易煮全谷物糙米加工技術(shù)研究進(jìn)展

劉艷香，關(guān)麗娜,2，孫 瑩，譚 斌,*，劉 明，田曉紅

(1.國家糧食和物資儲備局科學(xué)研究院 糧油加工研究所，北京 100037；2.哈爾濱商業(yè)大學(xué) 旅游烹飪學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150028)

稻谷加工成大米，再加熱熟制成的米飯是最常見的米制主食[1]。近年來，由于稻谷加工的過度精細(xì)化，使其營養(yǎng)物質(zhì)嚴(yán)重?fù)p失，長期食用精制大米導(dǎo)致消費(fèi)者營養(yǎng)素?cái)z入不足，并引起各種慢性疾病。研究結(jié)果表明，以精制大米作為碳水化合物的主要來源，可能是導(dǎo)致Ⅱ型糖尿病的因素之一[2-3]。

稻谷經(jīng)脫殼后的全谷粒即為糙米，是由外皮層、胚乳和胚構(gòu)成的。全谷物糙米不僅富含蛋白質(zhì)、脂肪、礦物質(zhì)、維生素等營養(yǎng)成分，還含有豐富的膳食纖維和酚類化合物及γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid,GABA)、γ-谷維素等多種活性成分和微量元素。這些成分的協(xié)同作用會起到一定的健康效應(yīng)，對預(yù)防和控制肥胖、Ⅱ型糖尿病等代謝綜合征具有一定作用[4]；同時(shí)不飽和脂肪酸、谷胱甘肽和多糖賦予了糙米有效的抗氧化作用和清除自由基能力，從而減緩脂質(zhì)氧化和低密度脂蛋白損傷，減少人們患冠心病和癌癥等疾病的幾率[5]。目前，全谷物糙米的消費(fèi)主要以糙米粉的形式作為食品輔助成分添加至不同類型的食物產(chǎn)品中，如餅干、糕點(diǎn)和面包等。由于全谷物糙米的適口性、蒸煮性、消化性較差，且儲藏周期短，限制了全谷物糙米粒食的消費(fèi)與推廣，因此，利用新技術(shù)、新方法或幾種技術(shù)的協(xié)同作用改善全谷物糙米的蒸煮和食用品質(zhì)，并進(jìn)一步提升其營養(yǎng)功能性和儲藏穩(wěn)定性已成為當(dāng)今推廣易煮全谷物糙米的研究重點(diǎn)。

本文擬通過總結(jié)近年國內(nèi)外采用的改善全谷物糙米的蒸煮和食用品質(zhì)、營養(yǎng)功能性及儲藏穩(wěn)定性的生物和物理加工技術(shù)以及新型非熱加工技術(shù)，闡明其工作原理及作用特點(diǎn)，對未來全谷物糙米粒食的研究方向進(jìn)行展望，以期為拓寬全谷物糙米的食用及加工利用途徑提供一定的參考。

1 影響全谷物糙米蒸煮及食用品質(zhì)的主要因素

全谷物糙米的蒸煮及食用品質(zhì)包括蒸煮和食用過程中所表現(xiàn)出的各種理化性質(zhì)及感官特性，如吸水性、膨脹性、糊化特性及米飯的柔軟性、硬度、彈性和色、香、味等。食用品質(zhì)是影響其消費(fèi)量的主要因素。全谷物糙米存在難煮熟、口感粗糙、米糠味重的缺點(diǎn)，與其化學(xué)組成和自身結(jié)構(gòu)有著密切關(guān)系。

1.1 主要組成成分

糖類、蛋白質(zhì)、脂類和膳食纖維是全谷物糙米的主要化學(xué)組分，占比在 85%～90%。糖類主要存在于胚乳中，在糙米中含量略低于精米，差異在 5%左右，而蛋白質(zhì)、脂類與膳食纖維含量均比精米高[6]。蛋白質(zhì)含量對糙米的蒸煮品質(zhì)與感官特性的影響尤為重要，糙米中蛋白質(zhì)占比在8%左右。蛋白質(zhì)含量與米飯的黏稠度有良好的相關(guān)性：蛋白質(zhì)含量高，米粒結(jié)構(gòu)緊密，淀粉粒間的空隙少，導(dǎo)致糙米吸水速度慢，蒸煮時(shí)間長，淀粉糊化不完全，米飯的硬度大、黏聚性低，對口感產(chǎn)生不利影響[7]。大量不溶性膳食纖維的存在會使糙米飯口感硬、咀嚼性差。直鏈淀粉含量因品種而異，一般認(rèn)為，直鏈淀粉的含量與熟制米飯的黏度呈負(fù)相關(guān)，而與硬度呈正相關(guān)；直鏈淀粉含量高的糙米在蒸煮時(shí)吸水量大，且膨脹度較大，在煮成米飯后，較粗糙且不具黏性[8]。

