富含γ-氨基丁酸的小米发芽条件优化及特性分析

发布时间：2020-04-17 14:12

【摘要】：小米具有很高的营养价值,是中国古代北方旱作农业的代表性谷物,具有生长周期短、适应性强、耐贫瘠、且易储存的优势。随着时代的进步,消费者的膳食结构和消费理念都随之发生巨大的变化,全世界越来越重视提高植物性食品的营养质量。发芽可以有效提高小米的营养价值和γ-氨基丁酸(GABA)含量,符合我国食品工业“营养、卫生、方便”的发展趋势。因此,通过发芽提高小米中GABA含量,然后分析发芽前后小米的组成变化、小米蛋白的结构变化和发芽过程中γ-氨基丁酸支路代谢关键酶的变化是非常有必要的。本文以小米为研究对象,通过发芽处理提高小米中GABA含量,并研究小米与发芽小米的组分变化,同时分析小米蛋白和发芽小米蛋白结构特性的差异。还研究了发芽过程中γ-氨基丁酸支路代谢关键酶的变化、γ-氨基丁酸支路代谢关键酶与GABA含量以及各关键酶之间的相关性分析,主要研究结果如下:(1)优化发芽条件提高小米中GABA含量通过单因素试验和Plackett-Burman试验筛选出对GABA影响最显著的三个因素:浸泡时间、CaCl_2浓度和发芽温度。利用最陡爬坡试验得到GABA含量最大的响应值区域,确定响应面试验的中心点,然后通过响应面Box-Behnken试验设计得到浸泡时间、CaCl_2浓度和发芽温度的最优水平。该最优水平条件下,GABA含量实测值与响应面试验设计中心点实测值无显著差异(P0.05);同时,考虑实际应用,最终确定小米发芽的工艺条件为:浸泡时间13 h、浸泡温度35℃、CaCl_2浓度3.5 mmol/L;发芽时间48 h和发芽温度31℃;在该条件下,发芽小米中GABA含量为251.46 mg/100g,较未发芽小米提高了2.90倍。(2)发芽小米的组分变化与原小米相比,发芽小米的蛋白质、脂肪、淀粉和灰分含量均显著下降(P0.05)。发芽小米较小米的总脂肪酸含量从原先的3.15 g/100g上升到3.35 g/100g,其中棕榈酸、花生酸、亚麻酸均无明显变化(P0.05),亚油酸含量上升(P0.05),但是硬脂酸和油酸含量明显下降(P0.05)。对发芽前后小米的游离氨基酸含量进行比较可知,发芽后小米的丝氨酸、苏氨酸和半胱氨酸含量没有明显变化(P0.05),组氨酸含量减少,除此之外,其余氨基酸含量均上升;同时,发芽后小米的疏水性氨基酸和亲水性氨基酸含量都得到提升,分别从5.19μmol/g、8.40μmol/g上升到10.43μmol/g、8.92μmol/g,分别提升了100.96%、6.19%,疏水性氨基酸得到大幅度提升;发芽小米中游离氨基酸总量较小米从13.59μmol/g上升到19.35μmol/g。通过扫描电镜观察微观结构,发现未发芽的小米全粉为较大的聚集体,发芽小米全粉中块状聚集体尺寸下降,且多数呈现为形状不规则的碎片,淀粉颗粒大小也有一定程度的下降,同时淀粉颗粒表面孔状结构数量增多、孔径增大,其表面更加粗糙。通过分析小米与发芽小米的热特性得出:发芽小米较小米的起始糊化温度(T_o)、峰值糊化温度(T_p)、和终止糊化温度(T_c)分别从70.40、77.09和81.01℃显著提升至71.11、78.10和82.04℃(P0.05),同时糊化焓值(△H)也从5.61 J/g显著提高至6.18 J/g(P0.05)。(3)发芽小米蛋白的结构变化通过SDS-PAGE凝胶电泳分析发芽对小米蛋白亚基的影响,结果发现发芽小米蛋白和原小米蛋白相比亚基没有变化,分子量都主要分布在11-107 kDa之间;但是各个亚基的含量发生了变化,发芽后,除分子量为18.9 kDa的亚基含量上升之外,其余亚基都较发芽前有所下降。通过研究发芽前后小米蛋白的粒径分布发现,发芽前后小米蛋白颗粒分布都在0.2μm至7μm范围内,并且均呈现双峰分布;发芽后,粒径分布在0.5-3μm之间的小米蛋白由发芽前的54%上升到75.9%,而粒径分布在3-6.5μm之间的蛋白由发芽前的46%下降到24.1%;同时,发芽前小米蛋白的中位粒径D_(50)为1.48μm,发芽后小米蛋白的中位粒径D_(50)下降到1.28μm。通过比较发芽前后小米蛋白紫外吸收光谱发现,与原小米蛋白相比,发芽小米蛋白的紫外吸收强度增加,同时发生蓝移现象,最大吸收波长从226 nm变为218 nm,蓝移了8 nm。采用傅里叶红外光谱分析蛋白的二级结构,发现β-转角在小米蛋白的二级结构中占主导地位;同时与小米蛋白相比,发芽小米蛋白二级结构中的α-螺旋由14.37%上升至18.49%,β-折叠和无规卷曲分别由28.11%、12.51%下降至26.51%、9.96%,β-转角变化不大。通过比较发芽前后小米蛋白荧光光谱发现,发芽前后小米蛋白的荧光光谱形状几乎没有变化,但发芽小米蛋白较原小米蛋白的荧光强度下降,同时发生红移现象,最大发射波长由354.6 nm变为358.6nm,红移了4.0 nm。通过比较发芽前后小米蛋白疏水性发现,发芽后蛋白质的疏水性显著下降(P0.05),由发芽前的294.90下降到256.93。(4)发芽过程中γ-氨基丁酸支路代谢关键酶的变化、γ-氨基丁酸支路代谢关键酶与GABA含量以及各关键酶之间的相关性分析。发芽过程中谷氨酸脱羧酶(GAD)、γ-氨基丁酸转氨酶(GABA-T)和琥珀酸半醛脱氢酶(SSADH)的活力都随着发芽时间的延长而呈现逐渐上升的趋势。发芽48 h后,GAD、GABA-T和SSADH的活力分别从未发芽小米的0.65 U/L、0.05 U/L、1.02 U/mL提升到了3.97U/L、2.37 U/L、2.84 U/mL。通过相关性分析得到GAD、GABA-T和SSADH互相均呈显著正相关,其中GAD与GABA-T、SSADH均呈显著正相关(P0.05),相关系数分别为0.934和0.928;GABA-T和SSADH呈极显著正相关(P0.01),相关系数为0.972。GABA的含量与GAD呈极显著正相关(P0.01),相关系数为0.984;GABA的含量与GABA-T呈显著正相关(P0.05),相关系数为0.881;GABA的含量与SSADH相关关系不显著(P0.05)。
【学位授予单位】：东北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TS210.4

【相似文献】