糙米營(yíng)養(yǎng)價(jià)值及加工技術(shù)研究進(jìn)展

呂呈蔚，岳玉蘭，王 政，李倬林，李鐵柱，胡濟(jì)美

（1. 吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，吉林 長(zhǎng)春 130033；2. 中國(guó)國(guó)際工程咨詢(xún)有限公司，石化輕紡業(yè)務(wù)部，北京 100048）

糙米是僅將稻谷粗脫殼后仍保留外層組織的全谷稻米。糙米通過(guò)如碾白、拋光等技術(shù)手段進(jìn)一步加工去除米糠層及胚芽后，得到常見(jiàn)的市售精米。然而稻谷中絕大部分的膳食纖維、生物素、維生素、礦物質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)元素都儲(chǔ)存于米糠層及胚芽中，因此，糙米相較于精米更好地保留了稻谷的全部營(yíng)養(yǎng)成分[1-2]。但同時(shí)糙米米糠層中含有的植酸鹽、糠蠟及纖維素等物質(zhì)，是導(dǎo)致其口感粗糙、蒸煮性差、不易于其他食物中礦物質(zhì)消化吸收的主要原因[3]。因此，研究開(kāi)發(fā)既可以提升糙米食用品質(zhì)又能較大限度地保留糙米中營(yíng)養(yǎng)成分的加工技術(shù)是糙米食品未來(lái)的發(fā)展方向。

本文主要介紹了糙米的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值及其糙米加工技術(shù)，闡明各加工技術(shù)的原理，并歸納總結(jié)近些年糙米加工技術(shù)的研究情況，為糙米的綜合利用提供一定的參考。

1 糙米營(yíng)養(yǎng)價(jià)值

糙米由米糠層、胚芽及胚乳組成。糙米相較于精米具有更加全面的營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)組成，其蛋白質(zhì)、脂肪、維生素、礦物質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)素成分含量均高于精米，各營(yíng)養(yǎng)素含量比較見(jiàn)表1[4]。此外，糙米還具有多種精米中沒(méi)有的促進(jìn)人體健康的功能成分，如膳食纖維、谷維素、谷胱甘肽、γ–氨基丁酸、米糠多糖、二十八烷醇、肌醇等物質(zhì)。膳食纖維是一種非淀粉多糖，可有效預(yù)防胃腸道疾病，增加飽腹感，促進(jìn)腸道蠕動(dòng)、改善便秘，具有降血糖、降血脂、改善腸道菌群等生理功能[5]；谷維素是阿魏酸與植物甾醇的結(jié)合酯，具有抗氧化、清除自由基、調(diào)節(jié)中樞神經(jīng)、抗癌等功能[6]；谷胱甘肽是多種酶的輔酶或輔基，能有效保護(hù)細(xì)胞內(nèi)的巰基酶不被氧化，具有抗自由基、抗氧化、保護(hù)肝臟、延緩皮膚衰老等功效[7]；γ–氨基丁酸是哺乳動(dòng)物中樞神經(jīng)系統(tǒng)重要的抑制性神經(jīng)遞質(zhì)，它能促進(jìn)大腦新陳代謝，具有健腦益智、預(yù)防老年癡呆、調(diào)節(jié)血壓、調(diào)節(jié)情緒等生理功能[8]；米糠多糖是一種雜聚多糖，具有提高免疫力、降血糖、降血脂等生理功能[9]；二十八烷醇是一種脂肪醇，具有增加耐力、抗疲勞、促進(jìn)新陳代謝等功能[10]；肌醇多與磷酸離子結(jié)合形多磷酸肌醇，具有治療肝硬化、糖尿病等功效[11]。

