食品配料米糠的研究進展

鄒昱成 鞠興榮 何 榮 袁 建 閆 明 史冰清

(南京財經(jīng)大學食品科學與工程學院，南京 210046)

我國有豐富的米糠資源，按稻谷年產(chǎn)2億t，米糠占其質量6%來推算，理論上每年可產(chǎn)1 200萬t的米糠。米糠由稻谷加工成精米碾磨得到的種皮、果皮、糊粉層、外胚乳和胚的混合物組成[1]。米糠含有稻谷中大部分的生理活性成分，除含有脂肪、多糖、蛋白質、維生素、礦物質等營養(yǎng)素還有甾醇、γ-谷維素、生育酚、生育三烯酚和酚類化合物等有益健康的活性物質[2]。在很多發(fā)展中國家，碾米后得到的米糠大部分用作動物飼料或者廢物丟棄[3]。現(xiàn)在的米糠加工利用模式大多是營養(yǎng)成分的提取利用，而忽略了米糠作為配料在食品中的應用。美國在米糠食品化上起步較早，從20世紀90年代開始，就研究將米糠經(jīng)過穩(wěn)定化處理后添加到食品中，開發(fā)出多種米糠配料產(chǎn)品。米糠可食化配料加工的新模式有利于減少米糠營養(yǎng)成分的流失，強化產(chǎn)品營養(yǎng)價值并提高了米糠副產(chǎn)物的整體利用率。在《國務院辦公廳關于加快推進農(nóng)業(yè)供給側結構性改革大力發(fā)展糧食產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟的意見》(國辦發(fā)〔2017〕78號)中提出大力開展米糠、碎米、麥麩等副產(chǎn)物綜合利用，可見米糠穩(wěn)定化、可食化配料的研究與相關產(chǎn)品開發(fā)對社會發(fā)展的意義重大。

1 米糠食品配料的應用

1.1 米糠面制品

面制品是我國重要的主食之一，米糠中含豐富的維生素、膳食纖維素和谷維素等活性物質，近年來有國內學者研究了將穩(wěn)定化米糠添加到饅頭、面條等面制品中，具有強化營養(yǎng)和保健功能[4]。添加適量的米糠可以增強面制品的食用價值、營養(yǎng)價值和米糠的附加值，若添加過量會影響面筋的網(wǎng)絡結構[5]和面團的韌性，其口感、色澤、彈性下降，產(chǎn)品難以被消費者接受。在面粉中添加10%～15%的米糠，會導致饅頭顏色變深體積減小，但對口感和氣味無明顯影響[6]。張磊科[7]的研究同樣表明面粉中米糠的添加量不宜超過15%，在增強饅頭營養(yǎng)價值同時也不會明顯降低饅頭的食用感官品質。鄧利等[8]研究顯示在添加適量脫脂小米米糠粉于面粉中時可改良面團特性和拉伸性，過量則反之。隨著米糠添加量增加，面條的拉伸性、黏結力下降，面條中添加量在6%以下最宜[9]。可能因為米糠中纖維結構可增強面團的持水性，適量添加有益面團特性，且加入小粒徑米糠粉后，無論從面團流變特性和饅頭的感官特性來看，都優(yōu)于添加的大粒徑米糠粉。因為大粒徑米糠更易阻塞面筋網(wǎng)絡結構，降低面團持氣能力，從而影響?zhàn)z頭的醒發(fā)效果。

