发芽糙米面包的研究进展

赵芷萱，孙莹，关丽娜，石长波

（哈尔滨商业大学旅游烹饪学院，黑龙江哈尔滨150076）

糙米是稻谷脱壳后的产品，由糠层、胚芽和胚乳构成。稻谷的64%营养元素集中在糠层和胚芽中，由于米糠层的纤维素及其复合物难以咀嚼，不容易被人体消化而使糙米的食用受到局限。许多学者为提高人们对糙米食品的接受度，对糙米进行碾削、浸泡、发芽、干燥、辐射、酶解、超高压、挤压膨化等多种处理方法来改善糙米的食用品质，以期生产出能满足人们消费需求的糙米食品。其中的发芽糙米是指将传统糙米在一定温度和湿度下进行培养的带糠层胚乳和幼芽的糙米制品。发芽糙米不仅保留了糙米丰富的营养成分，而且产生了多种具有促进人体健康的成分，如：抗活性氧植酸、γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid，GABA）等，GABA 是哺乳动物体中枢神经系统中重要的抑制性神经递质，对机体的多种功能具有调节作用[1]。因此发芽糙米还具有改善血液循环，预防老年痴呆等功能。

糙米蛋白属于非面筋蛋白，具有降低面团黏弹性，提高产品的酥松性的性质，同时焙烤中的美拉德反应会使产品产生米香味，改善了产品风味。焙烤糙米食品具有较好的发展前景。还有研究报道[2]，发芽糙米粉的加入使面包的营养价值得到提升。但发芽糙米面包仍然存在保质期短、市场饱和度高、口感以及消费观念等问题限制。目前，日本已经研发了很多以发芽糙米为原料的发酵食品并已推广食用，比如：糙米酵素、发芽糙米酒等。在国内，这些研究还停留于试验阶段，上市的产品还不多。本文对发芽糙米面包的营养价值、生物活性物质和抗氧化性的相关研究进行综述，旨在为发芽糙米食品的进一步研发及推广提供参考。

1 发芽糙米面包的国内外研究现状

Yevtushenko D P 等[3]以发芽糙米米粉及小麦粉当作原料发酵制作面包，并在正交试验及单因素试验下确定工艺参数为：水55%，发芽糙米米粉22%，谷朊粉12%，转谷氨酰胺酶0.15%，发酵2.5 h，醒发60 min，烘烤 22 min，温度 220 ℃（底火 180 ℃）。李雨露等[4]以发芽糙米粉为原料，研制了出一种口感松软、易于消化、香甜味美、具有丰富营养的面包。以糙米粉为基数，其最佳配方为水95%、白砂糖15%、黄原胶3%、酵母2%，其他配料的适合用量食盐1%、起酥油6%、奶粉5%、鸡蛋液10%、面包改良剂0.3%。研究发现发芽糙米粉的加入能够改善面包品质[5]。Fabiola 等[6]将糙米在28 ℃和100%相对湿度下进行发芽，发芽时间分别为12、24、48 h；发现发芽过程中糙米粉的水化和糊化特性发生了显着变化。当发芽时间增加时，发现发芽糙米面包的比容，湿度和水分活度没有显著变化，但面包屑的柔软度显著提高。Renzetti 等[7]对糙米面糊进行蛋白酶处理，制作的糙米面包比容显著增加，面包质量得到改善，同时面包屑硬度和咀嚼性降低。Charoenthaikij 等[8]在以下浸泡条件（35℃下的pH 6.8的蒸馏水、pH 3 的缓冲溶液，发芽24 h 或48 h）制备发芽糙米粉用来制作发芽糙米面包，发现含有30%的发芽糙米粉制作的面包与小麦面包相比具有更小的体积和更高的硬度，但是含有30%的发芽糙米粉制作的面包（pH 6.8 和24 h 除外）的硬度显著低于含有30%非发芽糙米粉的面包的硬度。用或不用含有30%的发芽糙米粉制作面包，面包的香气、味道和风味的可接受性得分没有显著差异。在含有发芽糙米粉的面包制剂中，在pH 3 条件下浸泡24 h 后制备的发芽糙米面包具有更高的感官评分。所以，在面包配方中替代高达30%发芽糙米粉的小麦粉是可行的，而不会对面包感官接受产生负面影响。

