房子舒，吳偉莉，倪 軍，陳歷水，丁慶波

（中糧營養(yǎng)健康研究院品牌食品研發(fā)中心，北京 102209）

γ-氨基丁酸在糙米制品中的富集和應用

房子舒，吳偉莉，倪 軍，陳歷水，丁慶波

（中糧營養(yǎng)健康研究院品牌食品研發(fā)中心，北京 102209）

通過介紹糙米中γ-氨基丁酸的主要代謝途徑，綜述提高發(fā)芽糙米中γ-氨基丁酸含量的方法以及富γ-氨基丁酸發(fā)芽糙米產(chǎn)品的研究與利用現(xiàn)狀，并分析發(fā)芽糙米需要解決的問題和發(fā)展前景。

糙米；γ-氨基丁酸；糙米產(chǎn)品

0 引言

糙米是稻谷經(jīng)過礱谷去除穎殼后留下的產(chǎn)物，由皮層、糊粉層、胚乳和胚組成。在大米的精加工過程中，由于人們過于追求“精”與“白”，占糙米營養(yǎng)64%的種皮和胚芽在加工過程中損失掉，導致營養(yǎng)的大量流失。糙米的胚和糊粉層中富集有生理活性很高的VE、亞油酸、米糠蛋白、米胚蛋白、γ-氨基丁酸（Gamma-amino butyric acid，GABA）、六磷酸肌醇、谷胱甘肽、γ-谷維素等［1］，其中糙米中GABA的含量是大米中的3倍以上。

GABA是一種四碳非蛋白質(zhì)氨基酸，廣泛存在于動物、植物和微生物中，是一種抑制性神經(jīng)傳導物質(zhì)，1950年被首次發(fā)現(xiàn)，在調(diào)節(jié)神經(jīng)元興奮度上起著鎮(zhèn)定興奮的作用［2］。研究表明，GABA具有降血壓、降低膽固醇、增強記憶力、促進睡眠、生長激素分泌、酒精代謝，以及抗焦慮、癲癇、肥胖［3］等多種有益的保健功能。正是由于其顯著的生理功效，近些年來被人們越來越重視。發(fā)芽糙米的GABA含量非常高，因此這種具有藥食同源功效的天然食材在市場中的表現(xiàn)也非常搶眼。日本學者和市場對GABA糙米的研究和利用非常深入，我國則起步較晚。因此，本文旨在對糙米中GABA的富集技術以及國內(nèi)外糙米產(chǎn)品的開發(fā)進展進行總結，為今后富GABA糙米的制備和產(chǎn)品開發(fā)提供指導。

1 GABA的生物代謝途徑

GABA合成的主要途徑是L-谷氨酸（L-Glu）脫羧而成，該反應由L-谷氨酸脫羧酶催化，在某些情況下GABA可由鳥氨酸和丁二氨轉(zhuǎn)化而來，但這些物質(zhì)都是由Glu生成，另一途徑是多胺降解途徑。在高等植物正常生長條件下，其植物組織中GABA的含量通常為0.3～32.5 μmol/g［4］。當植物體受到冷凍、機械損傷、熱刺激、鹽脅迫、缺氧、浸泡和酸化等逆境脅迫或植物激素作用時，植物體內(nèi)GAD酶被激活，從而促進GABA的大量富集［5］。

2 糙米中GABA的富集技術

由此可得，研究者可以通過GABA的生物代謝途徑結合傳統(tǒng)植物富集技術制作富GABA糙米制品，這些方法都十分有效。各種影響GABA富集的因素如下。

不同稻谷中的GABA含量差異很大，有研究表明，GABA含量相差7倍之多，不同GABA含量的稻谷脫殼成糙米后，其發(fā)芽后GABA的富集量也大不一樣。還有報道稱，我國南方秈米比北方粳米的GABA生成能力強，而含量最高的是一種巨胚米，其GABA含量在54 mg/100 g［6］。除此之外，中國水稻研究所的黃大年通過生物技術，選育出高L-谷氨酸脫羧酶活性的突變株，其精米比一般水稻品種高5～6倍。劉行丹等人［7］還對雜交水稻糙米發(fā)芽前后GABA含量的變化進行了研究，認為雜交稻谷比常規(guī)稻谷可能具有更高的GABA含量。

