徐航丹,胡廣林,熊先清,龐錦偉

(熱帶生物資源教育部重點實驗室,海南大學(xué),材料與化工學(xué)院,海南?？?570228)

硫酸鋅溶液浸泡對紅香糙米萌發(fā)、鋅積累量及其他營養(yǎng)成分的影響

徐航丹,胡廣林,熊先清,龐錦偉

(熱帶生物資源教育部重點實驗室,海南大學(xué),材料與化工學(xué)院,海南?？?570228)

采用不同濃度硫酸鋅溶液(0～250 mg/L)對紅香糙米浸泡12 h,用二次水萌發(fā)24 h后,測定了紅香糙米發(fā)芽率、鋅積累量、GABA(γ-氨基丁酸)、蛋白質(zhì)及維生素C含量。結(jié)果表明:(25～250 mg/L)硫酸鋅浸泡條件下,發(fā)芽紅香糙米對鋅有著較高的積累量,與未發(fā)芽紅香糙米相比,鋅含量提高了355%～1225%,參考RDA鋅日推薦攝入量,(25～100 mg/L)硫酸鋅浸泡處理下的富鋅發(fā)芽紅香糙米即可滿足人日鋅攝入量要求；(0～250 mg/L)硫酸鋅浸泡條件下,發(fā)芽紅香糙米中營養(yǎng)成分GABA、蛋白質(zhì)及維生素C含量與未發(fā)芽紅香糙米相比,分別提高了134%～291%,9%～28%,131%～176%；(0～100 mg/L)硫酸鋅范圍內(nèi)最適合紅香糙米發(fā)芽、GABA的積累,100 mg/L硫酸鋅處理下蛋白質(zhì)、維生素C積累量達到最高；綜合發(fā)芽率、鋅膳食補充量及營養(yǎng)成分積累量,最適宜的硫酸鋅浸泡濃度應(yīng)在為100 mg/L。

紅香糙米,鋅,蛋白質(zhì),γ-氨基丁酸,維生素C

鋅是人體健康必需的微量元素,人類許多疾病如侏儒癥、糖尿病等疾病都與缺鋅有關(guān)[1-2],特別是兒童缺鋅嚴重影響生長發(fā)育和智力成長[3-4]。據(jù)報道,世界上至少有1/3的人群缺乏鋅[5],世界范圍內(nèi)普遍存在著飲食中鋅攝入量不足,因此提高膳食中的鋅含量,是補充鋅營養(yǎng)的方法之一。目前,提高膳食中鋅含量的方法之一是通過鋅培養(yǎng)液對谷物及豆類進行浸泡并萌發(fā),培育出富鋅谷物或豆類發(fā)芽制品[6]。已有Yanyan Wei等人采用硫酸鋅對普通糙米浸泡并萌發(fā),研究硫酸鋅溶液對發(fā)芽糙米鋅含量及其他營養(yǎng)成分的影響,并成功研制出營養(yǎng)價值高的富鋅發(fā)芽糙米[7]。

糙米作為稻谷除去穎果皮后的一種形態(tài),具有生命活力,經(jīng)催芽處理能萌發(fā);糙米發(fā)芽后不僅口感大大提升,還能產(chǎn)生多種具有促進人體健康和防治疾病作用的成分,已有研究表明,糙米萌發(fā)后,水溶性蛋白,游離氨基酸,維生素C,γ-氨基丁酸等營養(yǎng)物質(zhì)含量得到較大的提高。紅香米是香米的一種特殊品種,素有“藥谷”的美譽,與普通稻米相比,富含較多的蛋白質(zhì)、類黃酮、生物堿、鐵、鋅等有益人體健康的營養(yǎng)物質(zhì)[8-9],紅香糙米為僅脫去谷殼保留其他部分的紅香米。

本文采用不同濃度硫酸鋅浸泡紅香糙米并用二次水萌發(fā),研究不同濃度硫酸鋅浸泡處理下紅香糙米萌發(fā)過程中鋅富集量及營養(yǎng)物質(zhì)變化規(guī)律,旨在找出合適的硫酸鋅處理濃度,培育出營養(yǎng)價值更高的富鋅糙米,為膳食補充鋅營養(yǎng)領(lǐng)域提供一種新來源。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

