雷 月,宮彥龍,鄧茹月,張大雙,劉雪薇,羅秦歡,朱速松

(貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所,貴州貴陽(yáng) 550006)

黑糙米屬全谷粒糙米,因其色素在種皮和谷殼上沉積而形成特有的色澤,營(yíng)養(yǎng)豐富,尤其是米糠層富含酚類(lèi)、各種維生素和氨基酸等[1-2]。相關(guān)研究表明,糙米雖可最大限度保留稻谷中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),但因其存在蒸煮耗時(shí)、食味品質(zhì)不佳、不易消化等缺點(diǎn),較難作為主食適應(yīng)人們的飲食習(xí)慣[3-4]。發(fā)芽糙米是由糙米經(jīng)一定條件處理后,在適當(dāng)溫、濕度下培養(yǎng)發(fā)芽,并經(jīng)滅酶、干燥等工序處理后制成的一種糙米制品[5-6]。糙米在發(fā)芽處理過(guò)程中激活和釋放了多種內(nèi)源酶,并使其從結(jié)合態(tài)轉(zhuǎn)化為游離態(tài),進(jìn)而促使糙米中γ-氨基丁酸、谷維素等生理活性物質(zhì)的富集[7-9]。相對(duì)于糙米原料而言,經(jīng)發(fā)芽后的糙米蒸煮性能、質(zhì)構(gòu)特性和食用品質(zhì)均明顯改善,營(yíng)養(yǎng)價(jià)值得到極大提升[10-11]。

近幾年,以富集發(fā)芽糙米中生物活性成分(尤其是γ-氨基丁酸)為目的,對(duì)糙米發(fā)芽處理工藝的研究主要集中在通過(guò)調(diào)節(jié)糙米浸泡處理?xiàng)l件,如超聲波處理、酶解處理、低溫、低氧、鹽脅迫等逆環(huán)境處理等,從而實(shí)現(xiàn)發(fā)芽糙米生物活性物質(zhì)的富集[12-14]。程威威等[15]探討了選用5種不同的方法分別對(duì)發(fā)芽前的糙米進(jìn)行前處理,發(fā)現(xiàn)臭氧處理對(duì)糙米發(fā)芽率的影響最大,攪拌浸泡處理對(duì)糙米中GABA含量的影響最大。張袆等[16]通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),經(jīng)超聲處理后發(fā)芽糙米GABA累積量和多酚提取量顯著高于普通發(fā)芽糙米累積量和多酚提取量。有學(xué)者分別在低溫脅迫及低溫、低氧儲(chǔ)藏條件下對(duì)發(fā)芽糙米GABA含量的影響進(jìn)行了相關(guān)研究,發(fā)現(xiàn)低溫脅迫及低氧儲(chǔ)藏均有利于糙米發(fā)芽后GABA含量的積累[6,17]。浸泡處理雖能最大限度的保證糙米充分吸水發(fā)芽,但也存在吸水時(shí)間長(zhǎng)、生產(chǎn)效率低等問(wèn)題,且長(zhǎng)時(shí)間浸泡處理不僅會(huì)造成糙米因吸水飽和,使其細(xì)胞結(jié)構(gòu)受損,浸泡液中滋生大量細(xì)菌,還會(huì)導(dǎo)致糙米中水溶性營(yíng)養(yǎng)成分的嚴(yán)重流失。利用酶解處理糙米發(fā)芽雖可有效改善糙米食用品質(zhì),提高糙米營(yíng)養(yǎng)價(jià)值,但因酶具有專(zhuān)一性,故所選酶的種類(lèi)必須依據(jù)糙米皮層粗纖維組分特征適當(dāng)配比,否則將會(huì)制約其酶解效果[18]。逆環(huán)境脅迫處理是當(dāng)前研究較多的處理方式,其中超聲波作用屬于逆境脅迫處理方式之一,有研究表明適當(dāng)強(qiáng)度的超聲波處理可顯著促進(jìn)糙米發(fā)芽前期GABA的富集,對(duì)發(fā)芽中后期富集作用不顯著,糙米發(fā)芽過(guò)程中GABA含量變化主要取決于糙米自身發(fā)芽代謝[19]。