1.2 皮層構(gòu)成

全谷物糙米外皮層結(jié)構(gòu)致密，粗纖維和蠟質(zhì)層含量較高，蒸煮時(shí)會阻礙水分滲透進(jìn)籽粒內(nèi)部，吸水性低，導(dǎo)致胚乳中淀粉不易糊化，表現(xiàn)為較差的口感與蒸煮特性以及較低的消化性；此外，糙米種皮質(zhì)地堅(jiān)韌，存在大量的半纖維素、纖維素、木質(zhì)素和果膠，使其在蒸煮時(shí)不易被軟化，導(dǎo)致米飯質(zhì)地較硬、咀嚼有粗渣；同時(shí)皮層中還含有較多的脂類物質(zhì)，皮層本身的糠味與儲藏過程產(chǎn)生的異味，使全谷物糙米食用品質(zhì)大大降低；植酸和降解酶類主要存在皮層中，植酸可與鈣、鐵、鎂等礦物質(zhì)絡(luò)合，從而影響微量元素的生物利用率；而脂肪酶和脂肪氧化酶則會引起糙米氧化產(chǎn)生酸敗味，導(dǎo)致其貨架期縮短和生產(chǎn)成本增加。

2 全谷物糙米的加工技術(shù)研究

2.1 生物加工技術(shù)研究

目前，常用于改善全谷物糙米品質(zhì)特性的生物加工技術(shù)有萌芽、發(fā)酵和酶解，其作用的本質(zhì)是利用酶(內(nèi)源酶，微生物酶以及商業(yè)外源酶)改變糙米皮層結(jié)構(gòu)和營養(yǎng)組成，從而達(dá)到改善糙米的蒸煮特性并獲得較高功能活性的目的。

2.1.1萌芽技術(shù)

糙米萌芽始于水中短暫浸泡或長期浸沒的過程，在此過程中，通過調(diào)節(jié)與降解種子貯藏蛋白和促進(jìn)發(fā)芽的激素的生物合成來促使種子發(fā)芽。干燥的種子恢復(fù)其代謝活性，從而導(dǎo)致其生物化學(xué)性質(zhì)和營養(yǎng)價(jià)值發(fā)生變化[9]。

萌芽過程中糙米內(nèi)源酶被激活，還原糖含量增加，蛋白質(zhì)水解和胚芽蛋白質(zhì)的合成使糙米中蛋白質(zhì)含量增加，直鏈淀粉含量降低，淀粉粒之間的排列由松散變緊密，糊化特性發(fā)生改變[10]；萌芽過程中不溶性膳食纖維含量顯著增加，這可能與糙米的黏性或凝膠形成特性及在上消化道的不消化性密切相關(guān)，因此降低了餐后血糖生成指數(shù)和胃排空速率[11]。萌芽過程中生物活性物質(zhì)，如γ-氨基丁酸、多酚、葉酸、維生素E、維生素B、γ-谷維素、總黃酮的含量和總抗氧化性增加，使糙米具有更高的功能價(jià)值；植酸含量降低，使萌芽糙米具有更高的礦物質(zhì)生物可吸收性和蛋白質(zhì)消化率[12]。此外，由于蛋白質(zhì)、淀粉和非淀粉多糖等大分子物質(zhì)被部分水解，部分蛋白質(zhì)分解為氨基酸，淀粉轉(zhuǎn)變?yōu)樘穷?，纖維質(zhì)糠層外殼被酶解軟化，從而使糙米便于蒸煮，香甜味增加，米粒柔軟，更具膨脹力和黏性，食用品質(zhì)得以改善[13-14]。已有研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)芽時(shí)間越長，糙米的硬度下降越大[15]。Wu等[16]研究發(fā)現(xiàn)，與糙米香味有關(guān)的總揮發(fā)性物質(zhì)、大多數(shù)脂質(zhì)氧化產(chǎn)物和酚類化合物含量在萌芽后期顯著增加，而萌發(fā)期間二甲基硫的含量變化最為顯著。萌芽可視為改善糙米蒸煮特性，提升其食用品質(zhì)和營養(yǎng)價(jià)值的一種加工技術(shù)，且近年來應(yīng)用廣泛；但由于萌芽技術(shù)的生產(chǎn)工藝較煩瑣、生產(chǎn)周期較長，發(fā)芽后需要二次干燥，且干燥所需時(shí)間較長，因此難以避免會出現(xiàn)營養(yǎng)物質(zhì)的損失、芽的脫落和破壞，并且呈現(xiàn)爆腰率高、色澤變暗和籽粒不飽滿等現(xiàn)象。

