一种双重胁迫萌发制备发芽糙米的方法与流程

本发明涉及一种双重胁迫萌发制备发芽糙米的方法，属于谷物加工领域。

背景技术：

发芽糙米是将糙米在一定的条件下进行发芽得到的全谷物食品。与精米相比，发芽糙米富含gaba和膳食纤维等多种营养成分，其gaba含量通常是精米的5倍以上。gaba是一种非蛋白质功能性氨基酸，具有镇静神经、抗焦虑、改善记忆和睡眠等多种生理功能。

目前传统的浸泡式发芽糙米制备技术普遍存在发芽周期长、出芽率较低、gaba富集效果不太理想等问题，影响了发芽糙米的食用和加工品质，限制了发芽糙米的食品化利用和工业化发展。胁迫萌发是指在种子发芽过程中，通过物理、化学等手段改变种子萌发的环境条件，利用种子的应激反应增加其内源酶活性，进而促进发芽的一种方法。常见的胁迫萌发方式主要为通气、高/低温处理、低氧、反复浸种、金属离子溶液浸泡等方式。

通气胁迫是通过增加浸泡液的含氧量促进芽体生长的一种胁迫方式，可以缩短发芽周期，但是如果在糙米的发芽过程中进行全程通气处理会导致芽体生长过快而影响发芽糙米的食用和加工品质。一些金属离子能与种子中的内源酶结合进而影响其活性，有研究表明ca²⁺、zn²⁺等金属离子能激活糙米中的谷氨酸脱羧酶(gad)，促进gaba的产生。此外，fe²⁺也能提高糙米的发芽率和抗氧化性。可见，不同的胁迫处理方式会对糙米萌发带来不同的影响。目前，胁迫萌发的方式大都是采用单一的胁迫萌发，采用两种或两种以上胁迫的方法较少，不能有效解决传统浸泡式发芽糙米制备过程中发芽周期长、出芽率较低、gaba富集效果不太理想等问题。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种分别在浸泡后期和发芽后期进行两段式通气处理，并在浸泡和发芽全程采用复合金属离子(ca²⁺和zn²⁺)处理的双重胁迫萌发的方法。本发明可以大幅度的提高发芽糙米中的gaba含量，并缩短发芽时间、提高发芽率。

本发明的第一个目的是提供一种双重胁迫萌发制备发芽糙米的方法，所述方法是采用两段式通气和复合金属离子处理糙米。

在本发明一种实施方式中，所述两段式通气是在浸泡后期和发芽后期进行两次通气处理。

在本发明一种实施方式中，所述复合金属离子处理是采用含有ca²⁺和zn²⁺两种金属离子复配的溶液进行处理。

在本发明一种实施方式中，以稻谷为原料，包括以下步骤：

(1)稻谷的前处理；

(2)糙米的浸泡；

(3)糙米的胁迫萌发；

(4)发芽结束，干燥后即得到发芽糙米；

其中，步骤(2)和(3)中采用两段式通气和复合金属离子处理。

在本发明一种实施方式中，所述步骤(1)的操作方法为：选取发芽力强的稻谷种子，经过砻谷、除杂后，挑选出饱满的带胚籽粒，于4℃储藏待用。

在本发明一种实施方式中，所述步骤(1)还包括发芽前糙米的消毒，即将糙米置于容器中，加入浓度为0.5～1％(v/v)的次氯酸钠溶液，浸泡20～40min后，用去离子水冲洗数遍，沥干水分待用；糙米和次氯酸钠溶液的用量比(g：ml)为1：(1-2)。

在本发明一种实施方式中，所述步骤(2)的操作方法为：将沥干水分的糙米置于一定体积的容器中，同时放置多个气泵泵头于容器底部，添加高浓度复合金属离子浸泡液，开始浸泡；当浸泡时间达到7～10h后，打开气泵的开关，向浸泡液中鼓入新鲜的空气，通气量设为0.1～1.0l/min；通气2～5h后关闭气泵，浸泡阶段共持续12h。

在本发明一种实施方式中，步骤(2)中所述高浓度复合金属离子浸泡液含有20～50mmol/lca²⁺和5～15mmol/lzn²⁺，浸泡液的添加量与糙米的用量比(ml：g)为(4～5)：(2～3)。浸泡过程采用的金属离子浓度为高浓度，浸泡的目的是使糙米种子吸水复苏。