噴霧加濕法主要是通過(guò)一定的時(shí)間間隔連續(xù)的以水霧噴淋的方式對(duì)糙米進(jìn)行加濕吸水發(fā)芽處理,既實(shí)現(xiàn)了糙米發(fā)芽所需的含水量,又可以避免糙米因長(zhǎng)時(shí)間吸水造成的細(xì)胞結(jié)構(gòu)破壞及水溶性營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)大量流失等問(wèn)題,從而在保證糙米充分吸水的情況下，盡可能保留其營(yíng)養(yǎng)組分，同時(shí)提高其生產(chǎn)效率。

目前,已有學(xué)者對(duì)超聲波處理積累發(fā)芽糙米GABA含量及發(fā)芽糙米主要成分變化等做了相關(guān)研究,但是針對(duì)超聲波輔助噴霧加濕法富集發(fā)芽黑糙米生物活性物質(zhì)的研究鮮有報(bào)道。本試驗(yàn)主要是在超聲波作用的基礎(chǔ)上,采用噴霧加濕法進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn),確定富集發(fā)芽黑米生物活性物質(zhì)的最佳工藝參數(shù),旨在為有色發(fā)芽糙米的研發(fā)和精深加工提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

黑糙米 品種名為特濃香,產(chǎn)自貴州省惠水地區(qū)，對(duì)2018年當(dāng)季收獲的黑米稻谷經(jīng)糙米機(jī)脫殼處理后獲得黑糙米,去除病蟲(chóng)霉變粒、不完整粒、沙石雜質(zhì)和秕粒,挑選籽粒飽滿、粒型均勻的糙米,進(jìn)行抽真空包裝并存放于4 ℃冰箱中備用；福林-酚試劑、沒(méi)食子酸標(biāo)準(zhǔn)品、γ-氨基丁酸標(biāo)準(zhǔn)品(純度≥98%) 北京索萊寶科技有限公司;無(wú)水乙醇、次氯酸鈉(有效氯10%)、硼酸、硼砂、重蒸酚、鹽酸、無(wú)水甲醇、無(wú)水碳酸鈉 分析純,國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

FC2K型糙米機(jī) 日本Yamamoto公司;PS-60AL型超聲波清洗機(jī) 上?？崎艑?shí)業(yè)有限公司;電子分析天平 北京賽多利斯科學(xué)儀器有限公司;SX-500型高壓滅菌鍋 基因有限公司;電熱恒溫干燥箱 上海光地儀器設(shè)備有限公司;RXZ智能型人工氣候培養(yǎng)箱 寧波江南儀器廠;臺(tái)式離心機(jī) 美國(guó)Thermo Fisher Scientific公司;T6型紫外可見(jiàn)分光光度儀 北京普析通用儀器有限責(zé)任公司;HF-500A型高速多功能粉碎機(jī) 辰禾盛豐工貿(mào)有限公司;刻度噴壺 貴州博奧瑞杰生物科技有限公司;BCD-216SDN型冰箱 青島海爾股份有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 糙米的預(yù)處理 參考張冬媛等[20]、康文瀚等[21]方法略作改動(dòng)。準(zhǔn)確稱(chēng)取一定量篩選后的黑糙米,用自來(lái)水沖洗米粒表面的糠粉和灰塵等雜質(zhì)并進(jìn)行瀝水后,用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的次氯酸鈉溶液浸泡消毒20 min,次氯酸鈉溶液的加入量以能淹沒(méi)黑糙米為宜,再用蒸餾水漂洗,直至溶液pH為中性,然后將糙米均勻的平鋪在預(yù)先經(jīng)滅菌處理的底部墊有3層滅菌紗布的培養(yǎng)皿中,并蓋上3層滅菌紗布,備用。

