高矿质元素糙米品种筛选与亚显微结构研究_李静

高矿质元素糙米品种筛选与亚显微结构研究

高矿质元素糙米品种筛选与亚显微结构研究

李静，李明，华泽田，陈雅蕾，杨剑，刘雅婷

（国家杂交水稻中心天津分中心功能稻米实验室，天津科技大学食品工程与生物技术学院，天津300457）

Fe、Se）为主要指标对糙米的营养价值进行初步筛选，摘要［目的］从20种糙米中以蛋白质和矿质元素（Ca、并观察筛选品种的形态结

为功能稻米的选育提供依据。［方法］凯氏定氮法测定蛋白质含量，原子吸收光谱和原子荧光光谱法比较矿质元素含量差异，构，

SPSS软件分析相关性，扫描电子显微镜观察筛选品种的形态。［结果］筛选出高Fe、高蛋白糙米ZT11（Fe17．29μg/g，蛋白质9．80%）和高Ca、Se71（Ca65．50g/g，Se0．050g/g）。Fe0．01。高糙米小品比μμ蛋白质含量与含量在水平有显著正相关性糙米横

，。［］Fe、Ca、Se断面有一定的差异蛋白质含量一定程度上影响糙米品种米糠层的分布情况结论筛选的富糙米具有广阔的市场前景、保

健效果和附加价值。

关键词糙米；蛋白质含量；矿质元素含量；相关性；形态结构中图分类号S51文献标识码A文章编号0517－6611（2011）28－17559－03ScreeningVarietiesofBrownRicewithMineral-richElementsandTheirSub-microscopeStructures

LIJingetal（SchoolofFoodEngineeringandBiotechnology，TianjinUniversityofScienceandTechnology，FunctionalRiceLaboratory，NationalHybridRiceResearchCenterofTianjinBranchCenter，Tianjin300457）Abstract［Objective］Thenutritionalqualityof20varietiesofbrownricewaspreliminarilyscreenedusingproteincontentandmineralele-soastoprovideatheoreticalandmaterialbasisforments（Ca，Fe，Se）concentrationsasmainindicators，themorphologywasalsoobserved，functionalricebreeding．［Method］ProteincontentofbrownricewasdeterminedusingKjeldahlnitrogendeterminationmethod．Mineralele-mentssuchasCa，Fe，Seconcentrationswerecomparedbyatomicabsorptionspectrometryandatomicfluorescencespectrometry，respective-ly．ThecorrelationbetweenproteincontentandmineralelementconcentrationwasanalyzedbySPSSsoftware．Andthemorphologywasob-servedbyscanningelectronmicroscope．［Result］Twovarietiesofbrownricewerefilteredout，thatis，varietiesofZT11brownricewithrich-Feconcentrationof17．29μg/gandhighproteincontentof9．80%，Xiaopinbi71withrich-Ca（65．50μg/g）andSeconcentrations（0．050μg/g）．ProteincontentisfoundtobesignificantlypositivecorrelationwithFecontentbySPSSanalysis（P＜0．01）．Crosssectionofvarietiesofbrownricehaddistinctlydifferences．Proteincontentofbrownricehadacertaineffectondistributionofvarietiesofrichbranlayer．［Con-clusion］ThescreenedFe-rich，Se-richandCa-richbrownricepossessbroadmarketprospect，healthyeffectandaddedvalue．KeywordsBrownrice；Proteincontent；Mineralelementsconcentration；Correlation；Morphology

精米以口感好、易消化的优点长期主导主食消费，但其维生素、矿质元素、膳食纤维等健康营养元素巨大缺失，易导致脚气病、口腔溃疡症、创口愈合难等营养素缺乏症，从而诱，“现代文明病之克发更严重的疾病。随着饮食观念的改变

星”天然保健糙米食品的开发与利用以其健康、方便、营养、安全愈来愈受到重视。

糙米具有特殊的营养价值和食用价值，其蛋白质、脂肪、膳食纤维以及人体所必需的微量矿质元素大都比精米高1～3倍，成为糖尿病人和心血管疾病患者膳食调养的食用优良“生命的奇效元素”，作为是谷胱甘肽过氧原料。如硒（Se），

