大米胚芽营养特性研究

韩 玮，曾 里，张梦瑞，李梦阳，卢洪强，冉 旭✉

（1. 四川大学 轻工科学与工程学院，四川 成都 610065；2. 遂宁永荣高科技有限公司，四川 遂宁 629000）

胚芽是植物胚的组成部分，有较高的营养价值。大米胚芽是精白米生产的副产物，富含蛋白质、不饱和脂肪酸、维生素、矿物质等营养成分[1]。受制米工艺限制，生产精白米时，胚芽、糠层、碎米等被脱去，造成大量营养成分损失，胚芽的利用率不高，未能实现经济利益最大化。小麦胚芽是小麦加工副产物，有高营养价值，其深加工产业已历经数年发展，综合利用程度得到了一定的提高，仍存在大量商用小麦胚芽在市场流通中难以储存的问题[2]。玉米胚芽的脂肪含量达到46%，且富含优质脂肪酸，多用于玉米胚芽油的生产，利用率较高[3]。与小麦胚芽和玉米胚芽相比，大米胚芽的综合利用率较低，与之相关的基础研究和深加工工艺研究也较少，难以为其大规模产业化发展提供理论支持。

现有大米胚芽由于工艺加工条件不足，脱除时与碎米混合情况严重，难以分离，致使针对胚芽营养成分的深入研究不足，主要是简单的营养素含量检测，分析得出的结论区间范围差值较大，且受到不同品种、产地的影响，对企业生产的指导意义不足，同时由于其不饱和脂肪含量高，难以长期保存，对深加工利用提出了更高的要求。

对大米胚芽的基础营养成分如蛋白质、氨基酸、淀粉、脂肪酸进行深入研究，并将其微量元素与普通大米进行对比，脂肪酸含量与小麦胚芽和玉米胚芽进行对比，能够加深对于大米胚芽营养价值的认识，同时对大米胚芽的深加工综合利用具有指导意义。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

大米胚芽：四川三家米业有限公司；小麦胚芽：枣庄美乐嘉食品有限公司；玉米胚芽：沈阳新佳食品销售有限公司。

盐酸（HCl）、焦性没食子酸（C6H6O3）、乙醚（C4H10O）、石油醚、氢氧化钠（NaOH）、水硫酸钠（Na2SO4）、氯化钠（NaCl）、硫酸氢钠（NaHSO4）、氢氧化钾（KOH）、乙醇（C2H6O），95%、甲醇（CH3OH）、正庚烷[CH3(CH2)5CH3]，色谱纯：成都科龙化工试剂厂；三氟化硼甲醇溶液，15%、十一碳酸甘油三酯标准品、37种脂肪酸甲酯混标标准品：Nuchek；G2003-50T SDS-PAGE凝胶制备试剂盒：武汉赛维尔生物科技有限公司。

1.2 仪器与设备

等离子体质谱仪Agilent 7700 ICP-MS：安捷伦科技有限公司；氨基酸分析仪A300：德国曼默博尔公司；气相色谱质谱联用仪GC-2010 Plus、自动进样器auto injector AOC-20i：日本岛津公司；EMPYREAN X射线衍射仪：荷兰帕纳科公司；HH-6数显恒温水浴锅、TG16-WS高速离心机：湖南湘仪实验室仪器开发有限公司；PowerPac Basic电泳仪：Bio-Rad Laboratories；ChemiScope化学发光成像系统：上海勤翔科学仪器有限公司；μQuant光谱仪：BioTek美国伯腾。

1.3 实验方法

1.3.1 GC色谱条件

脂肪酸含量的测定参照 GB5009.168—2016《食品安全国家标准 食品中脂肪酸的测定》中的第一法内标法，脂肪酸甲酯化后利用气相色谱进行分析。色谱柱：PEG20M 弹性石英毛细管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；升温程序：进样口温度250 ℃，起始柱温40 ℃，保持3 min后，以10 ℃/min升温至160 ℃，不保持，再以5 ℃/min温至240 ℃，保持21 min；载气（He）；恒压35 kPa；不分流，进样量：1 µL。