1.2.2 發(fā)芽糙米及發(fā)芽糙米粉的制備 將預(yù)處理后的糙米在避光條件下,進(jìn)行超聲波輔助噴霧加濕處理,將處理后的糙米置于人工氣候培養(yǎng)箱中進(jìn)行發(fā)芽培養(yǎng),設(shè)定人工氣候培養(yǎng)箱的條件為:暗光,溫度35 ℃,濕度95%,培養(yǎng)芽長(zhǎng)至0.5～1.0 mm時(shí)終止發(fā)芽,將經(jīng)過(guò)發(fā)芽后的糙米用超純水沖洗2～3遍,瀝水并在75～80 ℃的熱水條件下滅酶10 min,瀝干水分,再將瀝水后的發(fā)芽糙米均勻的平鋪于墊有干燥滅菌紗布的培養(yǎng)皿中,置于40 ℃電熱恒溫干燥箱中烘干至水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為13%～14%左右,即得到發(fā)芽黑糙米。將干燥后的發(fā)芽黑糙米于室溫下通過(guò)高速多功能粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎并過(guò)100目篩,稱(chēng)重并用真空包裝機(jī)封口包裝,置于4 ℃條件下避光保存,備用。

1.2.3 富集發(fā)芽黑糙米生物活性物質(zhì)的單因素實(shí)驗(yàn)

1.2.3.1 超聲功率的選擇 準(zhǔn)確稱(chēng)取10 g篩選后的黑糙米,經(jīng)1.2.1預(yù)處理后,在避光條件下,設(shè)定超聲時(shí)間為90 min,超聲溫度為45 ℃,單次循環(huán)噴霧加濕量為10 mL,間隔時(shí)間為5 min,分別在超聲功率為144、198、252、306、360 W時(shí)對(duì)黑糙米進(jìn)行發(fā)芽前處理,并經(jīng)1.2.2處理后,考察不同超聲功率對(duì)發(fā)芽黑糙米GABA和多酚含量的影響。

1.2.3.2 超聲時(shí)間的選擇 準(zhǔn)確稱(chēng)取10 g篩選后的黑糙米,經(jīng)1.2.1預(yù)處理后,在避光條件下,設(shè)定超聲功率為144 W,超聲溫度為45 ℃,單次循環(huán)噴霧加濕量為10 mL,間隔時(shí)間為5 min,分別在超聲時(shí)間為30、45、60、75、90、105、120 min時(shí)對(duì)黑糙米進(jìn)行發(fā)芽前處理,并經(jīng)1.2.2處理后,考察不同超聲時(shí)間對(duì)發(fā)芽黑糙米GABA和多酚含量的影響。

1.2.3.3 超聲溫度的選擇 準(zhǔn)確稱(chēng)取10 g篩選后的黑糙米,經(jīng)1.2.1預(yù)處理后,在避光條件下,設(shè)定超聲功率為144 W,超聲時(shí)間為45 min,單次循環(huán)噴霧加濕量為10 mL,間隔時(shí)間為5 min,分別在超聲溫度為25、30、35、40、45、50 ℃時(shí)對(duì)黑糙米進(jìn)行發(fā)芽前處理,并經(jīng)1.2.2處理后,考察不同超聲溫度為對(duì)發(fā)芽黑糙米GABA和多酚含量的影響。

1.2.3.4 單次循環(huán)噴霧加濕量的選擇 準(zhǔn)確稱(chēng)取10 g篩選后的黑糙米,經(jīng)1.2.1預(yù)處理后,在避光條件下,設(shè)定超聲功率為144 W,超聲時(shí)間為45 min,超聲溫度為40 ℃,間隔時(shí)間為5 min,分別在單次循環(huán)噴霧加濕量為5、10、15、20、25、30 mL時(shí)對(duì)黑糙米進(jìn)行發(fā)芽前處理,并經(jīng)1.2.2處理后,考察不同單次循環(huán)噴霧加濕量對(duì)發(fā)芽黑糙米GABA和多酚含量的影響。

