發芽糙米的富硒及其微波干燥與擠壓膨化工藝優化

何 榮，李 倩，劉俊飛，袁 建，鞠興榮

（南京財經大學食品科學與工程學院，江蘇 南京 210 023）

發芽糙米的富硒及其微波干燥與擠壓膨化工藝優化

何 榮，李 倩，劉俊飛，袁 建，鞠興榮

（南京財經大學食品科學與工程學院，江蘇 南京 210 023）

以普通粳稻為原料，探討了發芽糙米的富硒效果和微波干燥、擠壓膨化對富硒發芽糙米營養品質的影響。結果發現，硒質量濃度為10 mg/L時，可以獲得較高質量的富硒發芽糙米，此條件下糙米的發芽率為97.9%，有機硒含量為977.6 μg/kg（質量分數98.5%），γ-氨基丁酸含量為445.9 mg/kg；40 ℃的低溫微波干燥有利于保持發芽糙米的硒和γ-氨基丁酸含量；擠壓膨化產品中有機硒和γ-氨基丁酸的含量與原糙米相比，分別提高到其29 倍和5 倍。研究認為，亞硒酸鈉可以作為富硒試劑實現發芽糙米的有效富硒，富硒發芽糙米可以用于開發相關的營養膨化食品。關鍵詞：發芽糙米；富硒；γ-氨基丁酸；微波干燥；擠壓膨化

硒是人體必需的微量元素，具有抗氧化、保護視器官、解毒和排毒、防治肝病等生物功能[1-2]。硒缺乏會導致肝癌、腫瘤、心腦血管、克山病等疾病的發生[3-4]。另外，由于體內不存在長期貯藏硒的器官或組織，必須從飲食中不斷的獲取才能滿足機體對硒的需求[5]。同時由于我國大部分地區土壤缺乏硒元素，以營養強化的方式富硒可以保證缺硒地區對硒元素的攝入量。

糙米在一定的工藝條件下發芽，會激活相關生物酶，將無機硒轉化為有機硒[6]，同時也會提高營養因子γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid，GABA）的含量[7]。目前，關于發芽糙米的研究主要通過工藝優化實現單獨的硒或者GABA的有效富集[8-9]。本研究在前期研究的基礎上，充分考慮開發糙米產品須經過干燥和膨化工藝，著重探討了干燥和膨化工藝對富硒發芽糙米的營養品質影響，為營養糙米產品的開發提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

稻谷（武運粳） 南京遠望富硒農產品有限公司；GABA標準品、4-氯-3′5-二硝基三氟甲苯 美國Sigma公司；硒標準溶液 國家有色金屬及電子材料分析測試中心；亞硒酸鈉 西亞試劑公司；XBridge C18反相柱 美國Waters公司；乙腈、甲醇（均為色譜純）、硝酸、鹽酸（均為優級純）、其他均為分析純 國藥集團化學試劑公司。

1.2 儀器與設備

JLGJ4.5型檢驗壟谷機 臺州市糧儀廠；PQX型多段可編程人工氣候箱 寧波東南儀器有限公司；101-3AS型電熱鼓風干燥箱 上海蘇進儀器設備廠；MCR-3微波化學反應器 西安予輝儀器有限公司；FW100型高速萬能粉碎機 天津泰斯特儀器有限公司；THZ-D臺式恒溫振蕩器 太倉市強樂實驗設備有限公司；TDL-5-A飛鴿離心機 上海安亭科學儀器廠；Dionex Ultimate 3000高效液相色譜儀 美國Thermo Fisher公司；EXCEL微波消解儀 上海屹堯有限公司；AFS-933原子熒光光度計 北京吉天儀器有限公司；DSE20/40D雙螺桿擠壓膨化機 德國Brabender儀器公司。

1.3 方法

1.3.1 糙米發芽工藝

稻谷→脫殼→糙米→篩選（去除碎米、雜色米、未成熟米等）→蒸餾水洗3 次→消毒（1%次氯酸鈉溶液浸泡15 min）→蒸餾水洗4 次→浸泡→發芽（將糙米均勻置于鋪有一層濾紙的培養皿中，恒定溫度條件下發芽）→沖洗瀝干→干燥→置于4 ℃冰箱保存。