1.2 米糠飲料

米糠中富含可溶性膳食纖維、生育酚、谷維素等天然抗氧化成分[10]，以穩(wěn)定化米糠為配料添加到飲料中，可提高飲料營養(yǎng)價值和抗氧化性。美國利普曼公司以天然全能稻米營養(yǎng)素為原料，研制出了百利康米糠營養(yǎng)飲料[11]，美國里巴斯公司也研制出以米糠為原料的新型飲料，該飲料具有營養(yǎng)價值高、過敏性低等優(yōu)點[12]。有研究將擠壓穩(wěn)定的米糠超微粉碎后糊化與綠茶粉按4∶1的比例混合調配制成米糠茶飲料，口感濃郁新梅、清新芳香，具有茶葉和米糠復合營養(yǎng)及活性的保健功能[13]。但該種飲料的穩(wěn)定性相對較差，生產(chǎn)過程中要注意米糠的穩(wěn)定化處理及添加合適的穩(wěn)定劑使米糠粉與茶葉粉結合完全，抑制沉淀的產(chǎn)生以延長產(chǎn)品的貨架期。同時，應注意添加的米糠粉需經(jīng)滅菌處理，否則還會影響飲料的黏度和安全性[14]。Demirci等[15]用添加了米糠的復原乳制備酸奶，研究發(fā)現(xiàn)米糠酸奶的DPPH自由基清除活性增加，且降低了酸奶脫水收縮作用和黏度，綜合考慮了酸奶的理化特性和感官特性，米糠添加量為1%最為合適。左鋒等[16]用纖維素酶酶解米糠后加入到鮮牛乳中發(fā)酵制的米糠酸奶，研究發(fā)現(xiàn)：在米糠酶解液添加量10%，發(fā)酵溫度42 ℃，發(fā)酵時間6 h時感官評價最好，色澤淡黃且?guī)в腥橄阄丁９P者認為，米糠經(jīng)穩(wěn)定化與超微粉碎處理后以固形物加入到飲料中，相對于添加米糠提取物可最大化的降低米糠中的各種營養(yǎng)和活性成分的損失，降低工業(yè)生產(chǎn)成本，且提高了米糠谷物飲料的咀嚼性。

1.3 米糠烘焙食品

國內外對于米糠在面包、餅干、糕點等烘焙食品中的應用研究有大量的報道，多年前，美國市場已出現(xiàn)以米糠為配料的新型面包、餅干，在美國日本等發(fā)達國家很受歡迎。Bunde等[17]以70%小麥粉，20%大豆粉和10%的米糠粉為配料加工成餅干，餅干中蛋白質質量分數(shù)高達16.28%、纖維含量為1.90%。采用這種配方工藝可以生產(chǎn)出富集蛋白質和纖維的餅干，具有抑制血清膽固醇上升、抑制大腸癌的良好保健功效。米糠的粒徑和添加量都不宜過大，否則面包的彈性、回復性會變小，色澤加深，品質下降。Irakli等[18]在小麥粉中添加10%的穩(wěn)定化米糠粉，面包的彈性、凝聚力、回彈性與未添加的全小麥面包無差異。這種新型面包中的蛋白質、谷維素、礦物質含量及抗氧化性都得以提高，且面包中高膳食纖維素含量降低了產(chǎn)品的熱量比值。Majzoobi等[19]研究發(fā)現(xiàn)添加10%粒徑為125 μm的米糠可以獲得最理想的蛋糕質量。此外，用不同穩(wěn)定化方法處理的米糠對產(chǎn)品的品質也不一樣，經(jīng)擠壓處理的米糠與小麥粉混合后制得面團的流變特性優(yōu)于過熱蒸汽處理后制得的面團，且面包產(chǎn)品體積也較其大[20]?？赡軘D壓后米糠中富含的膳食纖維依靠分子間作用力，有利于米糠粉團間網(wǎng)絡結構的形成。米糠原料和添加配方影響了面團流變學特性，從而決定了最終烘焙產(chǎn)品質量的優(yōu)劣。

1.4 其他食品

除了在面制品、烘焙食品和飲料，米糠配料還可以應用在餡餅、谷物早餐、油炸食品、膨化食品和肉制品等食物中。研究表明[21]，因米糠中生育酚和γ-谷維素等抗氧化劑的作用，米糠粉對與大米粉混合油炸的面團具有良好的抗氧化效果。因此合理的添加米糠配料，在降低此類產(chǎn)品的熱量、提高纖維素含量的同時還可以提高產(chǎn)品的抗氧化性。在肉制品中，米糠可與植物油代替肉制品中的脂肪以降低產(chǎn)品含脂量，改善產(chǎn)品質構[22]。

2 米糠配料在食品中應用中存在的問題

國內外已有很多學者研究證明了米糠加工成配料應用在食品中的可行性[23-24]，在國外米糠配料的產(chǎn)品與市場也具有了一定的規(guī)模，但就目前國內情況來看，米糠配料產(chǎn)品并不多見，市場占有率很低。導致此狀況主要因為米糠存在著易氧化酸敗、外源性污染、產(chǎn)品口感差等這幾個問題。要使米糠配料能廣泛的應用到產(chǎn)品中，解決這些問題是前提與關鍵。