1.2.3.5 間隔時(shí)間的選擇 準(zhǔn)確稱(chēng)取10 g篩選后的黑糙米,經(jīng)1.2.1預(yù)處理后,在避光條件下,設(shè)定超聲功率為144 W,超聲時(shí)間為45 min,超聲溫度為40 ℃,單次循環(huán)噴霧加濕量為10 mL,分別在間隔時(shí)間為2.5、3.0、5.0、7.5、9.0、15.0 min時(shí)對(duì)黑糙米進(jìn)行發(fā)芽前處理,并經(jīng)1.2.2處理后,考察不同間隔時(shí)間對(duì)發(fā)芽黑糙米GABA和多酚含量的影響。

1.2.4 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì) 在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,結(jié)合Box-Behnken中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理,以發(fā)芽黑糙米GABA含量和多酚含量為響應(yīng)值,選取對(duì)富集發(fā)芽黑糙米生物活性物質(zhì)影響較明顯的超聲溫度、超聲時(shí)間、單次循環(huán)噴霧加濕量3個(gè)因素,對(duì)工藝條件進(jìn)行3因素3水平的響應(yīng)面分析試驗(yàn)設(shè)計(jì),優(yōu)化超聲波輔助噴霧加濕法富集發(fā)芽黑糙米生物活性物質(zhì)工藝參數(shù)。響應(yīng)面分析因素及水平見(jiàn)表1。

表1 響應(yīng)面分析因素及水平Table 1 Factors and levels in response surface analysis

1.2.5 發(fā)芽黑糙米GABA含量的測(cè)定 參考劉振春等[22]、張袆等[16]的方法略作改動(dòng)。準(zhǔn)確稱(chēng)取發(fā)芽黑糙米粉1 g,加20 mL 60%乙醇溶液,充分混勻后,在超聲功率245 W,超聲溫度51 ℃下浸提20 min,將提取液于27 ℃下以4000 r/min離心10 min,取上清液待測(cè)。

GABA含量測(cè)定的具體操作步驟參考卓瑪次力等[23]的方法。以γ-氨基丁酸為標(biāo)準(zhǔn)品,繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線,得到回歸線性方程y=0.0494x-0.0519(R2=0.9998),γ-氨基丁酸在0.01～0.50 mg/mL濃度范圍內(nèi)具有良好的線性關(guān)系。GABA含量以每百克干樣品中γ-氨基丁酸當(dāng)量表示(mg/100 g)。

1.2.6 發(fā)芽黑糙米多酚含量的測(cè)定 參考陸俊等[24]的方法略作改動(dòng)。準(zhǔn)確稱(chēng)取發(fā)芽黑糙米粉1 g,并加入20 mL 60%的含有0.1%鹽酸的乙醇溶液,充分混勻后,在超聲功率500 W,超聲溫度35 ℃下浸提45 min,沉淀加提取液重復(fù)上述操作,合并提取液,并將提取液在27 ℃條件下以4000 r/min離心10 min,取上清液待測(cè)。

多酚含量測(cè)定的具體操作步驟參考Bursal等[25]的方法。以沒(méi)食子酸為標(biāo)準(zhǔn)品,繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線,得到回歸線性方程y=0.0307x-0.033(R2=0.9992),沒(méi)食子酸在0.015～0.100 mg/mL濃度范圍內(nèi)具有良好的線性關(guān)系。多酚含量以每百克干樣品中沒(méi)食子酸當(dāng)量表示(mg/100 g)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1.1 超聲功率對(duì)發(fā)芽黑糙米GABA和多酚含量的影響 由圖1可知,當(dāng)超聲功率為144 W時(shí),發(fā)芽黑糙米GABA和多酚含量均顯著高于其他功率范圍(P<0.05),達(dá)到最大值,分別為79.62、307.24 mg/100 g,表明在此超聲功率條件下有利于發(fā)芽黑糙米GABA和多酚物質(zhì)的富集;隨著超聲功率的繼續(xù)增大,發(fā)芽黑糙米GABA和多酚含量均逐漸降低且趨于平穩(wěn),表明高功率的超聲波處理不利于發(fā)芽黑糙米GABA和多酚含量的富集,可能是因?yàn)樵诔暡ㄌ幚磉^(guò)程中,隨著超聲功率的不斷增強(qiáng),聲波的機(jī)械和化學(xué)作用破壞了黑糙米的細(xì)胞結(jié)構(gòu),促使其細(xì)胞內(nèi)含物釋放,又因GABA和多酚組分均易溶于水,導(dǎo)致其本身含有的GABA和多酚物質(zhì)流失,進(jìn)而影響發(fā)芽后黑糙米中生物活性成分的富集,也可能是因?yàn)檩^大的超聲功率會(huì)使發(fā)芽黑糙米的GABA和多酚組分發(fā)生降解,進(jìn)而造成GABA和多酚物質(zhì)含量的降低[16,26],且不同超聲功率之間差異不顯著(P>0.05)。因此,選擇最佳超聲功率144 W進(jìn)行后續(xù)優(yōu)化試驗(yàn)。

