糙米食用品質(zhì)提升技術(shù)研究進展

陳冰潔 喬勇進 劉晨霞

(上海市農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)產(chǎn)品保鮮加工研究中心，上海 201403)

糙米是稻谷脫殼后保留胚芽、糠層和胚乳的全谷米粒，因其米糠層聚集了60%～70%的營養(yǎng)物質(zhì)如膳食纖維、維生素、礦物質(zhì)，從而較白米有更好的營養(yǎng)價值[1-3]和保健功能[4-5]。但因糙米糠皮部分以及種皮中含有較多的植酸鹽、纖維素等導致糙米不易煮熟，口感粗糙，影響食味品質(zhì)及其他食物中礦物質(zhì)的吸收[6]，因此探究既可以提升糙米食用品質(zhì)又能較大限度地保留糙米營養(yǎng)的加工方式非常有必要。日本對糙米加工技術(shù)研究較早，且日臻成熟，處于世界先進水平，各種糙米產(chǎn)品層出不窮，市場認可度較高。中國雖然是稻谷生產(chǎn)和消費第一大國，但現(xiàn)有技術(shù)的匱乏及糙米自身品質(zhì)的粗劣，使得糙米及糙米制品并沒得到廣泛的認識和食用。探究提升糙米品質(zhì)新技術(shù)、新方法及原有技術(shù)的協(xié)同作用的研究與開發(fā)利用將是糙米食品未來發(fā)展方向。

本文旨在總結(jié)提升糙米食用品質(zhì)的主要方法，闡明相關(guān)原理及特點，并歸納國內(nèi)外近些年的糙米食用品質(zhì)提升技術(shù)研究情況，以期為之后的研究與應用提供一定的參考。

1 影響糙米食用品質(zhì)的主要因素

1.1 吸水性差

糙米籽粒的蠟層能夠阻止水分進入淀粉粒，延緩淀粉糊化；糙米所含有的粗纖維導致其吸水性、膨脹性較差，這些都導致糙米的蒸煮時間較長，出飯率低。

1.2 組織結(jié)構(gòu)堅韌

糙米外層含有的纖維素，半纖維素、木質(zhì)素及胚的外層包有的胚芽鞘、胚根鞘、外胚葉等質(zhì)地堅韌，一般蒸煮條件下，不易煮熟，咀嚼時有粗渣感，口感較差，難以被人體消化吸收。

2 提升糙米食用品質(zhì)的技術(shù)

2.1 物理法

2.1.1 浸泡法 浸泡是軟化糙米組織最簡單的方法，較長時間的浸泡可以縮短糙米的烹飪時間，然而，在這個過程中較易被微生物污染。Zhang等[7]使用微酸性電解水浸泡糙米可減少微生物，并且不會產(chǎn)生不利影響，甚至能提升糙米的品質(zhì)。溫水浸泡可以縮短浸泡時間，且浸泡溫度越高，吸水速率越快。高溫浸泡(90 ℃)可將殘留蛋白質(zhì)水解成游離氨基酸，如：γ-氨基丁酸和絲氨酸，產(chǎn)生了更好的營養(yǎng)品質(zhì)[8]。然而，高溫浸泡易導致糙米可溶性固形物的損失及糙米飯顏色的加深，同時由于內(nèi)外部吸水膨脹速率不同，爆腰率大幅度增強。所以在實際操作中浸泡溫度一般在50～60 ℃，時間為4 h，浸泡法由于耗時長、效率低、產(chǎn)品品質(zhì)差，單獨使用較少，多被用于其他技術(shù)的前處理。

2.1.2 超微粉碎法 研究發(fā)現(xiàn)，隨著超微粉碎強度的增加，糙米粒徑由17 μm下降到1 μm淀粉顆粒破碎、斷裂形成更多的無規(guī)則小碎片，從而導致糙米粉的吸水指數(shù)上升，糊化溫度下降。超微粉碎可以提升糙米粉的性質(zhì)，使其具有良好的溶解性、分散性、吸附性，為制作良好的糙米制品提供基礎，然而糙米的營養(yǎng)物質(zhì)大部分集中在米糠上，粉碎破壞了糙米完整的結(jié)構(gòu)形狀，易造成營養(yǎng)成分流失。