易引发克山病、大骨节病、白内化物酶的组成成分。若缺乏，障、高血压等20多种人类疾病

［1］

步研究了筛选糙米品种的形态结构。11．11．1．11．1．2

材料与方法材料

稻米。稻米由天津天隆农业科技有限公司提供。稻1%HBO3溶液、试剂。40%NaOH溶液、混合指示剂

米样品出糙，除杂，备用。

（溴甲酚氯∶甲基红=5∶1）、K2SO4、浓H2SO4、无水CuSO4、H2O2等，无水Na2CO3、无水乙醇、浓HNO3（优级纯）、均为分析纯。1．1．3

AH02730碾磨机（株式会社科主要仪器。2层蒸锅、

SH220石墨消解仪［海能（济南）仪器有限公学研究所）、

、K9840自动凯氏定氮仪［HanonGroup，司］海能（济南）仪器、AA-6800原子吸收光谱仪（日本岛津）、AFS-830有限公司］

SU1510扫描电子显微镜（株式原子荧光光谱仪（北京吉天）、会社日立高新技术那珂事业所）。1．21．2．1

方法

矿质元素含量测定。每份样品称取1．0g置于消化

。铁（Fe）是血红蛋白、肌红

［2］

Fe缺乏是全世界尤其是发展蛋白、细胞色素等的重要成分，中国家面临的最主要的营养问题之一

。缺Fe易引起贫

免疫功能受损、记忆力衰退等。钙（Ca）是构成骨骼和牙血、

齿的主要成分，儿童缺Ca易患佝偻病，老年人缺Ca易导致Fe、Ca及蛋骨质疏松症。以饮食方式摄入来增加人体摄Se、

白量是一种比较理想的补充矿质元素和蛋白质的途径。因Se、Ca糙米是十分必要的，此，开发富Fe、具有广阔的市场前景、保健效果和附加价值。

Fe、Se）为主要指标对20笔者以蛋白质和矿质元素（Ca、

种糙米的营养价值进行初步评价，从中筛选矿质元素和蛋白质含量高的糙米品种，采用SPSS软件分析了其相关性，并初

天津科技大学实验室开放基金资助项目（1014A223）。

李静（1975－），女，河南泌阳人，副研究员，从事稻米品质分

E-mail：ljcyhui@tust．edu．cn。析与深加工技术研究，

07-04收稿日期2011-基金项目

作者简介

管中，用HBO3－H2O2消化液消化1h，冷却2～3h后定容于50ml容量瓶中，Fe、Ca元素含量采用原子吸收光谱仪测定，Se元素含量采用原子荧光光谱仪测定。1．2．2

蛋白质含量测定。每份样品称取1．00g置于定氮管

中，用H2SO4－CuSO4－K2SO4消化液在SH220石墨消解仪待消化液至澄清透明后停止消化，冷却后采上消化4～5h，

用K9840自动凯氏定氮仪测定蛋白质含量。1．2．3

形态分析。取少量完整糙米样品，取自然横截面，镀

金后采用扫描电子显微镜观察。选取合适的区域及放大倍

高矿质元素糙米品种筛选与亚显微结构研究

数观察并拍照保存。1．2．4

相关性分析。采用SPSS软件对糙米的矿质元素含

得出不同矿质元素含量之间的量和蛋白质含量作相关分析，

关联性以及蛋白质含量与矿质元素含量的关联性。22．1

结果与分析矿质元素含量

Fe和Se表1对比了20种糙米的Ca、

2．2蛋白质含量表1显示，高蛋白样品R106和ZT3（紫

米）样品蛋白质含量最高，达10．30%；编号为ZT11的高铁鸭达9．80%，从而进一步筛选血糯（紫）品种蛋白质含量较高，

出高Fe、高蛋白质含量的糙米品种ZT11。而高Ca、高Se糙达8．39%。米品种小品比71的蛋白质含量居中，2．3

矿质元素含量与蛋白质含量的相关性

糙米中矿质

Fe与Ca、Se的相关系数分别元素含量相关性（表2）显示，

Ca相关系数分别呈正相关性；Se与Fe、为0．115与0．275，

0．373，为0．275、为正相关。以双尾检验进行差异性分析，发现几种元素间差异性并不显著。矿质元素含量与蛋白质蛋白质含量与Fe含量的相关系数含量的相关性研究表明，

Se的相关系为0．567，正相关性极显著（P＜0．01）；与Ca、呈负相关性，差异性不显著。数分别为－0．101和－0．075，

表2

Table2

糙米中矿物元素含量相关性

Correctionbetweenmineralelementsconcentrationinvarie-tiesofbrownrice

元素ElementsFe

CaSe

Fe1．0000．1150．275

Ca1．0000．373

Se

元素含量。结果发现，糙米中3种元素含量的大小趋势一均为Ca＞Fe＞Se。编号为ZT11的鸭血糯（紫）品种Fe致，

含量最高，达17．29μg/g；编号为小品比71的紫糙米品种Ca和Se元素含量最高，分别为65．50和0．050μg/g。由此筛选高Se糙米小品比71两种富矿质出高Fe糙米ZT11和高Ca、元素品种。

表1

Table1样品Sample

糙米矿物元素和蛋白质含量

Mineralelementsconcentrationinvarietiesofbrownrice

蛋白质Protein%

Feμg/g7．2617．298．706．036．365．479．619．948．116．469．357．357．488．279．246．116．636．227．079．19