2.1.2生物發(fā)酵技術(shù)

發(fā)酵作為一種生物加工技術(shù)在全谷物中最早應(yīng)用于甜醅的制作[17]。甜醅產(chǎn)品甜酸適中、質(zhì)地細(xì)膩、香氣濃郁。生物發(fā)酵也用于生產(chǎn)糙米基食品如飲料、稀飯、醋和面包，目的是充分開發(fā)和利用谷物中大量的生物活性成分。發(fā)酵的菌株有酵母、乳酸菌和一些能夠產(chǎn)生纖維素酶、淀粉酶或果膠酶的微生物，如黑曲霉、根霉等。發(fā)酵改善糙米蒸煮特性的原因是，酶破壞了糙米皮層結(jié)構(gòu)的完整性及與內(nèi)部組織連接的致密性，從而提高水分向米粒的滲透能力[18]。發(fā)酵還有助于提高微量營養(yǎng)素的生物利用度，減少抗?fàn)I養(yǎng)因子的存在[19]。Ilowefah等[20]利用酵母作用于糙米粉，得出糙米糊充分發(fā)酵的最佳條件是32 ℃、pH值5.5，作用時(shí)間6.26 h，此時(shí)蛋白質(zhì)、總灰分、不溶性纖維、可溶性纖維、礦物質(zhì)、酚類、抗氧化劑、抗性淀粉、維生素B2、維生素B6、煙酸、γ-生育三烯酚和δ-生育三烯酚的水平顯著提高；程鑫等[21]采用接種量0.10%的乳酸菌，30 ℃下發(fā)酵24 h處理糙米后，其蒸煮時(shí)間減少了6.46 min，吸水率提高了25.18%，米飯硬度降低了29.63%；Lee等[22]研究發(fā)現(xiàn)，糙米發(fā)酵后大多數(shù)酯、醇、內(nèi)酯和一些醛的含量升高，可賦予產(chǎn)品獨(dú)特的風(fēng)味。發(fā)酵是一種潛在的改善糙米蒸煮品質(zhì)、提升營養(yǎng)價(jià)值的加工技術(shù)，但為保持菌株優(yōu)良發(fā)酵性能，通常將糙米粉用作發(fā)酵底物，限制了生物發(fā)酵在糙米粒食加工中的應(yīng)用，且發(fā)酵技術(shù)處理的糙米還需進(jìn)行二次滅菌，存在工序復(fù)雜、時(shí)間長、成本高等問題。

2.1.3酶解技術(shù)