2.1.3 碾削法 糙米的碾削是通過去除糊粉層來增加糙米吸水性能的過程。研究發(fā)現(xiàn)糙米研磨程度與糙米吸水率、體積膨脹率呈正相關(guān)，與糙米蒸煮時間及硬度呈負相關(guān)[9]。Simth等[10]發(fā)現(xiàn)當碾削率為1%時，發(fā)芽糙米的吸水率大大提高，米飯口感好。當糙米研磨率為9%時，鈣、銅、鋅和硒的損失相對較低[11]，但糙米的維生素及礦物質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)會隨著糙米皮層碾削程度的加深而損失嚴重，大部分集中于米糠層的抗氧化、降血壓、降血脂等生物活性物質(zhì)也會流失，造成資源的極大浪費，因此采用碾削法改善糙米品質(zhì)時，要注意碾削的程度，這無疑增加了操作的難度，對設備精確度要求較高，成本較大。

2.1.4 擠壓膨化法 擠壓膨化技術(shù)是目前公認的較為理想的食品加工技術(shù)，在高溫、高壓、高剪切力的條件下，食品物料特性發(fā)生變化，淀粉糊化、降解；蛋白質(zhì)變性、重組；纖維變性、細化[12]。林雅麗等[13]發(fā)現(xiàn)糙米經(jīng)擠壓后蒸煮時間降低，吸收率和滲透率提高。馬永軒等[14]進一步研究發(fā)現(xiàn)糙米擠壓膨化后其水溶性指數(shù)和吸水性指數(shù)分別提高了5.40，1.45倍，總的膳食纖維和不溶性膳食纖維降低，可溶性膳食纖維含量增加。Wang等[15]得出在120 ℃擠出溫度和120 r/min的螺桿速度下生產(chǎn)的米食具有最佳品質(zhì)，糙米粉的品質(zhì)與其他無麩質(zhì)米粉相似。擠壓膨化技術(shù)能最大程度地保留糙米的營養(yǎng)價值，操作簡單、資金投入低、對環(huán)境污染性少，和其他生化方法相比，安全性更高，是一種具有較好應用前景的糙米加工技術(shù)。

2.1.5 超聲波技術(shù) 超聲波處理產(chǎn)生的強剪切力、高溫和自由基改變淀粉的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)[16]，也可以通過改變纖維素的形態(tài)結(jié)構(gòu)來促進水分短時(約360 s)吸收[17]。研究[18]發(fā)現(xiàn)經(jīng)16 kHz/2 000 W的超聲波于25 ℃處理30 min，糙米皮層結(jié)構(gòu)較完整，硬度降低、彈性和咀嚼性提高，感官評分要高于未處理的。Park等[19]發(fā)現(xiàn)充分水合的糙米對超聲波更敏感，經(jīng)400 kHz/185 W的超聲波于50 ℃處理60 min的糙米的硬度與浸泡8 h超聲波于50 ℃處理60 min的精米一樣。利用超聲波處理糙米目前還在實驗室初級研究階段，存在聲場分布不均、超聲噪音過大、放大工藝匱乏和糙米風干過程繁雜等一系列問題，所以在實際生產(chǎn)過程中工業(yè)化應用較少。

2.1.6 紅外輻射技術(shù) 紅外輻射法是利用紅外輻射使糙米升溫，金建等[20]發(fā)現(xiàn)經(jīng)紅外處理后，糙米表面有小孔和細紋的形成，淀粉顆粒變得比較圓滑，這些都揭示紅外預處理能夠提升糙米的通透性，提高糙米的蒸煮特性。姚豪杰等[21]證實經(jīng)385 ℃紅外輻照溫度下處理6 min，糙米細胞膜系統(tǒng)受損，通透性增加；淀粉顆粒暴露，黏度整體呈上升趨勢。紅外技術(shù)對糙米食用品質(zhì)的影響目前還處在實驗室初級研究階段，但也為糙米制品的發(fā)展提供了一個新的思路。

2.1.7 微波技術(shù) 微波作為非電離能，主要是通過交變電磁場中的“分子摩擦”在穿透介質(zhì)內(nèi)部產(chǎn)生熱量。微波輻射可誘導淀粉顆粒內(nèi)結(jié)晶區(qū)域的重排導致吸水能力，溶脹能力和糊狀黏度變化。在微波改性處理糙米的最佳工藝(微波功率2 400 W、微波時間75 s、初始水分含量14.5%)條件下，陳培棟等[22]得出糙米飯硬度為2 865.85 g，吸水率為56.96%，糙米蒸煮品質(zhì)明顯提升。微波處理加熱迅速、均勻、對營養(yǎng)成分影響小、動力消耗小、操作簡單，是一種應用前景較好的糙米加工技術(shù)，但目前也存在一些技術(shù)瓶頸，如微波設備的穩(wěn)定性尚有欠缺、缺乏商業(yè)規(guī)模，所以目前尚在實驗室初級研究階段。