圖1 超聲功率對(duì)發(fā)芽黑糙米GABA和多酚含量的影響Fig.1 Effects of ultrasonic power on GABA content and polyphenol yield 注:同一指標(biāo)的不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05);圖2～圖5同。

2.1.2 超聲時(shí)間對(duì)發(fā)芽黑糙米GABA和多酚含量的影響 由圖2可知,隨著超聲時(shí)間的延長(zhǎng),發(fā)芽黑糙米GABA含量逐漸降低,當(dāng)超聲時(shí)間在45～60 min范圍內(nèi)時(shí),發(fā)芽黑糙米GABA含量顯著高于30、75、90、105和120 min時(shí)的GABA含量(P<0.05),可能是因?yàn)樵诖藭r(shí)間段大量?jī)?nèi)源酶被快速激活,使得催化生成的GABA含量增加,同時(shí)也表明在此超聲時(shí)間范圍內(nèi)有利于發(fā)芽黑糙米GABA含量的富集,隨后繼續(xù)延長(zhǎng)超聲時(shí)間,發(fā)芽黑糙米GABA含量呈逐漸降低的趨勢(shì),可能是因?yàn)槌晻r(shí)間的逐漸延長(zhǎng)導(dǎo)致部分GABA發(fā)生降解,使得GABA含量降低[27]。不同超聲時(shí)間對(duì)發(fā)芽黑糙米多酚含量有顯著性影響(P<0.05),當(dāng)超聲時(shí)間在30～60 min范圍內(nèi)時(shí),發(fā)芽黑糙米多酚含量顯著高于其他受試范圍的多酚含量(P<0.05),隨后繼續(xù)延長(zhǎng)超聲時(shí)間,發(fā)芽黑糙米多酚含量呈急劇降低的趨勢(shì),可能是因?yàn)樵谳^長(zhǎng)超聲時(shí)間的作用下,部分多酚被分解或者發(fā)生氧化反應(yīng),使得多酚含量降低,同時(shí)也表明長(zhǎng)時(shí)間超聲處理不利于原料中多酚物質(zhì)的富集[28-29]。因此,綜合考慮,將超聲時(shí)間的范圍確定在30～60 min進(jìn)行后續(xù)響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)。

圖2 超聲時(shí)間對(duì)發(fā)芽黑糙米GABA和多酚含量的影響Fig.2 Effects of ultrasonic time on GABA content and polyphenol yield

