米糠穩(wěn)定化的研究進(jìn)展

◆作者：吳一莊

◆單位：武漢輕工大學(xué)

米糠是稻谷精制加工成大米的主要副產(chǎn)物，占稻谷的6%～8%，大米的精細(xì)化程度越高，米糠的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值就越高。我國(guó)米糠年產(chǎn)量在1200萬(wàn)噸以上（胡章明等，2014），且大多數(shù)是小型米廠生產(chǎn)的。由于其加工條件有限，加工過(guò)程中產(chǎn)生的碎米含量較多，因此含有的能量較高，是替代玉米原料、降低配銷(xiāo)差的優(yōu)良飼料來(lái)源。米糠的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值很高，富含蛋白質(zhì)(14%～16%)、粗纖維(8%～10%)、脂肪(12%～23%)、碳水化合物、以及礦物質(zhì)和維生素。此外，米糠還含有植物類(lèi)固醇、卵黃素、生育酚和生育三烯醇等植物類(lèi)化學(xué)成分，其他化合物如硫辛酸和輔酶也少量存在。米糠含有的氨基酸較為平衡，因此常用來(lái)替代部分玉米。但是，新鮮的米糠較難貯存，一般在飼料廠，夏季的保質(zhì)期為3天，冬季的保質(zhì)期為7～9天。由于存儲(chǔ)時(shí)間較短，在米糠價(jià)格有優(yōu)勢(shì)時(shí)，并不能存儲(chǔ)很多。米糠在加工過(guò)程中要經(jīng)過(guò)碾壓，會(huì)使稻谷中的油脂氧化，產(chǎn)生游離脂肪酸，而在夏季高溫高濕的情況下，很容易酸價(jià)升高，酸敗，產(chǎn)生哈味。因此，有效合理的利用米糠的前提是使米糠處于穩(wěn)定狀態(tài)，延長(zhǎng)儲(chǔ)藏期（趙旭等，2006）。

目前，防止米糠發(fā)生酸敗的方法是通過(guò)滅活脂肪酶活性、減少脂質(zhì)水解，從而延緩米糠的變質(zhì)，提高貯藏性能。主要方法有物理處理法（擠壓膨化法、超臨界CO2脫脂法、制粒法、熱處理法、低溫冷藏法）、化學(xué)處理法（鹽酸法、次氯酸鈣、亞硫酸鈉法等）及生物處理法等。這些方法均可在一定程度上使米糠中的酶失活，同時(shí)殺滅米糠中存在的真菌、細(xì)菌和昆蟲(chóng)等，延長(zhǎng)米糠的存儲(chǔ)時(shí)間。

1 米糠的穩(wěn)定化方法

1.1 物理方法

1.1.1 熱處理法

熱處理可以使米糠中的水分降低從而使脂肪酶失活，同時(shí)有效地破壞微生物并保持米糠中營(yíng)養(yǎng)成分的含量。根據(jù)熱處理的類(lèi)型（干熱法和濕熱法），脂肪酶活性可被可逆性抑制或永久性變性。干熱法是直接將米糠高溫加熱的方式來(lái)使米糠中的米糠酶鈍化，從而達(dá)到延長(zhǎng)存貯的一個(gè)技術(shù)。但加熱100℃以下處理的米糠，脂肪酶活性下降幅度不大，達(dá)不到穩(wěn)定米糠的作用。有相關(guān)研究表明，溫度在130℃加熱30 min，脂肪酶活性下降73%。隨著加熱時(shí)間的延長(zhǎng)，脂肪酶下降程度降低。當(dāng)溫度超過(guò)140℃時(shí)，米糠就會(huì)變焦（喬展等，2012）。有學(xué)者研究認(rèn)為米糠在120℃加熱22min效果最佳（Gong等，2012）。濕熱法是在加熱米糠的同時(shí)注入熱的水蒸氣，通過(guò)水蒸氣的熱傳遞，間接加熱米糠。因此濕熱法鈍化效果要優(yōu)于干熱法，因?yàn)闈駸岱ǚ€(wěn)定米糠不需要特別高的溫度，而且處理時(shí)間也要優(yōu)于干熱法。100℃下用濕熱法加熱3min的脂肪酶活力要比130℃下干熱法加熱60min的脂肪酶活力低，省時(shí)省力（胡小中，2002）。干熱法處理后在長(zhǎng)時(shí)間保存時(shí)，米糠中水分會(huì)再吸收，游離脂肪酸依舊會(huì)增加，導(dǎo)致米糠品質(zhì)變差，并且干熱法處理的米糠，大部分營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)都被流失。因此，溫度和含水率的控制是重要參數(shù)。但大規(guī)模工業(yè)化干熱還應(yīng)考慮均勻加熱、加熱時(shí)間和能耗等因素。

