采用不同穩(wěn)定方法對米糠中主要營養(yǎng)成分影響的研究進展

陳 嵐，何 東，王 宏，牛家鐸，李芮芷，肖志剛

(1.沈陽師范大學糧食學院， 遼寧 沈陽 110034； 2.麥稻智慧糧食有限公司，上海 200335)

米糠是大米加工的副產(chǎn)物，結構上主要分為外果皮、中果皮、種皮、交聯(lián)層、珠心層和糊粉層[1]。米糠中含有多種天然營養(yǎng)成分和功能因子，它是營養(yǎng)物質和酚類抗氧化劑的豐富來源[2]。除常見的七大營養(yǎng)素外，米糠中富含多種生物功能活性物質,如不飽和脂肪酸、生育酚及γ-谷維醇等，具有改善人體心血管疾病、調節(jié)血壓、控制血糖、降低膽固醇、預防癌癥等多種功能[3]。米糠在我國年產(chǎn)量大約在1 043～1 147萬t，如不及時處理，極容易氧化酸敗。米糠的穩(wěn)定方法有物理法、化學法、生物法和復合法[4]。分析這幾種穩(wěn)定方法對米糠主要營養(yǎng)成分的影響，為以后米糠的進一步開發(fā)利用提供參考。

1 物理法對米糠營養(yǎng)成分的影響

1.1 擠壓膨化對米糠營養(yǎng)成分的影響

擠壓膨化法是利用擠壓膨化機的高溫、高壓和高剪切力的作用使米糠中的脂肪酶鈍化達到穩(wěn)定米糠的效果。米糠經(jīng)過擠壓膨化產(chǎn)生的直鏈淀粉與脂質的復合物，其形成程度取決于米糠中存在的淀粉和脂質類型。單甘油酯和游離脂肪酸比甘油三酯更容易形成復合物，當單甘油酯和游離脂肪酸添加到高直鏈淀粉物料中，在物料水分19%、筒溫110～140℃條件下，硬脂酸和淀粉復合物的形成量最大，高黏度和較長的停留時間也可能有利于復合物的形成[5]。應用雙螺桿擠壓機對米糠進行擠壓加工處理,淀粉中高分子的部分鍵斷裂而降解成低分子產(chǎn)物，如淀粉結構中的α-1,4糖苷鍵斷裂為葡萄糖、麥芽糖等低分子量的產(chǎn)物。在擠壓膨化過程中，由于溫度、壓強、轉速、剪切力等因素的共同作用，會使米糠蛋白發(fā)生變性，導致蛋白質含量減少。Rafe等[6]研究表明，在擠壓過程中，米糠蛋白的質量分數(shù)從15.00%下降到8.50%；擠壓膨化會破壞米糠中細胞壁的結構，使米糠蛋白的溶解度降低，由可溶性蛋白變?yōu)椴豢扇苄缘鞍?，減少米糠蛋白的提取率。因此，在使用擠壓膨化技術穩(wěn)定米糠時需要考慮對不可提取的蛋白進行回收。

擠壓膨化能降低反油酸的含量，對米糠油的提取及利用大有幫助。擠壓膨化可以穩(wěn)定米糠酸值，但在擠壓過程中，受溫度、水分等因素影響，可能會形成新生色素并導致色澤固定。鄭來寧[7]研究表明，膨化米糠的浸出毛油酸值明顯降低，其毛油脫色率降低為9.48%；擠壓過程將會稍微改變顏色，變?yōu)辄S色和紅色。擠壓膨化能增加米糠中可溶性膳食纖維(SDF)和谷維素的含量，使得SDF的空間結構改變，讓SDF親水基團暴露在外面，提高SDF的膨脹性、持水性以及持油能力[8]。膨化溫度升高，加快了水分蒸發(fā)和粗纖維、蛋白質的降解，同時高溫促進了脂肪和谷維素的溶出和可溶性膳食纖維的形成，致使膨化后的米糠SDF形成蜂窩狀結構,比未膨化米糠SDF表面更加疏松。脫脂米糠通過擠壓溫度、水分、轉速等因素優(yōu)化，能夠使米糠中SDF含量更高。而且米糠膳食纖維中糖類吸收峰得到顯著改變,粒徑分布也發(fā)生了變化。擠壓溫度越高，米糠中大分子物質越容易發(fā)生降解、熔融、斷裂，降解為可溶性小分子物質[9]。但是溫度大于130℃時，米糠SDF提取率逐步降低，而且擠壓溫度過高會發(fā)生美拉德反應，使得物料顏色加深。