紅香糙米 品種為陜西洋縣朱鹮五彩稻米,購自陜西洋縣黑米名特作物技術(shù)開發(fā)部；楊樹葉標準物質(zhì)(GBW07604)；γ-氨基丁酸 99%思艾特；蕓香葉苷 BR國藥集團化學(xué)試劑有限公司；牛血清蛋白蛋白,BR考馬斯亮藍G-250 上海伯奧生物科技有限公司；硝酸、過氧化氫為GR級試劑；其余試劑均為AR級試劑；實驗用水均為二次水。

火焰原子吸收分光光度計 TAS-99北京普析通用儀器有限公司；TU-1901雙光束紫外可見分光光度計 北京普析通用儀器有限公司；CP-ST50A恒溫培養(yǎng)箱 長沙長錦科技有限公司；101B數(shù)顯式電熱恒溫干燥箱 余姚市遠東數(shù)控儀器廠;DL-5-B型離心機 上海安亭科學(xué)儀器廠；DF-101S集熱式磁力加熱攪拌器 金壇市城東新瑞儀器廠；HH-S2電熱恒溫水浴鍋 海南新衛(wèi)醫(yī)藥有限公司；JL-180DTH超聲波消毒儀 上海杰理科技有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 發(fā)芽紅香糙米樣品的制備 選取顆粒完整、顏色均勻、無蟲眼紅香糙米若干克用1%次氯酸鈉(v/v)消毒30 min,用二次水清洗三次后,分別用0,25,50,100,150,200,250 mg/L的硫酸鋅溶液(m/v)于恒溫培養(yǎng)箱中浸泡12 h(浸泡溫度為33 ℃),再避光萌發(fā)24 h(萌發(fā)溫度為35 ℃,期間每隔4h噴淋二次水1次)。硫酸鋅浸泡處理每個濃度設(shè)三個平行,糙米達到萌發(fā)時間后,用二次水清洗三次,于(50±5)℃恒溫干燥箱干燥6 h,用粉碎機磨成干粉,過50目篩,置于樣品袋中備用。鮮樣洗凈后濾紙擦干,勻漿定容至100 mL,離心后取上層清液10 mL置于錐形瓶中等待滴定。

1.2.2 紅香糙米發(fā)芽率的測定 紅香糙米浸泡12 h,萌發(fā)24 h后從培養(yǎng)箱取出,計算發(fā)芽率。

發(fā)芽率(%)=萌發(fā)24h后紅香糙米發(fā)芽數(shù)/每個平行供試紅香糙米數(shù)×100

1.2.3 發(fā)芽紅香糙米中營養(yǎng)成分的測定 GABA含量的測定 參照陳恩成[10]的方法,于645 nm處測其吸光度；蛋白質(zhì)含量的測定 考馬斯亮藍法[11]測定發(fā)芽紅香糙米中水溶性蛋白含量,于595 nm下測其吸光度。維生素C含量的測定 2,6-二氯靛酚滴定法(GB6195-86)[12]。

1.2.4 鋅含量的測定 稱取0.1 g發(fā)芽紅香糙米干粉于高壓密封消解罐內(nèi)杯中,加入2.5 mL濃HNO3預(yù)消解12 h后,加入0.75 mL H2O2,組裝好高壓密封消解罐,于160 °C電熱恒溫干燥箱中消解4 h,冷卻至室溫后,用二次水定容至100 mL,制得樣品消解液,采用原子吸收分光光度法測定發(fā)芽紅香糙米中鋅含量。

1.3 標準曲線方程及數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 17.0軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析,數(shù)據(jù)結(jié)果表示為平均值(標準偏差(n=3)。采用Duncan多重比較法對平均數(shù)間進行差異顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 各待測項目標準曲線方程及相關(guān)系數(shù)

由表1可知,三種待測項目工作曲線的相關(guān)系數(shù)r均大于0.9990,說明標準曲線線性良好。

表1 各待測項目標準曲線方程及相關(guān)系數(shù)

