富含γ-氨基丁酸萌芽米生产工艺条件优化研究

吾建祥，杨德毅，楼宇涛，施南芳

富含γ-氨基丁酸萌芽米生产工艺条件优化研究

吾建祥，杨德毅，楼宇涛，施南芳

（浙江省金华市农产品质量综合监督检测中心，浙江金华 321000）

应用响应面分析法优化糙米生产γ-氨基丁酸工艺条件，高含量γ-氨基丁酸萌芽米生产的最佳条件为浸泡时间9.1 h，催芽时间14.7 h，发芽温度28.03℃，在此条件下γ-氨基丁酸含量为48.1 mg/100 g。

萌芽米；γ-氨基丁酸；响应面；生产工艺

萌芽米是糙米经过发芽之后，保留胚芽、皮糠层的稻米制品。萌芽米在改善糙米膨胀性和吸水性方面较差，风味口感不好，炊煮时间也较长，但可明显提高生理活性。萌芽米中富含的γ-氨基丁酸（GABA）、谷胱甘肽、谷维素和阿魏酸等超出精白米数倍，具有促进人体健康和提高人体免疫力的功效，得到了消费者的认可[1]。糙米发芽后形成萌芽米，糙米中的淀粉类物质在淀粉酶作用下转化成糖类，植酸在植酸酶作用下水解产生肌醇，纤维素类经纤维素酶解后形成易被人体消化吸收的膳食纤维，特别是谷氨酸在谷氨酸脱羧酶的作用下生成γ-氨基丁酸[2-3]。萌芽米中γ-氨基丁酸等活性物质含量的多少，直接影响产品的营养品质[4-5]。

试验以糙米为原料制备γ-氨基丁酸，研究萌芽米浸泡时间、催芽时间、发芽温度对萌芽米中γ-氨基丁酸含量的影响，应用响应面分析法优化萌芽米生产工艺条件，为萌芽米工业化生产提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

稻米（金早47），浙江省金华市农业科学研究院选育。

1.2 方法与步骤

1.2.1 糙米的制备及筛选

用砻谷机将金早47砻壳后得到糙米，过筛，去异色、虫蛀粒、除霉变、空壳、无胚米及石头等杂质，含胚糙米整米率约98%。

1.2.2 糙米发芽工艺

清洗→浸泡→催芽→灭酶→干燥→检验→成品。

1.2.3 糙米样品清洗

称取糙米样品20份，每份50 g。自来水冲洗3遍，每次10 min，洗去表面的糠粉和灰尘，沥水20 min，再用纯净水冲洗3遍，每次10 min。

1.2.4 样品浸泡

清洗好的糙米样品用30目尼龙网包好，6份为1组，共5组，分别放在5个恒温水浴箱中浸泡，分别设定发芽温度为25，28，31，34，37℃，浸泡时间设定为3，6，9，12，15 h，各组样品在不同恒温培养箱中培养催芽，保持相对湿度95%，培养温度与浸泡温度相一致。

1.2.5 样品制备

在催芽4，8，12，16，20，24 h后，取样，在80℃热水中灭酶10 min，置于55℃恒温干燥箱中干燥24 h，密封置于冰箱中保存备用。

1.2.6 测定方法

前处理方法依据食品中牛磺酸的测定（GB/T 5009.169—2003），γ-氨基丁酸检测方法依据食品中氨基酸的测定（GB/T 5009.124—2003）。

1.2.7 单因素试验设计

以糙米浸泡时间（A）、催芽时间（B） 和发芽温度（C）为试验影响变量，分别测定萌芽米中γ-氨基丁酸含量。

1.2.8 响应面试验设计

根据单因素试验确定各因素的取值水平范围，以糙米浸泡时间（A）、催芽时间（B） 和发芽温度（C） 为自变量，每个因素取3个水平（-1，0，1），以萌芽米的γ-氨基丁酸含量为响应值，设计响应面试验。