2.2.1 浸泡溫度和時間

糙米中谷氨酸脫羧酶的活性直接影響GABA的富集，2014年Oh S H［8］研究發(fā)現(xiàn)，浸泡發(fā)芽可促進糙米GABA含量的積累。不同的浸泡溫度和時間會很大程度上影響糙米的發(fā)芽率。袁建等人［9］認為浸泡溫度30℃，浸泡時間13 h比較好。這與郭曉娜等人［10］在2003年的浸泡溫度20℃，浸泡時間12 h有所不同。

2.2.2 浸泡pH值

浸泡pH值對糙米中GABA的積累有很大影響。愛巖認為，谷氨酸脫羧酶的最適pH值為5.9；研究證明谷氨酸脫羧酶的活性在pH值5.0～6.0活性最高，相對酶活在85%以上。大部分研究認為，pH值5.5的效果最好［11］。GABA與丙酮酸轉(zhuǎn)氨酶的最適pH值為8.9，所以在微酸環(huán)境更利于GABA的積累［12］。

糙米發(fā)芽率的多少和發(fā)芽程度的大小是影響GABA積累的重要指標，同時要控制發(fā)芽過程中不要生根，這會消耗掉發(fā)芽積累的GABA。江湖等人［13］在研究富GABA糙米的過程中，分析了4種因素對GABA含量的影響模型，結果表明發(fā)芽過程中培養(yǎng)溫度對GABA含量的積累最為重要，他認為培養(yǎng)溫度36℃，培養(yǎng)時間16.7 h較為合適。馬濤等人［14］則采用發(fā)芽溫度37.5℃，發(fā)芽時間28 h，GABA含量可達94.6 mg/100 g。這與江南大學孟祥勇［15］研究的發(fā)芽糙米31℃，發(fā)芽時間25 h不太一樣。這可能是因為谷氨酸脫羧酶在這段時間的活性較強，且溫度過高，易滋生微生物的原因。

2.4.1 Ca2+/CaM對GABA富集的影響

植物體內(nèi) Ca2+與其受體蛋白——鈣調(diào)節(jié)素（CaM）結合而啟動生物效應，Ca2+增多，有利于形成有活性的酶Ca2+與CaM復合體。Baum G等人［16］認為與GABA合成密切相關的谷氨酸脫羧酶是一個CaM結合蛋白，可被Ca2+和CaM激活，積累大量的GABA。因此，在植物組織浸泡發(fā)芽過程中加入適當濃度的Ca2+可增加GABA的積累量。袁建等人［9］認為，CaCl2濃度達到3.5 mmol/L時GABA含量最大。耿程欣等人［17］則認為，10 mmol/L是最適濃度。

2.4.2 L-Glu對GABA含量的影響

高等植物和動物體內(nèi)L-谷氨酸在谷氨酸脫羧酶的作用下生成GABA。因此，在培養(yǎng)液中加入適量多的L-Glu，相當于增加了谷氨酸脫羧反應的底物濃度，增加了GABA的積累量。也有一種說法，即L-Glu含量增多可使GABA支路中碳流量增加，并調(diào)節(jié)谷氨酸脫羧酶的活性［18］。試驗中除使用L-谷氨酸外，還經(jīng)常使用谷氨酸鈉。孟祥勇［15］認為隨著谷氨酸鈉的增加，GABA呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢，2.0 mg/mL時GABA含量最大。與肖君榮［19］的研究結果相似。

2.4.3 其他成分及影響因素

磷酸吡哆醛（Pyridoxal phosphate，PLP）也可顯著影響谷氨酸脫羧酶活力，從而影響GABA的生成［20］。VB6是磷酸吡哆醇、PLP及磷酸吡哆胺的復合物，也同樣可以激活谷氨酸脫羧酶活性。但耿程欣等人［17］認為VB6不是最主要的影響因素，小于CA2和pH值。VB6濃度為2 mmol/L時達到最大。

在研究富硒糙米的過程中，何榮等人［21］發(fā)現(xiàn)隨著硒質(zhì)量濃度的升高，GABA含量呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢。當其質(zhì)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倍；相應的結論在王傳梁等人［22］的研究中也得到印證。