表1 糙米和精米中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量的比較 g/100g

2 糙米食品發(fā)展現(xiàn)狀

日本早在 20世紀(jì)初就已經(jīng)開(kāi)始著力于可以改善糙米可食性加工技術(shù)的研究，并在 20世紀(jì)60年代開(kāi)始倡導(dǎo)國(guó)民將糙米列入其日常飲食結(jié)構(gòu)中。在20世紀(jì)90年代，日本成功研制出富含γ–氨基丁酸的發(fā)芽糙米，并得到了市場(chǎng)的廣泛認(rèn)可。目前，日本對(duì)糙米的加工技術(shù)更是處于世界領(lǐng)先水平，糙米產(chǎn)品的種類(lèi)層出不窮，深受本國(guó)消費(fèi)者的青睞。

歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家在近年也開(kāi)始逐步對(duì)糙米加工技術(shù)及其綜合利用進(jìn)行研究，并取得了很大的發(fā)展。目前，常見(jiàn)的糙米產(chǎn)品主要有：發(fā)芽糙米酒、發(fā)芽糙米飲料、糙米嬰幼兒食品、糙米粉、糙米粥、糙米休閑食品等。

我國(guó)雖然是稻谷生產(chǎn)及消費(fèi)大國(guó)，但對(duì)糙米食品加工技術(shù)的研究起步較晚。隨著全谷物食品概念的推廣，糙米食品可食性改良及營(yíng)養(yǎng)價(jià)值提升已成為研究工作的熱點(diǎn)。近年來(lái)研究逐步深入，我國(guó)對(duì)糙米食品的加工技術(shù)取得了一定成果。目前，市面上銷(xiāo)售的糙米食品主要有：糙米休閑食品、糙米粥、糙米嬰幼兒食品等。但相較于其他國(guó)家我國(guó)對(duì)糙米加工技術(shù)的研究仍舊存在加工技術(shù)手段及加工設(shè)備比較落后、產(chǎn)品高附加值產(chǎn)品不高及綜合利用率低等不足，需要進(jìn)一步的深入研究。

3 糙米加工技術(shù)

3.1 碾削

碾削是利用碾米機(jī)以碾壓的方式將糙米的糊粉層剝離，增強(qiáng)糙米的吸水性，改善其蒸煮特性。研究表明，糙米的碾削程度與吸水率、體積膨脹率呈正比，與蒸煮時(shí)間及硬度呈反比。謝有發(fā)[12]對(duì)糙米碾削后其營(yíng)養(yǎng)成分及加工特性進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)碾減率在6%時(shí)，糙米的灰分、脂肪、蛋白質(zhì)、粗纖維、B族維生素及礦物質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)成分損失最少，此時(shí)的糙米加工特性得到明顯改善，其硬度、黏聚性、咀嚼性及蒸煮時(shí)間顯著降低，糙米的口感得到顯著改善。

3.2 浸泡

浸泡是以水或含有溶劑的溶液對(duì)糙米進(jìn)行處理，浸泡一定時(shí)間后，皮層吸水膨脹達(dá)到軟化糙米的目的，可明顯縮短糙米的蒸煮時(shí)間。在工業(yè)生產(chǎn)中浸泡經(jīng)常與蒸煮干燥技術(shù)協(xié)同使用，以制造糙米速食粥、方便糙米飯。Zhang等[13]以微酸性電解水對(duì)糙米進(jìn)行浸泡處理，研究發(fā)現(xiàn)處理后的糙米中微生物含量顯著下降，且無(wú)不良影響，并且可一定程度提升糙米的部分加工特性。吳鳳鳳等[14]對(duì)不同的浸泡溫度、時(shí)間及 pH值等條件下浸泡處理發(fā)芽糙米的蒸煮及可食性進(jìn)行了研究。其實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，發(fā)芽糙米在浸泡溫度 40 ℃、浸泡時(shí)間15 min、浸泡液pH值8.83的條件下，糙米飯的出飯率及膨脹率達(dá)到最大值，米湯中固形物含量最低，糙米飯的感官品質(zhì)得到顯著改善。