1.3.2 發芽糙米的富硒處理

在高GABA含量發芽糙米優化工藝[10]基礎上進行富硒。發芽條件：30 ℃浸泡13 h，浸泡液（pH 5.5）組成：L-谷氨酸鈉0.5 mg/mL、氯化鈣3.5 mmol/L、VB60.7 mg/mL。添加一定量的亞硒酸鈉于浸泡液中，使其亞硒酸鈉質量濃度分別為0、2.5、5.0、10、20、40、80 mg/L，浸泡后30 ℃發芽24 h，微波干燥（1.3.3節）后測定發芽糙米中GABA和總硒含量。

1.3.3 富硒發芽糙米的微波干燥

選取微波干燥溫度為40、45、50、55、60 ℃，間隔一定時間取樣，測定總硒、GABA含量和水分含量變化情況，繪制干燥速率曲線，探討微波干燥對糙米中總硒和GABA含量的影響。

1.3.4 富硒發芽糙米的擠壓膨化

將富硒發芽糙米粉碎過80 目篩，調節水分含量至17%，采用雙螺桿擠壓膨化機進行膨化，測定擠壓膨化對發芽糙米中總硒和GABA含量的影響。擠壓膨化參數：螺桿轉速150 r/min，喂料速率16 r/min，膨化溫度Ⅰ區60 ℃、Ⅱ區90 ℃、Ⅲ區130 ℃、Ⅳ區130 ℃、Ⅴ區150 ℃。

1.3.5 硒含量的測定

參照GB 5009.93—2010《食品中硒的測定》[11]和DB 3301/T 117—2007《稻米中有機硒和無機硒含量的測定：原子熒光光譜法》[12]方法分別測定樣品總硒和有機硒的含量。以有機硒含量和總硒含量的比值表示有機硒質量分數。

1.3.6 GABA含量的測定

參照蔣旭玲[13]的方法測定GABA含量，略有改進。色譜柱：Waters XBridge C18（4.6 mm×250 mm，5 ?m）；流動相：A，乙腈-水（1∶1，V/V），B，0.05 mol/L的醋酸鹽緩沖液（pH 6.8）；檢測波長：238 nm；柱溫：30 ℃；進樣量：20 ?L。梯度洗脫程序見表1。

表1 梯度洗脫程序表Table1 Gradient elution programogram

1.4 數據處理

采用SAS對數據進行單因素方差分析、Duncan多重比較，顯著差異選用P＜0.05。每組實驗重復3 次，結果均采用平均值±標準差表示。

2 結果與分析

2.1 富硒對糙米發芽及有機硒和GABA含量的影響

表2 Na2Na2SeOSeO3對糙米發芽以及GABA和硒含量的影響Table2 Effect of NaofNa2SeOSeO3concentration on germination rate and the thecontents of GABA and selenium in brown rice rice

由表2可見，在0～20 mg/L的低質量濃度范圍內，隨著硒質量濃度的增加，發芽率有升高趨勢，平均芽長及發芽糙米表面無明顯變化；20 mg/L的硒質量濃度條件下，糙米的發芽率到達最高值（98.1%）。硒質量濃度為40 mg/L時，胚芽部位有輕微紅染現象出現，姜云等[14]的研究也觀察到了這種現象。當硒質量濃度達到80 mg/L時，大部分米粒胚芽會出現紅染、米粒表面斑點增多等現象，致使發芽率顯著降低（P＜0.05），平均芽長縮短，嚴重影響其食用品質。這種現象可能是由于硒在植物體內積累過量引起的毒害作用造成的[15]。

硒是機體必需的微量礦物質營養素，機體對于無機態的硒吸收利用率較低，對有機態的硒吸收利用率可高達70%以上[16]。所以有機硒轉化率是富硒效果的一個重要評價指標。由表2可以看出，糙米中的總硒和有機硒含量與富硒質量濃度具有顯著的正相關性，在硒質量濃度達80 mg/L條件下，富硒后糙米中的總硒和有機硒含量分別高達（6 192.3±213.5） μg/kg和（4 165.2±106.3） μg/kg，是原糙米130倍和107倍；有機硒質量分數從（81.9±1.1）%最高增加到了（98.6±1.0）%（硒質量濃度5.0 mg/L），富硒效果較為顯著，同時也說明了發芽促進了糙米中的硒從無機態向有機態的轉化[17]。當硒質量濃度超過20 mg/L時，雖然總硒和有機硒的含量仍然較高，但是有機硒質量分數卻明顯下降（P＜0.05），甚至低于原糙米中的有機硒含量，原因可能是過高質量濃度的亞硒酸鈉會對糙米產生毒害作用，抑制了糙米的發芽。姜云等[14]的研究結果也表明當硒質量濃度低于20 mg/L時，有機化程度都高達90%以上，但是當質量濃度超過20 mg/L時，有機化程度就明顯下降，而且胚芽出現紅染現象。