此外，肖君榮［19］還研究了其他金屬離子對谷氨酸脫羧酶活性的影響，結果表明Mg2+，Al3+，Zn2+，Mn2+，乙二胺四乙酸（EDTA）對酶的活力無明顯影響，Na+和K+對酶的活力稍有抑制，而十二烷基硫酸鈉對酶活力的抑制最強，Ca2+對酶活力具有促進作用。鄭藝梅［23］很新穎地研究了殼聚糖對發(fā)芽糙米中GABA含量的影響，結果表明殼聚糖浸泡糙米可以顯著提高GABA含量，以0.5%的效果最好，具體機理有待進一步研究。

高等植物在逆境脅迫下，GABA能起到應激信號的作用，其積累可顯著提高植物的抗逆性。鹽脅迫可升高擬南芥的GABA含量［24］，冷脅迫可催化人參細胞中的谷氨酸脫羧酶活性［25］。同時，厭氧脅迫已被證實能顯著提高水稻、番茄、煙草以及粟谷中的GABA含量。丁俊胄等人［26］認為CO2的促進效果明顯優(yōu)于N2（p＜0.05），且在發(fā)芽66～72 h期間處理效果最好，比未處理的發(fā)芽糙米高出460 mg/100 g（干基）。此外，高壓處理也可增加糙米中的GABA含量［27］。

糙米發(fā)芽過程中，GABA含量的多少和糙米體內(nèi)谷氨酸脫羧酶的數(shù)量及活性有直接關系。為了更加便捷地提高GABA含量，馬曉博［28］利用海藻酸鈉固定化糙米米糠的谷氨酸脫羧酶，并得到最佳固定化條件。除此之外，還可通過添加外源酶來提高發(fā)芽糙米的GABA含量。比如Saikusa T等人［29］在浸泡液中添加了木聚糖酶和纖維素酶，其糙米GABA含量高且營養(yǎng)豐富。國內(nèi)學者張燕［30］認為，纖維素酶可以使GABA含量提高1倍。這是因為纖維素酶可以使糙米的皮層松散，使得糙米內(nèi)部GABA相關合成酶可以充分與底物接觸，提高酶活。

3 富GABA糙米制品的現(xiàn)狀

糙米中保留了稻米中大部分營養(yǎng)成分與生理活性物質(zhì)，日本及歐美等國非常重視對它的加工和利用。早在1996年，注重稻米深加工的日本就推出了富含GABA的米胚制品。如今，越來越多的發(fā)芽糙米產(chǎn)品上市，其產(chǎn)品形式也多種多樣。

發(fā)芽糙米一般呈干燥狀態(tài)真空包裝，于常溫或制成冷凍塊狀保存，可直接作為食用米飯。發(fā)芽糙米在日本已經(jīng)獲得了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，GABA含量較糙米高出了2倍，較白米高出了7倍，價格是糙米的2倍。Saikusa T等人［11］研究表明，發(fā)芽糙米中的GABA含量最高可達400 mg/100 g；我國鄭州工程學院郭曉娜等人［10］優(yōu)化了發(fā)芽糙米的發(fā)芽條件，GABA含量可達47.1 mg/100 g；北京華通康源科技有限公司和湖南文理學院楊明毅等人［31］開發(fā)了糙米發(fā)芽一體化設備，研究了糙米發(fā)芽的工藝條件。我國目前已有市售的發(fā)芽糙米，淘寶網(wǎng)店瑞古安隆公司的發(fā)芽糙米GABA含量為33.12 mg/100 g。

發(fā)芽糙米粉是將發(fā)芽糙米磨成粉狀制得的產(chǎn)品。將其熟化后可添加于面粉中制作面包、餃子皮和糕點食品等，更適于嬰幼兒和老人食用。江南大學張暉等授權專利一種富含GABA米胚芽粉的制備方法和應用。金增輝［32］通過膨化法改善了糙米粉復水時銹結的問題，并研究了全糙米粉的制作工藝。孫雨茜等人［33］則研究了以發(fā)芽糙米粉、發(fā)芽玉米粉和發(fā)芽大豆粉為主要原料的復合配方，并利用膨化技術開發(fā)了營養(yǎng)全面、口感細膩和沖調(diào)性好的高GABA發(fā)芽營養(yǎng)粉。李次力等人［34］在制作發(fā)芽糙米面包時發(fā)現(xiàn)，發(fā)芽糙米粉對產(chǎn)品感官品質(zhì)的影響最大，其糕點添加量一般為10%。