2.2 不同濃度硫酸鋅對紅香糙米發(fā)芽率的影響

浸泡處理是發(fā)芽糙米制備中大都采取的前處理,它有利于糙米的萌發(fā),但大多是用清水進行浸泡[13]。本研究以二次水浸泡處理為空白對照,以硫酸鋅溶液濃度為考察因素,探究硫酸鋅溶液浸泡處理對紅香糙米發(fā)芽率的影響,如圖1所示。不同濃度硫酸鋅溶液對糙米發(fā)芽率的影響不同,其中,低濃度硫酸鋅(25～100 mg/L)時紅香糙米發(fā)芽率在(87.3%～90.6%)范圍內(nèi)波動,隨著硫酸鋅溶液濃度的增加(>100 mg/L),糙米發(fā)芽率卻顯著低于對照處理(p<0.05),濃度250 mg/L時發(fā)芽率達到最低值73.6%,這可能與高濃度鋅抑制種子萌發(fā)有關(guān)[14],金屬對植物種子的萌發(fā)一般認為存在較低濃度的刺激效應(yīng)和較高濃度的抑制效應(yīng)[15]。從發(fā)芽率得出浸泡時較適宜硫酸鋅濃度應(yīng)該在(0～100 mg/L)范圍內(nèi)。

圖1 不同濃度硫酸鋅浸泡處理對紅香糙米發(fā)芽率的影響(n=3)Fig.1 Effect of ZnSO4 Supply Level on the Germination Rates of fragrant red brown rice(n=3)注:不同英文字母表示數(shù)據(jù)存在顯著差異(p<0.05 Ducan檢驗，圖2～圖5同)。

2.3 不同濃度硫酸鋅對發(fā)芽紅香糙米中GABA的影響

由圖2可以看出,不同濃度硫酸鋅溶液浸泡處理后發(fā)芽紅香糙米中GABA含量變化顯著(p<0.05)；與未發(fā)芽紅香糙米中GABA含量(10 mg/100g)相比,硫酸鋅浸泡后GABA含量增加了134%～291%,硫酸鋅濃度在(0～100 mg/L)范圍內(nèi),GABA含量為(35.34～39.14 mg/100g),GABA含量在0 mg/L時達到最高值39.14 mg/100g,這與之前文獻報導(dǎo)糙米及有色糙米在浸泡后萌發(fā)過程中可以提高GABA含量大體一致[15],GABA含量增加是由于紅香糙米萌發(fā)過程中L-谷氨酸脫氫酶的激活促進了L-谷氨酸分解成GABA和二氧化碳[16]；當硫酸鋅濃度(>100 mg/L)時,GABA含量逐漸降低,當硫酸鋅濃度達到250 mg/L時,GABA含量達最低值23.38 mg/100g,這可能是由于L-谷氨酸脫氫酶的活性與種子的萌發(fā)率及生長高度相關(guān),高鋅濃度對種子的萌發(fā)有抑制作用,進而對L-谷氨酸脫氫酶的產(chǎn)生有著不利影響[17-18]。從GABA含量的積累得出浸泡時較適宜硫酸鋅濃度應(yīng)該在(0～100 mg/L)范圍內(nèi)。

圖2 不同濃度硫酸鋅浸泡處理對發(fā)芽紅香糙米中GABA的影響(n=3)Fig.2 Effect of ZnSO4 Supply Level on the GABA Content of germinated fragrant red brown rice(n=3)

2.4 不同濃硫酸鋅對發(fā)芽紅香糙米中蛋白質(zhì)的影響

由圖3可以看出,不同濃度硫酸鋅溶液浸泡處理后發(fā)芽紅香糙米中蛋白質(zhì)含量變化顯著(p<0.05)；與未發(fā)芽糙米中蛋白質(zhì)94.6 mg/g相比,硫酸鋅溶液浸泡處理后發(fā)芽紅米中蛋白質(zhì)含量增加了9%～28%；硫酸鋅濃度在(0～100 mg/L)范圍內(nèi),蛋白質(zhì)含量為(103.4～121.1 mg/g),在100 mg/L達到最大值121.1 mg/g；當硫酸鋅濃度(>100 mg/L)時,蛋白質(zhì)含量逐漸下降,在濃度250 mg/L達到最低值104.7 mg/g,結(jié)果顯示低濃度范圍的鋅能促進植物體內(nèi)蛋白質(zhì)的合成,但鋅濃度繼續(xù)增加時,蛋白質(zhì)含量反而降低,這是因為鋅是RNA聚合酶活動的必須元素,鋅可阻止核糖核酸作用于核蛋白RNA,在適量鋅的條件下,核糖核酸妹的活性下降,提高了RNA核糖體的水平,結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)和功能蛋白質(zhì)又重新合成,蛋白質(zhì)含量增加。鋅在高濃度時提高了核糖核酸酶活性,導(dǎo)致蛋白質(zhì)含量減少[19-21]。從蛋白質(zhì)含量的積累得出出浸泡時最適宜硫酸鋅濃度應(yīng)為100 mg/L。

