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《江南大学》 2017年
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发芽对薏米营养组成、理化特性及生物活性的影响

徐磊  
【摘要】:薏米(Coix lachryma-jobi L.),属一年生或多年生草本植物,由于其较高的营养保健功能和药用价值而成为一种广泛应用的药食两用资源。中国是薏米种植和消费大国,然而当前我国的薏米加工尚停留在初级阶段,绝大部分薏米相关企业仅限于薏米原料的销售及烘焙营养粉的制作,对薏米的深加工处理和开发应用仍然缺乏。此外,薏米籽粒淀粉、蛋白质和脂肪含量高,质地坚硬、密实,较难煮熟,生产加工时需长时间浸泡、蒸煮,进一步制约了其加工应用。目前,发芽处理已被广泛用于改善糙米、燕麦和荞麦等谷物的加工性能和营养价值,但尚未对发芽薏米进行系统、深入的研究。本论文系统研究了薏米在发芽过程中营养组成、理化特性及生物活性的变化,以期为薏米的深加工提供理论指导,提高其经济效益。首先,选取了三种市场上常见薏米品种贵州小白壳薏米(GX)、贵州大白壳薏米(GD)和福建浦城薏米(PC),研究了不同品种薏米的红、白薏米的营养组成和体外抗氧化活性。结果表明:薏米营养丰富,具有较高的体外抗氧化活力,红薏米要明显优于白薏米。薏米蛋白质含量达11.93%-15.61%,脂肪含量达9.00%-9.85%。薏米常量矿物元素中K含量最为丰富(2.43-2.62 g/kg),而微量矿物元素中Fe含量最高(21.29-27.84 mg/100g)。薏米单不饱和、多不饱和脂肪酸含量丰富,脂肪酸中油酸和亚油酸含量最高,分别占47.36%-48.38%和34.74%-35.18%。薏米中主要包含7种甘油三酯,GD三油酸甘油酯含量明显优于其它品种,其红、白薏米中含量分别为9.66和8.97 mg/g DW。红薏米的γ-谷维素含量(341.44-375.35μg/g DW)显著高于白薏米(176.52-193.25μg/g DW),但不同品种之间差别不大。薏米中生育酚以γ-生育酚为主,含量在22.41μg/g DW(GX白薏米)-37.03μg/g DW(GD红薏米)之间。薏米中多酚和黄酮主要以游离态的形式存在,GX红薏米的游离型多酚和黄酮含量最高,分别为134.53 mg GAE/100g DW和22.25 mg RE/100g DW。此外,薏米游离型多酚提取物的抗氧化能力显著高于结合型,GX红薏米的游离型多酚提取物的抗氧化能力最强。接着,采用不同的温度和时间浸泡处理薏米籽粒,考察了浸泡处理对薏米组分和理化特性的影响。结果表明,浸泡处理对薏米脂肪含量、脂肪酸组成和晶体类型没有显著影响,但浸泡处理显著提高薏米粉的相对结晶度(RC),55℃浸泡12 h薏米粉的RC从32.03%增加到38.22%。薏米籽粒在浸泡后其十二烷基硫酸钠(SDS)可溶和不可溶蛋白发生明显的降解和溶出,且随着浸泡时间的延长和温度的提高,蛋白降解和溶出程度逐渐增加。浸泡处理后薏米粉的蛋白质网络结构被破坏,紧密结构变得松散,粉体粒径变小且更加均一,淀粉表面变得光滑、表面蛋白显著减少。此外,浸泡处理显著提高了薏米的峰值、低谷、崩解、终止和回生黏度。其次,研究了发芽对薏米营养和理化特性的影响。研究发现,相较未发芽薏米,薏米发芽60 h后其干重、脂肪、淀粉和三油酸甘油酯含量分别降低了22.4%、3.4%、20.8%和13.8%(p0.05),粗蛋白含量未发生显著变化(p0.05),而γ-氨基丁酸(GABA)和薏苡素含量分别提高了2.4和2.6倍。高效分子排阻色谱(SE-HPLC)结果显示,薏米发芽过程中其蛋白发生显著降解,部分SDS不可溶蛋白变为SDS可溶的高分子量蛋白,而SDS可溶蛋白则被降解成低分子量蛋白、多肽和氨基酸。傅里叶转换红外光谱(FTIR)结果显示,薏米发芽过程中脂肪发生显著降解,1745 cm~(-1)处的酯羰基峰随着发芽时间的延长峰强度逐渐减弱。扫描电子显微镜(SEM)结果显示,发芽处理显著影响薏米的微观结构,发芽后连续的蛋白网络结构遭到破坏,结构变得松散,淀粉颗粒随着发芽时间的延长逐渐被降解,发芽60 h后淀粉颗粒崩解成许多小的碎片,几乎观察不到完整的淀粉颗粒。