在本发明一种实施方式中，所述步骤(3)的操作方法为：将浸泡结束的糙米用去离子水冲洗数遍，洗净后沥干；继续将洗净的糙米置于容器中，添加低浓度复合金属离子浸泡液后，将容器置于20～30℃水浴中开始糙米的胁迫萌发，每隔10～15h更换一次浸泡液；当萌发至20～24h后，打开气泵的开关，向浸泡液中鼓入新鲜的空气，通气量设为1.0～2.0l/min，通气6～10h后关闭气泵并停止萌发，发芽阶段共持续30h。

在本发明一种实施方式中，步骤(3)中所述低浓度复合金属离子浸泡液含有5～10mmol/lca²⁺和2～5mmol/lzn²⁺，浸泡液体积与糙米质量的比(ml：g)为(1～2)：1。发芽过程中采用低浓度金属离子溶液浸泡起到的作用是维持金属离子的胁迫环境，浸泡过程采用高浓度金属离子是为了加速向糙米内部渗透。

在本发明一种实施方式中，所述步骤(4)的操作方法为：将发芽结束的糙米用去离子水清洗数遍，沥干后平铺于托盘中，置于45～55℃的烘箱中干燥4～6h；干燥结束后的成品即为双重胁迫萌发的发芽糙米。

本发明的第二个目的是提供一种上述方法制备得到的发芽糙米。

本发明的第三个目的是提供一种发芽糙米在主食和制备米制品、乳制品、冷冻食品、酿酒、饮料、保健、医疗方面的应用。

本发明有益的技术效果：

本发明以稻谷为原料，采用在浸泡后期和发芽后期进行两段式通气处理并在浸泡和发芽全程进行复合金属离子(ca²⁺和zn²⁺)浸泡处理的方式进行双重胁迫萌发，此方法一方面能大幅度增加gaba含量，另一方面可以大大缩短糙米的发芽周期，提高糙米的发芽率。

与传统的浸泡发芽方式相比，采用本发明的两段式通气处理的方式，既能在糙米的浸泡后期提供低浓度的氧气，有利于糙米前期的复苏，提高发芽率，又能够在发芽后期为糙米的呼吸提供充足的氧含量，促进芽体的生长，缩短发芽周期，此外，由于通气时间得到控制，所以不会造成芽体过长进而严重影响发芽糙米的食用品质和加工品质。除此之外，糙米萌发的温度(20～30℃)是微生物繁殖的适宜温度，当糙米代谢达到一定程度时，也为微生物的生长提供了物质基础。一旦浸泡液中的氧含量较低，兼性厌氧型微生物就可进行发酵作用产酸，因此在发芽后期进行通气处理还能有效抑制微生物的无氧发酵，保证发芽糙米的品质。

在本发明中，糙米在浸泡和发芽阶段采用不同浓度的复合金属离子(ca²⁺和zn²⁺)浸泡液，既能加快浸泡阶段糙米的吸水速率，确保糙米籽粒充分吸水与酶活力的迅速恢复，又能在发芽阶段维持一定的金属离子浓度，提升gad的酶活，促进gaba的产生。复合金属离子的胁迫作用是通过调节gad的活力实现富集gaba的。在糙米浸泡阶段，ca²⁺和zn²⁺随着水分渗入种子内部到达胚芽，与gad的蛋白结构域结合，进而提升gad的活力。相比于单一的金属离子胁迫而言，本发明采用的两种金属离子具有显著的协同增效作用，二者的共同存在可以增加金属离子与蛋白结构域的结合率，进一步增强gad的活性。因此，在浸泡和发芽全程采用复合金属离子(ca²⁺和zn²⁺)胁迫对gaba的富集效果最佳。

本发明通过对通气和复合金属离子处理两种胁迫手段的合理组合与优化，达到了显著的协同增效作用，能有效缩短糙米的发芽周期，提高发芽率，并大大提升发芽糙米中的gaba含量。采用本发明提供的方法能缩短6～8h的发芽时间，即发芽30h的芽长(0.2cm左右)可达到传统浸泡发芽36～38h的效果，且发芽率增加2％左右，发芽糙米中gaba含量比传统浸泡式的发芽糙米提升150％左右。

附图说明

图1为本发明以稻谷为原料的两段式通气处理与复合金属离子浸泡处理的双重胁迫萌发制备发芽糙米的工艺流程图。

具体实施方式

以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解实施例是为了更好地解释本发明，不用于限制本发明。

1、gaba含量的测定

本方法采用高效液相柱前衍生法进行测定。将糙米磨粉，过60目筛，将未过筛部分与过筛部分混合。称取1.0g糙米粉(精确到0.0001g)于50ml离心管中，加入10ml体积分数为5％的三氯乙酸，超声提取30min，在漩涡混匀器上振荡2min，静置5min后于5000r/min离心5min。上清液转移至25ml容量瓶，样品残渣再用10ml5％的三氯乙酸溶液提取一次，合并两次提取液，定容至25ml，摇匀，待衍生化。