3.3 擠壓膨化

擠壓膨化是在高溫高壓及高剪切力的加工環(huán)境中，使食品物料中淀粉糊化、降解；蛋白質(zhì)、纖維變性；滅酶、滅菌。糙米經(jīng)過(guò)擠壓膨化處理，可以在盡可能保留其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的同時(shí)有效改善糙米的加工特性及其產(chǎn)品的可食性。擠壓膨化技術(shù)適用于生產(chǎn)糙米休閑食品、糙米粉、糙米面條等。劉明等[15]研究了以擠壓膨化技術(shù)處理的糙米為原料生產(chǎn)速食方便米粥的復(fù)水率與復(fù)水時(shí)間。發(fā)現(xiàn)以擠壓溫度100 ℃、物料水分含量29.22%、螺桿轉(zhuǎn)速185 r/min的條件下，制得的速食方便米粥復(fù)水率為2.359%，復(fù)水時(shí)間為10.67 min。朱永義等[16]研究發(fā)現(xiàn)，在擠壓膨化作用下，糙米中淀粉會(huì)發(fā)生不可逆的α化反應(yīng)，使得糙米中的蛋白質(zhì)降解為小分子氨基酸、游離脂肪酸及植酸含量減少、可溶性膳食纖維含量增加。此外，淀粉顆粒增大并且表面變得光滑。馬永軒等[17]對(duì)擠壓膨化處理前后糙米的加工特性及營(yíng)養(yǎng)成分變化進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)擠壓膨化處理后糙米的吸水性及水溶性明顯增強(qiáng)，糙米中的脂肪含量及不及可溶性膳食纖維含量降低，還原糖及可溶性膳食纖維含量增加，蛋白質(zhì)含量沒(méi)有明顯變化。Wang等[18]研究了擠出溫度及螺桿速度對(duì)糙米加工特性的影響。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在擠出溫度120 ℃、螺桿轉(zhuǎn)速 120 r/min條件下進(jìn)行擠壓膨化處理的糙米加工特性得到明顯改善，糙米粉的各項(xiàng)加工特性與其他無(wú)麩質(zhì)米粉相當(dāng)。

3.4 發(fā)芽

發(fā)芽處理可以有效改善糙米產(chǎn)品的可食性，在發(fā)芽過(guò)程中糙米的酶系統(tǒng)被激活，能夠?qū)⒌鞍踪|(zhì)、淀粉等大分子物質(zhì)分解成易于消化吸收的小分子物質(zhì)，從而使糙米中γ–氨基丁酸、六磷酸肌醇、賴(lài)氨酸、谷胱甘肽、生育三烯酚等具有生物活性的物質(zhì)含量明顯提升[19]。在工業(yè)生產(chǎn)中，可將發(fā)芽法與發(fā)酵法相結(jié)合，生產(chǎn)發(fā)芽糙米醋、發(fā)芽糙米酒。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)芽糙米中的γ–氨基丁酸的含量相較于糙米及精米分別提升了1～2倍及9倍。韓璐等[20]研究了不同蒸煮時(shí)間對(duì)發(fā)芽糙米中生物活性成分的影響。其發(fā)現(xiàn)蒸煮時(shí)間在20 min條件下，糙米中 γ-氨基丁酸含量增加了66.31%，谷維素及植酸含量分別降低了25.06%、17.11%。何新益等[21]對(duì)糙米在發(fā)芽前后總多酚及維生素C含量的變化、其多酚提取物消除自由基的能力及對(duì)食用油脂的抗氧化作用進(jìn)行研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，發(fā)芽后糙米中多酚類(lèi)物質(zhì)的含量達(dá)到0.3%，比未發(fā)芽糙米中多酚類(lèi)物質(zhì)的含量增加了87.5%。維生素C含量增加到1.048 mg/100 g。發(fā)芽糙米多酚提取物對(duì)羥基自由基的消除率達(dá)74.40%，能有效延緩食用油脂的酸敗。吳風(fēng)風(fēng)[22]以蒸煮特性、質(zhì)構(gòu)特性、風(fēng)味成分和感官品質(zhì)為指標(biāo)，研究了不同發(fā)芽時(shí)間，對(duì)糙米飯可食性的影響。其發(fā)現(xiàn)對(duì)糙米進(jìn)行發(fā)芽處理可以提高糙米的吸水率和體積膨脹率從而改善其蒸煮性能，降低糙米飯的硬度，提高糙米飯的黏彈性。發(fā)芽2 d的糙米可明顯改善糙米飯的可食性，并能產(chǎn)生令人愉快的風(fēng)味成分。發(fā)芽2～5 d的糙米所做的糙米飯中檢測(cè)出未發(fā)芽糙米飯中沒(méi)有的風(fēng)味成分—二甲基硫醚，其具有甜玉米風(fēng)味。發(fā)芽時(shí)間延長(zhǎng)至4～5 d，糙米飯中醛、酸及酚類(lèi)化合物含量增加，產(chǎn)生過(guò)量的含硫化合物，導(dǎo)致不良?xì)馕兜漠a(chǎn)生。發(fā)芽2～3 d處理的糙米，其糙米飯的可食性得到顯著提升。而發(fā)芽時(shí)間超過(guò)3 d后，糙米飯的可食性顯著降低。