酶解可改變糙米籽粒的皮層結(jié)構(gòu)從而使其獲得新的物理和功能性質(zhì)[23]，如利用植酸酶、纖維素酶或相關(guān)的復(fù)合酶降解皮層成分可達(dá)到改善糙米質(zhì)地、蒸煮特性和提高消化吸收率的目的。酶處理后糙米中主要營養(yǎng)物質(zhì)(礦物質(zhì)、維生素B1、維生素B5、維生素B6和酚類化合物)得以保持，抗?fàn)I養(yǎng)因子含量降低。研究表明，外源酶對糙米食用品質(zhì)的改良效果由大到小順序?yàn)椋簭?fù)合果膠酶、纖維素酶、混合酶(纖維素酶和復(fù)合果膠酶)，且混合酶處理的糙米品質(zhì)優(yōu)于發(fā)芽糙米[24]。Das等[25]利用木聚糖酶和纖維素酶處理糙米，得到的糙米質(zhì)地較軟、吸水率較高，蒸煮時(shí)間明顯縮短。酶法通常與物理加工方法聯(lián)合使用，以強(qiáng)化糙米水化行為和質(zhì)構(gòu)特性。Zhang等[26]研究發(fā)現(xiàn)，超聲波-纖維素酶處理通過破壞皮層的自然形態(tài)，提高米粒吸水率，蒸煮后的糙米呈現(xiàn)出更柔軟的質(zhì)地，更容易咀嚼。由于酶解在保留糙米營養(yǎng)組分上具有優(yōu)勢，有學(xué)者提議采用酶解取代傳統(tǒng)的機(jī)械去殼方式，然而該方法存在應(yīng)用成本高、處理費(fèi)時(shí)和反應(yīng)條件不易控制等問題，未大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用。

2.2 物理加工技術(shù)研究

2.2.1預(yù)糊化技術(shù)

預(yù)糊化即通過煮沸加工過程以改善全谷物糙米的質(zhì)地和蒸煮特性，包括浸泡(60～80 ℃)、蒸煮(100～120 ℃，0～30 min)、干燥(25～40 ℃，數(shù)天)3個(gè)步驟，或在糙米萌芽后(48 h，30 ℃)蒸煮2～15 min。在蒸煮過程中，米粒中成分主要發(fā)生3個(gè)變化[27]：一是淀粉在蒸煮的加熱過程中發(fā)生凝膠化，這種變化對熟制米飯的感官特性影響最大；二是脂質(zhì)與直鏈淀粉的進(jìn)一步絡(luò)合，淀粉的糊化溫度和蒸煮條件決定了形成的直鏈淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物的水平和類型(無定形和結(jié)晶狀)，這種復(fù)合物可以抑制蒸煮過程中淀粉的膨脹和溶解；三是米粒中蛋白質(zhì)組分之間形成二硫鍵，這是改變糙米蒸煮性能的主要原因。劉慶慶等[28]研究發(fā)現(xiàn)，原料含水率29.83%±1.67%，蒸汽處理15 min時(shí)，發(fā)芽糙米的蒸煮特性、質(zhì)構(gòu)特性及感官品質(zhì)顯著提升，與大米的品質(zhì)指標(biāo)接近。

此外，預(yù)糊化作為一種濕熱處理，可同時(shí)破壞和重組多尺度長度的淀粉分子，并將快速消化淀粉的某些部分轉(zhuǎn)化為慢消化淀粉和抗性淀粉，從而有助于降低淀粉的消化率，改善淀粉的營養(yǎng)功能。體外實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)過濕熱處理的青稞，具有降血糖功效[29]。預(yù)糊化可改善糙米的蒸煮和食用品質(zhì)，但功能性組分，如沒食子酸、黃酮、原花青素等隨預(yù)糊化處理時(shí)間增加而減少[30]，近年來不少研究對預(yù)糊化工藝進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)[31]，但仍存在能耗高，處理時(shí)間長的缺點(diǎn)。

2.2.2紅外干燥技術(shù)

傳統(tǒng)干燥方法是利用空氣的熱傳遞干燥原料，而紅外輻射干燥是原料直接吸收紅外能量，不受中間介質(zhì)的影響[32]，從而顯著提高了干燥效率。紅外干燥過程中，因米粒的溫度不受周圍空氣濕度的限制，可實(shí)現(xiàn)糙米的高加熱速率。相比于熱風(fēng)干燥，紅外輻射處理(紅外條件：目標(biāo)溫度60 ℃，強(qiáng)度4 684 W/m2)的糙米具有更顯著的脂肪酶失活率，且研磨特性不受影響[33]。研究表明，紅外干燥能夠鈍化脂肪酶和過氧化氫酶，同時(shí)使糙米表面形成小孔和細(xì)紋,淀粉顆粒變較圓滑，糙米表面通透性提高，蒸煮特性得以改善[34]。紅外輻射干燥對糙米食用品質(zhì)的影響目前還處在實(shí)驗(yàn)室初級研究階段，但為糙米食用品質(zhì)的優(yōu)化提供了一個(gè)新思路。

