糙米發芽過程中淀粉酶活力及其相關代謝產物變化研究

陶澍，宋玉，曹磊，夏青，劉超

摘要 [目的]探討糙米發芽過程中淀粉酶活性變化以及相關代謝產物的影響。[方法]以安徽主栽稻米品種徽兩優6號為研究對象，將糙米在28 ℃下發芽60 h，考察發芽期間相關淀粉酶活性以及代謝產物的變化。[結果]糙米中總淀粉酶活力和β-淀粉酶活力先上升、后下降；淀粉、直鏈淀粉及支鏈淀粉含量降低；還原糖和總糖含量先增加后降低。其中，總淀粉酶和β-淀粉酶活力在糙米發芽48 h時達到高峰，還原糖和總糖含量在發芽36 h時最高；與對照組相比，糙米總淀粉含量在發芽60 h時降低了39.35%，直鏈淀粉含量降低了45.43%，支鏈淀粉含量降低了37.81%。[結論]該研究可為糙米深加工和綜合利用提供參考。

關鍵詞 發芽糙米；淀粉酶；淀粉

中圖分類號 TS210.1 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2018）06-0151-03

Study on the Changes of Amylase Activity and Related Metabolites during the Germination of Brown Rice

TAO Shu，SONG Yu，CAO Lei et al （Institute of Agroproducts processing，Anhui Academy of Agricultural Sciences，Hefei ，Anhui 230031 ）

Abstract [Objective]To explore the changes of amylase activity and the influence of related metabolites during the germination of brown rice.[Method]The main rice variety Huiliangyou 6 was selected as the research object.The brown rice was sprouted under 28 ℃ for 60 h.Then，the activities and metabolites of related amylase during brown rice sprout period were investigated.[Result]The results displayed that the activities of total amylase and βamylase in the brown rice increase and subsequently decrease.The activities of total amylase and βamylase were reached to the peak value after being sprouted for 48 h，while the contents of reducing sugar and total sugar were highest.Compared to the control group，the contents of total starch，amylose and amylopectin in brown rice decrease by 39.35%，45.43% and 37.81%，respectively.[Conclusion]The study can provide a reference for the deep processing and comprehensive utilization of brown rice.

Key words Germinated brown rice；Amylase； Starch

糙米作為一種典型的全谷物，其營養成分豐富且富含多種生物活性物質。但由于外表面糠皮層未去除，其直接蒸煮食用時的口感粗糙，難以下咽，消費者接受度不高。同時糙米中含有大量的酶[1]，在適宜的條件下這些酶被激活，在其作用下使得糙米外表面組織軟化，營養狀態以及食用品質得到改善。將糙米在適宜條件下進行適度發芽是近年來廣泛開展的研究，但大都集中在發芽糙米中γ-氨基丁酸形成機理及富集技術[2]，而對于糙米發芽過程中淀粉酶的變化以及相關代謝產物的降解情況，研究結論各有不同[3-5]。筆者以安徽主栽稻米品種徽兩優6號為研究對象，探討糙米發芽過程中淀粉酶活性變化以及相關代謝產物的影響，為糙米深加工和綜合利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 供試樣品及主要試劑。糙米（徽兩優6號），安徽華安種業；3，5-二硝基水楊酸、氫氧化鈉、丙三醇、苯酚、亞硫酸鈉、酒石酸鉀鈉、葡萄糖、醋酸鈉、冰乙酸、碘、碘化鉀，以上藥品均為分析純，國藥集團化學試劑公司。

1.1.2 儀器。1009PC紫外可見分光光度計，上海普元儀器有限公司；HZQ-Q200全溫振蕩培養箱，上海安亭科學儀器廠；JDMZ100稻谷出米率檢測儀，北京東孚久恒儀器技術有限公司；HH-S4水浴鍋，常州同宇儀器制造有限公司；FW100高速萬能粉碎機，天津市泰斯特儀器有限公司；BT457電子天平，深圳市博途電子科技有限公司。

1.2 方法

1.2.1 糙米發芽工藝。參考姚森等[6]、曹磊等[7]研究的發芽方法并稍作改進，取同樣礱谷條件下大小基本一致的糙米，剔除斷粒、壞粒，用水洗凈后用自來水于（25±1）℃條件下浸泡6 h，之后用10 g/L次氯酸鈉溶液浸泡消毒15 min，去離子水洗凈，瀝干，轉入培養皿中，加去離子水，在28 ℃、避光條件下發芽，每12 h換水1次。獲得發芽糙米，每隔12 h取樣，以浸泡6 h后未經發芽的糙米為對照（記為0 h），其中12、24、36、48、60 h取樣，冷凍干燥并粉碎過100目篩。

1.2.2 α-淀粉酶、β-淀粉酶、總淀粉酶活性的測定。采用文獻[8-9]方法測定，其中酶活力定義為40 ℃，pH 5.0的條件下，1 min由底物催化生成1 mg還原糖的酶量為一個酶活力單位（U）?？偟矸勖富盍Φ挠嬎愎綖椋?/p>

