《Journal of Cereal Science》：Effects of zinc fortification on nutrients, antioxidant activities, and flavor compounds in germinated brown rice
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本研究针对锌缺乏症及糙米营养价值受限问题，系统探讨了锌强化发芽处理对γ-氨基丁酸(GABA)富集、锌积累、抗氧化活性提升及风味化合物调控的作用。结果表明，30 mg/L硫酸锌溶液于30°C下发芽28小时可显著提高GABA含量、锌浓度及DPPH/ABTS自由基清除率，并通过抑制不良风味挥发性有机物(VOCs)、促进酯类及萜烯类芳香物质生成，有效改善糙米食用品质。该研究为开发营养强化、风味优良的发芽糙米产品提供了理论依据。
在全球范围内，约有四分之一的人口面临长期锌缺乏的风险，这种微量元素不足可能导致免疫失调、神经发育受损和生长迟缓等一系列健康问题。尽管锌在人体抗氧化应激和抗炎症反应中扮演着关键角色，但通过日常饮食有效补充锌仍存在挑战。糙米作为全球超过60%人口的主食，虽然比精白米保留了更多的生物活性物质，如γ-氨基丁酸(GABA)、阿魏酸、谷维素和生育酚，但其致密的纤维结构和所含的植酸却阻碍了水分的吸收以及锌等矿物质的生物可利用性。因此，如何在不牺牲口感的前提下提升糙米的营养价值，成为了食品科学领域的一个重要课题。
在这一背景下，渤海大学食品科学与工程学院的研究团队在《Journal of Cereal Science》上发表了一项研究，探索了将锌强化与发芽过程相结合，以期同步提升糙米的营养价值、抗氧化能力和风味特性。发芽本身已被证明是一种有效的生物加工方法，它能激活糙米内源酶系统，显著增加GABA含量，降低植酸水平，并改善抗氧化活性。然而，锌强化处理对发芽糙米风味特征的影响尚不明确，这正是本研究旨在深入探讨的核心问题。
为了回答上述问题，研究人员主要运用了几项关键技术：采用硫酸锌溶液进行锌强化发芽处理，并优化了浓度(30 mg/L)、温度(30°C)和时间(28小时)等关键参数；利用分光光度法测定GABA含量和植酸含量，并通过电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)分析锌浓度；评估了DPPH、ABTS自由基清除活性和铁离子还原抗氧化能力(FRAP)以表征抗氧化活性；最后，结合电子鼻(E-nose)和顶空气相色谱-离子迁移谱(HS-GC-IMS)技术，系统分析了糙米、普通发芽糙米(GBR)及锌强化发芽糙米(Zn-GBR)中的挥发性有机物(VOCs)差异。
3.1. 锌强化对GABA的影响
3.1.1. 锌强化对GABA含量的影响
研究发现，在30 mg/L硫酸锌溶液中发芽28小时，Zn-GBR的GABA含量达到84.99 mg/100g，是未处理糙米(BR)的约5倍，也显著高于普通发芽糙米(GBR)的64.21 mg/100g。这表明外源锌处理在一定范围内促进了GABA的积累。GABA含量在发芽10-28小时内逐渐增加，于28小时达到峰值，随后在28-34小时期间逐渐下降。这可能是由于后期GABA的消耗速率超过了合成速率，以及胚胎伸长导致在干燥过程中易脱落所致。
3.1.2. 锌强化对GABA相关酶活性的影响
研究进一步揭示了锌强化影响GABA代谢的酶学机制。锌强化处理对谷氨酸脱羧酶(GAD)活性无显著影响，但显著降低了GABA转氨酶(GABA-T)的活性，尤其是在发芽28小时时。GABA-T的活性降低抑制了GABA向琥珀酸半醛(SSA)的降解，从而有利于GABA的积累。此外，锌强化还激活了多胺氧化酶(PAO)和二胺氧化酶(DAO)的活性，这些酶参与多胺降解途径，间接促进了GABA的合成。
3.2. 锌强化对锌浓度的影响
锌强化处理显著提高了糙米中的锌浓度。经过34小时发芽后，Zn-GBR的锌浓度达到171.46 mg/kg，是未发芽BR的6.79倍，也是普通GBR的1.53倍。这表明糙米在发芽过程中能有效富集外源锌。同时，发芽过程本身，尤其是锌强化处理，显著降低了植酸含量（从GBR的33.88 mg/g降至Zn-GBR的16.66 mg/g）。植酸是抑制矿物质吸收的关键因素，其含量的降低有望提高锌的生物可利用性。
3.3. 抗氧化活性分析
抗氧化评估结果显示，随着发芽时间的延长（22-34小时），无论是GBR还是Zn-GBR，其DPPH自由基清除率、ABTS自由基清除率和FRAP值均呈现上升趋势。值得注意的是，在发芽后期（34小时），Zn-GBR的ABTS自由基清除率(49.89%)显著高于GBR(38.90%)。锌离子作为超氧化物歧化酶(SOD)等关键抗氧化酶的辅因子，可能通过调节钙/钙调蛋白水平以及促进结合态酚类物质的释放，共同增强了体系的整体抗氧化能力。
3.4. 电子鼻分析
电子鼻分析表明，与BR相比，GBR的S15（异常气味）传感器响应值升高，表明发芽引入了一些不愉快气味。而Zn-GBR则在S2（醛类）和S20（醇类）传感器上显示出更高的响应值。醛类和醇类通常与令人愉悦的甜香、花香和果香相关，提示锌强化处理有助于改善发芽糙米的整体风味轮廓。
3.5. HS-GC-IMS分析VOCs
3.5.1. VOCs的鉴定
通过HS-GC-IMS共鉴定出20种特征性挥发性有机物。研究发现，发芽和锌强化处理降低了一些与不良风味相关的化合物含量，如具有不愉快气味的二丙基二硫醚。更重要的是，Zn-GBR中酯类（如果甜香）、呋喃类（如甜香）和萜烯类（如柠檬烯，具有柑橘果香）等呈香物质的含量显著增加。
3.5.2. OPLS-DA分析
正交偏最小二乘判别分析(OPLS-DA)模型有效区分了BR、GBR和Zn-GBR的风味特征。变量投影重要性(VIP)分析确定了8种VIP值>1的关键差异挥发性化合物，包括3-甲基戊酸、2-环戊烯-1-酮等。Zn-GBR与2-乙酰基-5-甲基呋喃、乙基-3-羟基丁酸酯、柠檬烯等赋予甜香、果香和柑橘香气的化合物密切关联，证实锌强化 germination 能有效优化发芽糙米的风味品质。
本研究得出结论，结合30 mg/L硫酸锌的发芽处理是一种提升发芽糙米综合品质的有效策略。它不仅通过抑制GABA-T活性和激活PAO/DAO活性促进了GABA的富集，还显著提高了锌浓度和抗氧化能力。在风味方面，该处理能减少不良气味物质，同时增加酯类、呋喃类和萜烯类等愉悦香气成分，从而改善产品的可接受性。这项研究为开发兼具高营养价值和良好风味的锌强化发芽糙米产品提供了坚实的理论依据和实践指导，对于应对全球性的微量元素缺乏问题，特别是锌缺乏，具有重要的现实意义。然而，研究仅在单一水稻品种上进行，未来需要在更多品种中验证该技术的普适性，并进一步开展感官评价和人体生物可利用性研究。