2.2.3高溫流化技術(shù)

高溫流化法利用流化干燥過程中谷物顆粒內(nèi)外的水分梯度差，使得谷粒內(nèi)部產(chǎn)生抗壓應(yīng)力，形成裂縫，從而影響糙米的表面結(jié)構(gòu)和質(zhì)地[35]。流化操作參數(shù)有：一次風(fēng)流速、流化介質(zhì)溫度和流化介質(zhì)相對濕度。目前，在流化介質(zhì)溫度改善糙米蒸煮特性和對糙米儲藏穩(wěn)定性影響的問題上研究較多。卜玲娟等[36]采用130 ℃高溫流化處理糙米，結(jié)果表明，糙米蒸煮時(shí)的吸水率和吸水量顯著提高，蒸煮時(shí)間縮短了6 min，米飯硬度降低，米糠味明顯減弱，色澤、黏性及綜合評分都顯著提升。Li等[37]研究證明，高溫流化處理是降低淀粉消化率的有效方法，并發(fā)現(xiàn)淀粉的糊化是高溫干燥過程中發(fā)芽糙米理化性質(zhì)改變的主要原因，糊化使淀粉化學(xué)鍵之間的連接變松散，晶型結(jié)構(gòu)由A型變?yōu)锳+V型，淀粉的晶體特性，顆粒結(jié)構(gòu)和糊化特性的變化導(dǎo)致發(fā)芽糙米的消化率降低。高溫流化能抑制儲藏過程中游離脂肪酸的形成，提高糙米蒸煮性和適口性[38]。高溫流化只作用在糙米表面而不深及內(nèi)部，具有傳熱傳質(zhì)效率高、熱效應(yīng)高、設(shè)備簡單的特點(diǎn)，但過高的流化溫度易引起谷物食味變差、爆腰率增加，目前高溫流化的溫度一般控制在120～130 ℃，時(shí)間為60 s左右。

2.2.4微波技術(shù)

糙米皮層可阻擋細(xì)菌進(jìn)入籽粒內(nèi)部，但同時(shí)易粘附大量微生物，尤其是霉菌毒素等危害人體健康的雜質(zhì)。皮層中的脂肪氧化酶能催化多不飽和脂肪酸，如亞油酸和亞麻酸的過氧化反應(yīng)，嚴(yán)重影響糙米制品的儲藏品質(zhì)[39]。微波是一種非離子型能源，通過交替電磁場分子間摩擦產(chǎn)生熱滲透進(jìn)入籽粒內(nèi)部，從而破壞脂肪酶和脂氧合酶等蛋白分子生物構(gòu)象，減少脂肪酸的生成，提高糙米的儲藏穩(wěn)定性；微波可引起淀粉顆粒中結(jié)晶區(qū)域的重排，導(dǎo)致吸水能力、溶脹能力和糊狀黏度發(fā)生變化。研究表明，微波使糙米籽粒表面產(chǎn)生裂縫，為水進(jìn)入籽粒內(nèi)核提供了合適的滲透途徑，由于適度的吸水和淀粉糊化作用，改善了糙米蒸煮特性和米飯風(fēng)味[40]。陳培棟[41]采用微波技術(shù)處理糙米，結(jié)果表明，隨著微波處理時(shí)間、功率和物料含水率的增加，糙米崩解值、回生值、吸水率和碘藍(lán)值增加，整精米率和米飯硬度降低。微波技術(shù)滅酶效果顯著，具有加熱迅速、均勻，對營養(yǎng)成分影響小、動力消耗小、操作簡單等優(yōu)點(diǎn)，但微波輻射能破壞維生素B1的結(jié)構(gòu)[42]，并發(fā)生美拉德反應(yīng)，從而引起糙米發(fā)生褐變和產(chǎn)生雜味[43]。

2.2.5擠壓膨化技術(shù)