2.1.3 超聲溫度對(duì)發(fā)芽黑糙米GABA和多酚含量的影響 由圖3可知,超聲溫度對(duì)發(fā)芽黑糙米GABA和多酚含量有顯著性影響(P<0.05)。當(dāng)超聲溫度在25～40 ℃范圍內(nèi)時(shí),發(fā)芽黑糙米GABA含量隨著超聲溫度的升高先急劇增大后趨于平穩(wěn),當(dāng)超聲溫度為40 ℃時(shí),發(fā)芽黑糙米GABA含量達(dá)到最大值,隨著超聲溫度繼續(xù)升高,GABA含量呈降低趨勢(shì),這是因?yàn)樵谶m當(dāng)?shù)臏囟确秶鷥?nèi)會(huì)有效激活用于生成GABA的谷氨酸脫羧酶的活性,進(jìn)而促進(jìn)GABA含量的積累,而當(dāng)超聲溫度過(guò)高,導(dǎo)致谷氨酸脫羧酶的活性降低甚至喪失活性,從而影響GABA含量的富集[30]。當(dāng)超聲溫度為40 ℃時(shí),發(fā)芽黑糙米多酚含量顯著高于其他受試溫度范圍(P<0.05),達(dá)到最大值423.56 mg/100 g,當(dāng)超聲溫度繼續(xù)升高時(shí),發(fā)芽黑糙米多酚含量急劇降低,可能是因?yàn)楦邷貢?huì)導(dǎo)致多酚組分結(jié)構(gòu)被破壞,使其穩(wěn)定性發(fā)生變化,進(jìn)而影響多酚含量的富集[31]。因此,綜合考慮,選擇超聲溫度范圍為35～45 ℃進(jìn)行后續(xù)響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)。

圖3 超聲溫度對(duì)發(fā)芽黑糙米GABA和多酚含量的影響Fig.3 Effects of ultrasonic temperature on GABA content and polyphenol yield

圖4 單次循環(huán)噴霧加濕量對(duì)發(fā)芽黑糙米GABA和多酚含量的影響Fig.4 Effect of the amount of single-pass cycle spray humidification on GABA content and polyphenol yield

2.1.4 單次循環(huán)噴霧加濕量對(duì)發(fā)芽黑糙米GABA和多酚含量的影響 由圖4可知,當(dāng)單次循環(huán)噴霧加濕量在5～10 mL范圍內(nèi)時(shí),發(fā)芽黑糙米GABA含量隨著單次循環(huán)噴霧加濕量的增大而顯著升高(P<0.05),當(dāng)單次循環(huán)噴霧加濕量為10 mL時(shí),GABA含量達(dá)到最大值,此后持續(xù)增大單次循環(huán)噴霧加濕量,發(fā)芽黑糙米GABA含量呈不斷降低的趨勢(shì),這可能是因?yàn)檠h(huán)加濕易使糙米內(nèi)源酶活性被激活,進(jìn)而促進(jìn)GABA的生成,但因GABA易溶于水,當(dāng)在超聲波能量的作用下并不斷增大單次循環(huán)噴霧加濕量會(huì)導(dǎo)致部分GABA流失,使得GABA含量降低;也可能是過(guò)大的單次循環(huán)噴霧加濕量會(huì)使糙米產(chǎn)生應(yīng)力裂紋,從而影響其生命活動(dòng),不利于GABA含量的積累[32]。單次循環(huán)噴霧加濕量對(duì)發(fā)芽黑糙米多酚含量有顯著性影響(P<0.05),當(dāng)單次循環(huán)噴霧加濕量為10 mL時(shí),發(fā)芽黑糙米多酚含量顯著高于單次循環(huán)噴霧加濕量為5、15、20、25和30 mL 時(shí)的多酚含量(P<0.05),隨后當(dāng)單次循環(huán)噴霧加濕量繼續(xù)增大時(shí),發(fā)芽黑糙米多酚含量呈急劇降低的趨勢(shì),表明單次循環(huán)噴霧加濕量的持續(xù)增大不利于多酚組分的富集,且不同單次循環(huán)噴霧加濕量之間的差異顯著(P<0.05)。因此,綜合考慮,選擇單次循環(huán)噴霧加濕量范圍為5～15 mL進(jìn)行后續(xù)響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)。