1.1.2 擠壓膨化法

擠壓法是一種比較適合穩(wěn)定米糠的方法，它具有多功能熱過(guò)程的特點(diǎn)。擠壓過(guò)程中產(chǎn)生的高溫、高壓和高剪切力可以使米糠中的脂肪酶、過(guò)氧化酶等酶失活，從而延長(zhǎng)米糠的存儲(chǔ)。工業(yè)上主要采用擠壓膨化法來(lái)延長(zhǎng)米糠的存儲(chǔ)。按照Randall等（2006）的方法，先在米糠中加入適當(dāng)?shù)乃ㄟ^(guò)螺桿向前傳送，并在130℃左右擠壓數(shù)秒，之后在97℃左右水蒸氣下保溫幾分鐘，就能達(dá)到使大部分的脂肪酶失活。與未經(jīng)擠壓米糠相比，擠壓后米糠中FFA的生長(zhǎng)速率降低，米糠的保鮮期延長(zhǎng)?？偟膩?lái)說(shuō)，擠壓比其他穩(wěn)定方法生產(chǎn)率高，加工時(shí)間短，操作簡(jiǎn)單，產(chǎn)生的產(chǎn)品形狀獨(dú)特，最終產(chǎn)品穩(wěn)定性好。經(jīng)擠壓和干熱穩(wěn)定后的米糠保質(zhì)期有較大提高。干熱處理后米糠纖維、膠質(zhì)纖維和總纖維的增加量與原米糠無(wú)顯著差異。擠壓穩(wěn)定米糠的功能特性，如米糠的吸水率、水溶性、容重和酶敏感淀粉等，也比干燥熱處理得到了改善。朱文華等（2000）在對(duì)全脂米糠的擠壓穩(wěn)定性的研究中認(rèn)為，在相同的擠壓溫度下，米糠中的水份含量會(huì)對(duì)擠壓后的游離脂肪酸指標(biāo)有顯著影響。因?yàn)樗橇己玫膫鳠峤橘|(zhì)，會(huì)使米糠在擠壓的過(guò)程中溫度分布更加均勻，而且米糠水分升高，會(huì)使酶的抗熱性降低，有助于增強(qiáng)滅酶效果。擠壓法可用于穩(wěn)定米糠、改善米糠的顏色和其他理化性質(zhì)。與生米糠相比，穩(wěn)定后的米糠中植酸、蛋白質(zhì)和維生素E水平也顯著降低，而脂質(zhì)、維生素B2、維生素B3、維生素B5和葉酸水平均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)變化。同時(shí)米糠中膳食纖維含量提高，對(duì)改善動(dòng)物腸道功能也有利。然而，擠壓法需要嚴(yán)格控制操作條件，以保持米糠的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。一般而言，溫和的工藝條件，如較高的含水量、較低的停留時(shí)間和較低的溫度，對(duì)于獲得較高的營(yíng)養(yǎng)水平和淀粉的消化率，增加可溶性膳食纖維更加有利（宋曉旻，2006）。

目前有一種新型的擠壓技術(shù)是在擠壓過(guò)程中注入CO2氣體，而傳統(tǒng)擠壓膨化過(guò)程中是通過(guò)加入水蒸汽的方式，新型擠壓技術(shù)加入的CO2可擴(kuò)散的米糠內(nèi)部形成大量氣泡，從而達(dá)到使米糠膨化。通過(guò)對(duì)CO2擠壓膨化米糠理化指標(biāo)的測(cè)定，結(jié)果表明，CO2擠壓膨化可以使樣品的直徑膨化率、比長(zhǎng)度、吸水性指數(shù)提高，并且能夠抑制脂肪氧化酶的活性。CO2擠壓膨化對(duì)粗脂肪和粗蛋白的含量影響不顯著（林天然，2018）。制粒的方法也是影響米糠穩(wěn)定性的一個(gè)因素，采用入模溫度85℃，膜孔為2.5mm時(shí)可以使其穩(wěn)定化存儲(chǔ)的時(shí)間較長(zhǎng)，且與膨化擠壓的工業(yè)方法比較，制粒成本相對(duì)低一些。比較物理法處理過(guò)的米糠進(jìn)行耐儲(chǔ)試驗(yàn)，可知熱處理法和擠壓膨化法均對(duì)米糠的延長(zhǎng)存儲(chǔ)起到一定的作用，其中，新型擠壓法效果最好，其次是濕熱法，再次為干熱法（楊繼紅，2014）。