在进行液相测试前进行衍生化反应，设置柱前衍生程序：准确吸取提取液2.0μl，缓冲液31.0μl，opa衍生液4.0μl，超纯水4.0μl，抽取20次，进入梯度洗脱。

高效液相的测试条件为：色谱柱为c18柱，流动相a为0.04mol/l的乙酸钠溶液(ph7.2)，流动相b为甲醇、乙腈和水(v/v/v＝2∶2∶1)，洗脱时间38min，柱温40℃，检测波长为436nm，进样量为10μl，流速为1.0l/min。

2、糙米发芽率的测定

糙米发芽率的测定在干燥之前进行，随机取样并称取25g样品，对其进行发芽颗粒数与全部颗粒数的清数，发芽率由发芽数与全部籽粒数的比值确定，即发芽率＝发芽颗粒数/全部糙米颗粒数。

3、发芽糙米芽长的测定

随机取50粒发芽糙米籽粒，使用游标卡尺测量每个籽粒的芽长，然后计算平均值作为芽长，数值以cm为单位进行表示。

实施例1：

1、将水稻种子砻谷、除杂后，挑选饱满的带胚籽粒，即为糙米。

2、称取300g糙米，放入1000ml烧杯中，加入400ml浓度为0.5％(v/v)的次氯酸钠溶液，在室温条件下浸泡40min。浸泡结束后，用去离子水清洗糙米数遍，沥干待用。

3、将糙米转移至烧杯中，同时放置2个气泵泵头于糙米底部，加入500ml复合金属离子浸泡液(50mmol/l氯化钙、15mmol/l硫酸锌)，开始浸泡。浸泡9h后打开气泵开关，使气泵向浸泡液中鼓入新鲜的空气，通气量设为1.0l/min。通气3h后关闭气泵，浸泡结束。

4、将浸泡结束的糙米用去离子水冲洗数遍后沥干，添加400ml复合金属离子浸泡液(10mmol/l氯化钙、5mmol/l硫酸锌)后，将容器置于30℃水浴中开始糙米的胁迫萌发。每隔12h更换一次浸泡液。当萌发至20h后，打开气泵的开关，向浸泡液中鼓入新鲜的空气，通气量设为2.0l/min，通气10h后关闭气泵并停止萌发，发芽阶段共持续30h。

5、将糙米用去离子水清洗数遍后沥干，平铺于托盘中，置于55℃的烘箱中进行干燥4h，得到双重胁迫萌发的发芽糙米成品1。

制备的发芽糙米的gaba含量、发芽率与芽长的测定结果参见表1。

实施例2：

1、将水稻种子砻谷、除杂后，挑选饱满的带胚籽粒，即为糙米。

2、称取200g糙米，放入1000ml烧杯中，加入300ml浓度为0.5％(v/v)的次氯酸钠溶液，在室温条件下浸泡20min。浸泡结束后，用去离子水清洗糙米数遍，沥干待用。

3、将糙米转移至烧杯中，同时放置2个气泵泵头于糙米底部，加入400ml复合金属离子浸泡液(20mmol/l氯化钙、5mmol/l硫酸锌)，开始浸泡。浸泡7h后打开气泵开关，使气泵向浸泡液中鼓入新鲜的空气，通气量设为0.1l/min。通气5h后关闭气泵，浸泡结束。

4、将浸泡结束的糙米用去离子水冲洗数遍后沥干，添加300ml复合金属离子浸泡液(5mmol/l氯化钙、2mmol/l硫酸锌)后，将容器置于30℃水浴中开始糙米的胁迫萌发。每隔12h更换一次浸泡液。当萌发至24h后，打开气泵的开关，向浸泡液中鼓入新鲜的空气，通气量设为1.0l/min，通气6h后关闭气泵并停止萌发，发芽阶段共持续30h。

5、将糙米用去离子水清洗数遍后沥干，平铺于托盘中，置于45℃的烘箱中进行干燥6h，得到双重胁迫萌发的发芽糙米成品2。

制备的发芽糙米的gaba含量、发芽率与芽长的测定结果参见表1。

实施例3：

1、将水稻种子砻谷、除杂后，挑选饱满的带胚籽粒，即为糙米。

2、称取250g糙米，放入1000ml烧杯中，加入350ml浓度为0.5％(v/v)的次氯酸钠溶液，在室温条件下浸泡30min。浸泡结束后，用去离子水清洗糙米数遍，沥干待用。