圖3 不同硫酸鋅濃度處理對發(fā)芽紅香糙米中蛋白質(zhì)的影響(n=3)Fig.3 Effect of ZnSO4 Supply Level on the Protein Content of germinated fragrant red brown rice(n=3)

2.5 不同濃硫酸鋅對發(fā)芽紅香糙米中維生素C的影響

由圖4可以看出,與未發(fā)芽紅香糙米中維生素C 0.074 mg/100g相比,硫酸鋅溶液浸泡處理后發(fā)芽紅香糙米中維生素C含量增加了131%～176%,發(fā)芽過程維生素C的含量顯著增加,這是由于發(fā)芽期間內(nèi)部參與物質(zhì)代謝的酶類隨之產(chǎn)生或活化,使機體內(nèi)物質(zhì)代謝不斷增強,參與維生素C合成代謝的酶類也隨之增強,從而維生素C含量大幅度增加[22]。硫酸鋅濃度在(0～250 mg/L)范圍內(nèi),維生素C含量均高于0 mg/L硫酸鋅條件下紅香糙米中維生素C含量,表明一定范圍內(nèi)鋅能促進維生素C的合成,硫酸鋅溶液濃度在100 mg/L時維生素C積累量最高,為12.26 mg/100g。從維生素C含量的積累得出浸泡時最適宜硫酸鋅濃度應(yīng)為100 mg/L。

圖4 不同硫酸鋅濃度處理對發(fā)芽紅香糙米中維生素C的影響(n=3)Fig.4 Effect of ZnSO4 Supply Level on the Vitamin C Content of germinated fragrant red brown rice(n=3)

2.5 鋅元素在紅香糙米中富集量

由圖5可以看出,不同濃度硫酸鋅溶液浸泡處理后發(fā)芽紅香糙米中鋅含量變化顯著(p<0.05)；與未發(fā)芽糙米相比,0 mg/L硫酸鋅處理下紅糙米中鋅含量有所下降,這是因為紅香糙米中礦質(zhì)元素鋅、鐵大多數(shù)存在于紅米色素中,去離子水浸泡過程紅糙米色素部分流失,導(dǎo)致鋅含量有所下降；與未發(fā)芽糙米相比,硫酸鋅濃度在(25～250 mg/L)范圍內(nèi),紅香糙米中鋅含量提高了355%～1225%,表明硫酸鋅浸泡處理可以顯著提高紅香糙米中鋅含量,實驗結(jié)果外源鋅濃度與紅香糙米中鋅積累量的相關(guān)系數(shù)為(r=0.972),顯著性水平為(<0.01),說明鋅在紅香糙米中積累量與硫酸鋅濃度高度相關(guān),鋅的積累可能是由于鋅離子穿過糙米糊粉層通過籽粒背部維管束滲透到糙米胚乳中[23]。參考鋅日推薦攝入量RDA(10 mg/day～15 mg mg/day)和糙米日攝入量(50～100 g/day),推算(25～100 mg/L)濃度浸泡處理的紅香發(fā)芽糙米(116.2～171.5 mg/kg)均可滿足人日鋅攝入量的要求。

圖5 不同硫酸鋅濃度處理發(fā)芽紅香糙米中鋅富集量(n=3)Fig.5 Zn concentration in the germinated fragrant red brown rice treated with different rates of ZnSO4(n=3)

3 結(jié)論

與未發(fā)芽紅香糙米相比,0 mg/L硫酸鋅濃度(二次水)浸泡萌發(fā)過程中GABA、蛋白質(zhì)、維生素C含量顯著提高,表明二次水浸種萌發(fā)過程可以提升紅香糙米營養(yǎng)價值；25～100 mg/L硫酸鋅濃度浸種并用二次水萌發(fā)過程,GABA含量變化不大,而蛋白質(zhì)及維生素C含量逐漸升高,表明一定濃度范圍內(nèi)鋅可以促進紅香糙米中部分營養(yǎng)物質(zhì)的積累,對營養(yǎng)物質(zhì)的合成有積極響應(yīng)作用。