2 发芽糙米面包的营养价值

2.1 营养成分

Komatsuzaki 等[9]发现糙米发芽 24 h 后，游离氨基酸除天冬氨酸（Asp）、丝氨酸（Ser）和谷氨酸（Glu）3 种氨基酸的含量有所降低外，其余游离氨基酸含量均有不同程度的增加。Ohtsubo 等[10]将糙米发芽72 h 发现：谷氨酸（Glu）、丙氨酸（Ala）、甘氨酸（Gly）和天冬氨酸（Asp）含量增加，这些呈味氨基酸含量的增加有可能改善发芽糙米面包的风味。高丽红等[11]比较糙米和发芽糙米的营养成分，发现二者氨基酸含量无明显变化，但发芽糙米的矿物质减少了约15%，粗脂肪增加了约12%。由糙米（brown rice，BR）、预发芽糙米（pregerminated brown rice，Pre-GBR） 和发芽糙米（germinated brown rice，GBR）所制作的面包的营养成分、能量，游离葡萄糖含量和植酸含量如表1[1]。

由表1 可以看出，发芽增加了糙米蛋白质含量并降低了碳水化合物的量，灰分含量随发芽时间增加而逐渐减少可能是由于洗涤过程中矿物质的损失；脂肪含量，在发芽24 h 时观察到逐渐减少，继续延长发芽时间，观察到脂肪含量显著增加。随着糙米发芽的进行，游离葡萄糖含量显著增加，这是由于萌发期间糖的释放。发芽期间由于酶活性增加使淀粉降解，淀粉含量降低和还原糖含量增加，同时小状糊精和可发酵糖的量也有所增加[12]。研究发现，在萌发48 h，α-淀粉酶的强烈作用可导致淀粉过度液化和糊精化，导致面包品质较差。总体而言，发芽糙米粉适合用作无麸质面包的制作原料。

表1 糙米（BR）、预发芽糙米（Pre-GBR）和发芽不同时间的发芽糙米（GBR）制作的面包的营养成分、能量、游离葡萄糖和植酸含量Table 1 Approximate composition，energy，free glucose and phytic acid content of gluten-free bread made from raw brown rice（BR），pregerminated brown rice（Pre-GBR）and germinated brown rice（GBR）at different germination times

使用分光光度法测量30%取代的发芽糙米粉（胚芽：0.5 mm～1.0 mm）面团和面包样品中的植酸量[13]。Albarracín 等[14]用浸泡和发芽过的糙米制作面包，观察到植酸含量的降低。这是因为浸泡过程使植酸浸出到浸泡水中和在萌发期间内源植酸酶的活化。植酸具有螯合矿物质（铁、锌、镁和钙）的能力，并对氨基酸、蛋白质和淀粉的吸收产生负面影响。研究表明，通过浸泡和发芽处理实现植酸含量的降低可以提高水稻蛋白质的消化率和矿物质的耐碱性。因此，基于发芽糙米其植酸含量的降低以供面包更好的营养质量。Morita等[15]将小麦粉的30%用经过植酸酶浸泡处理得到的发芽糙米粉替代来制作面包，发现面包中植酸的含量（0.15 %）与用小麦粉制作的面包中的植酸含量（0.16%）接近。实际上，添加发芽糙米粉会使烘焙性能差，被认为不能应用于面包制作。然而由于植酸酶和半纤维素酶能水解发芽糙米中的植酸盐和半纤维素，面团的成熟度和延展性由形成的磷酸盐和分解的麸皮而活化的酵母而改善。此外，越来越多的研究表明植酸可能对人类健康有益，因为它可降低糖尿病KK小鼠的胆固醇水平[16]，并发挥抗氧化和抗癌作用[17]。

2.2 体外蛋白质消化率

郑艺梅等[18]研究发现，糙米发芽时贮藏蛋白首先被降解，增加的蛋白质主要是谷蛋白，谷蛋白属于PB-Ⅱ类蛋白质，氨基酸较平衡，易被消化和吸收，提高了蛋白质的生物利用率。此外，发芽增加了游离氨基酸的量，尤其是GABA 含量[19]。通过 Hsu 等[20]的改进方法测定糙米面包样品的体外蛋白质消化率，结果发现发芽影响糙米面包体外蛋白质消化率，发芽12 h 的糙米与未发芽糙米所制作的面包相比体外蛋白质消化率显着增加，但进一步发芽导致蛋白质消化率显着降低[1]。这是由于含有赖氨酸的蛋白质在烘焙过程中发生了非酶促褐变（美拉德反应），Cornejo 等[6]研究发现这种作用在发芽时间较长的糙米磨成粉所制作的面包中表现更为突出。此外，烘焙过程中的高温会在氨基酸之间产生交联作用，形成更加硬性的结构，从而降低蛋白质的消化率。

