硫酸锌溶液浸泡对红香糙米萌发、锌积累量及其他营养成分的影响

徐航丹,胡广林,熊先清,庞锦伟

(热带生物资源教育部重点实验室,海南大学,材料与化工学院,海南海口 570228)

硫酸锌溶液浸泡对红香糙米萌发、锌积累量及其他营养成分的影响

徐航丹,胡广林,熊先清,庞锦伟

(热带生物资源教育部重点实验室,海南大学,材料与化工学院,海南海口 570228)

采用不同浓度硫酸锌溶液(0～250 mg/L)对红香糙米浸泡12 h,用二次水萌发24 h后,测定了红香糙米发芽率、锌积累量、GABA(γ-氨基丁酸)、蛋白质及维生素C含量。结果表明:(25～250 mg/L)硫酸锌浸泡条件下,发芽红香糙米对锌有着较高的积累量,与未发芽红香糙米相比,锌含量提高了355%～1225%,参考RDA锌日推荐摄入量,(25～100 mg/L)硫酸锌浸泡处理下的富锌发芽红香糙米即可满足人日锌摄入量要求；(0～250 mg/L)硫酸锌浸泡条件下,发芽红香糙米中营养成分GABA、蛋白质及维生素C含量与未发芽红香糙米相比,分别提高了134%～291%,9%～28%,131%～176%；(0～100 mg/L)硫酸锌范围内最适合红香糙米发芽、GABA的积累,100 mg/L硫酸锌处理下蛋白质、维生素C积累量达到最高；综合发芽率、锌膳食补充量及营养成分积累量,最适宜的硫酸锌浸泡浓度应在为100 mg/L。

红香糙米,锌,蛋白质,γ-氨基丁酸,维生素C

锌是人体健康必需的微量元素,人类许多疾病如侏儒症、糖尿病等疾病都与缺锌有关[1-2],特别是儿童缺锌严重影响生长发育和智力成长[3-4]。据报道,世界上至少有1/3的人群缺乏锌[5],世界范围内普遍存在着饮食中锌摄入量不足,因此提高膳食中的锌含量,是补充锌营养的方法之一。目前,提高膳食中锌含量的方法之一是通过锌培养液对谷物及豆类进行浸泡并萌发,培育出富锌谷物或豆类发芽制品[6]。已有Yanyan Wei等人采用硫酸锌对普通糙米浸泡并萌发,研究硫酸锌溶液对发芽糙米锌含量及其他营养成分的影响,并成功研制出营养价值高的富锌发芽糙米[7]。

糙米作为稻谷除去颖果皮后的一种形态,具有生命活力,经催芽处理能萌发;糙米发芽后不仅口感大大提升,还能产生多种具有促进人体健康和防治疾病作用的成分,已有研究表明,糙米萌发后,水溶性蛋白,游离氨基酸,维生素C,γ-氨基丁酸等营养物质含量得到较大的提高。红香米是香米的一种特殊品种,素有“药谷”的美誉,与普通稻米相比,富含较多的蛋白质、类黄酮、生物碱、铁、锌等有益人体健康的营养物质[8-9],红香糙米为仅脱去谷壳保留其他部分的红香米。

本文采用不同浓度硫酸锌浸泡红香糙米并用二次水萌发,研究不同浓度硫酸锌浸泡处理下红香糙米萌发过程中锌富集量及营养物质变化规律,旨在找出合适的硫酸锌处理浓度,培育出营养价值更高的富锌糙米,为膳食补充锌营养领域提供一种新来源。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

红香糙米 品种为陕西洋县朱鹮五彩稻米,购自陕西洋县黑米名特作物技术开发部；杨树叶标准物质(GBW07604)；γ-氨基丁酸 99%思艾特；芸香叶苷 BR国药集团化学试剂有限公司；牛血清蛋白蛋白,BR考马斯亮蓝G-250 上海伯奥生物科技有限公司；硝酸、过氧化氢为GR级试剂；其余试剂均为AR级试剂；实验用水均为二次水。

