发芽糯玉米中铬的生物转化能力研究

叶 华 杨灵菊 张 钟

(安徽科技学院食品药品学院1 ，凤阳 233100)(广东石油化工学院化学与生命科学学院2 ，茂名 525000)

发芽糯玉米中铬的生物转化能力研究

叶 华1杨灵菊1张 钟2

(安徽科技学院食品药品学院1，凤阳 233100)(广东石油化工学院化学与生命科学学院2，茂名 525000)

分别用浓度为0、5、10、20、40、60、80、120 mg/kg的三氯化铬溶液浸泡糯玉米籽粒，浸泡24 h，在28 ℃条件下进行发芽培养，研究糯玉米发芽过程中铬的生物转化能力。试验结果表明，三氯化铬溶液浸泡处理后，发芽对总铬和有机铬含量均有极显著性的影响(P<0.01)。随着发芽时间的延长，总铬含量极显著的增加，有机铬含量先极显著的增加再减少，到40 mg/kg时达到最高值。铬的生物转化能力趋势与有机铬趋势相同，当铬溶液浓度为40 mg/kg，发芽培养5 d得到的富铬糯玉米芽，其铬的生物转化能力达72.2%。糯玉米在发芽过程中具有较强的富铬能力和较高的生物转化能力。

糯玉米 发芽 总铬 有机铬 生物转化能力

铬(Ⅲ)作为人体内一种必需微量元素，其生理功能主要表现为协助胰岛素参与机体的糖类和脂类代谢[1]。随着人们对铬的生理功能和生理特性研究的不断深入，富铬食品的开发和功能作用引起了众多学者的极大兴趣。而铬在食品中的存在形式与其生物活性和生物利用率有着密切的关系。三价铬离子络合性能极强，能与有机物分子中胺基、羧基、羰基等带负电荷的生物配体相结合，生成结构及性质稳定的络合物。目前认为具有生物活性的有机三价铬络合物大致可分为吡啶酸铬、芳香族有机酸铬、脂肪族有机酸铬、氨基酸铬以及其他有机铬络合物等5类[2]。有研究表明，生物有机铬相对于无机铬更容易被机体消化吸收和利用[3]。谷物发芽不仅能提高其营养价值[4]，还能对微量元素产生较好的生物富集作用，同时具有一定的生物转化能力[5-6]。曾文辉等[7]利用三氯化铬溶液培养富铬螺旋藻，发现螺旋藻对三价铬有较高的生物富集效率，而且富铬螺旋藻中的铬主要以蛋白质结合态有机铬(Ⅲ)形式存在，其次为多糖结合态和核酸结合态有机铬(Ⅲ)。孙桂菊等[8]、韩长城等[9]的研究进一步证实了通过发芽方式生产的富铬有机食品，具有较好的调节血糖、血脂的作用。

国内外已有对发芽玉米营养价值的研究报道，如薛云皓等[10]比较了玉米发芽前后营养成分的变化情况，发现玉米发芽后可吸收的营养成分增加,生物价提高,黏度降低,口感得到改善。张钟等[11]对发芽黑糯玉米主要营养成分、热能变化和蛋白质消化率等方面进行了研究。刘娟等[12]研究了不同发芽阶段玉米的主要生理生化变化和碳水化合物组成变化，发现发芽60 h后玉米中的直链淀粉含量总体呈下降趋势，而还原糖、可溶性糖含量逐渐增大。Helland等[13]将玉米发芽2 d后制成玉米粉添加到粥类食品中，对发芽玉米食品的开发进行了初步研究。然而目前对发芽糯玉米微量元素的生物富集作用尚未有报道。因此，本试验以无机三氯化铬溶液浸泡糯玉米籽粒，进行发芽培养，研究糯玉米发芽过程中铬的生物转化能力，以便对糯玉米的精深加工和富铬有机食品的研究开发提供新的思路和理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 主要原料