2.1 米糠易氧化酸敗的問題

米糠中含有豐富的脂質，并且具有使其易于水解的脂氧合酶[25]，在碾米加工生產(chǎn)米糠時，脂質部分與脂肪酶、脂氧合酶接觸導致氧化水解酸敗，從而降低了米糠的感官特性和營養(yǎng)價值[26]。未經(jīng)穩(wěn)定處理的米糠在產(chǎn)出后酸值快速上升，數(shù)天后有明顯的霉味，同時也會失去其食用價值。氧化變質的米糠只能作為飼料或者廢棄物丟棄。易氧化、穩(wěn)定性差的問題是目前限制米糠在食品中利用的主要原因，研究米糠穩(wěn)態(tài)化加工技術是米糠食品化加工和后續(xù)深加工利用的前提和基礎。鈍化脂肪氧化酶的活性是解決米糠穩(wěn)定性差問題的關鍵，國內外學者已對脂肪酶的失活技術及穩(wěn)定米糠技術做出了大量的研究?，F(xiàn)階段，比較成熟的米糠穩(wěn)定化方法是擠壓膨化法和微波加熱法。

2.2 米糠的外源性污染問題

工業(yè)“三廢”的排放、污水灌溉以及家禽糞便施肥是造成我國農(nóng)田土壤重金屬污染的主要原因[27]，農(nóng)田中累積的重金屬會污染稻谷等農(nóng)作物食物鏈，從而危害家禽和人體健康。在受污染的稻谷中，米糠中的含量顯著高于其他部位[28]。這可能因為重金屬元素易與米糠中富含的蛋白質[29]和纖維素[30]結合形成絡合物，所以在土壤受重金屬污染嚴重的某些地區(qū)，米糠中重金屬含量也嚴重超標。除了重金屬污染，米糠中還存在微生物污染問題。米糠中的微生物主要是稻谷在田間生長、儲藏和加工運輸中產(chǎn)生的霉菌，隨后霉菌還可代謝生成霉菌毒素，食用后會損傷人體的肝、腎臟、骨髓等重要器官[31]?？梢娭亟饘?、微生物等外源性污染問題是影響米糠食品配料生產(chǎn)中原料質量安全的重要因素。

2.3 米糠配料食品的感官問題

我國在關于米糠配料食品也有研究和報道，但市場上此類產(chǎn)品十分罕見，很大程度上歸因于米糠配料產(chǎn)品適口性差等感官問題，影響了消費者對其接受程度。米糠的添加量和米糠粒徑大小是影響米糠配料產(chǎn)品感官評價的兩個關鍵因素。在米糠面制品、焙烤制品中，米糠添加過量或者粒徑過大會稀釋面粉中面筋蛋白，減少面團中面筋網(wǎng)絡結構的形成[23]，產(chǎn)品的彈性下降，硬度增加，色澤變暗，米糠氣味增加，從而導致感官評價下降。同樣，添加過量或者粒徑大會造成米糠飲料固形物易沉淀、乳液穩(wěn)定性差、貨架期短等情況，降低產(chǎn)品品質。米糠配料食品感官特性的優(yōu)劣，很大程度影響了產(chǎn)品的市場前景，探尋米糠合理添加配方，同時利用超微化等先進加工技術，可使產(chǎn)品具有良好的口感和風味。

3 解決米糠配料中存在問題的技術

3.1 米糠穩(wěn)定化技術

米糠易氧化是目前限制米糠可食化配料生產(chǎn)的最大問題，穩(wěn)定化處理是米糠配料加工中最為關鍵的步驟。米糠穩(wěn)定化處理的目的是使導致米糠變質的酶活性得到有效的抑制和鈍化，且要在穩(wěn)定化過程中盡量減少對米糠的營養(yǎng)成分和功能性質的破壞[33]。

3.1.1 擠壓膨化技術

據(jù)報道，美國RICE-X公司利用最佳的擠壓溫度、壓應力及剪切力等組合參數(shù)條件，擠壓處理后的米糠安全儲藏期可達一年，酸值保持在10 mg KOH/g以下,脂肪氧化酶殘活低至4%[34]。擠壓膨化已發(fā)展成較為成熟的米糠滅酶穩(wěn)定技術，且濕法膨化比干法膨化具有能耗低、穩(wěn)定效果好等優(yōu)點。有研究表明，擠壓膨化破壞了米糠細胞壁和多種組分，從而使水解更加徹底、出油率提高，且有效的抑制了米糠酸價上升過快，且提高了米糠中可溶性膳食纖維含量，利于人體消化吸收[35]。Rafe等[36]研究表明擠壓處理使米糠中植酸、維生素E和蛋白質含量減少，但會使持水力和起泡性增強，且改善了米糠的一些加工特性。擠壓加工時米糠中還原性糖發(fā)生了美拉德反應使米糠顏色加深[37]，溫度過高時甚至有焦糊氣味，提取的毛油色澤也變深，且會使多酚降解發(fā)生氧化聚合反應[38]，使多酚含量顯著減少從而會降低米糠的抗氧化性。擠壓加工有良好的穩(wěn)定化效果，但對米糠整體的性質改變較大，可能會影響米糠配料在一些產(chǎn)品中的利用。