Caμg/g62．2056．9040．6056．9053．0052．3050．6055．7059．1053．0048．2065．5055．0829．6843．8834．5355．6728．5044．7634．20

Seμg/g0．0300．0400．0410．0380．0330．0280．0220．0400．0390．0400．0350．0500．0250．0410．0430．0320．0230．0210．0280．029

ZT10（香血糯）ZT10

6．14

（Xiangxuenuo）

ZT11［鸭血糯（紫）］ZT119．80（Yaxuenuo（purple））ZT12（紫颖，茶色米）ZT127．75（Ziying，brownrice）

ZT13（黑米）ZT13（black7．07rice）

ZT14（黑米）ZT14（black6．82rice）

ZT15（黑米）ZT15（black7．45rice）

ZT3（紫米）ZT3（purplerice）10．30ZT5（紫米）ZT5（purplerice）7．20ZT6（紫米）ZT6（purplerice）8．21ZT7（紫米）ZT7（purplerice）6．99ZT8（紫香）ZT8（Zixiang）9．26小品比71（紫米）Xiaopinbi8．3971（purplerice）

9．27紫香Zixiang

7．20红米Hongmi

10．30高蛋白R106Gaodanbai

R106

6．71越光Yueguang

8．07巨胚Jupei

8．01辽梗294Liaogeng294

7．82双胚Shuangpei

ZT249．68

1．000

Fe、Se等。一般认糙米中含有丰富的矿质元素，如Ca、

［3－4］

，为，蛋白质与稻米蒸煮食味品质呈显著负相关蛋白含

蛋白质含量量过高会使稻米食味品质变差。试验结果表明，

与Fe含量有高度的正相关性（P＜0．01）。而蛋白质含量又因此Fe含量是评价稻米食味品质和营养品质的重要指标，的大小在某种程度上可以评价米质的好坏。2．4

形态结构

比较高Ca、高Se稻米品种小品比71，高

Fe、高蛋白稻米品种ZT11，高蛋白稻米品种R106和日本著名稻米品种越光的横切剖面整体图（图1）发现，自然断面呈现明暗相间的区域。ZT11样品表面较光滑，放射性轮廓高蛋白R106胚乳细胞由中心向外并不明显；而小品比71、

呈片层结构；低蛋白含量的越光呈明显辐射状排列，

（6．71%）样品在接近边缘米糠层出现暗区，结构较为光滑

。

注：a．ZT11；b．小品比71；c．高蛋白R106；d．越光。

Note：a．ZT11；b．Xiaopinbi71；c．HighproteinR106；d．Yueguang．

图1

Fig．1

糙米横截面的扫描电子显微镜照片

SEMphotosofcrosssectionofscreenedbrownrice

比较糙米品种ZT11、小品比71、高蛋白R106和越光的米糠层形态（图2）发现，淀粉粒分散存在，堆积在一起；淀粉

体轮廓呈近球形；淀粉体内淀粉粒形状不规则，呈角形。R106与ZT11品种蛋白质含量较高，淀粉颗粒形态不规则，

淀粉体颗粒部分包埋在无定形非结晶区连续相中；而对于低蛋白质含量的越光品种，较多的淀粉粒呈现；对小品比71而

言，淀粉粒更加明显，靠近边缘是暗区。淀粉粒表面有许多是内胚乳细胞内淀粉粒与蛋白体紧密结合，当其分离孔洞，

高矿质元素糙米品种筛选与亚显微结构研究

时所形成的。由此，初步认为蛋白质含量大小一定程度上影响不同糙米品种米糠层的分布情况

。

注：a．ZT11；b．小品比71；c．高蛋白R106；d．越光。

Note：a．ZT11；b．Xiaopinbi71；c．HighproteinR106；d．Yueguang．

图2

Fig．2

糙米米糠层的扫描电子显微镜照片

SEMphotosofricebranlayerofscreenedbrownrice

3结论

对20种糙米资源采用凯氏定氮法测定了蛋白质含量，

品的横截面有一定的差异，尤其是ZT11样品，有较平滑的表ZT11、而其他样品呈连续明暗相间层状形态，小品比面形态，

71和越光样品米糠层中均能看到球状淀粉颗粒，其中ZT11淀粉粒分散在暗区，边缘层状结构；小品比71淀粉粒被分离暗区出现一些微孔，是内胚乳细胞内淀粉粒与出暗区边缘，

