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导读

不同的加工工艺条件对发芽糙米的功能活性成分产生的影响有所差异。本研究进一步将富氢水应用于发芽糙米的加工，并在明确其佳工艺条件的基础上，进一步研究了富氢水对发芽糙米总黄酮含量、米糠结构及糊化特性等品质的影响。

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杨丽¹ ，肖斌² ，肖登荣² ，丁信文¹ ，曾辉¹，宋立华¹,* （1.上海交通大学农业与生物学院，上海 200240；2.上海瀛丰五斗生态农业发展有限公司，上海 202179）

摘要 | ABSTRACT
摘要：本研究利用富氢水（HRW）加工发芽糙米，以富氢水浓度、发芽温度和浸泡时间为主要影响因素，以发芽势、发芽率和总黄酮含量为考核指标，在利用单因素和响应面试验建立和优化发芽工艺条件的基础上，进一步分析富氢水对糙米米糠超微结构及部分热物性参数的影响。结果表明，富氢水加工发芽糙米的佳工艺条件为:浸泡时间13 h、发芽温度29 ℃、富氢水浓度1.5 mg/L，在此条件下糙米发芽势为67%、发芽率为84%、总黄酮含量为186.5 mg/100 g，极显著（P<0.01）高于普通纯水发芽糙米的发芽势（46%）、发芽率（70%）及总黄酮含量（130.3 mg/100 g）；此外，与普通纯水处理相比，富氢水发芽糙米米糠结构更疏松；发芽糙米糊化热焓值显著（P<0.05）低于未发芽糙米及普通纯水发芽糙米。表明利用富氢水加工发芽糙米可有效提高发芽效率、改善糙米功能活性及糊化特性，具有较好的转化应用价值。

Abstract: In present study,the germinated brown rice was processed with hydrogen-rich water(HRW),the germination potential,sprouted rate and total flavonoid content were determined under different HRW concentration,germination temperature and soaking time.After the establishment of optimal germination processing conditions via single factor and response surface experiments,the effects of HRW on the ultrastructure of brown rice bran and partial thermal property parameters of germinated brown rice were investigated.The results showed that the optimal processing conditions for HRW germinated brown rice were as follows:Soaking time 13 h,germination temperature 29℃,HRW concentration 1.51 mg/L.Under this condition,the germination potential of HRW germinated brown rice was 67%,germination rate was 84%and total flavonoid content was 186.5 mg/100 g,which were significantly higher than those of pure water germinated brown rice(germination potential 46%;germination rate 70%;total flavonoid content 130.3 mg/100 g)(P<0.01).SEM results showed that the bran structure of HRW germinated brown rice was more porous than that of pure water treatment group.The thermal physicochemical analysis results showed that the enthalpy of gelatinization of HRW germinated brown rice was significantly lower than that of brown rice and pure water germinated brown rice(P<0.05).The HRW processing technology of germinated brown rice exhibited application value due to the effective improvement on the germination efficiency,functional activity and gelatinization characteristics of germinated brown rice.

关键词 | Keywords

关键词：富氢水，发芽糙米，发芽率，总黄酮，超微结构，糊化特性

Keywords: hydrogen-rich water；germinated brown rice；germination efficiency；total flavonoids；ultrastructure；gelatinization characteristics

“氢”助乡村振兴
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我国约有 2/3 的人口以加工精度较高的白米为主食。研究表明，长期食用精白米会增加患糖尿病的风险。糙米是包含米糠、胚芽和胚乳的全谷物，较好地保留了聚集在糠层及胚芽中的各种植物化学物质，具有较好的营养特性，但糙米口感差，蒸煮费时，作为主食可接受度低。将糙米加工成发芽糙米，不但可保留糙米原有的部分维生素、矿物质、膳食纤维等基本营养成分，还可通过生物转化作用有效富集 γ-氨（GABA）等活性成分，既可使糙米获得良好的功能特性，还可改善口感。但不同的加工工艺条件对发芽糙米的功能活性成分影响有所不同。

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目前，关于发芽糙米加工工艺的研究大多以富集 GABA 为主要目的 ：肖君荣等研究不同钙离子浓度、pH、谷氨酸钠浓度及发芽时间对发芽糙米中 GABA 产生量的影响；郑艺梅研究了蒸馏水、 壳聚糖和氯化钙溶液三种浸泡剂在不同时间、温度和pH 条件下对 GABA 富集效果的影响。但现有可有效富集发芽糙米中 GABA 等活性成分的加工工艺大多较复杂，成本高，不易实现产业化生产；此外，发芽糙米中除主要活性成分 GABA 外，黄酮也是其中的活性成分，具有自由基、防止细胞衰老、 降低胆固醇、预症 等作用。如何进一步富集黄酮等活性成分的含量，以增强发芽糙米的生物学活性值得进一步研究。