1.2 微波處理對米糠營養(yǎng)成分的影響

微波處理米糠由于水分子相互作用能夠生成大量的能量，抑制了米糠中脂肪酶的活性，從而達到穩(wěn)定效果。微波處理改變了米糠蛋白的空間結構，使得米糠蛋白的α-螺旋結構和β-折疊結構含量總體降低，但增加無規(guī)則卷曲結構以及β-轉角結構的含量。微波處理時米糠蛋白的分子極化使非共價鍵遭受斷裂,使得蛋白疏水基團暴露在外面從而讓分子之間發(fā)生重組，使米糠蛋白有序結構轉化為無序結構。米糠蛋白經(jīng)微波處理，其溶解度、乳化性等都有所增強。 Fan等[10]研究表明，微波功率和含水量對自由基的含量、自由基的組成及其貢獻均有影響。微波處理的功率越大，自由基的強度越大，自由基的含量增加；當微波功率大于1 600 W時，淀粉的顏色發(fā)生了明顯的變化，部分樣品顏色變?yōu)樽厣矸劭赡鼙唤到?，并且隨著功率的增大，自由基的含量相對降低；當微波功率小于800 W時，淀粉自由基信號強度太小，低功率微波條件下電磁能轉化成熱能和化學能較低不足以引發(fā)大量自由基的生成，自由基含量較少。Bandyopadhyay等[11]在常規(guī)煮沸1 min后，40 s微波處理可使蛋白質回收率由28.9%提高到78.4%。40 s為微波處理的最佳時間，微波處理后的均質化進一步提高了蛋白質的回收率。Patil等[12]研究表明，微波處理能顯著提高米糠蛋白、粗脂肪的提取率,但纖維可能發(fā)生熱降解。Begum等[13]在研究不同品種的米糠的過程中發(fā)現(xiàn)，微波輻射具有較強的穩(wěn)定性，在800 W的微波功率下，3 min可使脂肪酶滅活，且不會減少米糠的營養(yǎng)成分。

米糠經(jīng)微波穩(wěn)定化處理，能夠限制其游離脂肪酸(FFA)含量的增加，在提高米糠穩(wěn)定性的同時又便于米糠油的提取。微波處理后的米糠中SDF相對分子質量變小，出現(xiàn)顯著的糖類特征吸收峰，不溶性膳食纖維的結晶度提高;穩(wěn)定前后的米糠雖然都能抑制α-葡萄糖苷酶的活性,但穩(wěn)定化的米糠對α-葡萄糖苷酶活性的抑制作用更強[14]。陳志華等[15]在研究過程中發(fā)現(xiàn)，微波處理的米糠相較于未處理的米糠在常溫貯藏情況下，其脂肪酸值增加緩慢，其過氧化物酶的活力降低，平均一天脂肪酸值(KOH)只上升0.068 mg/g左右，極大程度延緩了米糠的氧化酸敗，這說明微波加熱穩(wěn)定米糠能較顯著地提高米糠的貯藏期。