火焰原子吸收分光光度计 TAS-99北京普析通用仪器有限公司；TU-1901双光束紫外可见分光光度计 北京普析通用仪器有限公司；CP-ST50A恒温培养箱 长沙长锦科技有限公司；101B数显式电热恒温干燥箱 余姚市远东数控仪器厂;DL-5-B型离心机 上海安亭科学仪器厂；DF-101S集热式磁力加热搅拌器 金坛市城东新瑞仪器厂；HH-S2电热恒温水浴锅 海南新卫医药有限公司；JL-180DTH超声波消毒仪 上海杰理科技有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 发芽红香糙米样品的制备 选取颗粒完整、颜色均匀、无虫眼红香糙米若干克用1%次氯酸钠(v/v)消毒30 min,用二次水清洗三次后,分别用0,25,50,100,150,200,250 mg/L的硫酸锌溶液(m/v)于恒温培养箱中浸泡12 h(浸泡温度为33 ℃),再避光萌发24 h(萌发温度为35 ℃,期间每隔4h喷淋二次水1次)。硫酸锌浸泡处理每个浓度设三个平行,糙米达到萌发时间后,用二次水清洗三次,于(50±5)℃恒温干燥箱干燥6 h,用粉碎机磨成干粉,过50目筛,置于样品袋中备用。鲜样洗净后滤纸擦干,匀浆定容至100 mL,离心后取上层清液10 mL置于锥形瓶中等待滴定。

1.2.2 红香糙米发芽率的测定 红香糙米浸泡12 h,萌发24 h后从培养箱取出,计算发芽率。

发芽率(%)=萌发24h后红香糙米发芽数/每个平行供试红香糙米数×100

1.2.3 发芽红香糙米中营养成分的测定 GABA含量的测定 参照陈恩成[10]的方法,于645 nm处测其吸光度；蛋白质含量的测定 考马斯亮蓝法[11]测定发芽红香糙米中水溶性蛋白含量,于595 nm下测其吸光度。维生素C含量的测定 2,6-二氯靛酚滴定法(GB6195-86)[12]。

1.2.4 锌含量的测定 称取0.1 g发芽红香糙米干粉于高压密封消解罐内杯中,加入2.5 mL浓HNO3预消解12 h后,加入0.75 mL H2O2,组装好高压密封消解罐,于160 °C电热恒温干燥箱中消解4 h,冷却至室温后,用二次水定容至100 mL,制得样品消解液,采用原子吸收分光光度法测定发芽红香糙米中锌含量。

1.3 标准曲线方程及数据处理

采用SPSS 17.0软件对数据进行统计分析,数据结果表示为平均值(标准偏差(n=3)。采用Duncan多重比较法对平均数间进行差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 各待测项目标准曲线方程及相关系数

由表1可知,三种待测项目工作曲线的相关系数r均大于0.9990,说明标准曲线线性良好。

表1 各待测项目标准曲线方程及相关系数

2.2 不同浓度硫酸锌对红香糙米发芽率的影响

浸泡处理是发芽糙米制备中大都采取的前处理,它有利于糙米的萌发,但大多是用清水进行浸泡[13]。本研究以二次水浸泡处理为空白对照,以硫酸锌溶液浓度为考察因素,探究硫酸锌溶液浸泡处理对红香糙米发芽率的影响,如图1所示。不同浓度硫酸锌溶液对糙米发芽率的影响不同,其中,低浓度硫酸锌(25～100 mg/L)时红香糙米发芽率在(87.3%～90.6%)范围内波动,随着硫酸锌溶液浓度的增加(>100 mg/L),糙米发芽率却显著低于对照处理(p<0.05),浓度250 mg/L时发芽率达到最低值73.6%,这可能与高浓度锌抑制种子萌发有关[14],金属对植物种子的萌发一般认为存在较低浓度的刺激效应和较高浓度的抑制效应[15]。从发芽率得出浸泡时较适宜硫酸锌浓度应该在(0～100 mg/L)范围内。