酶活力單位（U/g）=（A2-A1）×nm×t×V

（1）

式中，A1為參比OD值對應還原糖的量；A2為樣品OD值對應還原糖的量； n為稀釋倍數；m為糙米粉絕干重；t為反應時間；V為顯色時所用酶液體積。

β-淀粉酶活力=總淀粉酶活力-α-淀粉酶活力

（2）

α-淀粉酶活力測定方法：利用β-淀粉酶不耐熱的特性，將樣品溶液在70 ℃下水浴15 min，使得β-淀粉酶鈍化而測定α-淀粉酶的酶活性。

1.2.3 發芽糙米中總淀粉、直鏈淀粉、支鏈淀粉含量測定。采用文獻[10-11]的方法測定，全波段掃描法測定直鏈淀粉和支鏈淀粉的最大吸收波長分別是614和544 nm，根據等吸收點作圖法確定直鏈淀粉的測定波長λ1（614 nm）和參比波長λ2（473 nm）；支鏈淀粉的測定波長λ3（544 nm）和參比波長λ4（728 nm）。

1.2.4 發芽糙米中還原糖和總糖含量測定[12-13]。采用3，5-二硝基水楊酸（DNS）比色法測還原糖和總糖含量。

1.3 數據處理 所有試驗重復測定至少3次，取其平均值。采用SPSS分析軟件進行數據統計分析，不同處理組間顯著性采用Duncan法，相關性分析采用Pearson相關系數進行分析；P<0.05表示有顯著性差異。

2 結果與分析

2.1 糙米發芽過程中酶活力變化 α-淀粉酶是谷類種子發芽過程中形成的主要淀粉酶，在干稻谷種子中一般不含或含量甚微，發芽后由于赤霉素的誘導作用，酶活力逐漸升高[14]；而β-淀粉酶主要位于谷物糊粉層中，在發芽過程中，β-淀粉酶得以活化從而使活性先由低變高，再由高變低，到達最高點后受到底物質量濃度的影響而逐漸降低[15]。糙米發芽過程中2種酶活力變化如圖1所示，在發芽前期，即0～12 h，淀粉酶活力變化緩慢，總淀粉酶和β-淀粉酶活力在發芽24 h后開始顯著上升（P<0.05），48 h后酶活力達到最大值，其β-淀粉酶活力和總淀粉酶活力分別比對照組增加了48.14%和58.56%，其后酶活力略微降低，60 h酶活力降低不顯著；糙米中的α-淀粉酶活力相對于β-淀粉酶活力值較低，但是其在糙米發芽12 h后顯著增加，并且在隨后的60 h發芽過程中一直呈現顯著增加的趨勢，發芽60 h的糙米α-淀粉酶活力相對于對照組增加了10.03倍，達8.39 U/g。

2.2 糙米發芽過程中淀粉含量的影響 淀粉是稻米的主要成分，主要有直鏈淀粉和支鏈淀粉2種，二者比例對淀粉特性有重要影響。直鏈淀粉和支鏈淀粉含量一直作為評定米質的重要指標，其比例是決定稻米蒸煮食味品質的主要因素之一，影響著稻米的糊化和老化，對米飯的質地和色澤起決定性作用[16]。糙米發芽過程中淀粉含量的變化如表1所示，隨著發芽時間的延長，糙米中淀粉含量呈顯著降低趨勢，其中直鏈淀粉含量在發芽24 h時顯著降低（P<0.05），發芽60 h的糙米中直鏈淀粉含量相對于對照組降低了45.43%；支鏈淀粉含量在發芽12 h以后顯著降低，并呈現持續降低趨勢，發芽60 h的糙米淀粉其支鏈淀粉含量比對照組降低了37.81%。

2.3 糙米發芽過程中還原糖和總糖含量變化 糙米發芽過程中還原糖和總糖含量變化如圖2所示，還原糖和總糖含量呈現先增加后降低的趨勢，在36 h達到最大值。其中還原糖含量在0～36 h呈顯著增加趨勢（P<0.05），36 h達39.32 mg/g，36～60 h呈顯著降低趨勢（P<0.05），60 h時含量降低至25.94 mg/g；總糖含量在0～36 h呈顯著增加趨勢，36 h達62.92 mg/g （P<0.05），36～60 h呈顯著降低趨勢（P<0.05），60 h時含量降低至42.71 mg/g。還原糖和總糖的含量降低可能是在糙米發芽后期，隨著根芽的不斷生長，根芽和葉芽呼吸作用日益旺盛，消耗了大量的碳水化合物，其消耗量大于淀粉酶水解產生的糖，從而導致糙米中糖分含量的降低[17]。

2.4 糙米發芽過程中淀粉酶活力與代謝產物含量的相關性分析 對糙米發芽過程中淀粉酶活力與代謝產物含量進行相關性分析，結果如表2所示。發芽時間與直鏈、支鏈淀粉含量呈極顯著負相關（P<0.01），與淀粉酶活力、還原糖和總糖含量呈極顯著正相關（P<0.01），說明隨著發芽時間的延長，淀粉酶活力顯著增強，淀粉被酶解為還原糖和非還原性糖，總糖含量也隨之增加。谷物類種子在發芽初期，α-淀粉酶是將不溶的淀粉顆粒轉變成可溶性糖的主要酶，其首先將淀粉粒降解為支鏈、麥芽糊精等，隨后在β-淀粉酶的協同作用下，淀粉最終被降解為麥芽糖和小分子量的糊精[18]。

3 結論

發芽使得糙米中總淀粉酶活力和β-淀粉酶活力先上升、后下降，α-淀粉酶活力上升；總淀粉、直鏈淀粉及支鏈淀粉含量均顯著降低；還原糖和總糖含量先增加、后降低。其中，總淀粉酶和β-淀粉酶活力在糙米發芽48 h時達到高峰，還原糖和總糖含量在發芽36 h時最高；發芽60 h的糙米與對照組相比，總淀粉含量降低了39.35%，直鏈淀粉含量降

低了45.43%，支鏈淀粉含量降低了37.81%。

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