3.5 發(fā)酵法

發(fā)酵法主要是微生物在發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生的酶不僅能破壞糙米的皮層結(jié)構(gòu)改善糙米的口感，還能產(chǎn)生γ–氨基丁酸等營(yíng)養(yǎng)成分。發(fā)酵技術(shù)廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)糙米酒、糙米酵素、糙米面包等。范媛媛等[23]使用乳酸菌和酵母菌協(xié)同發(fā)酵法對(duì)糙米進(jìn)行發(fā)酵處理。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)通過(guò)微生物發(fā)酵處后，糙米中的γ–氨基丁酸含量顯著提升。在乳酸菌及酵母菌的復(fù)合菌種體積比2 : 1、接種量4%、溫度30 ℃、培養(yǎng)時(shí)間90 h的條件下，所得發(fā)酵處理后糙米中γ–氨基丁酸的含量高達(dá)33.25 g/L，比單獨(dú)使用用乳酸菌及酵母菌發(fā)酵處理的糙米中γ–氨基丁酸的含量分別提高 19.6%及 50.8%。程鑫[24]使用乳酸菌對(duì)糙米進(jìn)行發(fā)酵處理，并對(duì)處理后糙米的吸水性、蒸煮性及可食性進(jìn)行研究。試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在發(fā)酵時(shí)間24 h、發(fā)酵溫度30 ℃、含水量30%、接種量0.1%的條件下所處理糙米的蒸煮時(shí)間縮短了6.46 min、吸水率增加了25.18%、糙米飯硬度降低了 29.63%、黏性升高 81.88%，咀嚼性下降了46.86%。這可能與發(fā)酵處理破壞了糙米皮層纖維結(jié)構(gòu)的完整性及其與內(nèi)部組織連接的致密性有關(guān)，發(fā)酵處理改善了糙米的吸水性能，降低了糙米飯的硬度，改善了糙米的可食性。李飛等[25]以不同蜂蜜添加量、酵母活化液添加量、發(fā)酵時(shí)間及發(fā)酵溫度對(duì)糙米進(jìn)行了發(fā)酵處理，并研究其對(duì)發(fā)芽糙米酵素中活性成分的影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在發(fā)酵條件為蜂蜜添加量8%、酵母活化液添加量13%、發(fā)酵時(shí)間3.9 h、發(fā)酵溫度30 ℃時(shí)，發(fā)芽糙米酵素中 γ-氨基丁酸的含量最高，為0.80 mg/mL。