图1 不同浓度硫酸锌浸泡处理对红香糙米发芽率的影响(n=3)Fig.1 Effect of ZnSO4 Supply Level on the Germination Rates of fragrant red brown rice(n=3)注:不同英文字母表示数据存在显著差异(p<0.05 Ducan检验，图2～图5同)。

2.3 不同浓度硫酸锌对发芽红香糙米中GABA的影响

由图2可以看出,不同浓度硫酸锌溶液浸泡处理后发芽红香糙米中GABA含量变化显著(p<0.05)；与未发芽红香糙米中GABA含量(10 mg/100g)相比,硫酸锌浸泡后GABA含量增加了134%～291%,硫酸锌浓度在(0～100 mg/L)范围内,GABA含量为(35.34～39.14 mg/100g),GABA含量在0 mg/L时达到最高值39.14 mg/100g,这与之前文献报导糙米及有色糙米在浸泡后萌发过程中可以提高GABA含量大体一致[15],GABA含量增加是由于红香糙米萌发过程中L-谷氨酸脱氢酶的激活促进了L-谷氨酸分解成GABA和二氧化碳[16]；当硫酸锌浓度(>100 mg/L)时,GABA含量逐渐降低,当硫酸锌浓度达到250 mg/L时,GABA含量达最低值23.38 mg/100g,这可能是由于L-谷氨酸脱氢酶的活性与种子的萌发率及生长高度相关,高锌浓度对种子的萌发有抑制作用,进而对L-谷氨酸脱氢酶的产生有着不利影响[17-18]。从GABA含量的积累得出浸泡时较适宜硫酸锌浓度应该在(0～100 mg/L)范围内。

图2 不同浓度硫酸锌浸泡处理对发芽红香糙米中GABA的影响(n=3)Fig.2 Effect of ZnSO4 Supply Level on the GABA Content of germinated fragrant red brown rice(n=3)

2.4 不同浓硫酸锌对发芽红香糙米中蛋白质的影响

由图3可以看出,不同浓度硫酸锌溶液浸泡处理后发芽红香糙米中蛋白质含量变化显著(p<0.05)；与未发芽糙米中蛋白质94.6 mg/g相比,硫酸锌溶液浸泡处理后发芽红米中蛋白质含量增加了9%～28%；硫酸锌浓度在(0～100 mg/L)范围内,蛋白质含量为(103.4～121.1 mg/g),在100 mg/L达到最大值121.1 mg/g；当硫酸锌浓度(>100 mg/L)时,蛋白质含量逐渐下降,在浓度250 mg/L达到最低值104.7 mg/g,结果显示低浓度范围的锌能促进植物体内蛋白质的合成,但锌浓度继续增加时,蛋白质含量反而降低,这是因为锌是RNA聚合酶活动的必须元素,锌可阻止核糖核酸作用于核蛋白RNA,在适量锌的条件下,核糖核酸妹的活性下降,提高了RNA核糖体的水平,结构蛋白质和功能蛋白质又重新合成,蛋白质含量增加。锌在高浓度时提高了核糖核酸酶活性,导致蛋白质含量减少[19-21]。从蛋白质含量的积累得出出浸泡时最适宜硫酸锌浓度应为100 mg/L。

图3 不同硫酸锌浓度处理对发芽红香糙米中蛋白质的影响(n=3)Fig.3 Effect of ZnSO4 Supply Level on the Protein Content of germinated fragrant red brown rice(n=3)

2.5 不同浓硫酸锌对发芽红香糙米中维生素C的影响

由图4可以看出,与未发芽红香糙米中维生素C 0.074 mg/100g相比,硫酸锌溶液浸泡处理后发芽红香糙米中维生素C含量增加了131%～176%,发芽过程维生素C的含量显著增加,这是由于发芽期间内部参与物质代谢的酶类随之产生或活化,使机体内物质代谢不断增强,参与维生素C合成代谢的酶类也随之增强,从而维生素C含量大幅度增加[22]。硫酸锌浓度在(0～250 mg/L)范围内,维生素C含量均高于0 mg/L硫酸锌条件下红香糙米中维生素C含量,表明一定范围内锌能促进维生素C的合成,硫酸锌溶液浓度在100 mg/L时维生素C积累量最高,为12.26 mg/100g。从维生素C含量的积累得出浸泡时最适宜硫酸锌浓度应为100 mg/L。