2 化學法對米糠營養(yǎng)成分的影響

化學法穩(wěn)定是通過向米糠中添加酸類、堿類等無機或有機化學物質,從而改變米糠中的脂肪酶最佳離子強度以及最適pH值,使脂肪酶活性鈍化,進而使米糠達到穩(wěn)定化。發(fā)展中國家有許多小型碾米廠，由于缺乏足夠的電力以及先進的技術支持，通常利用化學法來穩(wěn)定米糠。

采用高濃度的堿處理，能夠改善米糠中的不溶性膳食纖維的功能特性，如膨脹性、持水性以及持油性等，這是因為通過高濃度的堿使具有親水能力的部分半纖維素被水解，纖維的疏水性增加，促進酶與纖維的羧基基團之間的靜電相互作用，使胰脂酶的活力受到抑制。祁靜等[16]研究表明，米糠中不溶性纖維經(jīng)過羧甲基化后功能特性都有提升，持水力提高了100%，膨脹力提高了62.1%，持油力提高了11.8%。具有較高持水力和持油力的米糠膳食纖維可以降低人體腸道的壓力，改善人體泌尿系統(tǒng)的癥狀。米糠蛋白中的自由基隨著有機酸pH值的變化而變化，但并未對米糠蛋白中的二硫鍵造成破壞，使其斷裂，在酸沉處理過程中,米糠蛋白的結構發(fā)生了部分的聚集與分解，無規(guī)卷曲含量增加，表面疏水活性也相應加強[17]。Akhter[18]研究發(fā)現(xiàn)，鹽酸濃度約為30 ml/kg時，米糠中的脂肪酶活性受到抑制，延緩了游離脂肪酸的生成。Zou等[19]研究表明，檸檬酸處理使纖維素的結晶度升高，產(chǎn)油率、生育酚總含量和γ-谷維素含量也有所提高。

3 生物法對米糠營養(yǎng)成分的影響

生物法主要是酶法和微生物發(fā)酵，穩(wěn)定米糠主要是酶法。蛋白酶通過水解作用將脂肪酶水解為肽,從而使脂肪酶喪失將脂肪水解為脂肪酸和甘油三酯的能力。經(jīng)酶解的米糠，其變性淀粉分子量下降；分子柔性多分散系數(shù)上升，二硫鍵含量減少，蛋白質多肽鏈得到伸展，疏水性、溶解性以及乳化活性都會有所升高,但乳化穩(wěn)定性降低;酶解后的米糠蛋白通過傅里葉紅外光譜測得二硫鍵、α-螺旋和β-轉角含量相比于未酶解的米糠蛋白減小,而β-折疊、無規(guī)則卷曲含量和表面疏水性相對升高,這說明蛋白質的空間結構會因酶解作用被破壞，使其發(fā)生了重組與伸展，促進蛋白的溶解以及乳化活性的提升。酶解之后米糠蛋白增強了抗氧化性，有較強的抑制脂質體脂肪氧化的能力，乳化能力顯著降低。酶解不僅能夠改變米糠中支、直鏈淀粉含量的比例；而且使得米糠中快消淀粉(RDS)含量升高,慢消淀粉(SDS)和抗性淀粉(RS)的含量降低。劉穎等[20]通過酶解改善了米糠蛋白溶解性、起泡性以及乳化活性。Zang等[21]研究表明，酶水解可以改變米糠蛋白分子量，同時還改變其表面疏水性，并增加其溶解度、柔韌性和流動性。