富氢水（Hydrogen-rich Water，HRW）是利用纳米气泡混合等技术将氢气溶解在水中得到的富含分子氢（H2 ）的水，近年来在医学领域中的应用研究较多，但在食品加工中应用较少。本课题组前期利用富氢水加工发芽黑大麦，发现其不但可显著提高黑大麦发芽效率，还可改变其他功能活性成分的分布及含量，提高发芽谷物的抗氧化活性，显著增加发芽黑大麦中植物酚酸的含量。因此，本研究进一步将富氢水应用于发芽糙米的加工，在明确其佳工艺条件的基础上，进一步研究富氢水对发芽糙米总黄酮含量、米糠结构及糊化特性等品质的影响。富氢水制备简单，成本低，本研究可为功能性发芽糙米的加工提供新的思路和转化应用技术。

1　材料与方法

1.2　实验方法

1.2.1 糙米发芽工艺　

糙米去除杂质后用自来水冲 洗 3 次，加入 0.1% 的次氯酸钠溶液 15 s，后清水冲洗数次，糙米放于烧杯中，加入糙米体积 1.5 倍的富氢水或普通纯水浸泡，浸泡期间每隔 1~ 2 h 更换一次水以保持有效氢浓度，浸泡结束放入恒温培养箱中萌发，待糙米长出 1 mm 左右芽长后取出。发芽糙米加工工艺单因素实验以糙米浸泡时间、发芽温度和富氢水浓度为关键影响因素，通过探究其对糙米发芽率的影响，明确上述影响因素的作用范围。

1.2.2 单因素实验

1.2.2.1 浸泡时间的确定　

设定发芽温度为 25 ℃， 富氢水浓度为 1 mg/L，分别浸泡 8、10、12、14、16 h，萌发 24 h，获得不同浸泡时间下糙米的发芽率。

1.2.2.2 发芽温度的确定　

设定浸泡时间为 12 h，富氢水浓度为 1 mg/L，发芽温度分别为 20、25、30、35、 40 ℃，萌发 24 h，获得不同发芽温度下糙米的发芽率。

1.2.2.3 富氢水浓度的确定　

设定浸泡时间为 12 h， 发芽温度为 25 ℃，富氢水浓度分别为 0、0.5、1、 1.5、2 mg/L，萌发 24 h，获得不同富氢水浓度下糙米的发芽率。

1.2.3 响应面优化试验　

在单因素实验基础上，采用 Box-Behnken（Design-Expert8.0.6）实验设计，以 浸泡时间、发芽温度和富氢水浓度为三因素，糙米发芽势、发芽率和总黄酮的含量为响应值，设计三因素三水平响应面试验，因素和水平如表 1 所示。

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1.2.4 富氢水对发芽糙米理化特性的影响　

在响应面优化的工艺参数条件下，进一步研究未发芽糙米、 普通纯水发芽糙米和富氢水发芽糙米组的发芽势、 发芽率、总黄酮含量、米糠表皮超微结构及发芽糙米热物性的变化。

1.2.5 测定指标

1.2.5.1 发芽势和发芽率计算　

待糙米萌发至出现露白时（萌发约 12 h 后）取出，按如下公式计算糙米发芽势。

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1.2.5.2 总黄酮检测

将发芽糙米烘干磨粉后过 80 目筛，利用直接干燥法（GB5009.3-2016）检测未发 芽糙米、普通纯水发芽糙米及富氢水发芽糙米的含水量分别为 14.10%、16.72% 和 16.89%。称取 0.2 g 糙米粉末，置于 50 mL 离心管中，加入 50% 乙醇溶液 4 mL 超声浴（280 W，45 ℃）提取 40 min，4000 r/min 离心 10 min 取上清液，重复三次提取后合并上清液。取 1 mL 上清液于 10 mL 容量瓶中，加入 2 mL 三 氯化铝溶液（0.1 mol/L），3 mL 乙酸甲溶液（1 mol/L） 定容摇匀，室温下放置 30 min，于 420 nm处测定吸 光度值，各样品平行重复 3 次。以标准曲线求样品的总黄酮含量，总黄酮含量以当量表示（mg/100 g）。

1.2.5.3 扫描电镜观察糙米米糠超微结构　

取未发芽糙米和发芽 12 h 后的糙米冷冻干燥，用导电胶将干燥后的糙米固定在载物台上，高真空镀膜仪喷金 30 s，用低真空超高分辨场发射扫描电子显微镜扫描样品并拍照。

称取 2 mg 各处理组糙米粉置于铝坩埚中，加入 4 μL 去离子水，4 ℃ 冰 箱过夜平衡 ，采用差式扫描热量仪 （Differential Scanning Calorimeter，DSC）分析糙米热物性。扫描温度为 20~100 ℃，扫描速率为 10 ℃/min，载气体为氮气，氮气流速为 20 mL/min，测定时以空坩埚作为对照。

采用 IBM SPSS Statistics 20 进行单因素方差分析 ，Graphpad Prism 6.01 软件作图 ，Design-Expert 8.0.6 进行 Box-Behnken 实验设计。实验数据均是三次以上的重复，结果用“平均值±标准差”表示。