2.1.8 輻照技術(shù) 輻射技術(shù)作為一種“冷殺菌”技術(shù)，主要是利用放射性元素產(chǎn)生的射線和電子加速器產(chǎn)生的電子束對物體進行加熱，已有很多研究表明γ輻射處理后淀粉溶解度、結(jié)晶度和吸水能力都增加。Mir等[23]將糙米暴露于60Co源，發(fā)現(xiàn)隨著照射劑量的增加，糙米硬度和糊化特性均顯著降低。陳銀基等[24]發(fā)現(xiàn)0.5～2.0 kGy輻照劑量可顯著改善糙米蒸煮品質(zhì)，同時進一步證實糙米經(jīng)輻照后淀粉結(jié)構(gòu)被修飾，加速蒸煮時水分滲入，且0.5 kGy的輻照劑量處理后，糙米的硬度顯著下降(P<0.05)[25]。輻照技術(shù)處理糙米不僅可以延長保質(zhì)期，同時改善糙米品質(zhì)，但輻照劑量控制要嚴格，一般不應超過10 kGy，如果輻照劑量過大，糙米顏色會加深，更嚴重的會改變分子結(jié)構(gòu)，從而會危害食用者的身體健康，誘發(fā)疾病。

2.1.9 等離子體技術(shù) 等離子體是由處于基態(tài)和激發(fā)態(tài)的活躍粒子如電子、離子、自由基和原子等組成，通過施加能量發(fā)生電離，電子通過碰撞反過來將能量傳遞給物質(zhì)，導致解離和激發(fā)狀態(tài)。隨著研究的深入，等離子體技術(shù)已擴展到食品保鮮及食品加工方面，研究發(fā)現(xiàn)低壓等離子體處理有利于減少糙米烹飪時間，處理后的糙米的蒸煮與未處理相比質(zhì)地變軟。Thirumdas等[26]用功率50 W的等離子體處理10 min 后糙米烹飪時間從29.1 min顯著降低到21.1 min，吸水量從2.2 g/g增加到2.36 g/g，硬度從40 N降低到30 N。Chen等[27]用電壓1，2，3 kV的等離子體處理糙米30 min，發(fā)現(xiàn)電壓越大，糙米的蒸煮時間越少，3 kV時蒸煮時間由24.7 min降低到11 min，但等離子體對糙米硬度和黏度影響不大。這與Thirumdas等[26]的研究不符，可能是受糙米品種影響，由此得出等離子體存在不適應于所有品種的缺陷。

2.1.10 高溫流化法 高溫流化法主要是利用在流化干燥過程中糙米顆粒內(nèi)外的水分梯度導致谷物內(nèi)部產(chǎn)生抗壓應力，造成裂縫，從而影響糙米的形狀和質(zhì)地特性[28]。蘇勛[29]證實經(jīng)130 ℃高溫流化處理60 s，發(fā)芽糙米吸水能力增強，米飯硬度降低，食味品質(zhì)顯著提高。卜玲娟等[30]采用130 ℃高溫流化技術(shù)處理糙米60 s，發(fā)現(xiàn)糙米飯變得更柔軟，綜合評分顯著提升。高溫流化產(chǎn)生的裂紋僅出現(xiàn)在糙米表面，沒有深及米粒內(nèi)部，不易形成碎米，且具有耗時短、能耗低、加熱溫度高、設備簡單的特點，有利于在生產(chǎn)上的實際應用。但如果高溫流化技術(shù)處理條件控制不當，也會造成處理過度而破壞糙米內(nèi)部結(jié)構(gòu)[31]，所以目前高溫流化技術(shù)溫度一般設置在120～130 ℃，時間60 s左右。

2.1.11 凍融法 凍融法可以使食品產(chǎn)生高孔隙率，能夠較大限度保持食品的色、香、味，被認為是加工熱敏感的高價值產(chǎn)品的先進方法之一。張言秋等[32]通過掃描電鏡試驗證實冷凍后糙米表面有裂痕產(chǎn)生且糙米內(nèi)部淀粉顆粒之間縫隙增大。宋敏等[33]研究發(fā)現(xiàn)，糙米經(jīng)過-23 ℃冷凍1 h，再在40 ℃解凍30 min，如此循環(huán)3次，可使糙米吸水率增加，食用品質(zhì)得到明顯提升。但在冷卻—加熱處理期間會導致溫度突然變化，使糙米在烹飪過程中易破碎，外觀品質(zhì)變差，所以目前采用凍融法處理較少。