發(fā)芽糙米也可做為釀酒原料，與其他水果或者原料糧食一起進行發(fā)酵。日本人就發(fā)明了一種以發(fā)芽糙米為原料的清淡型清酒和蒸餾酒，其酒精含量在17%以上，風味獨特、香味醇厚，且氨基酸和酸度都較高［35］。

與此同時，發(fā)芽糙米還可與牛奶（或奶粉）一起，以微生物發(fā)酵為主要途徑制成功能性發(fā)酵糙米奶。我國袁輝［36］等人就研究了以發(fā)芽糙米和牛奶為原料，利用乳酸菌發(fā)酵的酸米奶，受到口感、發(fā)酵難度和營養(yǎng)功效等多方面因素的影響，確定最終比例為糙米粉添加量5%，牛奶添加量40%，乳酸菌接種量0.006%，42℃發(fā)酵5 h。

除此之外，焙炒發(fā)芽糙米經(jīng)微生物發(fā)酵還可制作米芽醋，米芽醋富含氨基酸、礦物質(zhì)和GABA［6］。糙米酵素在日本最近很流行，其GABA含量是未發(fā)酵前的8倍，我國袁周率等人［37］對其進行了詳細的研究。發(fā)芽糙米還可用來制作醬湯等風味保健食品，比如日本那卡公司生產(chǎn)的2款富含營養(yǎng)醬汁。

發(fā)芽糙米經(jīng)過磨粉、膨化、酶解、調(diào)漿后可制成富含GABA的發(fā)芽糙米谷物飲料，如金增輝［38］利用富含GABA和GSH的米胚芽為基料制作了幾款功能型飲料，有沖調(diào)型速溶粉、沖調(diào)型泡騰片和沖調(diào)型袋泡茶等。目前，上海克里斯汀食品有限公司已將GABA胚芽乳投放中國華東市場，其GABA含量宣稱可達到30 mg/100 g。焙煎的發(fā)芽糙米，添加綠茶或紅茶可制成口感獨特、營養(yǎng)豐富的發(fā)芽糙米茶。

很多休閑食品都可利用富GABA發(fā)芽糙米制成，如發(fā)芽糙米餅干、發(fā)芽糙米魔芋、發(fā)芽糙米年糕，甚至果凍和冰激凌以及發(fā)芽糙米凍米糖等。此外，還可利用發(fā)芽糙米的活性提取物開發(fā)了預防老年癡呆的脯安酰內(nèi)肽酶抑制劑。

4 展望及未來

我國的糙米發(fā)芽技術尚處于起步階段，生理生化方面的γ-氨基丁酸變化規(guī)律尚未完全研究透徹。今后可從培育高γ-氨基丁酸水稻品種和深入研究富集技術等方面進行入手，篩選出高γ-氨基丁酸含量的水稻品種和富集方法。同時，富GABA發(fā)芽糙米在食用口感和加工利用方面也有提升的空間。適當酶解糙米原料可以改善糙米制品在食用時的粗糙感，纖維素酶和淀粉酶都是不錯的選擇。此外，對富GABA發(fā)芽糙米制品的生理功效研究也是十分有價值的。

富GABA發(fā)芽糙米制品大大提升了糙米的營養(yǎng)價值和商業(yè)價值，其深度開發(fā)的產(chǎn)品在保健食品領域和主食市場將會扮演重要角色，為人類健康事業(yè)添磚加瓦。

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This paper introduces the main metabolic pathway of γ-amino butyric acid in brown rice，review the improve of sprouted brown rice in γ-amino butyric acid concentration method and the utilization of rich in γ-amino butyric acid sprouted brown rice products.Finally，the problems and development prospects of sprouted brown rice are summarized.

brown rice；GABA；brown rice products

1671-9646（2016）09a-0050-04

TQ914

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2016.09.017

2016-07-22

房子舒（1990— ），女，碩士，工程師，研究方向為農(nóng)產(chǎn)品加工及天然產(chǎn)物提取。