2.3 体外淀粉消化率

通过对Dura 等[21]的方法进行少量修改，从干燥样品中测定面包的淀粉消化率，研究发现浸泡和发芽影响糙米面包的淀粉水解，随着发芽时间的延长，面包的总淀粉水解率呈降低趋势。这是由于发芽后淀粉结构发生再结晶，而酶首先水解更容易消化的非结晶区域。此外，Cho 等[22]认为烘烤也是一种热处理方式，研究证明糙米在一定温度和湿度发芽后其淀粉消化率降低，这是因为发芽过程引起糙米内部结构变化，使得淀粉颗粒和分子之间硬性结构增加，所以淀粉颗粒和分子不易受消化酶的影响，淀粉水解率降低。在发芽12 h 和24 h 的糙米所制作的面包中没有观察到显着差异，但是在发芽48 h 后，这种效果显著突出，从而减缓了淀粉的水解。观察发芽糙米制作的面包在180 min 后水解淀粉的平衡浓度显著降低，反映了淀粉消化率的降低，表明发芽导致淀粉颗粒更具抵抗力。鲍会梅[23]研究发现：与未发芽糙米相比，随着发芽糙米中α-淀粉酶活力的升高，淀粉含量呈下降的趋势；还原糖的含量增加了6.46 倍，淀粉含量下降28.8%。这与Nazia Nissar 等[24]的研究结果一致，由于淀粉酶分解导致发芽糙米淀粉含量降低，单糖浓度增加。徐杰[25]对发芽糙米中淀粉和蛋白质的性质及发芽前后的变化进行了研究，发芽前后，淀粉性质改变较大，总淀粉含量和直链淀粉含量下降；淀粉的糊化性质，热力学性质和老化趋势减小；扫描电镜结果表明，发芽后淀粉颗粒略有变小，且大小不均；体外消化试验表明，发芽后慢消化淀粉含量增加，快消化淀粉含量下降。

2.4 血糖指数

Matos 等[26]认为面包属于淀粉类食品，因此预计大米无麸质面包具有更高的血糖生成指数（glycemic index，GI）（＞70）。事实上，发芽使糙米面包具有中等至低的GI[1]。发芽糙米引起糙米面包血糖指数的显着降低可能与发芽过程中淀粉颗粒的内部变化有关。低GI值被认为有利于健康，特别是作为预防血糖控制起重要作用的疾病的工具，例如肥胖，糖尿病和高脂血症。李飞等[27]综述了发芽糙米中GABA、抗脂质氧化物质和膳食纤维的降糖作用。Charoenthaiki 等[28]发现利用混合了发芽糙米粉含量达50%的面粉制作的面包，与普通面包相比其食用品质变化不大，且因为保留的生物活性而具有一定的降糖效果。Panlasigui 研究发现食用低血糖指数的发芽糙米与食用大米的相比，健康的受试者与患糖尿病的受试者患Ⅱ型糖尿病的比率分别下降了12%和35.6%[29]。

3 发芽糙米面包的生物活性物质

3.1 GABA

GABA 即γ-氨基丁酸，又称γ-酪氨酸，它是一种非蛋白质氨基酸，具有较高的生理活性。糙米在发芽过程中，内源的谷氨酸脱羧酶 （glutamate decarboxylase，GAD）被活化，将糙米中的谷氨酸转化为GABA，从而显著的提高GABA 的含量。来自预发芽糙米面包与糙米面包的GABA 含量相似。发芽显着改善了面包中的GABA 含量，这种效果随着发芽时间的延长而显着增加。来自糙米发芽48 h 的面包显示出比糙米面包高6 倍的GABA 含量，糙米萌发时间决定了GABA 的积累量。如Lamberts 等[30]报道，面包制作过程中GABA的损失归因于其在酵母发酵过程中的消耗或美拉德褐变反应期间的氨基酸降解。摄入GABA 可以提高葡萄糖磷酸酯酶的活性，使脑细胞活动旺盛，促进脑组织的新陈代谢、和恢复脑细胞功能、改善神经机能，GABA 还具有降血压、促进乙醇代谢、抑制肥胖等作用。人体干预研究表明，每天摄入10 mg～20 mg 的GABA能够预防高血压前期，因此，每天食用100 g 糙米发芽48 h 的面包，含37.5 mg GABA 将提供足够的GABA以显示先前研究中观察到的健康益处[31]。