3、将糙米转移至烧杯中，同时放置2个气泵泵头于糙米底部，加入450ml复合金属离子浸泡液(35mmol/l氯化钙、10mmol/l硫酸锌)，开始浸泡。浸泡10h后打开气泵开关，使气泵向浸泡液中鼓入新鲜的空气，通气量设为0.5l/min。通气2h后关闭气泵，浸泡结束。

4、将浸泡结束的糙米用去离子水冲洗数遍后沥干，添加350ml复合金属离子浸泡液(7.5mmol/l氯化钙、3.5mmol/l硫酸锌)后，将容器置于30℃水浴中开始糙米的胁迫萌发。每隔12h更换一次浸泡液。当萌发至22h后，打开气泵的开关，向浸泡液中鼓入新鲜的空气，通气量设为1.5l/min，通气8h后关闭气泵并停止萌发，发芽阶段共持续30h。

5、将糙米用去离子水清洗数遍后沥干，平铺于托盘中，置于50℃的烘箱中进行干燥5h，得到双重胁迫萌发的发芽糙米成品3。

制备的发芽糙米的gaba含量、发芽率与芽长的测定结果参见表1。

对比例1：省略通气和金属离子处理

1、将水稻种子砻谷、除杂后，挑选饱满的带胚籽粒，即为糙米。

2、称取300g糙米，放入1000ml烧杯中，加入400ml浓度为0.5％(v/v)的次氯酸钠溶液，在室温条件下浸泡40min。浸泡结束后，用去离子水清洗糙米数遍，沥干待用。

3、将糙米转移至烧杯中，加入500ml去离子水，开始浸泡，12h后沥干，浸泡结束。

4、将浸泡结束的糙米用去离子水冲洗数遍后沥干，添加400ml去离子水后，将容器置于30℃水浴中开始糙米的发芽，每隔12h更换一次去离子水，发芽阶段共持续36h。

5、将糙米用去离子水清洗数遍后沥干，平铺于托盘中，置于55℃的烘箱中进行干燥4h，得到未胁迫萌发的发芽糙米成品4，作为对照样。

制备的发芽糙米的gaba含量、发芽率与芽长的测定结果参见表1。

对比例2：采用全程通气+复合金属离子处理

将实施例1中的两段式通气替换成全程通气，其他条件或者参数与实施例1一致，具体步骤如下：

1、将水稻种子砻谷、除杂后，挑选饱满的带胚籽粒，即为糙米。

2、称取300g糙米，放入1000ml烧杯中，加入400ml浓度为0.5％(v/v)的次氯酸钠溶液，在室温条件下浸泡40min。浸泡结束后，用去离子水清洗糙米数遍，沥干待用。

3、将糙米转移至烧杯中，同时放置2个气泵泵头于糙米底部，加入500ml复合金属离子浸泡液(50mmol/l氯化钙、15mmol/l硫酸锌)，开始浸泡；打开气泵开关，使气泵向浸泡液中鼓入新鲜的空气，通气量设为1.0l/min。通气12h后关闭气泵，浸泡结束。

4、将浸泡结束的糙米用去离子水冲洗数遍后沥干，添加400ml复合金属离子浸泡液(10mmol/l氯化钙、5mmol/l硫酸锌)后，将容器置于30℃水浴中开始糙米的胁迫萌发；打开气泵的开关，向浸泡液中鼓入新鲜的空气，通气量设为2.0l/min，每隔12h更换一次浸泡液，发芽阶段共持续30h。

5、将糙米用去离子水清洗数遍后沥干，平铺于托盘中，置于55℃的烘箱中进行干燥4h，得到双重胁迫萌发的发芽糙米成品5。

制备的发芽糙米的gaba含量、发芽率与芽长的测定结果参见表1。

对比例3：采用两段式通气+单一金属离子处理

将实施例1中的复配金属离子处理替换成等量的钙离子单一处理，其他条件或者参数与实施例1一致，具体步骤如下：

1、将水稻种子砻谷、除杂后，挑选饱满的带胚籽粒，即为糙米。

2、称取300g糙米，放入1000ml烧杯中，加入400ml浓度为0.5％(v/v)的次氯酸钠溶液，在室温条件下浸泡40min。浸泡结束后，用去离子水清洗糙米数遍，沥干待用。