萌芽米响应面因素与水平设计见表1。

表1 萌芽米响应面因素与水平设计

1.2.9 数据处理

采用Design Expert 8.05b软件分析。

2 结果与分析

2.1 浸泡时间对萌芽米中γ-氨基丁酸含量的影响

设定糙米的催芽时间为16 h，发芽温度为28℃，在浸泡时间分别为3，6，9，12，15 h时取样测定。

浸泡时间对γ-氨基丁酸含量的影响见图1。

图1 浸泡时间对γ-氨基丁酸含量的影响

由图1可知，萌芽米中γ-氨基丁酸含量先随浸泡时间的延长而升高，当浸泡时间为9 h时，γ-氨基丁酸的含量最高，为36.56 mg/100 g；随着浸泡时间继续延长，γ-氨基丁酸含量呈逐渐降低趋势，到12 h时γ-氨基丁酸降低明显；在12～15 h时，γ-氨基丁酸含量呈微升趋势，但含量差异不明显，这可能与γ-氨基丁酸的水溶性有关。试验可知，糙米在催芽时间16 h，发芽温度28℃的条件下，γ-氨基丁酸含量最佳的浸泡时间是9 h。

2.2 发芽温度对萌芽米中γ-氨基丁酸含量的影响

试验设定催芽时间16 h，浸泡时间9 h，在发芽温度分别为25，28，31，34，37℃时取样测定。

发芽温度对γ-氨基丁酸含量的影响见图2。

图2 发芽温度对γ-氨基丁酸含量的影响

由图2可知，萌芽米中γ-氨基丁酸含量在糙米发芽温度为31℃之前，呈增长趋势；28℃时含量最高，为37.18 mg/100 g。糙米发芽温度继续升高，γ-氨基丁酸含量下降明显，在发芽温度34～37℃，萌芽米中γ-氨基丁酸含量下降速度趋于平缓。可能发芽温度升高，糙米浸泡吸水过快，破坏细胞的结构，导致营养物质流失，生成γ-氨基丁酸的底物减少，导致含量降低。试验可知，在浸泡时间、催芽时间一定的条件下，γ-氨基丁酸含量最佳的发芽温度是28℃。

2.3 催芽时间对萌芽米中γ-氨基丁酸含量的影响

试验设定浸泡时间9 h，发芽温度28℃，在催芽时间分别为4，8，12，16，20，24 h时取样测定。

催芽时间对γ-氨基丁酸含量的影响见图3。

图3 催芽时间对γ-氨基丁酸含量的影响

由图3可知，糙米浸泡后的发芽过程中，在催芽时间为16 h之前，随着催芽时间的延长，萌芽米中γ-氨基丁酸含量逐渐升高。在4～12 h时，含量变化明显；到16 h时，萌芽米中γ-氨基丁酸含量最高；16 h之后，含量开始下降。可见，在浸泡时间和发芽温度一定的条件下，最佳的催芽时间是16 h，此时萌芽米中γ-氨基丁酸含量最高。

2.4 响应面法优化萌芽米中γ-氨基丁酸含量最佳工艺条件

2.4.1 响应面模型建立及显著性分析

响应面试验各处理样品γ-氨基丁酸含量测定结果见表2。

应用Design Expert 8.05b软件对表2萌芽米中γ-氨基丁酸的含量进行多元回归拟合，得到萌芽米中γ-氨基丁酸的含量（Y）与培养条件关键控制因素浸泡时间（A）、催芽时间（B） 和发芽温度（C）的二次多项回归方程模型为：

表2 响应面试验各处理样品γ-氨基丁酸含量测定结果

回归模型方差分析见表3。

表3 回归模型方差分析

由表3可知，当模型的Frob.＞F值小于0.000 1，模型极显著。失拟项为0.014 8，在p=0.05的水平上显著，表明该模型显著性好，可以用来分析和预测各工艺条件对γ-氨基丁酸含量结果的影响。从回归模型看，一次项的催芽时间（B）、发芽温度（C）及二次项浸泡时间×催芽时间（AB）、浸泡时间×发芽温度（AC） 对萌芽米中γ-氨基丁酸含量影响显著。从F值可以看出，单因素权重顺序为催芽时间（A） ＞发芽温度（B） ＞浸泡时间（C）；交互项AB，AC对萌芽米中GABA含量影响显著，BC对结果影响不显著。