3.2 γ-谷维素

Fabiola 等[6]研究发现来自预发芽糙米和发芽糙米的面包显示出低于糙米面包的γ-谷维素含量。此外，延长的发芽时间（24 h 和48 h）使面包中的谷维素含量增加，尽管还是低于糙米面包中的谷维素水平。这与Kiing 等[32]得到的在预发芽糙米面包和发芽糙米面包中谷维素含量降低的结果一致。另外也有研究显示预发芽48 h 会使糙米中γ-谷维素含量增加[33]。这种差异表明浸泡和发芽对谷维素含量的影响取决于许多因素，如糙米品种和加工条件（时间、温度、水、pH 值）。烘焙过程会明显地导致谷维素的损失，这可能是由于来自酵母（saccharomyces cerevisiae）的阿魏酸酯酶在面团发酵过程中的热降解和水解，其释放出阿魏酸[34]。γ-谷维素也会通过胆固醇酯酶在胃肠道消化后水解成游离甾醇和阿魏酸[35]。据报道，γ-谷维素的生物活性可能是由于消化过程中释放的游离阿魏酸。目前，很少有临床研究支持阿魏酸对人体的有益作用，然而，这些研究的结果证实了阿魏酸在自由基引起的疾病中的潜在重要作用（阿尔茨海默病、癌症、心血管疾病，在临床前研究中观察到的糖尿病和皮肤病）[36]。

3.3 酚类物质

Tian 等[37]发现发芽糙米中游离阿魏酸、对香豆酸和芥子酸以及酚类化合物的含量显着增加。先前有关于谷物萌发的研究得到来自发芽糙米和预发芽糙米的面包中的总酚含量高于糙米面包[38]。发芽糙米面包中的总酚含量随发芽时间延长而增加，发芽48 h 时发芽糙米面包的总酚含量比糙米面包高1.5 倍。这可以解释为与苯丙烷途径中涉及的酶的诱导以及引起结合酚类释放的细胞壁多糖和蛋白质的降解直接相关[39]。

4 抗氧化能力

范军等[40]通过测定发芽糙米水提取液清除超氧阴离子活性，研究了发芽糙米在发芽过程及干燥过程中抗氧化活性的变化规律。结果表明，发芽后，抗氧化活性显著增强，在6 h～18 h，抗氧化活性增加速度很快；但是发芽糙米在干燥过程中其抗氧化活性降低，65 ℃干燥1.5 h 或微波干燥对发芽糙米抗氧化活性破坏较小。

Caceres 等[41]所述使用自动多板读数器（BioTek Instruments）在 λexc485 nm 和 λem 520 nm 处通过荧光的氧自由基吸收能力（oxygen free radical absorption capacity，ORAC）的方法测定抗氧化活性。结果发现，发芽12 h 的糙米所制作的面包其ORAC 值略微升高，尽管与糙米面包相比，抗氧化活性没有提高。但是，当糙米发芽较长时间（24 h 和48 h）时，与糙米面包相比，在面包中观察到抗氧化活性增加。这可能是具有抗氧化活性的化合物的生物合成，以维持发芽期间氧化还原稳态的平衡和由于多糖细胞壁降解而结合的酚类物质的水解[39]。总酚类物质含量和谷维素含量与ORAC呈正相关（相关系数分别为r2=0.861 4 和0.762 7），除了清除自由基活性外，酚类化合物和顺式谷维素也可以作为氢和电子供体发挥其抗氧化作用，并通过间接抗氧化机制，如抗氧化基因的上调和氧化应激基因标记的下调[42]。建议使用发芽48 h 的糙米粉作为制作发芽糙米面包的原料，由于其能够提供更高的抗氧化活性，以更好地防止氧化应激。

5 展望

近年来，人们的饮食结构多以细粮为主，而对粗杂粮的摄入较少，这就容易导致由营养失衡而引发的糖尿病、心血管病、脚气病等慢性病。糙米的萌发是一种自然的方式用来提高无麸质面包的营养质量。由于发芽糙米面包的蛋白质、脂类和生物活性化合物（GABA、γ-谷维素和多酚）含量较高，其抗氧化活性增加，植酸含量和血糖指数降低。在功能性食品开发日益高涨的今天，发芽糙米面包具有一定优势，同时越来越多的研究者致力于开发其作为药食同源的新型功能性食品。此外，发展发芽糙米类食品也可以减少粮食资源浪费，有利于粮食安全保障。尽管发芽糙米食品还需要一个逐步引导与科普认识的过程，但随着糙米加工技术研究的深入，发芽糙米及其制品将具有很大的发展潜力。