3、将糙米转移至烧杯中，同时放置2个气泵泵头于糙米底部，加入500ml钙离子浸泡液(65mmol/l氯化钙)，开始浸泡。浸泡9h后打开气泵开关，使气泵向浸泡液中鼓入新鲜的空气，通气量设为1.0l/min。通气3h后关闭气泵，浸泡结束。

4、将浸泡结束的糙米用去离子水冲洗数遍后沥干，添加400ml钙离子浸泡液(15mmol/l氯化钙)后，将容器置于30℃水浴中开始糙米的胁迫萌发。每隔12h更换一次浸泡液。当萌发至20h后，打开气泵的开关，向浸泡液中鼓入新鲜的空气，通气量设为2.0l/min，通气10h后关闭气泵并停止萌发，发芽阶段共持续30h。

5、将糙米用去离子水清洗数遍后沥干，平铺于托盘中，置于55℃的烘箱中进行干燥4h，得到双重胁迫萌发的发芽糙米成品6。

制备的发芽糙米的gaba含量、发芽率与芽长的测定结果参见表1。

对比例4：采用两段式通气+复合金属离子处理

将实施例1步骤(3)和(4)中的复配金属离子处理浓度调整成一致，其他条件或者参数与实施例1一致，具体步骤如下：

1、将水稻种子砻谷、除杂后，挑选饱满的带胚籽粒，即为糙米。

2、称取300g糙米，放入1000ml烧杯中，加入400ml浓度为0.5％(v/v)的次氯酸钠溶液，在室温条件下浸泡40min。浸泡结束后，用去离子水清洗糙米数遍，沥干待用。

3、将糙米转移至烧杯中，同时放置2个气泵泵头于糙米底部，加入500ml复合金属离子浸泡液(50mmol/l氯化钙、15mmol/l硫酸锌)，开始浸泡。浸泡9h后打开气泵开关，使气泵向浸泡液中鼓入新鲜的空气，通气量设为1.0l/min。通气3h后关闭气泵，浸泡结束。

4、将浸泡结束的糙米用去离子水冲洗数遍后沥干，添加400ml复合金属离子浸泡液(50mmol/l氯化钙、15mmol/l硫酸锌)后，将容器置于30℃水浴中开始糙米的胁迫萌发。每隔12h更换一次浸泡液。当萌发至20h后，打开气泵的开关，向浸泡液中鼓入新鲜的空气，通气量设为2.0l/min，通气10h后关闭气泵并停止萌发，发芽阶段共持续30h。

5、将糙米用去离子水清洗数遍后沥干，平铺于托盘中，置于55℃的烘箱中进行干燥4h，得到双重胁迫萌发的发芽糙米成品7。

制备的发芽糙米的gaba含量、发芽率与芽长的测定结果参见表1。

表1不同发芽糙米的品质测定结果

实施例1-3采用两段式通气与复合金属离子处理，gaba含量均高于39.00mg/100g，发芽率高于92.00％，芽长也在0.200cm以内。对比例1中，省略通气和金属离子，此时的gaba含量仅为17.12mg/100g，发芽率为89.89％，芽长为0.190cm。对比例2中采用全程通气与复合金属离子处理，gaba达到44.21mg/100g，发芽率为94.32％，但是芽长达到0.586cm，这比目前行业里市售的发芽糙米产品的芽长长了很多，江苏省地方标准db32/t2309-2013《发芽糙米通用规范》中也曾对发芽糙米的芽长进行了限定，限定在0.2cm以内，发芽糙米的芽长过长会显著降低其食用和加工品质，这也是市售产品芽长较短的原因；若通过缩短全程通气发芽的时间从而控制芽长在0.2cm以内，发芽糙米中的gaba含量显著下降，为28.00mg/100g，gaba的生成不仅受gad的酶活力影响，也受发芽时间影响，所以缩短发芽时间会大幅度降低gaba的含量。对比例3中，采用两段式通气与单一的金属离子(ca²⁺)处理，相比于实施例1而言，gaba含量下降显著，为30.56mg/100g，可见zn²⁺和ca²⁺的协同效应对gaba的影响还是非常显著的。对比例4中，将浸泡阶段和发芽阶段的金属离子浓度保持一致，辅以两段式通气，gaba含量也低于实施例1，为34.78mg/100g，可见在发芽期间采用高浓度的复合金属离子并没有益处，无法促进gaba的进一步积累，因此，在浸泡阶段与发芽阶段复合金属离子溶液浓度需存在一定的浓度差。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。