綜上可知,不同濃度硫酸鋅溶液浸泡對紅香糙米發(fā)芽率、鋅及營養(yǎng)成分含量的積累均有顯著影響(p<0.05)。其中,25～250 mg/L硫酸鋅濃度可以顯著提高發(fā)芽紅香糙米中鋅含量,與未發(fā)芽糙米相比,鋅含量增加了355%～1225%；0～250 mg/L硫酸鋅濃度范圍內(nèi),與未發(fā)芽糙米相比,GABA、蛋白質(zhì)及維生素C含量分別增加了134%～291%、9%～28%、131%～176%；0～100 mg/L硫酸鋅濃度范圍最適宜紅香糙米發(fā)芽、GABA積累,0 mg/L硫酸鋅濃度GABA積累達最高值,100 mg/L硫酸鋅濃度蛋白質(zhì)(121.1 mg/g)及維生素C(12.26 mg/100g)積累達最高值,25～100 mg/L硫酸鋅浸泡處理的富鋅發(fā)芽紅香糙米可滿足人日鋅攝入量要求；結(jié)果表明,硫酸鋅浸泡及二次水萌發(fā)過程中,紅香糙米鋅含量及營養(yǎng)價值得到顯著提高,富鋅發(fā)芽紅香糙米可以考慮作為一種膳食補鋅的食物新來源,綜合發(fā)芽率、營養(yǎng)物質(zhì)積累量及鋅膳食補充量,100 mg/L硫酸鋅為最適宜浸泡濃度。

[1]劉哲華. 鋅對人體健康影響的研究進展[J]. 微量元素與健康研究,2000,04:72-73.

[2]張永鑫,王人民,孫曉梅,等. 富鋅水稻——改善人類鋅營養(yǎng)的新途徑[J]. 上海農(nóng)業(yè)學(xué)報,2006,21(4):120-123.

[3]林曉明,田偉,郭燕梅,龍珠,沈小毅,王峙. 北京山區(qū)學(xué)齡兒童機體鋅狀況及血清鋅水平分析[J]. 中國兒童保健雜志,2002,04:227-229.

[4]邱清權(quán),張勇,熊玉寶,等. 缺鋅對兒童健康的影響[J]. 廣東微量元素科學(xué),2011,18(2):14-18.

[5]Hotz C,Brown K H. Assessment of the risk of zinc deficiency in populations and options for its control[M]. International nutrition foundation:for UNU,2004.

[6]鄒濤. 富鋅大豆芽菜的生物強化培育及其鋅生物利用性研究[D]. ?？?海南大學(xué),2013.

[7]Wei Y,Shohag M J I,Wang Y,et al. Effect of zinc sulfate fortification in germinated brown rice on seed zinc concentration,bioavailability,and seed germination[J]. Journal of agricultural and food chemistry,2012,60(7):1871-1879.

[8]王麗華,葉小英,李杰勤,等. 黑米,紅米的營養(yǎng)保健功效及其色素遺傳機制的研究進展[J]. 種子,2006,25(5):50-54.

[9]孫志棟,張方鋼,林波,等. 有色米營養(yǎng)成分,功能性作用及遺傳特性[J]. 食品工業(yè),2014,35(002):224-226.

[10]陳恩成,張名位,彭超英,等. 比色法快速測定糙米中γ-氨基丁酸含量研究[J]. 中國糧油學(xué)報,2006,21(1):125-128.

[11]傅維,呂曉玲,孫勇民,等. 黑米發(fā)芽過程維生素 B2 及可溶性蛋白含量變化[J]. 食品研究與開發(fā),2013,33(10):35-38.

[12]李潤豐,趙希艷,高亞弟. 2,6-二氯靛酚反滴定法測定紅色果蔬中還原型VC[J]. 營養(yǎng)學(xué)報,2012,05:507-509.