3.1.2 微波加熱與紅外輻射技術

加熱可以鈍化米糠中的脂肪酶的活性，從而抑制米糠酸價上升達到穩(wěn)定米糠的效果。Patil等[39]用微波加熱對米糠進行穩(wěn)定化處理，米糠可以安全儲藏三個月。微波加熱對原始水分米糠中解脂酶鈍化不完全，但對可溶性蛋白含量和蛋白質乳化活性影響很??；對充分水化的米糠中解脂酶鈍化較為完全，但此時對米糠功能性質破壞較大，所以經(jīng)過微波加熱的米糠適合短期內儲藏[40]。Wang等[41]對稻谷和米糠同時進行紅外加熱穩(wěn)定化處理，結果表明經(jīng)過紅外加熱后米糠中脂肪酶活性顯著降低，儲藏38d后米糠的FFA(游離脂肪酸)質量分數(shù)小于10%，延長了米糠的安全儲藏時間。蘇丹等[42]的研究也表明，紅外處理對米糠的穩(wěn)定有顯著的效果，紅外處理后的米糠在4℃的低溫下儲藏90 d后FFA值僅為10.1 mg KOH/g。米糠經(jīng)紅外輻射處理后，其安全儲藏期可以大大延長，且其中主要生物活性物質也不會被破壞[43]。紅外輻射法具有加熱速度快、加熱均勻、殺死微生物及不影響米糠中營養(yǎng)物質等優(yōu)點，但因設備較于昂貴等原因，還未在我國米糠加工企業(yè)中得到廣泛的應用。

3.2 米糠的滅菌技術

用擠壓膨化法、微波加熱法或紅外輻射加熱法對米糠進行滅菌處理，在滅菌處理的同時可實現(xiàn)米糠的穩(wěn)定化。微波殺菌主要是在微波熱效應和非熱效應的作用下，使微生物體內的蛋白質和生理活性物質發(fā)生變異和破壞，從而導致細胞的死亡[44]。升高微波功率和滅菌溫度，或延長滅菌時間還可以提高微波滅菌的效果，使微生物完全滅活，這與Valero等[45]的報道相似，在微波功率300 W、加熱時間80 s的條件下，可使馬鈴薯奄列中沙門氏菌減少4 log CFU/g，在較高的微波滅菌功率下，所需加熱時間相對較短。紅外輻射的熱效應也可使蛋白質受熱變性，從而達到殺死微生物的目的。有研究對比950、1 100和1 150 nm 3種不同紅外波長滅菌效果，發(fā)現(xiàn)短波長紅外加熱器對枯草芽孢桿菌的滅活效果最佳[46]。當紅外波長越短時，其具有的輻射能量越高，滅活程度也越徹底。有關米糠滅菌鮮有報道，筆者認為在米糠配料加工中，可利用微波加熱或者紅外輻射技術對米糠進行前處理，能同時達到穩(wěn)定和滅菌的目的，又可節(jié)約生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。

3.3 米糠中重金屬的消減技術

目前，有關米糠中重金屬消減的研究鮮有報道，但已有學者對大米等類似谷物中重金屬消減技術進行了研究，米糠中重金屬脫除亦可參考此類方法。國內外對于米糠等谷物的重金屬脫除技術研究較少，可以用乳酸菌發(fā)酵法和有機酸洗脫法來消減米糠中的重金屬。劉也嘉等[47]的研究表明，通過植物乳桿菌對鎘超標的大米進行發(fā)酵處理，大米中鎘脫除率可達到81.14%。Wu等[48]將鎘超標的糙米粉加入到檸檬酸溶液中震蕩處理，結果顯示：當檸檬酸濃度0.08 mol/L，浸泡溫度45 ℃，時間53.09 min，液固比為12 mL/g，糙米粉中鎘的消除率高達94.28%。Huo等[49]分離了鎘污染大米的中蛋白質和淀粉，米蛋白經(jīng)檸檬酸洗脫脫除后，Cd含量大幅減少，而在淀粉中只檢測到極少量的Cd。米糠中重金屬元素主要是以與蛋白質與纖維素結合成絡合物的形態(tài)存在，有機酸對降解此種絡合物有很強的作用，并且該方法不會分解蛋白質與纖維素，對原料組成成分也幾乎無影響，是一種具有潛在利用價值且綠色高效的米糠中重金屬消減方法。