2.1.5 間隔時(shí)間對(duì)發(fā)芽黑糙米GABA和多酚含量的影響 由圖5可知,當(dāng)間隔時(shí)間在3～5 min范圍內(nèi)時(shí),發(fā)芽黑糙米GABA含量之間差異不明顯(P>0.05),但此范圍GABA值顯著高于其他間隔時(shí)間段(P<0.05),當(dāng)間隔時(shí)間為5 min時(shí),發(fā)芽黑糙米多酚含量顯著高于其他間隔時(shí)間段(P<0.05),達(dá)到最大值,為423.56 mg/100 g;此后繼續(xù)增大間隔時(shí)間,發(fā)芽黑糙米GABA和多酚含量均呈降低趨勢(shì),可能是因?yàn)殚g隔時(shí)間太短,會(huì)使糙米在發(fā)芽前產(chǎn)生應(yīng)力裂紋,不利于GABA含量的富集,同時(shí)也會(huì)影響多酚含量積累,而間隔時(shí)間太長(zhǎng),可能會(huì)導(dǎo)致糙米中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)部分被消耗,多酚組分和已生成的GABA發(fā)生分解,且生成速率小于分解速率,進(jìn)而影響多酚和GABA的積累[12,32],且不同間隔時(shí)間段之間差異不顯著(P>0.05)。因此,選擇最佳間隔時(shí)間5.0 min進(jìn)行后續(xù)優(yōu)化試驗(yàn)。

表3 GABA含量的回歸方程方差分析Table 3 Analysis and statistical parameters of regression model of GABA contents

圖5 間隔時(shí)間對(duì)發(fā)芽黑糙米GABA和多酚含量的影響Fig.5 Effect of interval time on GABA content and polyphenol yield

2.2 發(fā)芽黑糙米生物活性物質(zhì)富集的響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)

2.2.1 響應(yīng)模型的建立與分析 利用Design-Expert 7.0軟件對(duì)表2試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行二次多項(xiàng)式回歸擬合,得到GABA和多酚含量對(duì)超聲時(shí)間(A)、超聲溫度(B)、單次循環(huán)噴霧加濕量(C)的回歸模型方程為:

GABA含量(mg/100 g)=85.27-2.31A+0.61B-5.77C+2.34AB+1.27AC+1.13BC-9.07A2-7.63B2-5.8C2

多酚含量(mg/100 g)=417.29-36.48A+6.24B-69.65C+0.82AB+12.96AC+1.84BC-76.72A2-45.63B2-63.07C2

表2 響應(yīng)面分析方案及結(jié)果Table 2 Response surface methodology and analysis results

表4 多酚含量的回歸方程方差分析Table 4 Analysis and statistical parameters of regression model of polyphenol yield

2.2.2 響應(yīng)面圖分析與優(yōu)化 響應(yīng)面圖分析是在合理的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,利用響應(yīng)曲面的變化情況和等高線的稀疏程度,確定最佳工藝條件,同時(shí)可直觀地評(píng)價(jià)各因素之間的交互作用[33-34]。該試驗(yàn)中通過(guò)觀察圖6、圖7中響應(yīng)曲面和等高線的變化直觀的反映了超聲時(shí)間(A)、超聲溫度(B)、單次循環(huán)噴霧加濕量(C)之間的交互作用對(duì)發(fā)芽黑糙米GABA和多酚含量的影響,當(dāng)?shù)雀呔€呈圓形時(shí)表示兩因素交互作用不顯著,而呈橢圓形或馬鞍形時(shí)則表示兩因素交互作用顯著[28]。

由圖6a、圖7a可以看出,超聲時(shí)間與超聲溫度對(duì)GABA含量影響的響應(yīng)曲面坡度較為陡峭,且超聲時(shí)間與超聲溫度對(duì)GABA含量影響的等高線呈橢圓形且曲線較為密集,而對(duì)多酚含量影響的等高線趨于圓形且曲線較為稀疏,表明超聲時(shí)間和超聲溫度的交互效應(yīng)對(duì)發(fā)芽黑糙米GABA含量的影響較為顯著,對(duì)多酚含量的影響不顯著,與方差分析結(jié)果相符。同時(shí),GABA和多酚含量隨超聲溫度的升高和超聲時(shí)間的延長(zhǎng)呈先升高后降低的趨勢(shì),且超聲時(shí)間的變化曲面較超聲溫度的變化曲面更陡峭,說(shuō)明超聲時(shí)間對(duì)發(fā)芽黑糙米GABA和多酚含量的影響更明顯。