2.1.12 高靜水壓技術(shù) 高靜水壓技術(shù)又稱超高壓技術(shù)，在過去的20年里已成為替代傳統(tǒng)熱處理的一種非熱食品加工方法，避免了高溫和長時間加熱，僅僅破壞非共價鍵，能最大限度地保留食品營養(yǎng)價值、色澤、風味和香味[34]。高壓處理破壞米糠層的結(jié)構(gòu)使得水分更易滲透到米粒中，此外，與單循環(huán)高壓相比，兩循環(huán)高壓處理的糙米具有更淺的顏色和更柔軟的質(zhì)地[35]。Yu等[36]研究發(fā)現(xiàn)與傳統(tǒng)浸泡處理相比，預浸高靜水壓力處理能顯著縮短糙米的烹飪時間，并且糙米的硬度與白米的硬度相似，在500 MPa以上的壓力下，糙米的膠黏度和彈性顯著降低。超高壓技術(shù)具有巨大的糙米應用潛能，但存在成本高、效率低和穩(wěn)定性差等缺點，因此市場推廣應用存在困難。

2.2 生物法

2.2.1 發(fā)芽法 發(fā)芽法是將糙米經(jīng)過發(fā)芽至適當芽長的過程，在此期間糙米的酶系統(tǒng)啟動，將大分子物質(zhì)如蛋白質(zhì)、淀粉和非淀粉多糖分解成小分子物質(zhì)，從而引起糙米營養(yǎng)和生理以及質(zhì)地特征的顯著變化[37]。研究[38]表明發(fā)芽時間越長，糙米的硬度越低，通過12 h浸泡和25 h生長，糙米硬度從46 kg 降低到30 kg，質(zhì)地和精米沒區(qū)別。Cho等[39]和Swati等[40]總結(jié)得出發(fā)芽糙米不僅具有良好的消化性和吸收性，并且與糙米相比，提供更多的甜味，質(zhì)地更好。Wu等[41]通過研究發(fā)現(xiàn)與糙米香味相關(guān)的總揮發(fā)物、大部分脂質(zhì)氧化產(chǎn)物和酚類化合物在發(fā)芽后期均顯著增加。近些年發(fā)芽糙米技術(shù)發(fā)展迅速，工藝方法的改進、爆腰率的降低、功能性成分的提高都為糙米品質(zhì)的提升提供更好的發(fā)展方向。但發(fā)芽糙米產(chǎn)品價昂和口感欠佳仍是糙米普遍推廣的障礙，同時，發(fā)芽糙米生產(chǎn)工藝較繁瑣、生產(chǎn)周期較長、生產(chǎn)成本較高，所以需要多種技術(shù)協(xié)同作用。

2.2.2 發(fā)酵法 發(fā)酵法主要是利用微生物在發(fā)酵過程中產(chǎn)生的酶破壞皮層結(jié)構(gòu)的完整性及內(nèi)部組織連接的致密性，從而提升吸水性能，降低硬度。研究[42]發(fā)現(xiàn)通過發(fā)酵制成的米糠食品在風味、口感及營養(yǎng)上都有較大的改善。Katina等[43]表明用酵母和乳酸菌發(fā)酵谷物可以減輕麩皮的負面影響，改善全麥和黑麥面包的質(zhì)地、風味和結(jié)構(gòu)。程鑫等[44]利用接種量為0.10%乳酸菌30 ℃發(fā)酵24 h發(fā)現(xiàn)糙米蒸煮時間縮短6.46 min，吸水率增加了25.18%，米飯硬度降低了29.63%。近年來隨著發(fā)酵工藝的改善及發(fā)酵設備的提升，通過發(fā)酵提升糙米感官品質(zhì)的探究已成為關(guān)注的焦點，但該技術(shù)處理的糙米還需進行二次殺菌，存在程序復雜、時間長、成本高等問題。