1.1.3 微波法

微波加熱穩(wěn)定米糠的研究始于1979年。近年來(lái)，微波加熱在米糠穩(wěn)定方面越來(lái)越受重視，微波加熱是基于高強(qiáng)電磁波，滲透在米糠中，通過(guò)分子間摩擦將能量轉(zhuǎn)化為熱能，并將熱能迅速均勻的傳遞到米糠中，隨著溫度的升高，米糠中的脂肪酶發(fā)生變性和滅活。有研究表明，微波加熱處理新鮮的米糠4min可使脂解酶70%變性失活，且處理后米糠游離脂肪酸含量降低，延長(zhǎng)了米糠的存儲(chǔ)。同時(shí)，微波加熱法使米糠中的大量微生物和蟲(chóng)卵被有效殺死。而其營(yíng)養(yǎng)水平、感官并沒(méi)有得到破壞。米糠微波加熱目前仍處于小試階段，未見(jiàn)工業(yè)化應(yīng)用報(bào)道（張磊科，2012）。

有研究發(fā)現(xiàn)，微波對(duì)米糠穩(wěn)定化有顯著效果，而米糠中的水分含量會(huì)顯著影響米糠穩(wěn)定的效果，從優(yōu)化微波穩(wěn)定米糠工藝的角度出發(fā)，提高米糠水分含量對(duì)微波穩(wěn)定化處理有明顯的增效作用，其次微波功率及其微波加熱時(shí)間也會(huì)影響米糠的穩(wěn)定化效果，其中米糠中水分的含量影響最為顯著。那么綜合米糠適當(dāng)?shù)乃趾亢臀⒉ǖ墓β始拔⒉〞r(shí)間就會(huì)起到更為優(yōu)化的作用，有相關(guān)研究表明，米糠水分含量提高到23%，微波功率控制在795W、微波處理時(shí)間達(dá)到115 s的處理效果較優(yōu)。在此條件下，米糠脂肪酶殘余活力大大降低。經(jīng)過(guò)適當(dāng)水分的調(diào)節(jié)、合理的微波功率和時(shí)間共同作用下，存儲(chǔ)效果要優(yōu)于普通的微波加熱法（孫軍等，2001）。因此，米糠中的水分含量對(duì)米糠穩(wěn)定有顯著效果。還有研究表明影響微波處理的因素主次順序?yàn)椋禾幚頃r(shí)間＞加熱功率＞料層厚度，其中微波處理時(shí)間、加熱功率是影響處理效果的主要因素（馮海云，2010）。料層厚度也是影響穩(wěn)定化效果的重要因素，料層過(guò)薄或過(guò)厚均不利于米糠的穩(wěn)定化，因此，適當(dāng)?shù)乃终{(diào)節(jié)、合理的微波功率和微波時(shí)間以及較為合理的料層厚度，對(duì)于鈍化脂酶的效果和保證米糠品質(zhì)至關(guān)重要。對(duì)米糠微波的研究暫時(shí)多以微波爐的形式來(lái)少量的處理米糠，因此暫時(shí)還難以解決工業(yè)化生產(chǎn)等問(wèn)題（吳本剛等，2011），而目前有隧道式連續(xù)微波裝置，可對(duì)米糠進(jìn)行大量的處理。

1.1.4 低溫冷藏法

米糠可以在低溫下儲(chǔ)存以抑制脂肪酶的活性（Prakash等，1996），從而達(dá)到穩(wěn)定的狀態(tài)。1949年，Loeb等人就將米糠樣品置于3、25和31℃的溫度中，發(fā)現(xiàn)樣品在3℃孵育時(shí)游離脂肪酸顯著減少。Amarasinghe等（2004）使用了冷藏設(shè)備(0℃)穩(wěn)定米糠，發(fā)現(xiàn)米糠中脂肪酶的活性被成功控制，表明低溫(0℃)貯藏或冷藏可有效控制脂肪酶活性。但是，冷藏后的米糠再放置室溫下又恢復(fù)了酶的活性，導(dǎo)致對(duì)脂肪分解和米糠氧化酸敗的抑制不完全，具有局限性（Tao等，1993）。這只適用于小規(guī)模的儲(chǔ)存，在工業(yè)化生產(chǎn)環(huán)境中，由于條件多變無(wú)法達(dá)到預(yù)期的效果。

1.2 化學(xué)法

噴灑鹽酸法是以脂肪酶的活性在低pH值時(shí)受到抑制為原則，采用40 L/t的鹽酸噴灑米糠上，再用攪拌機(jī)混勻，從而延長(zhǎng)米糠的存儲(chǔ)時(shí)間（Prabhakar等，1986）。要達(dá)到穩(wěn)定化效果，必須要將鹽酸與米糠充分混合，并且混合后pH值低于4。化學(xué)法對(duì)鹽酸的添加量較為苛刻，若鹽酸加入量過(guò)大，會(huì)使米糠殘留大量化學(xué)試劑的味道，并且會(huì)使米糠顏色發(fā)黑，影響其在飼料中的添加使用（孫軍等，2001）。