糯玉米：市购。

1.1.2 主要试剂

三氯化铬、二苯卡巴肼：国药集团化学试剂有限公司；重铬酸钾：徐州试剂厂；高锰酸钾：无锡市亚盛化工有限公司；以上试剂均为分析纯。

1.1.3 主要仪器

HHB11420-S电热恒温培养箱：上海跃进医疗器械厂；TGL-16G高速台式离心机：上哈安亭科学仪器厂；GZX-9076MB数显鼓风干燥箱：上海博讯实业有限公司医疗设备厂；YP3001N电子分析天平：上海精密仪器科学有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 富铬糯玉米芽的培养

从食用安全角度考虑，根据中国营养学会制定成年人铬的适宜摄入量50 μg/d、可耐受最高摄入量为500 μg/d和食品安全国家标准《食品中污染物限量》(GB 2762—2012)中关于谷物类铬含量限量值(1.0 mg/kg)以及预备试验结果，选定三氯化铬溶液浓度范围为0～120 mg/kg。具体培养过程如下。

糯玉米经除去杂质、剔除腐烂、干瘪的籽粒后，分别置于3倍量的质量比为0、5、10、20、40、60、80、120 mg/kg的三氯化铬溶液中浸泡24 h。捞出稍沥干后均匀放在铺有纱布的培养皿中，上面盖上纱布，置于25 ℃培养箱中发芽。每天淋水4次，换气4次，以使糯玉米籽粒在发芽过程中处于水分适宜、氧气充足的环境中，同时定时翻拌防止积水使糯玉米籽粒腐烂，观察发芽情况。培养5 d停止发芽。取出，先用自来水冲洗3次，再用去离子水浸泡3 h，以除去糯玉米芽表面残留的三氯化铬溶液。捞出稍沥干置于60 ℃干燥箱中，制成风干样品，备测。

1.2.2 糯玉米发芽率的计算

取除去杂质、剔除瘪粒的糯玉米籽粒60粒，按照1.2.1方法进行培养，培养5 d停止发芽。记录每组糯玉米籽粒发芽数，得出发芽率，每组做3次平行试验，取平均值。

式中：N1为糯玉米发芽粒数；N2为糯玉米总粒数。

1.2.3 总铬含量的测定

总铬含量的测定依据GB/T 13088—2006进行。

1.2.4 有机铬含量的测定

有机铬含量的测定参照郑艺梅等[5]采用的方法进行。

1.2.5 铬的生物转化能力的计算

铬的生物转化能力是指糯玉米籽粒经过浸泡后，在发芽生长过程中将体内原有的无机铬和浸泡过程中新吸收的无机铬转化为有机铬的能力。因此，根据测得的总铬和有机铬的含量结果，可以依据以下公式计算出糯玉米发芽过程中铬的生物转化能力。

式中：m1为富铬前糯玉米芽中有机铬的含量/mg/kg;m2为富铬后糯玉米芽中有机铬的含量/mg/kg;M为富铬后糯玉米芽中总铬的含量/mg/kg;m为富铬前糯玉米中有机铬含量/mg/kg。

1.3 数据处理方法

所有试验数据均重复测定3次，有关铬含量测定数据采用SAS 9.1.3软件进行显著性分析，结果以x±SD表示；发芽率采用Excel软件处理数据。

2 结果与分析

2.1 铬对糯玉米发芽率的影响

经不同浓度的三氯化铬溶液浸泡后糯玉米的发芽率见图1。

由图1可以看出，随着铬溶液浓度的增大，糯玉米发芽率先增大后减少，呈“∩”型趋势变化。当铬浓度增加到40 mg/kg时，糯玉米的发芽率最高，达到95%，是空白试验组的1.1倍；但随着铬浓度的继续增大，发芽率开始呈现下降趋势，当铬的浓度增大到120 mg/kg时，发芽率只有83%，与空白试验组基本持平。以上结果表明，不同浓度铬对糯玉米发芽产生的影响不同。低浓度铬对糯玉米发芽有一定的促进作用，而高浓度铬则有一定的抑制作用。这与张松林等[14]关于铬对玉米种子发芽的影响研究结果基本一致。