1.3.2 氨基酸含量测定

大米胚芽磨粉后过100目筛，称取300 mg样品加入水解管中，再加入6 mol/L HCl 10 mL，水解管封管后于110 ℃水解24 h。水解完成后加入10 mol/L NaOH溶液中和定容至50 mL，双层滤纸过滤，10 000 r/min离心10 min，取上清液过0.45 μm膜用全自动氨基酸分析仪A300进行氨基酸分析[4]。

1.3.3 微量元素测定

大米胚芽磨粉后过100目筛，称取0.200 g样品加入微波消解管中，再加入 5 mL质量分数为65%的硝酸，加盖，放置1 h。在全能型微波工作化学平台中对样品进行消解。消解完毕后，100 ℃加热赶酸30 min[5]。样液定容后利用ICP-MS仪器全扫测定。

1.3.4 蛋白质分子量测定

大米胚芽磨粉后过100目筛，称取20.0 g，按1∶8的固液比加入蒸馏水，用1 mol/L NaOH溶液调pH值为 11左右，60 ℃恒温搅拌碱液浸提90 min，在4 000 r/min条件下离心20 min，取上清液，用1 mol/L HCl溶液调pH值为7，加入适量硫酸铵至80%饱和度，在室温条件下进行盐析后，在4 000 r/min条件下离心10 min，沉淀于50 ℃干燥即得大米胚芽蛋白[6]。所得蛋白进行凝胶渗透色谱（GPC）和聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS-PAGE）分析。

1.3.5 淀粉晶型测定

大米胚芽磨粉后过100目筛，称取100.0 g，按1∶4的固液比加入0.2 % NaOH溶液，室温下过夜静置15 h，纱布粗滤，滤液在4 000 r/min条件下离心5 min，去上清液保留白色沉淀物，重复清洗3次，沉淀于45 ℃干燥即得大米胚芽淀粉。所得淀粉进行X衍射分析。

1.4 数据分析

蛋白质分子量图为GPC系统自带形成谱图，X衍射实验采用origin 2021软件绘制图，不同主粮中脂肪酸含量重复三次，选用可信度较高的一组数据，采用origin 2021软件绘制图，结果以平均值±标准差（SD）表示。

2 结果与分析

2.1 蛋白质相对分子量分布

图1和表1分别为蛋白质分子量分布图和蛋白质具体分子量分布情况。表中 Mn表示数均分子量，Mw表示重均分子量，Mz表示更高的平均分子量，Mp表示峰分子量；Mw/Mn为多分散性指数，用于表征高分子分散度。

图1 蛋白质分子量分布图Fig.1 Protein molecular weight distribution

表1 大米胚芽蛋白质分子量分布情况Table 1 Molecular weight distribution of rice germ protein

结合图表中各项数据可以看出，大米胚芽蛋白质的分子量均大于 1 kDa，属于生物大分子物质，分子量分布在 3.65×103～9.566 2×104g/mol之间，且分布区间较宽，不同蛋白质间分子量差值较大，在凝胶电泳条带中大范围分布在 10～150 kDa，其中50 kDa和10 kDa条带清晰显著，为含量较高的蛋白质分子量，这与GPC色谱结果一致。分子量在 3.65×103～5.5×103g/mol之间的蛋白质占总量0.7%；分子量在5.5×103～1.3×104g/mol之间的蛋白质占总量97%，这两类蛋白质分子量在大分子蛋白内属于较小分子量蛋白，易于消化吸收，其中分子量在 5.5×103～8.5×103g/mol之间的蛋白质占总量的 66.8%；分子量在 8.5×103～1.3×104g/mol之间的蛋白质占总量的 30.2%；1.3×104～9.566 2×104g/mol蛋白分子量较大，占总量的2.3%且均大于53 kDa，属于较大分子蛋白质。