擠壓膨化技術(shù)是集混合、攪拌、破碎、加熱、殺菌、膨化及成型為一體,能夠?qū)崿F(xiàn)一系列連續(xù)操作的新型加工技術(shù)。擠壓膨化過程中物料被強(qiáng)烈地?cái)D壓、攪拌、剪切，從而達(dá)到細(xì)化和均勻化；在高溫、高壓、高剪切力的同時(shí)作用下，物料的理化性質(zhì)發(fā)生了改變，從粉狀變?yōu)楹隣睿矸郯l(fā)生糊化、降解，蛋白質(zhì)發(fā)生變性與組織化，脂肪含量降低，纖維細(xì)化、可溶性膳食纖維含量增加，進(jìn)而改善了糙米的適口性，消化率提高[44]。林雅麗等[45]發(fā)現(xiàn)，糙米經(jīng)擠壓后蒸煮時(shí)間縮短，吸水率提高，但擠壓膨化會使許多熱敏感性物質(zhì)被破壞。Mir等[46]研究發(fā)現(xiàn)，擠壓處理后發(fā)芽糙米功能性成分有所下降，鐵的抗氧化能力和清除DPPH自由基的能力下降、γ-氨基丁酸和總酚含量減少。目前，擠壓膨化技術(shù)除了用于生產(chǎn)膨化零食外，在制作速食粥、米和重組米等方面已有廣泛的應(yīng)用。該技術(shù)具有多功能、高產(chǎn)量、高品質(zhì)的特點(diǎn),在細(xì)化粗糧、改善口感、鈍化不利因子以及提高蛋白消化率等方面具有優(yōu)勢。

2.3 新型非熱加工技術(shù)研究

新型非熱加工技術(shù)由于在品質(zhì)改善、營養(yǎng)成分保留與增強(qiáng)、功能性強(qiáng)化等方面的優(yōu)勢，近年來應(yīng)用于全谷物糙米加工中并引起廣泛關(guān)注。常見的新型非熱加工方法有低溫等離子體、高靜壓、脈沖電場、超聲波和輻照等技術(shù)。

2.3.1低溫等離子體技術(shù)

等離子體處理的作用方式是對谷物顆粒表面進(jìn)行蝕刻，從而形成裂縫和凹陷；利用直流輝光放電使淀粉顆粒解聚和交聯(lián)，從而強(qiáng)化水分吸收，改善全谷物糙米的蒸煮特性和質(zhì)構(gòu)特性[47-48]。Thirumdas等[49]利用等離子體處理糙米10 min，結(jié)果發(fā)現(xiàn)蒸煮時(shí)間降低了28.3%，吸水量增加了6.8%，硬度降低了10 N。低溫等離子體處理的糙米具有較高的酶活性，可觸發(fā)糙米的快速萌芽，提高發(fā)芽糙米的生物活性和植物化學(xué)素含量[50]。Chen等[51]研究了低溫等離子體技術(shù)對糙米萌芽的影響，結(jié)果表明，3 kV的低溫等離子體作用10 min，可提高糙米的發(fā)芽率、芽長和吸水率；與未處理糙米相比，處理后的糙米γ-氨基丁酸含量增加了9 mg/100 g，α-淀粉酶活力和抗氧化活性顯著提高。Lee等[52]研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)低溫等離子體處理20 min后，糙米表面接觸的蠟樣芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌和大腸桿菌大約減少2.30 lg(CFU/g)。低溫等離子體技術(shù)不僅可以改善糙米的蒸煮特性、促進(jìn)糙米萌芽，還對糙米表面的細(xì)菌具有顯著的控制效果，但低溫等離子體技術(shù)的處理效果因原料品種而異，且會加速脂肪氧化，影響產(chǎn)品風(fēng)味。低溫等離子體技術(shù)在全谷物行業(yè)的應(yīng)用仍處于初探階段，尚未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化。

2.3.2高靜壓技術(shù)