图4 不同硫酸锌浓度处理对发芽红香糙米中维生素C的影响(n=3)Fig.4 Effect of ZnSO4 Supply Level on the Vitamin C Content of germinated fragrant red brown rice(n=3)

2.5 锌元素在红香糙米中富集量

由图5可以看出,不同浓度硫酸锌溶液浸泡处理后发芽红香糙米中锌含量变化显著(p<0.05)；与未发芽糙米相比,0 mg/L硫酸锌处理下红糙米中锌含量有所下降,这是因为红香糙米中矿质元素锌、铁大多数存在于红米色素中,去离子水浸泡过程红糙米色素部分流失,导致锌含量有所下降；与未发芽糙米相比,硫酸锌浓度在(25～250 mg/L)范围内,红香糙米中锌含量提高了355%～1225%,表明硫酸锌浸泡处理可以显著提高红香糙米中锌含量,实验结果外源锌浓度与红香糙米中锌积累量的相关系数为(r=0.972),显著性水平为(<0.01),说明锌在红香糙米中积累量与硫酸锌浓度高度相关,锌的积累可能是由于锌离子穿过糙米糊粉层通过籽粒背部维管束渗透到糙米胚乳中[23]。参考锌日推荐摄入量RDA(10 mg/day～15 mg mg/day)和糙米日摄入量(50～100 g/day),推算(25～100 mg/L)浓度浸泡处理的红香发芽糙米(116.2～171.5 mg/kg)均可满足人日锌摄入量的要求。

图5 不同硫酸锌浓度处理发芽红香糙米中锌富集量(n=3)Fig.5 Zn concentration in the germinated fragrant red brown rice treated with different rates of ZnSO4(n=3)

3 结论

与未发芽红香糙米相比,0 mg/L硫酸锌浓度(二次水)浸泡萌发过程中GABA、蛋白质、维生素C含量显著提高,表明二次水浸种萌发过程可以提升红香糙米营养价值；25～100 mg/L硫酸锌浓度浸种并用二次水萌发过程,GABA含量变化不大,而蛋白质及维生素C含量逐渐升高,表明一定浓度范围内锌可以促进红香糙米中部分营养物质的积累,对营养物质的合成有积极响应作用。

综上可知,不同浓度硫酸锌溶液浸泡对红香糙米发芽率、锌及营养成分含量的积累均有显著影响(p<0.05)。其中,25～250 mg/L硫酸锌浓度可以显著提高发芽红香糙米中锌含量,与未发芽糙米相比,锌含量增加了355%～1225%；0～250 mg/L硫酸锌浓度范围内,与未发芽糙米相比,GABA、蛋白质及维生素C含量分别增加了134%～291%、9%～28%、131%～176%；0～100 mg/L硫酸锌浓度范围最适宜红香糙米发芽、GABA积累,0 mg/L硫酸锌浓度GABA积累达最高值,100 mg/L硫酸锌浓度蛋白质(121.1 mg/g)及维生素C(12.26 mg/100g)积累达最高值,25～100 mg/L硫酸锌浸泡处理的富锌发芽红香糙米可满足人日锌摄入量要求；结果表明,硫酸锌浸泡及二次水萌发过程中,红香糙米锌含量及营养价值得到显著提高,富锌发芽红香糙米可以考虑作为一种膳食补锌的食物新来源,综合发芽率、营养物质积累量及锌膳食补充量,100 mg/L硫酸锌为最适宜浸泡浓度。

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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，在读硕士研究生，主要从事食品微量营养素与天然产物化学等方面研究,E-mail：15120759391@163.com。

*通讯作者:胡广林(1976-)，男，博士，教授，主要从事微生物元素与天然产物化学研究,E-mail: glhu@hainu.edu.cn。

2014国家自然科学基金项目(31460390)。

TS218

A

1002-0306(2015)17-0000-00

10.13386/j.issn1002-0306.2015.17.000