蛋白体紧密结合，当其分离时所形成的。而高蛋白R106样靠近边缘呈暗区分布。品边缘有明显的不规则淀粉体结构，

由此，初步认为蛋白质含量大小一定程度上影响不同糙米品种米糠层的分布情况。参考文献

［1］郑金贵．农产品的品质———营养与保健［J］．福建农业科技，1998（S1）：

11－15．［2］江湖，J］．安徽农业科付金衡，苏虎，等．富铁发芽糙米生产工艺研究［

2009，37（26）：12703－12704，12707．学，

［3］HORINOT，OKAMOTOM．Relationshipbetweennitrogenandmineral

contentsinricegrainanditspalatabilityaftercooking［J］．BullChungokuNatlExpSta，1992，10：1－15．［4］李丁鲁，张建明，王慧，等．长江下游地区部分优质粳稻品种与越光稻

［J］．中国水稻科学，2010，24（4）：米支链淀粉结构特征及品质性状比较

379－384．

Fe、Se元素含量采用原子吸收光谱和原子荧光光谱法对Ca、

进行了比较，并采用SPSS统计分析不同品种糙米资源的蛋从而对糙米的营养价值白质含量与矿质元素含量的相关性，

进行初步评价和筛选，最后采用扫描电子显微镜观察筛选品种的表面形态。

从测定结果中筛选出两种富矿质元素含量的糙米品种：高Fe、高蛋白ZT11鸭血糯（紫）品种（Fe含量17．29μg/g，蛋Ca和Se元白质含量9．80%）；高Ca、高Se小品比71品种，素含量分别为65．50和0．050μg/g。用凯氏定氮法筛选出高蛋白R106和ZT3（紫米）样品（10．30%）。

从相关性和显著分析结果发现，糙米的蛋白质含量与Fe含量在0．01水平有高度的正相关性，通过Fe含量大小在某种程度上可以评价米质的好坏。

从两种富矿物元素糙米品种、高蛋白样品与日本著名品不同品种糙米样种越光的扫描电子显微镜照片上可以看出，（上接第17547页）

1999，10（6）：353－358．

［12］张蓓，J］．国外医沈立松．实时荧光定量PCR的研究进展及其应用［

2003（6）：327－329．学：临床生物化学与检验学分册，

［13］HERNANDEZM，RODRGUEZ-LZAROD，ESTEVET，etal．Develop-mentofmeltingtemperature-basedSYBRGreenIpolymerasechainreac-J］．tionmethodsformultiplexgeneticallymodifiedorganismdetection［

AnalyticalBiochemistry，2003，323：164－170．［14］HIRDH，POWELLJ，JOHNSONML，etal．fDeterminationofpercentage

ofRoundUpReadysoyainsoyaflourusingreal-timepolymerasechainre-J］．AOACInternational，2003，86：66－71．action：interlaboratorystudy［

［15］LEIMANISS，HERNNDEZM，FERNNDEZS，etal．Amicroarray-baseddetectionsystemforgeneticallymodifiedfoodingredients［J］．Plant

2006，61：123－139．MolecularBiology，

［16］周光华，朱大洲，王成．近红外光谱在粮食作物检测中的应用进展

［J］．安徽农业科学，2010，38（28）：15475－15478．［17］祝诗平，梁晶，闫灵．基于近红外光谱与DPLS的转基因菜籽油快速鉴

［C］∥中国农业工程学会电气信息与自动化专业委员会、别方法研究

中国电机工程学会农村电气化分会科技与教育专委会2010年学术年

檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪

：［，2010：37．出版者不详］会论文摘要．北京

［18］FERIOTTOG，GARDENGHIS，BIANCHIN，etal．QuantitationofBt-176

maizegenomicsequencesbysurfaceplasmonresonance-basedbiospecific

J］．interactionanalysisofmultiplexpolymerasechainreaction（PCR）［

JournalofAgriculturalandFoodChemistry，2003，51（6）：4640－4646．［19］肖守斌．运用表面等离子共振生物传感器检测转基因玉米的研究

［J］．玉米科学，2009，17（2）：38－43．［20］HHNEM，SANTISIC，MEYERR．Real-timemultiplexPCR：Anaccu-ratemethodforthedetectionandquantificationof35S-CaMVpromoterin

geneticallymodifiedmaizecontainingfood［J］．EuropeanFoodResearch

2002，215：59－64．andTechnology，

［21］RUEBELTMC，LIPPM，REYNOLDSTL，etal．Applicationoftwo-di-mensionalgelelectrophoresistointerrogatealterationsintheproteomeof

J］．Journalgenticallymodifiedcrops．1．assessinganalyticalvalidation［

ofAgriculturalandFoodChemistry，2006，54（6）：2154－2161．［22］BADRIMA，RIVARDD，COENENK，etal．ASELDI-TOFMSprocedure

forthedetectionquantitationandpreliminarycharacterizationoflow-mo-J］．lecular-weightrecombinantproteinsexpressedintransgenicplants［

Proteomics，2009，9（2）：233－241．