图1 铬对糯玉米发芽率的影响

2.2 普通糯玉米(芽)和富铬糯玉米芽中铬含量的比较

糯玉米、普通糯玉米芽、富铬糯玉米芽中铬含量的测定结果见表1。

由表1可以看出，糯玉米经质量比为40 mg/kg三氯化铬溶液浸泡后，发芽与未发芽糯玉米相比，发芽对总铬含量有显著性的影响(P<0.05)，对有机铬含量有极显著的影响(P<0.01)；三氯化铬溶液浸泡处理后，发芽对总铬和有机铬含量均有极显著性的影响(P<0.01)。富铬糯玉米芽中总铬和有机铬含量较普通糯玉米芽均有极显著性的上升，总铬由0.203 mg/kg增加到0.928 mg/kg，增加了357%；而有机铬含量则增加了110%。以上结果说明发芽后有机铬含量极显著上升，在外源铬处理下糯玉米对铬有极显著的富集作用。

表1 普通糯玉米(芽)和富铬糯玉米芽中铬含量

注：普通糯玉米芽和富铬糯玉米芽分别采用去离子水和40 mg/kg三氯化铬水溶液浸泡24 h，28 ℃恒温培养5 d的方法获得。

此外，从表1中还可看出普通糯玉米芽中总铬含量低于糯玉米中总铬含量，这与本研究小组之前研究发芽对黑糯玉米中Fe、Mn、Se等微量元素变化趋势恰好相反[11]。究其原因可能有两方面：一是糯玉米在发芽过程中本身将一部分无机铬转化成了有机铬；二是糯玉米在培养发芽过程中，经过冲洗和多次淋水，少量的无机铬溶解在去离子水中，导致铬的流失；最终使糯玉米在发芽后总铬含量相对减少。具体原因还有待进一步研究。

2.3 发芽糯玉米中铬的生物转化能力

发芽糯玉米中铬的生物转化能力见表2。

表2 发芽糯玉米中铬的生物转化能力

经方差分析，由表2可以看出，不同浓度三氯化铬溶液浸泡糯玉米进行发芽对铬的生物转化能力有极显著的影响(P<0.01)，随着发芽时间的延长，总铬含量极显著的增加；对有机铬含量先极显著的增加再减少，到40 mg/kg时达到最高值。铬的生物转化能力趋势与有机铬趋势相同，在40 mg/kg时达到最高值。

从表2可以看出，不同浓度的铬溶液浸泡糯玉米后进行发芽培养，其铬的生物转化能力不同。随着铬浓度的不断增大，虽然总铬的富集能力增强(总铬含量不断增加)，但铬的生物转化能力随着铬浓度的增加呈先增加后下降的趋势。当铬浓度在40 mg/kg时，铬的生物转化能力达到最高，达到72.2%左右。此时的富铬糯玉米芽中有机铬含量(0.690 mg/kg)约占总铬含量(0.928 mg/kg)的74.3%。

3 讨论

3.1 铬对糯玉米发芽率的影响

玉米发芽不仅在外部形态上发生了明显的变化，在内部也发生了很多的生理生化变化[12]。本试验中利用不同浓度的三氯化铬溶液代替水溶液进行浸泡处理糯玉米，使外源铬也参与到发芽过程中的一系列生理生化变化中，从而必然对发芽产生一定的影响。试验结果表明，不同浓度铬对糯玉米发芽产生的影响不同。低浓度铬对糯玉米发芽有一定的促进作用，玉米芽生长态势良好，颜色均一；而高浓度铬(浓度>40 mg/kg)则有一定的抑制作用，生长缓慢而且出现褐斑现象。出现这种情况的原因可能是，作为一种必需微量元素，铬离子同时也是一种重金属离子。低浓度的铬有可能促进细胞分裂，从而有利于糯玉米发芽[15]。当铬浓度超过一定浓度时，由于大量的铬离子在细胞外积累，对细胞膜离子通道造成影响，同时干扰了离子间原有的吸收、运输和渗透等平衡系统，从而对糯玉米发芽产生了毒害作用[14]。