3.4 米糠超微粉碎技術

米糠超微粉碎是利用機械或流體動力的方法，將糠粉粒徑粉碎至10～25 μm的技術。普通粉碎米糠的纖維顆粒大，添加到食品中會降低產(chǎn)品的口感，消費者難以接受。通過超微粉碎技術將米糠纖維微?；?，能有效提高米糠纖維食品的持水性、適口性和吸收率，粉碎時間不宜過長，當粉碎處理60 min時，各項理化指標達到最優(yōu)值[50]。張媛等[51]將脫脂小米米糠超微粉碎處理，對比處理前后的抗氧化性和腸道益生性，發(fā)現(xiàn)超微粉碎的米糠粉粒徑減小，其抗氧化性、益生菌增殖作用變強，對大腸桿菌的增殖作用卻減小。將米糠進行碾磨粉碎后，隨著粗糠級分粒徑降低，蛋白質、谷維素和可溶性膳食纖維含量增加，抗氧化性也增強[52]。脫脂米糠膳食纖維經(jīng)過微粉化微波加熱等處理后，得到改性米糠膳食纖維，發(fā)現(xiàn)對降血糖有著顯著的作用[53]。米糠經(jīng)過超微粉碎后可以提高產(chǎn)品的感官特性，并且使產(chǎn)品具有一定的保健功能。

4 米糠配料與加工技術中的不足

目前，大部分米糠資源仍未得到有效的穩(wěn)定、安全化處理，造成了極大的資源浪費，氧化酸敗的米糠只能作為飼料或者廢料丟棄。我國米糠資源雖豐富，但分布較不均勻，分散在農(nóng)戶手中的米糠難以收集得到及時的穩(wěn)定化處理，這部分米糠可作為畜禽飼料。而在具有規(guī)模的稻谷加工廠或碾米廠中，應該配備米糠穩(wěn)定化加工設備，在米糠產(chǎn)出后立即進行保鮮處理，保障原料的質量安全。在米糠穩(wěn)定化處理過程中，米糠的營養(yǎng)組分和感官特性依然會受到不同程度的影響，如擠壓膨化后米糠的色澤和氣味易受擠壓條件的影響，應控制好機筒溫度、螺桿轉速等參數(shù)，盡量減小米糠色澤加深及出現(xiàn)焦糊味的程度。且對不同應用類型的產(chǎn)品可使用不同的穩(wěn)定化處理技術，如擠壓膨化處理后糊化度高的米糠配料比較適用于油炸、膨化食品中，而面制品和飲料產(chǎn)品對米糠配料的色澤和抗氧化性要求較高，更加適合用微波或紅外輻射穩(wěn)定化處理。目前我國亦缺少對食品級米糠配料的相關行業(yè)質量標準，這也是當下亟待解決的問題。

5 展望

我國是世界上米糠資源最為豐富的國家，及時對產(chǎn)出后的米糠進行穩(wěn)定化處理對米糠資源及稻谷全值化綜合利用意義深遠。將穩(wěn)定化米糠加工成可食化配料添加到食品中，可以提高產(chǎn)品的營養(yǎng)價值和經(jīng)濟價值。今后，應該加大對米糠配料功能性產(chǎn)品的研發(fā)力度，將米糠的生理活性功能賦予到更多的米糠配料食品中，在滿足為人體提供營養(yǎng)成分的同時，又可起到保健等功效。在開發(fā)產(chǎn)品同時要保證產(chǎn)品的質量與安全，制定穩(wěn)態(tài)化米糠以及食品級米糠的質量標準，選擇外源性污染少的米糠作為食品配料原料及嚴格把控米糠配料加工中磨粉、殺菌等關鍵控制點等對于保障配料及產(chǎn)品的質量安全極其重要。且針對不同特性的米糠配料產(chǎn)品，選擇合適的米糠穩(wěn)定化加工方法可提高產(chǎn)品感官等品質。另外，從消費者的角度來看，米糠從傳統(tǒng)觀念中作為飼料到作為食品配料被消費者認可，需要積極的科普引導及產(chǎn)品的質量保障，以擴展米糠配料產(chǎn)品的市場。