酶種類的不同對于米糠蛋白中酶解物起泡性(FC)和起泡穩(wěn)定性(FS)都表現(xiàn)出了不同的性質。FC和FS的主要影響因素是表面張力,當酶解液黏度與表面張力降低時,FC和FS增加;但當酶解產(chǎn)物分子量過小時,會使得酶解液黏度與表面張力過低,FC和FS降低。高亞奇等[22]研究發(fā)現(xiàn)，米糠經(jīng)過堿性蛋白酶酶解處理后游離脂肪酸含量增長幅度較未經(jīng)酶解處理的米糠低，這說明堿性蛋白酶對于米糠穩(wěn)定化效果最佳。Vallabha等[23]研究表明，經(jīng)過酶處理的米糠樣品在不同濕度(11%、22%、44%、56%和64%)條件下的儲存3 個月時， LOX(脂氧合酶)活性沒有顯著性差異。酶解后的米糠LOX活性將會降低，F(xiàn)FA和過氧化物值的含量由于脂肪酶和LOX失活而降低，從而使米糠穩(wěn)定180 d，并且使得酶解物中FC和FS都有所增加，總膳食纖維保留了90%。Laokuldilok等[24]研究表明，經(jīng)過胰蛋白酶、糜蛋白酶和木瓜蛋白酶水解的米糠脂肪酶活性在水解45 min時急劇提高，達到最大值。脂肪酶活性的增加可能是由于蛋白質水解對鞘膜的破壞，從而通過擴散增強了脂肪與脂肪酶的接觸。在此之后，所有米糠樣品的脂肪酶活性都顯著降低。酶處理改變了膳食纖維的空間結構，形成了蜂窩網(wǎng)狀構象，增加了可溶性膳食纖維的含量；酶處理使纖維結構有不同程度的斷裂，纖維結晶度受酶的顯著影響，也能提升米糠中多酚的提取率[25]。Liu等[26]采用堿性蛋白酶來處理米糠相比于未酶解的米糠，可溶性膳食纖維含量提高，向米糠加入木聚糖酶在一定條件下使得米糠多酚的提取率增加。

4 復合法對米糠營養(yǎng)成分的影響

穩(wěn)定米糠的復合法一般有Na2SO3擠壓復合法、超聲輔助酶法、干熱聯(lián)合紅外加熱法、擠壓超聲法等。Na2SO3作為一種還原劑,能夠裂解蛋白質間因熱變性而形成的二硫鍵,提升蛋白質的提取率。并且Na2SO3分解生成的SO2能有效抑制FFA的生成,使酸價降低。馬濤等[27]研究表明，化學法雖然能穩(wěn)定米糠，但 Na2SO3擠壓復合法相較于單個化學法而言，對米糠的穩(wěn)定效果更好。于金平等[28]通過擠壓超聲聯(lián)用，相較于擠壓未超聲和超聲未擠壓來說，其米糠油提取率更高,提取時間更短，而且對米糠中的不飽和脂肪酸沒有明顯影響。Shivaleela等[29]采用先微波加熱，后接種乳酸菌進行培養(yǎng)，能減少脂肪酶活性和延長米糠的貨架期，蛋白質、脂肪、磷和鐵含量(磷和鐵含量)增加。Wang等[30]在一段和兩段干燥過程中采用紅外加熱、回火處理和自然冷卻的方法，獲得了較高的加熱速率、干燥效率和碾米質量及米糠貯藏期。新干燥方法將米糠的貯存穩(wěn)定性從現(xiàn)有干燥方法的7 d延長到38 d，采用紅外加熱與其它處理相結合的方法，既能實現(xiàn)米糠的同步干燥，又能有效地穩(wěn)定米糠。

5 結論與展望

米糠中富含多種天然營養(yǎng)成分和功能因子，在未來有很大的發(fā)展前景，在穩(wěn)定化的同時，也要考慮米糠營養(yǎng)成分和功能因子的損失，因此穩(wěn)定米糠方法需要滿足以下要求:(1)脂肪酶活性應有效抑制以延長米糠貯存期;(2)對蛋白質、淀粉、多酚等營養(yǎng)成分的影響盡量小，以保持功能特性;(3)選擇的穩(wěn)定方法必須經(jīng)濟上可行，易于應用。單一的方法可能滿足不了既能有效穩(wěn)定又能充分保留其營養(yǎng)物質和活性成分的需求，因而復合法將會成為米糠穩(wěn)定化新的研究焦點，以提高米糠經(jīng)濟附加產(chǎn)值。