2.4.2 响应面图分析

利用Design Expert 8.05b软件对二次回归模型进行分析。

浸泡时间与催芽时间的影响面分析见图4，浸泡时间与发芽温度的影响面分析见图5，催芽时间与发芽温度的影响面分析见图6。

图4 浸泡时间与催芽时间的影响面分析

图5 浸泡时间与发芽温度的影响面分析

图6 催芽时间与发芽温度的影响面分析

由图4～图6可知，浸泡时间与催芽时间、发芽温度之间的交互作用极显著，而催芽时间与发芽温度之间的交互作用不显著。其中，在图4中，根据回归分析方程在考查区域内绘制的响应面图发生弯曲，表明因素A，B对γ-氨基丁酸含量的影响是非线性的，存在二次项。随着浸泡时间和催芽时间的增大，γ-氨基丁酸值也在增大，当浸泡时间和发芽时间增加到一定程度时，含量达到顶峰；当浸泡时间和发芽时间继续增加，含量拐头下降，可以取某个适中值，使含量达到最大。同理，从图5、图6可以看出，浸泡时间与发芽温度、催芽时间与发芽温度同样对γ-氨基丁酸的影响是非线性的，存在二次项。可以通过软件优化、模拟得到最佳工艺条件。

2.4.3 最佳条件的确定及验证试验

经过单因素分析和响应面法分析，对工艺流程进行优化后，得到最优γ-氨基丁酸含量萌芽米的工艺条件为浸泡时间9.1 h，催芽时间14.7 h，发芽温度28.03℃。

根据最佳工艺条件进行验证试验，以3组糙米平行对比，萌芽米的γ-氨基丁酸含量为47.4 mg/100 g，与预测值（48.1 mg/100 g）较接近，预测精度为98.46%，说明该模型是合理有效的具有一定实际指导意义。

3 结论

通过响应面法对萌芽米生产条件进行优化，可获得最佳γ-氨基丁酸发芽工艺条件。试验采用金早47作为试验材料，浸泡时间为9.14 h，催芽时间为14.66 h，发芽温度为28.03℃，最佳的γ-氨基丁酸含量为47.4 mg/100 g。据此可建立根据不同水稻品种生产萌芽米的工艺条件数据库，优化最佳高γ-氨基丁酸含量萌芽米生产工艺条件，加快推进萌芽米的工业化、商品化生产。

[1]孙玉侠，谢仁有，李小梅，等.浅说发芽糙米的现状及发展建议 [J].粮食问题研究，2016（4）：22-26.

[2]杨冰，王德华，张金连，等.发芽糙米的应用研究及产业化开发概况 [J].食品研究与开发，2017（6）：218-221.

[3]李飞，隋新，毕丽娜，等.发芽糙米降血糖作用的研究 [J].中国食品添加剂，2016（5）：168-171.

[4]吾建祥，施南芳，楼宇涛.萌芽米中富含γ-氨基丁酸的水稻品种筛选 [J].浙江农业科学，2014（6）：820-822.

[5]吾建祥.萌芽米工厂化生产关键设备及加工工艺研究[J].农产品加工（学刊），2012（6）：116-117，120.◇

Optimization of Processing Conditions for Production of GABA in Germinated Rice

WU Jianxiang，YANG Deyi，LOU Yutao，SHI Nanfang
（Zhejiang Jinhua Comprehensive Quality Supervision and Testing Center of Agricultural Products，Jinhua，Zhejiang 321000，China）

The response surface methodology（RSM） is applied to optimize the process conditions for producing BABA in germinated rice.The best conditions to obtain high content of BABA in germinated rice production is：9.1 h soaking time，germination time 14.7 h，germination temperature of 28.03℃，under this condition，the content of GABA 48.1 mg/100 g.

germinated rice；GABA；response surface methodology；production process

TS213

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2017.09.005

1671-9646（2017） 09a-0018-03

2017-07-10

浙江省农业重大科技专项（2012C12004-2）。

吾建祥（1975— ），男，本科，高级农艺师，研究方向为农产品保鲜加工与质量安全。