大米蛋白中分子峰尖分子量为 5.576×103g/mol，数均分子量为7.579×103g/mol，平均分子量为8.689×104g/mol，多分散性指数为1.177。多分散性指数差异越大标志着分子量分布越宽越不集中。结合各类蛋白主要分子量不同，说明大米胚芽蛋白主要以 5.5×103～1.3×104g/mol的蛋白质和蛋白亚基为主[7]，这与大米蛋白的特征一致。同时多分散性指数差异较小，说明分子量分布的较为集中，出现较小分子量蛋白质的原因可能是大米胚芽本身具有少量较小分子蛋白或是由于在提取过程中蛋白质被碱水解，使得小分子蛋白质占比增加。

2.2 氨基酸含量测定结果

利用氨基酸自动分析仪对水解后大米胚芽的游离氨基酸进行各类含量测定，结果如表2所示，使用文献方法[4]测定氨基酸含量，在20种日常氨基酸种类中，大米胚芽可以测出18种氨基酸，其中必需氨基酸8种，非必需氨基酸10种，氨基酸种类比较齐全，未检出谷氨酸[8]和色氨酸，色氨酸在过往研究中均无发现，但谷氨酸在过往研究种一般在大米、小麦中含量较高，这与实验结果有了冲突，可能和强酸水解处理的实验方法以及使用的仪器灵敏度有关，色氨酸只能通过碱水解测出。酸水解得到的是L-氨基酸，同时色氨酸被沸酸完全破坏，含有羟基的氨基酸如丝氨酸或苏氨酸有一小部分被水解，天门冬酰胺和谷氨酰胺侧链的酰胺基被水解成了羧基。碱水解的产物是D-型和L-型氨基酸，色氨酸在水解中不受破坏但过程中许多氨基酸都受到不同程度的破坏，产率不高[10]。

表2 大米胚芽中氨基酸的含量Table 2 Contents of amino acids in rice germ g/100g胚芽

大米胚芽中，脯氨酸、丝氨酸、天冬氨酸、精氨酸、亮氨酸等含量均在0.8%以上，含量较高，对于免疫调节等生理活动具有一定的辅助调节功能[9]。苏氨酸、缬氨酸、赖氨酸、苯丙氨酸和异亮氨酸作为必需氨基酸含量也较高，在 0.367%～0.686%之间，赖氨酸为大米的第一限制氨基酸，含量在大米胚芽中高于精米；甘氨酸、丙氨酸、酪氨酸、甲基组氨酸作为非必需氨基酸，含量在0.331%～0.771%之间，可认为大米胚芽能够提供较为全面的氨基酸来源；胱氨酸、组氨酸、羟基脯氨酸和蛋氨酸含量较低，在0.1%左右浮动，可以考虑检测条件对其检出具有一定的影响；羟基脯氨酸为胶原中特有的氨基酸，在大米胚芽中含量低可能是因为蛋白组成不同，本身在植物蛋白中此类氨基酸含量较低。

在大米胚芽蛋白组分中，含硫氨基酸（蛋氨酸和半胱氨酸）含量比较低，这主要是因为氨基酸测定中酸水解引起这两种氨基酸损失[10]。大米胚芽中必需氨基酸的含量为3.887%，非必需氨基酸含量为8.475%，必需氨基酸含量与总氨基酸含量的比值（E/T）为0.31，加上未检出的色氨酸，接近于FAO/WHO标准所推荐的0.4；必需氨基酸与非必需氨基酸的含量比（E/N）为 0.46，低于FAO/WHO标准所推荐的0.6[11-14]。

2.3 微量元素含量测定结果

对微量元素含量进行测定，结果由表3可知，大米胚芽中微量元素种类丰富，富含K、Ca、Mg、Na、Fe、Cu、Zn等人体必需微量元素，其中Mn、Fe、Zn、Sn、Sb、Hg等元素的含量显著高于精米，其他微量元素含量也略高于精米。这是由于大米的营养成分主要集中于胚芽部分，而大米精制过程脱去谷壳、种皮和胚芽，使得糙米中的微量元素大量流失，同时在胚芽的加工过程中，稻谷外壳难以脱除干净、糊粉层极易残留，致使胚芽内的金属元素含量很高。K、Ca、Mg可以促进牙齿、骨骼的发育。Fe元素能够预防和治疗缺铁性贫血症的发生。根据 2009—2010年 NHANES的数据：300 g大米胚芽中所含的K可以满足婴儿和成人每天对矿质元素的需要，三餐食用大米胚芽能提供一半的Ca元素需求，剩余需要其他饮食支持才能达标[15-16]。此外，胚芽中含有的硒（Se）元素，作为热点元素物质，具有抗氧化[17]、抗肿瘤[18]等功能，对人体健康的维持起到重要作用。