3.6 酶處理法

酶處理法主要是利用內(nèi)源酶、外源酶及復(fù)合酶使糙米中的纖維素、植酸及果膠物質(zhì)降解，改善糙米可食性，并釋放更多的生物活性物質(zhì)。酶解法可以用來(lái)生產(chǎn)糙米飲料等。劉志偉等[26]用纖維素酶、復(fù)合果膠酶對(duì)糙米中粗纖維及果膠物質(zhì)進(jìn)行降解，以改善糙米的可食性。實(shí)驗(yàn)將纖維素等物質(zhì)的變化及糙米飯的感官評(píng)分作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，最終確定纖維素酶處理的最佳工藝條件為反應(yīng)溫度45～55 ℃、酶添加量0.11 mg/mL、pH值在4.8～5.2、處理時(shí)間4 h；復(fù)合果膠酶處理的最佳工藝條件為反應(yīng)溫度在 45～55 ℃、酶添加量0.6 mg/mL、pH值在5.0～5.6、處理時(shí)間時(shí)間2 h。以最佳工藝進(jìn)行酶處理后，糙米可食性對(duì)比處理前得到明顯改善，其中纖維素酶處理效果優(yōu)于復(fù)合果膠酶。劉俊飛等[27]使用超聲波輔助酶法對(duì)糙米進(jìn)行預(yù)處理后，再發(fā)芽處理糙米。并對(duì)處理后糙米中γ–氨基丁酸、總酚含量、內(nèi)源淀粉酶活力、發(fā)芽糙米糊化黏度及蒸煮后糙米飯質(zhì)構(gòu)特性進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)超聲輔助酶預(yù)處理對(duì)糙米發(fā)芽率及γ–氨基丁酸含量具有顯著的影響。在最佳工藝條件下，糙米發(fā)芽率為91.98%、發(fā)芽糙米中γ–氨基丁酸含量提高為38.25 mg/100g，但發(fā)芽糙米中總酚類(lèi)物質(zhì)含量降低。并且超聲輔助酶預(yù)處理可以有效地提高內(nèi)源淀粉酶的活力，相應(yīng)降低發(fā)芽糙米粉的糊化黏度以及發(fā)芽糙米蒸煮后米粒的硬度。龍杰等[28]以纖維素酶預(yù)處理的發(fā)芽糙米為原料，與精米進(jìn)行復(fù)配后生產(chǎn)方便米飯產(chǎn)品。研究發(fā)現(xiàn)纖維素酶預(yù)處理發(fā)芽糙米的最佳工藝條件為纖維素酶濃度1.0 U/mL、酶解溫度50 ℃、酶解時(shí)間80 min。處理后發(fā)芽糙米與精米的最佳配比為20:80～30:70，生產(chǎn)方便米飯的最佳工藝條件為復(fù)配米水比1 : 1.2、蒸煮壓力0.06 MPa、蒸煮時(shí)間15 min，此時(shí)得到的復(fù)配方便米飯的可食性及風(fēng)味最佳。

4 結(jié)論

由于精米過(guò)度加工導(dǎo)致?tīng)I(yíng)養(yǎng)物質(zhì)流失和一些慢性病的出現(xiàn)，以及對(duì)糙米營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和保健功效的認(rèn)識(shí)逐漸加深，糙米全谷物食品的開(kāi)發(fā)利用受到越來(lái)越多的重視，糙米食品已然成為健康食品。我國(guó)作為稻谷生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)，加強(qiáng)糙米的綜合利用，開(kāi)發(fā)糙米全谷物食品，對(duì)提升人們健康水平以及提高稻米資源利用率具有重要意義，不僅有利于調(diào)整人們的膳食結(jié)構(gòu)，改善身體素質(zhì)，同時(shí)也可以減少糧食資源浪費(fèi)。

目前常用的改善糙米食用品質(zhì)的加工方法主要是擠壓膨化法和發(fā)芽法。擠壓膨化后的糙米盡可能的保留其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，還能夠改善糙米加工特性及其產(chǎn)品的可食性。發(fā)芽法能夠有效提升糙米中的生物活性物質(zhì)，但是仍存在口感粗糙的問(wèn)題?？梢詫l(fā)芽法同發(fā)酵法、酶處理法等方法結(jié)合，起到協(xié)同的作用。既可以提升糙米的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，又能夠改善糙米的食用品質(zhì)。這種聯(lián)用技術(shù)加工的糙米食品更具有競(jìng)爭(zhēng)力。