此外,差式扫描量热仪(DSC)结果显示薏米发芽后其起始、峰值和终止糊化温度随着发芽时间的延长逐渐升高,而快速黏度仪(RVA)结果显示薏米发芽后其峰值、低谷、崩解、终止和回生黏度随着发芽时间的延长逐渐降低。再次,从游离型和结合型多酚提取物的角度,分析了发芽不同时间薏米的多酚含量和抗氧化活性,同时探究了发芽薏米对高脂血症小鼠的降脂和抗氧化作用。结果表明,发芽处理显著提高了薏米游离型多酚和黄酮含量,发芽60 h后两者含量分别较发芽前增加了112.5%和168.3%,而结合型多酚和黄酮含量略有降低。p-香豆酸、阿魏酸和异阿魏酸是薏米结合型多酚提取物中主要存在的酚酸,发芽后阿魏酸含量略有降低。而薏米游离型多酚提取物中p-香豆酸、原儿茶酸、对羟基苯甲酸、香草酸和咖啡酸的含量随着发芽时间的延长显著提高。此外,发芽处理显著提高了薏米的抗氧化活力,发芽60 h后,薏米的总氧自由基吸收能力(ORAC)、ABTS自由基清除能力和铁离子还原能力(FRAP)比发芽前分别提高了294.5%、21.6%和192.2%。相关性分析结果显示,不同发芽时间薏米的ORAC、ABTS及FRAP抗氧化能力之间存在极显著相关性(p0.01),此外薏米的抗氧化能力与其总酚含量、总黄酮含量之间呈极显著正相关(p0.01)。动物实验结果表明,相较于未发芽薏米,发芽薏米对小鼠高脂血症具有更好的防治功效。摄食发芽薏米可显著降低高脂血症小鼠血清甘油三酯(TG)和低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)水平(p0.05),同时提高高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)水平(p0.05)。摄食发芽薏米还能明显改善小鼠氧化应激状态,显著提高血清和肝脏中超氧化物岐化酶(SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)、过氧化氢酶(CAT)的活性,增强总抗氧化能力(T-AOC)(p0.05),同时显著降低丙二醛(MDA)的生成(p0.05)。此外,发芽薏米可防止高脂血症诱发的肝损伤,显著降低小鼠血清谷丙转氨酶(ALT)和谷草转氨酶(AST)水平(p0.05)。然后,研究了薏米发芽过程中浸泡液介质(柠檬酸、乳酸)对其营养组成和理化特性的影响。结果表明,相较于去离子水浸泡,采用酸溶液浸泡降低了薏米发芽过程中淀粉和蛋白的降解。薏米籽粒去离子水浸泡发芽后总游离氨基酸含量从488.0 mg/kg DW增加到1451.4 mg/kg DW,柠檬酸浸泡发芽后含量达到2089.5 mg/kg DW,而乳酸浸泡发芽后总游离氨基酸含量仅为900.1 mg/kg DW。相较于去离子水浸泡发芽的薏米,柠檬酸浸泡发芽的薏米总酚、总黄酮含量及ORAC分别提高了18.3%、17.0%和39.1%,而乳酸浸泡发芽后则分别降低了14.9%、9.0%和16.8%。此外,酸浸泡提高了发芽薏米的糊化粘度,尤其是乳酸浸泡组。SEM结果显示,相较于去离子水浸泡,酸浸泡的薏米在发芽后微观结构变化减小,蛋白质网络破坏减弱,淀粉具有更多的表面蛋白。最后,选取薏米水提取液作为研究对象,探讨了薏米发芽后其水提取液的营养组成和生物活性的变化。研究发现,薏米发芽后其水提取液葡萄糖和麦芽糖含量分别提高了157.1%和327.6%,而果糖含量降低了42.4%。水提取液的V_C和V_(B1)含量在发芽后分别提高了1.61和2.68倍,同时TFC和FRAP分别提高了64.36%和61.08%。薏米发芽后,水提取液中游离氨基酸含量显著升高(p0.05),含量从54.09μg/m L增加到128.22μg/mL,必需氨基酸的比例从21.63%提高到42.13%。发芽处理还显著提高了水提取液中肽的含量,其中分子质量低于3000 Da的肽增加尤其显著。此外,薏米发芽后水提取液对血管紧张素转化酶(ACE)、酪氨酸酶和黄嘌呤氧化酶的抑制率分别从46.44%、10.09%和21.96%提高到70.71%、63.36%和38.68%。
【学位授予单位】:江南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TS210.1

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