表3 大米胚芽中微量元素的含量Table 3 Contents of trace elements in rice germ

2.4 不饱和脂肪酸含量的测定

利用GC对甲酯化后不饱和脂肪酸进行检测，结果如图2所示。

图2 不饱和脂肪酸含量对比图Fig.2 Comparison chart of unsaturated fatty acid content

根据气相色谱研究结果显示，大米胚芽中含有丰富的脂肪酸，且不饱和脂肪酸占比较高，营养品质较好。其中，亚油酸和油酸均为人体必需脂肪酸，且人体不能自主合成亚油酸，具有降血脂[19]、调节免疫[20]、抗炎[21]等功能。大米胚芽中亚油酸含量为约为1.334 8 g/100 g，油酸含量为16.625 8 g/100 g，均显著高于市售的小麦胚芽和玉米胚芽，这可能是因为现有市售的胚芽产品在加工后不饱和脂肪酸被大量损失，同时由于生产日期过长，不饱和脂肪酸可能被氧化。棕榈油酸属单不饱和脂肪酸，具有调节脂肪代谢、血糖代谢的功能，对于慢性代谢综合症、糖尿病等有一定的辅助治疗作用[22]。大米胚芽中棕榈油酸含量约为0.048 5 g/100 g，高于小麦胚芽和玉米胚芽。此外，大米胚芽中油酸与亚油酸的比值（O/L值）较高，≥10，表明其具有保质期长、营养价值高、更适合加工、食用品质较好的特点。与小麦胚芽和玉米胚芽相比，大米胚芽中的脂肪酸种类和含量更丰富，且比例更优，因此大米胚芽拥有较好的开发利用价值。

2.5 淀粉晶型分析

由图 3可知，大米胚芽淀粉在 2θ为 15°、17°、18°和23°处均有较强的衍射峰，呈现典型A型结晶结构[23-24]，而图中在2θ=20°出现的峰是由直链淀粉-脂质复合物产生的，直链淀粉分子线状过长，难以形成结晶结构，而淀粉的结晶结构主要依靠支链淀粉，因此可以推断出大米胚芽淀粉直链淀粉含量较高，具有良好的可消化性，可作为良好的淀粉来源补充能量。

图3 大米胚芽淀粉晶型XRD图Fig.3 XRD pattern of rice germ starch crystal

3 结论

对大米胚芽主要营养元素含量和成分进行测定，结果表明，大米胚芽中的蛋白质以分子量在5.5×103～1.3×104g/mol 之间的蛋白质为主，与大米蛋白的特征一致，同时蛋白质分子量分布主要集中在10 kDa和50 kDa附近；氨基酸种类较为齐全，含量较高，必需氨基酸含量与总氨基酸含量的比值（E/T）为0.31，必需氨基酸与非必需氨基酸的含量比（E/N）为0.46；微量元素种类丰富，富含K、Ca、Mg、Na、Fe、Cu、Zn等元素，且Mn、Fe、Zn等元素含量显著高于精米；胚芽中的淀粉为典型的A型淀粉，具有较好的消化性；优质脂肪酸含量丰富，米胚芽中亚油酸含量为约为1.334 8 g/100 g，油酸含量为16.625 8 g/100 g，棕榈油酸含量约为0.048 5 g/100 g，均高于小麦胚芽和玉米胚芽，具有较高的营养品质和开发利用价值。但与市售生产技术较为成熟的小麦胚芽和玉米胚芽相比，大米胚芽生产的关键技术研究、深加工利用工艺研究还较少，亟待解决副产物浪费和胚芽生产过程中难分离、易氧化、难储存等问题。本研究对大米胚芽的营养成分进行深入探讨，为后续深度研究大米胚芽稳定性和商业生产提供理论参考。