3.2 发芽糯玉米中铬的生物转化能力

种子发芽的过程是发生一系列的生物化学变化的过程。有研究表明，种子在发芽过程中会产生丰富的植酸酶，这些植酸酶将谷类中具有很强的螯合矿物质能力的植酸分解，释放出金属元素，从而增加矿物质元素的含量，提高矿物质的吸收率。同时植酸酶的产生，还提高了玉米中蛋白质、淀粉等营养物质的吸收率[16-17]。郑艺梅等[5]之前对铬在黄豆发芽过程中的生物富集效应进行了研究，发现黄豆在本身发芽过程中，具有将无机铬部分转化为有机铬的能力，且有机化程度在78.2%以上。另外,郑艺梅等[18]还对富铬发芽糙米进行了研究，发现其有机铬含量则为51.6%。而王盛良等[19]发现富铬绿豆芽中绝大部分是有机铬，其有机化程度达95%以上。这些都说明了在浸泡时铬离子或以离子吸附或扩散的方式进入糯玉米种子中，而在发芽过程中这些外源无机铬通过生物转化等方式与其他物质相结合而转化为有机铬。

本试验将糯玉米经不同浓度三氯化铬溶液浸泡后，在发芽过程中产生了不同的生物转化能力，最高达72.2%，高于糙米中铬的有机化程度，与黄豆发芽对铬的有机化程度相近，而与绿豆发芽对铬的有机化程度相比较低。产生这种情况的原因可能是与绿豆发芽中对铬有机化程度的理解和计算方法不一样。而对于转化后的有机铬在糯玉米芽中的存在形式及其被机体消化吸收和利用率等方面有待于今后进一步研究。

3.3 富铬糯玉米芽安全性分析

本试验中，当铬浓度超过40 mg/kg时，所获得的糯玉米芽总铬含量超过1.0 mg/kg，超出了食品安全国家标准《食品中污染物限量》中关于谷物类铬含量限量值规定，存在食品安全隐患。因此宜选用浓度小于40 mg/kg的三氯化铬溶液进行浸泡处理。如以铬浓度为40 mg/kg溶液浸泡处理糯玉米，发芽5 d后得到的富铬糯玉米芽，其总铬含量为0.928 mg/kg进行安全性分析，假设1个成人1天摄入这种富铬糯玉米芽或其产品50～500 g，经折算可知，摄入的总铬含量约为46.4～464 μg/d，在中国营养学会推荐的成年人铬的适宜摄入量和可耐受最高摄入量范围内。因此，适量食用富铬糯玉米芽对人体来说是安全的。

4 结论

糯玉米经三氯化铬溶液浸泡处理后，其发芽对总铬和有机铬含量均有极显著性的影响(P<0.01)。随着发芽时间的延长，总铬含量极显著的增加；有机铬含量先极显著的增加再减少，到40 mg/kg时达到最高值。铬的生物转化能力趋势与有机铬趋势相同。当铬浓度为40 mg/kg时，发芽糯玉米中铬的生物转化能力最高，达到72.2%。此时的富铬糯玉米芽中有机铬含量约占总铬含量的74.3%。糯玉米在发芽过程中具有较强的富铬能力和较高的生物转化能力。

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Biotransformation Capacity of Chromium in Germinated Waxy Corn

Ye Hua1Yang Lingju1Zhang Zhong2
(Food and Drug College, Anhui Science and Technology University1, Fengyang 233100)(College of Chemistry and Life Science, Guangdong University of Petrochemical Technology2,Maoming 525000)

The biotransformation capacity of chromium in germinated waxy corn has been studied in the paper. Waxy corn was soaked in the CrCl3with concentration of 0, 5, 10, 20, 40, 60, 80 and 120 mg/kg respectively; then germinated 24 h at 28 ℃ for 5 days. The results showed that after the being soaked in CrCl3, the germination had expressed extremely significant effect on the total chromium content and organicchromium content (P<0.01). Along with germination time extending, the total chromium content extremely significantly increased; the organic chromium content also significantly increased at first then decreased; it reached the maximum when the concentration was 40 mg/kg. The tendency of biotransformation capacity in chromium was the same with that in the organic chromium. CrCl3with different concentration produced different biotransformation capacity of chromium. When the concentration was 40 mg/kg, the biotransformation capacity reached the highest rate as 72.2%. Waxy corn has strong ability of enriching chromium and high biotransformation capacity during germination.

waxy corn, germination, total chromium, organicchromium, biotransformation capacity

TS210.1

A

1003-0174(2014)06-0017-05

安徽高校省级自然科学研究(KJ2013Z051)

2013-07-21

叶华，男，1981年出生，讲师，农产品加工