高靜壓又稱超高壓，是以水作為介質(zhì)向真空包裝的食物原料傳遞壓力的技術(shù)，該技術(shù)的目的是生產(chǎn)感官品質(zhì)佳、微生物數(shù)量安全且營養(yǎng)價(jià)值高的產(chǎn)品，通常應(yīng)用壓力范圍為100～600 MPa。高壓可實(shí)現(xiàn)酶的鈍化和微生物的滅活，使蛋白質(zhì)和淀粉等生物大分子改性、變性或糊化，同時(shí)避免高溫和長時(shí)間加熱，對低分子量活性物質(zhì)，維生素、呈味分子和抗氧化性物質(zhì)影響較小。Xia等[53]在糙米發(fā)芽(37 ℃、36 h)后進(jìn)行高壓處理(100～500 MPa，10 min)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，糙米中生物可利用的抗氧化成分、GABA和游離氨基酸含量增加，礦物質(zhì)的體外生物可利用性依賴于高壓條件。Yu等[54]采用超高壓對糙米皮層結(jié)構(gòu)進(jìn)行修飾，使糙米蒸煮時(shí)間明顯縮短，硬度、黏度和彈性等顯著改變，表明高壓預(yù)處理是一種潛在的改善糙米感官品質(zhì)的理想方法；高壓處理?xiàng)l件在100～500 MPa，10 min下，糙米的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，具有更好的吸濕性，與一次高壓處理相比，兩次循環(huán)高壓處理可使糙米質(zhì)地更軟且色澤更明亮[55]。超高壓技術(shù)在全谷物加工中具有較大的應(yīng)用價(jià)值，但成本高、效率低和穩(wěn)定性差是其應(yīng)用推廣面臨的主要難題。

2.3.3脈沖電場技術(shù)

脈沖電場是一種新型非熱加工技術(shù)，是利用兩個(gè)高壓電極產(chǎn)生的瞬態(tài)電子脈沖來工作的，脈沖電場的作用強(qiáng)度在0.1～0.8 kV/cm[56]。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于使多種微生物及與品質(zhì)相關(guān)的酶失活，對原料感官特性和營養(yǎng)價(jià)值影響較小，還可用于輔助溶劑萃取以提高糙米樣品中生物活性成分的含量[57]。研究發(fā)現(xiàn)，脈沖電場處理(200～1 000 Hz，9～45 ms)可使脂肪酶失活，處理參數(shù)對脂肪酶活性影響由大到小的順序是電壓、頻率和脈沖寬度、作用時(shí)間。目前，脈沖電場技術(shù)在全谷物糙米加工中的適用性研究較少，關(guān)于糙米的感官屬性和生物學(xué)效應(yīng)變化的相關(guān)研究也較少，因此具有深入研究價(jià)值。

2.3.4超聲波技術(shù)

超聲處理過程中，超聲波以空化氣泡的形式在液體介質(zhì)中產(chǎn)生交替的壓縮和膨脹，使原料發(fā)生一系列的物理化學(xué)變化[58]，如改變糙米皮層結(jié)構(gòu)和促進(jìn)萌芽。超聲波影響種子萌芽的主要機(jī)理是由于空化作用改變了質(zhì)膜的通透性，促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)外的物質(zhì)交換[59]；同時(shí)適宜的超聲強(qiáng)度下，內(nèi)源酶酶促反應(yīng)是可逆的，此時(shí)種子的呼吸強(qiáng)度增強(qiáng)，從而促進(jìn)其萌發(fā)。此外，超聲處理使淀粉的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)、纖維素的纖維形態(tài)和結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而促進(jìn)水分的短時(shí)吸收，達(dá)到改善糙米蒸煮特性的目的[60]。Ding等[61]對去殼紅米和發(fā)芽36 h的糙米及其米粉進(jìn)行超聲處理(25 kHz,16 W/L,5 min)，結(jié)果表明，超聲處理破壞了米粒表層微觀結(jié)構(gòu)，有助于改善蒸煮過程中的水分傳遞；該研究表明，超聲波處理可以作為一種低功耗的方法來改變發(fā)芽糙米粉的流變行為，同時(shí)也是一種改善發(fā)芽糙米米飯質(zhì)地、風(fēng)味和營養(yǎng)特性的有效方法。陶虹等[62]對比研究了超聲波與超高壓處理對糙米蒸煮品質(zhì)和抗氧化活性的影響，結(jié)果表明，兩種處理方式均使糙米硬度、膠黏性和咀嚼性下降12%以上；在蒸煮時(shí)間上，超聲波處理較超高壓處理縮短了3.9%。二者均能顯著提高糙米的抗氧化活性。