[13]吳鳳鳳. 發(fā)芽對糙米主要營養(yǎng)成分、生理功效和加工特性的影響[D].無錫:江南大學(xué),2013.

[14]黃建韶,楊明毅,張洪. 富含 γ 氨基丁酸發(fā)芽糙米生產(chǎn)工藝的研究[J]. 山西食品工業(yè),2005(1):2-5.

[15]宗憲春,宗燦華,王書臻,范勝男. 鋅脅迫對虞美人種子萌發(fā)的影響[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2011,33:20371-20372.

[16]Wei Y,Shohag M J I,Ying F,et al. Effect of ferrous sulfate fortification in germinated brown rice on seed iron concentration and bioavailability[J]. Food chemistry,2013,138(2):1952-1958.

[17]Moongngarm A,Saetung N. Comparison of chemical compositions and bioactive compounds of germinated rough rice and brown rice[J]. Food Chemistry,2010,122(3):782-788.

[18]Maisont S,Narkrugsa W. The effect of germination on GABA content,chemical composition,total phenolics content and antioxidant capacity of Thai waxy paddy rice[J]. Kasetsart Journal,2010,44(5):912-923.

[19]Ohtsubo K,Suzuki K,Yasui Y,et al. Bio-functional components in the processed pre-germinated brown rice by a twin-screw extruder[J]. Journal of Food Composition and Analysis,2005,18(4):303-316.

[20]虞華芳,汪志君,方維明. 鋅在麥芽中富集研究及對麥芽生理生化特性的影響[J]. 現(xiàn)代食品科技,2005,01:1-5.

[21]虞華芳,汪志君,方維明. 不同鋅處理對麥芽富鋅的影響[J]. 食品與發(fā)酵工業(yè),2005,04:69-73.

[22]于立梅,鐘惠曾,于新,曾曉房. 大豆發(fā)芽過程中營養(yǎng)成分變化規(guī)律的研究[J]. 中國糧油學(xué)報,2010,08:19-22.

[23]Prom-u-thai C,Rerkasem B,Cakmak I,et al. Zinc fortification of whole rice grain through parboiling process[J]. Food Chemistry,2010,120(3):858-863.

Effect of different concentrations of ZnSO4in fragrant red brown rice on seed germination,Zn concentration and other nutrient content

XU Hang-dan,HU Guang-lin,XIONG Xian-Qing,PANG Jin-Wei

(Key Laboratory of Tropical Biological Resources of Ministry of Education,Hainan University Materials and Chemical Engineering,Haikou Hainan 570228,China)

Fragrant red brown rice was soaked for 12 h by different concentrations of ZnSO4(0～250 mg/L),then germinated for 24 h with deionized water. Germination rates,concentration of Zn,GABA(γ-aminobutyric acid),protein and Vitamin C content of fragrant red brown rice was determined. The results showed that compared with nongerminated fragrant red brown rice,germinated fragrant red brown rice could enrich high amount of Zn when the concentration of ZnSO4between(25～250 mg/L),the content of Zn in red brown rice increased by 355%～1225%.The concentration of ZnSO4between(25～100 mg/L)could meet RDA of Zn. Compared with nongerminated fragrant red brown rice,when the concentration of ZnSO4between(0～250 mg/L),the content of GABA,protein and Vitamin C increased by 134%～291%,9%～28%，131%～176% respectively. The concentrations of ZnSO4(0～100 mg/L)was appropriate for red brown rice germination,GABA accumulation.,100 mg/L ZnSO4was the most suitable concentration for protein and Vitamin C accumulation. Considering germination rates,RDA of Zn and nutrient content,the most suitable concentration of ZnSO4could be 100 mg/L.

fragrant red brown rice;Zn;protein;GABA;Vitamin C

2014-10-27

徐航丹(1989-)，女，在讀碩士研究生，主要從事食品微量營養(yǎng)素與天然產(chǎn)物化學(xué)等方面研究,E-mail：15120759391@163.com。

*通訊作者:胡廣林(1976-)，男，博士，教授，主要從事微生物元素與天然產(chǎn)物化學(xué)研究,E-mail: glhu@hainu.edu.cn。

2014國家自然科學(xué)基金項目(31460390)。

TS218

A

1002-0306(2015)17-0000-00

10.13386/j.issn1002-0306.2015.17.000