有研究表明，添加了化學(xué)物質(zhì)會(huì)使米糠在儲(chǔ)藏的過(guò)程中酸價(jià)升高的幅度減慢。添加次氯酸鈣的米糠一個(gè)月之后米糠酸價(jià)為21.4mgKOH/g；EDTA鐵鈉作用的米糠一個(gè)月之后米糠酸價(jià)為40.1mgKOH/g；六偏磷酸鈉作用的米糠一個(gè)月之后的酸價(jià)為47.3mgKOH/g；抗壞血酸作用的米糠一個(gè)月之后米糠的酸價(jià)為49.6mgKOH/g。而在未處理的新鮮米糠中，米糠的酸價(jià)上升的最快，一個(gè)月之后米糠的酸價(jià)上升為100.7mgKOH/g。綜上，米糠穩(wěn)定化的效果為次氯酸鈣＞EDTA鐵鈉＞六偏磷酸鈉＞抗壞血酸。因此通過(guò)化學(xué)法能夠讓米糠的酸價(jià)較為緩慢的升高，能夠一定程度上延長(zhǎng)米糠的儲(chǔ)藏。王烈喜等在使用化學(xué)試劑與米糠在20g∶1kg的比例混合下，同樣證實(shí)了化學(xué)試劑對(duì)米糠穩(wěn)定化的顯著作用，且次氯化鈣最為顯著。

1.3 生物法

張磊科等（2012）采用菠蘿蛋白酶、木瓜蛋白酶、無(wú)花果蛋白酶、堿性蛋白酶和中性蛋白酶分別作用于米糠，結(jié)果顯示，處理組與對(duì)照組在存儲(chǔ)上，酸價(jià)均都上升，且升高的幅度相似，因此作者認(rèn)為五種生物酶對(duì)米糠穩(wěn)定化沒(méi)有顯著作用。但高亞奇等（2017）在使用堿性蛋白酶、木瓜蛋白酶和胰蛋白酶處理米糠過(guò)程中發(fā)現(xiàn)堿性蛋白酶處理的穩(wěn)定效果最好，在28℃存儲(chǔ)30天后，游離脂肪酸增加率僅為12.79%，而未經(jīng)處理的米糠游離脂肪酸增加率超過(guò)200%。并且認(rèn)為堿性蛋白酶、木瓜蛋白酶和胰蛋白酶雖然沒(méi)有完全鈍化脂肪酶的活力，但對(duì)米糠酸敗的抑制作用卻很明顯。每克米糠按照1∶2的料液比加入15 mg堿性蛋白酶反應(yīng)120 min穩(wěn)定效果最佳。其作用機(jī)理是堿性蛋白酶對(duì)蛋白中的芳香性或疏水性氨基酸殘基(如Tyr，Phe，Leu等)碳端裂解效果較好。Laokuldilok等（2014）驗(yàn)證木瓜蛋白酶處理新鮮的米糠會(huì)大大降低游離脂肪酸的含量。Mangal等人采用不同濃度的木瓜蛋白酶在60℃處理米糠30 min，儲(chǔ)存15天后發(fā)現(xiàn)其游離脂肪酸含量較低。生物法處理米糠獲得的穩(wěn)定效果存在比較大爭(zhēng)議，可能與酶的濃度、處理時(shí)間以及溫度有關(guān)。

2 結(jié)論

在傳統(tǒng)物理處理方法上，不論是干熱法還是濕熱法，均對(duì)熱能的要求較高，且會(huì)破壞米糠中的一些營(yíng)養(yǎng)成分。目前工業(yè)化運(yùn)用較多的是擠壓膨化法，但飼料場(chǎng)需額外購(gòu)置擠壓膨化機(jī)，相比之下米糠制粒法更符合實(shí)際需求。但在飼料場(chǎng)旺季供不應(yīng)求的情況下，往往也是米糠最容易酸敗的季節(jié)。對(duì)于化學(xué)試劑法，次氯酸鈣在眾多研究中具有良好的穩(wěn)定米糠酸敗的作用其用量比為20g∶1kg。生物穩(wěn)定法穩(wěn)定米糠還有一定的爭(zhēng)議，可能是與酶活、處理溫度、時(shí)間等因素有關(guān)。目前比較良好的穩(wěn)定米糠且不破壞營(yíng)養(yǎng)成分的方法是微波法。綜合來(lái)看，各個(gè)工藝處理方式均有一定的局限性。實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)合理運(yùn)用各個(gè)處理方式，讓米糠的利用得到最大化。