超聲處理可改善糙米的蒸煮品質(zhì)，浸泡前采用超聲預(yù)處理可作為進(jìn)一步提升糙米發(fā)芽前營養(yǎng)成分的潛在策略。確定糙米的最佳超聲處理時(shí)間，從而最大程度改善其蒸煮品質(zhì)，并使?fàn)I養(yǎng)功能性組分損失最小將是未來研究的重點(diǎn)。

2.3.5輻照技術(shù)

輻射是將電子加速器(0.2～10.0 MeV)產(chǎn)生的電子線(β射線)或放射性同位素(Cs-137或Co-60)產(chǎn)生的γ射線的能量傳遞給被輻照物質(zhì)。作用到被輻照物質(zhì)上的電離輻射產(chǎn)生電離和激發(fā)，釋放出軌道電子，形成自由基，從而使被輻照物質(zhì)的物理性質(zhì)和化學(xué)成分發(fā)生變化。研究表明，γ輻射處理后淀粉溶解度、結(jié)晶度增加，淀粉結(jié)構(gòu)被改變，加速了米粒蒸煮時(shí)水分的滲入[63]。此外，輻照通過破壞谷物表皮的結(jié)構(gòu)，增加水分滲透能力，從而改善糙米的蒸煮和食用品質(zhì)。Sabularse等[64]采用γ射線處理發(fā)芽糙米，發(fā)現(xiàn)隨著射線劑量增加，蒸煮時(shí)間減少、吸水率增加、米湯中淀粉殘留量增加，但米粒體積呈不規(guī)律膨脹，表明輻射可能改變了籽粒的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；然而，Chen等[65]系統(tǒng)研究了γ射線處理的糙米在儲藏過程中理化性質(zhì)、結(jié)構(gòu)和感官屬性的變化，結(jié)果表明，γ射線并未引起淀粉顆粒的形態(tài)改變，而影響了淀粉的糊化特性，淀粉的峰值黏度、谷值黏度、終黏度、沉降值和回落值等參數(shù)在糙米儲藏過程中呈下降趨勢，并存在射線劑量效應(yīng)。此外，輻照還可以使其微生物和害蟲的細(xì)胞失活來保障谷物食品的安全性。經(jīng)輻照處理，由于存在射線劑量效應(yīng)，糙米的直鏈淀粉、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)含量不會立即發(fā)生變化，但會影響生物大分子的微觀結(jié)構(gòu)和理化特性，包括色澤、質(zhì)地、黏度和抗氧化成分等，且在長時(shí)間存放后影響的程度增強(qiáng)[66-67]。

輻照可提高全谷物糙米的抗氧化能力，抑制儲藏過程中淀粉的老化，但高劑量的輻照會使產(chǎn)品產(chǎn)生褐變和異味，影響食用安全；因此，需要優(yōu)化全谷物糙米的輻照處理工藝參數(shù)，保持較佳的食用品質(zhì)，延長保質(zhì)期。

3 結(jié)論與展望

隨著人們對全谷物食品營養(yǎng)功能性的重視，全谷物糙米深加工產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展，產(chǎn)品形式趨于多樣化，但主要仍以粉食形式應(yīng)用在面包、面條、米線、休閑食品等產(chǎn)品的制作中，而粒食消費(fèi)量較低。生物和物理加工技術(shù)在改善全谷物糙米蒸煮特性，提升食用品質(zhì)和營養(yǎng)價(jià)值，增加功能活性方面發(fā)揮著良好的作用，對推動糙米粒食消費(fèi)，改善人們營養(yǎng)膳食結(jié)構(gòu)具有重要意義。全谷物糙米未來可開展以下相關(guān)研究內(nèi)容：建立全谷物糙米主食加工原料的品質(zhì)評價(jià)體系；研究不同加工方式或操作參數(shù)對糙米中蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂肪等大分子組分及酚酸等植物活性物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能的影響關(guān)系；加強(qiáng)不同加工技術(shù)之間的協(xié)同作用在全谷物糙米中的應(yīng)用，并深入研究加工過程中糙米品質(zhì)改善的原因，為創(chuàng)制高品質(zhì)、高營養(yǎng)、高生物利用度的易煮全谷物糙米提供參考，進(jìn)而改善“面強(qiáng)米弱”的行業(yè)局面，推動全谷物糙米主食化消費(fèi)。