高γ-氨基丁酸含量的发芽糙米品种筛选及应用

论文摘要

糙米在一定的条件下发芽,内源的谷氨酸脱羧酶（GAD）激活催化谷氨酸转化为γ-氨基丁酸（GABA）,使发芽糙米中GABA的含量大大提高,从而提高糙米的营养效价,改善其风味。然而发芽糙米GABA含量受稻米品种的影响较大,尚需对GABA含量的品种差异进行研究。本文以181个水稻品种（系）为材料,研究了不同生态类型的发芽糙米中GABA含量的差异与遗传稳定性,筛选出GABA含量和GAD活性高的品种;分析了三个类型代表品种的糙米发芽过程中GABA含量、GAD活性、游离氨基酸的动态变化,初步探讨了GABA含量的品种差异机理;以筛选的GAD活性高的糙米品种为原料,利用其发芽糙米浆转化外源谷氨酸,并对转化条件进行了优化,为高GABA发芽糙米食品的开发提供科学依据。课题主要研究结果如下:（1）测定了181个品种（系）的糙米发芽后GABA的含量,研究了GABA生成的品种差异性与遗传稳定性。不同水稻品种发芽糙米的GABA的含量存在明显差异,糙米在30℃浸泡6 h,发芽24 h后,所有测定材料中,GABA平均含量为56.84 mg·（100g）-1,其中最高含量为87.88 mg·（100g）-1、最低含量为34.62mg·（100g）-1。发芽糙米的GABA含量存在光温生态型差异,早稻品种的GABA含量高于中稻和晚稻,籼稻稍高于粳稻;高GABA生成量的性状可遗传。（2）研究了三个类型代表品种的糙米发芽过程中GABA含量、GAD活性、游离氨基酸、根芽长的动态变化及其品种差异性。糙米在发芽72 h后GABA的含量和GAD活性均达到最大,且发芽过程中品种间的差异显著,早籼稻大于早粳和中籼。糙米发芽过程中几乎所有的氨基酸都呈先上升后下降的趋势。不同类型品种糙米中的游离氨基酸在未发芽前没有差异,而在发芽48-72 h后,游离氨基酸的差异显著。（3）探讨了发芽糙米中GABA含量的品种差异机理。发芽糙米的GABA生成量与芽长和GAD活性呈极显著的正相关性,不同品种类型间GABA含量的差异可能由发芽糙米的芽等组织中GAD活性的差异所致。GABA的合成还受Ala、Glu、Val、Lys、Arg、Met、Ser和His等氨基酸的调节。（4）研究了发芽糙米浆转化谷氨酸生成GABA条件的优化。加入谷氨酸钠的效果好于加入谷氨酸,适宜浓度的CaCl2和谷氨酸钠有利于GABA的生成。采用Plackett-Burman试验设计法,筛选出影响谷氨酸转化率和GABA生成量的四个最为关键因素为:谷氨酸钠浓度、固液比、转化温度、转化pH。通过响应曲面法确定了关键因素的最佳条件范围为液固比3.15～4.72,谷氨酸钠浓度7.67～10.35 mmol·L-1,转化温度37.4～41.3℃,转化pH 6.1～6.5。在最佳参数下:液固比3.67,谷氨酸钠浓度9.13 mmol·L-1,反应温度39.0℃,反应pH 6.4,GABA的生成量可达973.47 mg·L-1,谷氨酸转化率可达0.8971,其米浆中的GABA浓度可达1403.21 mg·（100gDW）-1,是未优化前的3.2倍,比一般发芽糙米中的含量提高了10～20倍。

论文目录

• 目录
• 摘要
• ABSTRACT
• 缩略词表
• 1 前言
• 1.1 发芽糙米的营养特性
• 1.1.1 糙米发芽
• 1.1.2 糙米发芽时有效成分的变化
• 1.1.3 发芽糙米的功效
• 1.2 影响发芽糙米中γ-氨基丁酸生成的因素
• 1.2.1 谷氨酸脱羧酶的影响
• 1.2.2 底物谷氨酸盐类的影响
• 1.2.3 激活剂及辅酶的影响
• 1.2.4 pH值及离子强度的影响
• 1.2.5 环境应激条件的影响
• 1.2.6 发芽条件的影响
• 1.2.7 稻米品种类型的影响
• 1.3 应用内源谷氨酸脱羧酶转化提高发芽糙米中γ-氨基丁酸含量
• 1.4 研究目的意义及研究内容
• 2 材料与方法
• 2.1 材料与设备
• 2.1.1 材料
• 2.1.2 主要试剂
• 2.1.3 主要设备
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 发芽糙米的制备
• 2.2.2 水分含量的测定
• 2.2.3 γ-氨基丁酸的提取及含量测定
• 2.2.4 谷氨酸脱羧酶的提取及活性测定
• 2.2.5 发芽糙米根长和芽长测定
• 2.2.6 发芽糙米中游离氨基酸组成及含量的测定
• 2.2.7 利用发芽糙米的内源谷氨酸脱羧酶转化谷氨酸
• 2.3 试验设计
• 2.3.1 转化关键因素的筛选设计
• 2.3.2 响应曲面法设计
• 2.4 数据处理与分析
• 3 结果与分析
• 3.1 发芽糙米中γ-氨基丁酸的含量
• 3.1.1 不同品种的糙米发芽后γ-氨基丁酸含量
• 3.1.2 生长环境对发芽糙米中γ-氨基丁酸含量的影响
• 3.1.3 发芽糙米产生高γ-氨基丁酸的遗传稳定性
• 3.1.4 小结
• 3.2 糙米发芽过程中γ-氨基丁酸含量的品种差异机理探讨
• 3.2.1 糙米发芽过程中γ-氨基丁酸和谷氨酸脱羧酶活性的动态变化
• 3.2.2 糙米发芽过程中的芽长和根长与γ-氨基丁酸含量的关系
• 3.2.3 糙米发芽过程中各种游离氨基酸含量的变化
• 3.2.4 小结
• 3.3 高酶活性的发芽糙米浆转化外源谷氨酸的条件优化
• 3.3.1 发芽糙米浆转化外源谷氨酸条件的选择
• 3.3.2 转化条件中关键因素的筛选
• 3.3.3 重要因素最优水平的确定及范围
• 3.3.4 小结
• 4 讨论
• 4.1 发芽糙米中γ-氨基丁酸含量的品种差异及原因
• 4.2 发芽条件对发芽糙米中γ-氨基丁酸含量的影响
• 4.3 高活性谷氨酸脱羧酶转化提高γ-氨基丁酸含量的应用
• 5 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录