖洗和多次淋水，少量的無機鉻溶解在去離子水中，導致鉻的流失；最終使糯玉米在發芽后總鉻含量相對減少。具體原因還有待進一步研究。

2.3 發芽糯玉米中鉻的生物轉化能力

發芽糯玉米中鉻的生物轉化能力見表2。

表2 發芽糯玉米中鉻的生物轉化能力

經方差分析，由表2可以看出，不同濃度三氯化鉻溶液浸泡糯玉米進行發芽對鉻的生物轉化能力有極顯著的影響(P<0.01)，隨著發芽時間的延長，總鉻含量極顯著的增加；對有機鉻含量先極顯著的增加再減少，到40 mg/kg時達到最高值。鉻的生物轉化能力趨勢與有機鉻趨勢相同，在40 mg/kg時達到最高值。

從表2可以看出，不同濃度的鉻溶液浸泡糯玉米后進行發芽培養，其鉻的生物轉化能力不同。隨著鉻濃度的不斷增大，雖然總鉻的富集能力增強(總鉻含量不斷增加)，但鉻的生物轉化能力隨著鉻濃度的增加呈先增加后下降的趨勢。當鉻濃度在40 mg/kg時，鉻的生物轉化能力達到最高，達到72.2%左右。此時的富鉻糯玉米芽中有機鉻含量(0.690 mg/kg)約占總鉻含量(0.928 mg/kg)的74.3%。

3 討論

3.1 鉻對糯玉米發芽率的影響

玉米發芽不僅在外部形態上發生了明顯的變化，在內部也發生了很多的生理生化變化[12]。本試驗中利用不同濃度的三氯化鉻溶液代替水溶液進行浸泡處理糯玉米，使外源鉻也參與到發芽過程中的一系列生理生化變化中，從而必然對發芽產生一定的影響。試驗結果表明，不同濃度鉻對糯玉米發芽產生的影響不同。低濃度鉻對糯玉米發芽有一定的促進作用，玉米芽生長態勢良好，顏色均一；而高濃度鉻(濃度>40 mg/kg)則有一定的抑制作用，生長緩慢而且出現褐斑現象。出現這種情況的原因可能是，作為一種必需微量元素，鉻離子同時也是一種重金屬離子。低濃度的鉻有可能促進細胞分裂，從而有利于糯玉米發芽[15]。當鉻濃度超過一定濃度時，由于大量的鉻離子在細胞外積累，對細胞膜離子通道造成影響，同時干擾了離子間原有的吸收、運輸和滲透等平衡系統，從而對糯玉米發芽產生了毒害作用[14]。

3.2 發芽糯玉米中鉻的生物轉化能力

種子發芽的過程是發生一系列的生物化學變化的過程。有研究表明，種子在發芽過程中會產生豐富的植酸酶，這些植酸酶將谷類中具有很強的螯合礦物質能力的植酸分解，釋放出金屬元素，從而增加礦物質元素的含量，提高礦物質的吸收率。同時植酸酶的產生，還提高了玉米中蛋白質、淀粉等營養物質的吸收率[16-17]。鄭藝梅等[5]之前對鉻在黃豆發芽過程中的生物富集效應進行了研究，發現黃豆在本身發芽過程中，具有將無機鉻部分轉化為有機鉻的能力，且有機化程度在78.2%以上。另外,鄭藝梅等[18]還對富鉻發芽糙米進行了研究，發現其有機鉻含量則為51.6%。而王盛良等[19]發現富鉻綠豆芽中絕大部分是有機鉻，其有機化程度達95%以上。這些都說明了在浸泡時鉻離子或以離子吸附或擴散的方式進入糯玉米種子中，而在發芽過程中這些外源無機鉻通過生物轉化等方式與其他物質相結合而轉化為有機鉻。

本試驗將糯玉米經不同濃度三氯化鉻溶液浸泡后，在發芽過程中產生了不同的生物轉化能力，最高達72.2%，高于糙米中鉻的有機化程度，與黃豆發芽對鉻的有機化程度相近，而與綠豆發芽對鉻的有機化程度相比較低。產生這種情況的原因可能是與綠豆發芽中對鉻有機化程度的理解和計算方法不一樣。而對于轉化后的有機鉻在糯玉米芽中的存在形式及其被機體消化吸收和利用率等方面有待于今后進一步研究。

3.3 富鉻糯玉米芽安全性分析

本試驗中，當鉻濃度超過40 mg/kg時，所獲得的糯玉米芽總鉻含量超過1.0 mg/kg，超出了食品安全國家標準《食品中污染物限量》中關于谷物類鉻含量限量值規定，存在食品安全隱患。因此宜選用濃度小于40 mg/kg的三氯化鉻溶液進行浸泡處理。如以鉻濃度為40 mg/kg溶液浸泡處理糯玉米，發芽5 d后得到的富鉻糯玉米芽，其總鉻含量為0.928 mg/kg進行安全性分析，假設1個成人1天攝入這種富鉻糯玉米芽或其產品50～500 g，經折算可知，攝入的總鉻含量約為46.4～464 μg/d，在中國營養學會推薦的成年人鉻的適宜攝入量和可耐受最高攝入量范圍內。因此，適量食用富鉻糯玉米芽對人體來說是安全的。

4 結論

糯玉米經三氯化鉻溶液浸泡處理后，其發芽對總鉻和有機鉻含量均有極顯著性的影響(P<0.01)。隨著發芽時間的延長，總鉻含量極顯著的增加；有機鉻含量先極顯著的增加再減少，到40 mg/kg時達到最高值。鉻的生物轉化能力趨勢與有機鉻趨勢相同。當鉻濃度為40 mg/kg時，發芽糯玉米中鉻的生物轉化能力最高，達到72.2%。此時的富鉻糯玉米芽中有機鉻含量約占總鉻含量的74.3%。糯玉米在發芽過程中具有較強的富鉻能力和較高的生物轉化能力。

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Biotransformation Capacity of Chromium in Germinated Waxy Corn

Ye Hua1Yang Lingju1Zhang Zhong2
(Food and Drug College, Anhui Science and Technology University1, Fengyang 233100)(College of Chemistry and Life Science, Guangdong University of Petrochemical Technology2,Maoming 525000)

The biotransformation capacity of chromium in germinated waxy corn has been studied in the paper. Waxy corn was soaked in the CrCl3with concentration of 0, 5, 10, 20, 40, 60, 80 and 120 mg/kg respectively; then germinated 24 h at 28 ℃ for 5 days. The results showed that after the being soaked in CrCl3, the germination had expressed extremely significant effect on the total chromium content and organicchromium content (P<0.01). Along with germination time extending, the total chromium content extremely significantly increased; the organic chromium content also significantly increased at first then decreased; it reached the maximum when the concentration was 40 mg/kg. The tendency of biotransformation capacity in chromium was the same with that in the organic chromium. CrCl3with different concentration produced different biotransformation capacity of chromium. When the concentration was 40 mg/kg, the biotransformation capacity reached the highest rate as 72.2%. Waxy corn has strong ability of enriching chromium and high biotransformation capacity during germination.

waxy corn, germination, total chromium, organicchromium, biotransformation capacity

TS210.1

A

1003-0174(2014)06-0017-05

安徽高校省級自然科學研究(KJ2013Z051)

2013-07-21

葉華，男，1981年出生，講師，農產品加工