圖6 各因素交互作用對(duì)發(fā)芽黑糙米GABA含量影響的響應(yīng)面和等高線圖Fig.6 Response surface and contour plots showing the interactive effects of GABA content

由圖6b、圖7b可以看出,超聲時(shí)間與單次循環(huán)噴霧加濕量對(duì)GABA和多酚含量影響的響應(yīng)曲面坡度均較陡峭,其等高線均呈橢圓形且曲線密集,表明超聲時(shí)間與單次循環(huán)噴霧加濕量的交互效應(yīng)對(duì)發(fā)芽黑糙米GABA和多酚含量的影響顯著,與方差分析結(jié)果相符。同時(shí),GABA和多酚含量隨超聲時(shí)間的延長(zhǎng)和單次循環(huán)噴霧加濕量的增大呈先升高后降低的趨勢(shì),且單次循環(huán)噴霧加濕量的變化曲面較超聲時(shí)間的變化曲面更陡峭,說(shuō)明單次循環(huán)噴霧加濕量對(duì)發(fā)芽黑糙米GABA和多酚含量的影響更顯著。

由圖6c、圖7c可以看出,單次循環(huán)噴霧加濕量與超聲溫度對(duì)GABA含量影響的響應(yīng)曲面坡度較為陡峭,而對(duì)多酚含量影響的響應(yīng)曲面坡度較為平緩,但其等高線均呈橢圓形且曲線較為密集,表明單次循環(huán)噴霧加濕量與超聲溫度的交互效應(yīng)對(duì)發(fā)芽黑糙米GABA含量的影響顯著,而對(duì)多酚含量的影響不顯著,與方差分析結(jié)果相符。同時(shí),GABA和多酚含量隨超聲溫度的升高和單次循環(huán)噴霧加濕量的增大呈先升高后緩慢降低的趨勢(shì),且單次循環(huán)噴霧加濕量的變化曲面較超聲溫度的變化曲面更陡峭,說(shuō)明單次循環(huán)噴霧加濕量對(duì)發(fā)芽黑糙米GABA和多酚含量的影響較為顯著。

2.2.3 最佳條件的確定和回歸模型的驗(yàn)證 通過(guò)響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)得到超聲波輔助噴霧加濕法制備發(fā)芽黑糙米最佳工藝條件為:超聲時(shí)間為46.4 min,超聲溫度為40.45 ℃,單次循環(huán)噴霧加濕量為10.94 mL,在此條件下得到的發(fā)芽黑糙米GABA含量為85.66 mg/100 g,發(fā)芽黑糙米多酚含量為427.56 mg/100 g。實(shí)際試驗(yàn)操作中稍作調(diào)整確定的最佳工藝條件為:超聲時(shí)間為45 min,超聲溫度為40 ℃,單次循環(huán)噴霧加濕量為10 mL,在此條件下得到的發(fā)芽黑糙米GABA含量為83.71 mg/100 g,發(fā)芽黑糙米多酚含量為419.55 mg/100 g,與理論值較為接近。

圖7 各因素交互作用對(duì)發(fā)芽黑糙米多酚含量影響的響應(yīng)面和等高線圖Fig.7 Response surface and contour plots showing the interactive effects of polyphenal yield

3 結(jié)論

在超聲波輔助噴霧加濕法富集發(fā)芽黑糙米生物活性物質(zhì)的單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上,利用Box-Behnken響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì),通過(guò)Design-Expert 7.0軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合和相關(guān)性分析,確定超聲波輔助噴霧加濕法富集發(fā)芽黑糙米生物活性物質(zhì)的最佳工藝參數(shù)為:超聲功率144 W、超聲溫度40 ℃、超聲時(shí)間45 min、單次循環(huán)噴霧加濕量10 mL、間隔時(shí)間5 min。在此條件下,發(fā)芽黑糙米GABA含量為83.71 mg/100 g,發(fā)芽黑糙米多酚含量為419.55 mg/100 g,表明該響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化的工藝條件具有實(shí)際的指導(dǎo)意義,有利于發(fā)芽黑糙米進(jìn)一步的深入研究和相關(guān)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。