2.2.3 酶處理法 糙米表層含有大量的纖維素、半纖維素及果膠物質(zhì)，相關(guān)酶處理能將這些物質(zhì)部分或全部降解，從而提升糙米的食用品質(zhì)，降低糙米的蒸煮糊化溫度[45]。劉志偉等[46]通過分析發(fā)現(xiàn)幾種酶對糙米食用品質(zhì)作用效果為：復合果膠酶<纖維素酶<混合酶(纖維素酶和復合果膠酶)，且混合酶處理的糙米品質(zhì)優(yōu)于發(fā)芽糙米。Das等[47]使用木聚糖酶和纖維素酶減少糙米烹飪時間(30 min)，增加糙米的吸水率(2.8倍)，但與白米相比(烹飪時間18 min，吸水率3.6倍)還存在一定差距。同時，酶處理法必須添加專一性的催化劑并需在特定pH值下反應，此外酶促反應速率和時間不易控制，因此需要進一步深入研究，不斷嘗試才能應用于工業(yè)化生產(chǎn)。

2.3 協(xié)同作用

單一的提升技術(shù)并不能解決實際需要，目前多采用兩種或兩種以上的提升技術(shù)協(xié)同發(fā)揮作用，以便提高糙米品質(zhì)，提升市場價值。

研究[48]發(fā)現(xiàn)在超聲強度17.33 W/cm2下處理30 min時觀察到纖維素酶活性最大，酶活性比未處理的增加約25%。Zhang等[49]表明超聲波—纖維素酶處理導致米糠的自然形態(tài)受損，使水分更易滲透入米粒，蒸煮后的糙米呈現(xiàn)出更柔軟的質(zhì)地，更容易咀嚼。在發(fā)芽糙米浸泡過程中添加外源酶與發(fā)芽時激活內(nèi)源酶協(xié)同作用來處理發(fā)芽糙米，可以使糙米皮層疏松多孔，明顯改善適口性[50]，同時，還可以通過進一步碾磨來提高發(fā)芽糙米的適口性。綜上所述，協(xié)同作用能有效提升糙米食用品質(zhì)。

3 結(jié)論與展望

近年來，隨著社會的發(fā)展和人們生活水平的普遍提高，對食品的需求已經(jīng)不再是停留在最初簡單的溫飽層次，而是上升到“吃出健康”的高層次。與精米相比，糙米較大程度上實現(xiàn)全營養(yǎng)保留，營養(yǎng)價值受到學者和廣大消費者的肯定。2011～2020年國家糧食加工業(yè)發(fā)展規(guī)劃中明確提出，要大力開發(fā)全谷物健康食品，特別強調(diào)要加快對發(fā)芽糙米、速食糙米等食品的加工技術(shù)研究。中國糙米的開發(fā)應用起步較晚，面臨以下問題需要攻關(guān)：

(1) 相關(guān)政府做好表率作用、科研機構(gòu)爭當排頭兵，營養(yǎng)健康機構(gòu)做好先行者，社會媒介與有關(guān)專家共同攜手，廣泛開展糙米食品健康消費方面的宣傳與教育，努力促進糙米食品產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

(2) 目前，已有多種新型的糙米品質(zhì)提升技術(shù)興起，如高靜水壓、等離子體技術(shù)、輻照和微波等對改善糙米品質(zhì)都有效果。但是，目前國內(nèi)外仍缺乏相應的設備與技術(shù)的支持，所以整體發(fā)展比較慢。研究并創(chuàng)新糙米品質(zhì)提升技術(shù)，不僅能有效提高糙米品質(zhì)、保留糙米原有的營養(yǎng)價值，同時要與實際生產(chǎn)相結(jié)合，達到易于操作、效率高、成本低的特點，這樣才具有重要的社會和經(jīng)濟價值。

(3) 目前提升糙米食用品質(zhì)主要采用發(fā)芽法和擠壓膨化法。但擠壓膨化后糙米特性發(fā)生改變，淀粉糊化，蛋白變性，失去原有的狀態(tài)，并不太適用于糙米主食化方向。發(fā)芽法近年來發(fā)展迅速，但發(fā)芽糙米仍存在著口感粗糙、食味不佳的問題。根據(jù)協(xié)同作用，在發(fā)芽過程中加入生物技術(shù)(外源酶)、物理方法(超聲波)等科技手段，逐個攻克難關(guān)，以達到最佳的提升效果。這種聯(lián)用提升糙米品質(zhì)技術(shù)更為安全、合理、全面，今后有望成糙米主要的提升方式之一，為消費者提供具有市場競爭力的糙米食品。