另一方面，隨著硒質量濃度的升高，GABA含量呈現出先升高后降低的趨勢（表2）。硒質量濃度為20 mg/L時，GABA含量達到最高值，為455.6 mg/kg（是原糙米的7.3 倍），隨后逐漸降低，原因可能是低質量濃度的亞硒酸鈉溶液促進了糙米的發芽，而當質量濃度過高時，抑制了糙米的發芽以及相關的酶促反應[18]。王傳梁等[19]將富硒發芽糙米的GABA含量提高了1.5 倍，而本研究硒質量濃度為10 mg/L時發芽糙米中GABA含量為糙米的7.2 倍，由此看出，本研究中的富硒工藝不僅可以實現硒的富集，還可以提高糙米GABA含量。糙米雖然在一定的質量濃度條件下對環境硒具有很強的富集能力，但是根據《中國居民膳食營養素參考攝入量速查手冊》標準，機體的最高可耐受硒攝入量為450 μg/d[20]，因此，綜合考慮硒的安全攝入量、有機硒的比例、發芽情況和GABA含量，認為硒質量濃度為10 mg/L時，可以獲得較高質量的富硒發芽糙米，此條件下糙米發芽率為（97.9±0.4）%，總硒含量為991.8 μg/kg，有機硒含量為977.6 μg/kg（質量分數（98.5±3.1）%），GABA含量為445.9 mg/kg。

2.2 微波干燥對富硒發芽糙米的影響

圖1 微波干燥對富硒發芽糙米水分含量的影響Fig.1 Effect of microwave drying on moisture content in germinated brown rice

富硒糙米發芽后，水分含量相對較高，需進行干燥使其含水量達到安全貯存標準（14±0.5）%[21]。圖1顯示了微波干燥溫度對發芽糙米含水量的影響。干燥前期，隨著微波溫度的升高，糙米失水速率較大，之后失水逐漸緩慢；同時隨著干燥溫度的升高，所需干燥時間急劇縮短，40、45、50、55、60 ℃的微波干燥將糙米水分含量降至（14±0.5）%所需的時間分別為205、75、55、40 min和30 min。楊靖東等[22]研究發現，最佳熱風干燥溫度為50 ℃時，干燥需要170 min，但是本研究在同等溫度條件下微波干燥只需55 min即可，說明微波干燥與熱風干燥相比具有明顯優勢。

圖2 微波干燥對富硒發芽糙米GABA含量的影響Fig.2 Effect of microwave drying on the content of GABA in germinated brown rice

在上述干燥時間條件下，干燥后發芽糙米中的GABA含量變化如圖2所示。隨著干燥溫度的升高，GABA含量呈現下降趨勢，干燥溫度從40 ℃升高到60 ℃導致GABA含量從（449.7±10.4） mg/kg下降到了（334.26±5.6） mg/kg，降低了約25%，原因是高溫使GABA發生了降解或者與還原糖發生了美拉德反應[23]。楊靖東等[22]研究發現，熱風干燥溫度從50℃上升至60℃時，GABA含量降低了約30%，而本研究微波干燥從50 ℃上升至60 ℃時僅降低約15%，說明微波干燥對發芽糙米中GABA含量影響較小。

圖3 微波干燥對富硒發芽糙米有機硒含量的影響Fig.3 Effect of microwave drying on the content of organic selenium in germinated brown rice

高溫微波干燥也導致了糙米中有機硒含量及其質量分數的下降，有機硒含量及其質量分數與微波干燥溫度具有負相關性（圖3）。40 ℃條件下干燥后，糙米中有機硒含量及其質量分數下降不大，分別為（1 411.4±14.9） μg/kg和（92.5±1.2）%，而60℃條件下干燥后，該值降低到（953.1±14.1） μg/kg和（88.9±2.5）%，原因可能是高溫導致了硒有機物的變性、分解或部分蒸發[24-25]，例如，高溫條件下硒代氨基酸受裂解酶的作用而降解，形成揮發性物質[26]。因此，研究認為，40 ℃的低溫微波干燥有利于保持富硒發芽糙米的GABA和有機硒含量，而實際生產中也可參考采用45 ℃的微波干燥工藝（干燥時間相對較短，并且糙米營養損失較少）。

2.3 擠壓膨化對富硒發芽糙米的影響

擠壓膨化是開發糙米相關產品重要加工技術，而擠壓膨化也可能會改變糙米的營養品質。在高溫、高壓、高剪切力條件下，擠壓確實造成了富硒發芽糙米的營養損失，膨化后富硒發芽糙米中的GABA和有機硒含量以及有機硒質量分數分別下降了約30%、20%和4%（表3）。韓永斌等[27]研究發現發芽糙米經膨化后，GABA含量由360 mg/kg增加至390 mg/kg，而本研究結果顯示，擠壓后GABA含量明顯降低，其原因可能是不同原料與加工條件所致。雖然微波干燥和擠壓膨化工藝造成了富硒發芽糙米的營養損失，但是終產品的GABA、有機硒含量以及有機硒質量分數仍然高達（311.87±9.8）mg/kg、（1129.1±11.8） μg/kg和（88.4±1.7）%，分別是原糙米的5、29倍和1.1倍，充分說明了富硒的有效性和富硒發芽糙米的營養價值。

表3 擠壓膨化對糙米中GABA和硒的影響Table3 Effect of extrusion on the contents of GABA and organic selenium in germinated brown rriiccee

3 結 論

本研究以普通粳稻為原料，充分探討了發芽糙米的富硒效果，以及微波干燥、擠壓膨化對富硒發芽糙米的影響，研究發現硒質量濃度10～20 mg/L范圍內，富硒效果較好；考慮硒的安全攝入量及GABA含量等因素，認為硒質量濃度為10 mg/L時，可以獲得較高質量的富硒發芽糙米，此條件下糙米發芽率為（97.9±0.4）%，總硒含量為991.8 μg/kg，有機硒含量為977.6 μg/kg（質量分數（98.5±3.1）%），GABA含量為445.9 mg/kg。此外，高溫微波干燥和擠壓膨化都會造成發芽糙米中硒和GABA含量的減少，但是研究發現40 ℃的低溫微波干燥有利于保持發芽糙米的硒和GABA含量；盡管干燥和膨化工藝造成了富硒發芽糙米的營養損失，但是糙米經發芽、富硒、干燥和膨化等工藝處理后，產品中有機硒和GABA的含量仍然提高到了原料糙米的29 倍和5 倍，富硒效果良好。因此，亞硒酸鈉可以作為富硒試劑實現發芽糙米的有效富硒，富硒發芽糙米可以用于開發相關的營養糙米產品。

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Selenium Enrichment Microwave Drying and Extrusion Puffing of Germinated Brown Rice

HE Rong LI Qian LIU Junfei YUAN Jian JU Xingrong
(College of Food Science and Engineering Nanjing University of Finance amp Economics Nanjing 210023′China)

The efficiency of selenium (Se enrichment in germinated brown rice from the japonica cultivar ‘Wu Yun Jing was investigated as well as and the effects of microwave drying and extrusion puffing on the nutritional quality of Se-enriched brown rice Satisfactory results were obtained when brown rice was soaked in 10 mg/L sodium selenite and then allowed to germinate Under this condition the germination rate of brown rice was 97.9%′and the contents of organic selenium and γ-aminobutyric acid (GABA were 977.6 μg/kg (the proportion of organic selenium was 98.5%) and 445.9 mg/kg respectively Low temperature microwave drying at 40 ℃ had a positive effect on maintaining the contents of selenium and GABA in germinated brown rice The contents of organic selenium and GABA in germinated brown rice were increased by 29 and 5 times respectively after extrusion when compared to those of the ungerminated brown rice This study suggested that sodium selenite could enable selenium accumulation in germinated brown rice and that Se-rich germinated brown rice might be used to develop some relevant nutritious puffed foods.

germinated brown rice selenium enrichment; γ-aminobutyric acid microwave drying extrusion

TS201.1

A

1002-6630（2015）06-0082-04

10.7506/spkx1002-6630-201506015

2014-10-16

江蘇省產學研聯合創新資金——前瞻性聯合研究項目（BY2012037）；江蘇省技術創新項目（CX（12）3086）

何榮（1983—），男，講師，博士，研究方向為植物油脂、蛋白質工程。E-mail：rong.he@njue.edu.cn