我国南方稻米的现状及对策

易翠平

(长沙理工大学化学与生物工程学院，长沙 410114)

我国南方稻米的现状及对策

易翠平

(长沙理工大学化学与生物工程学院，长沙 410114)

籼稻作为我国南方主食原料，2016年产量2 759亿斤，占稻谷总产量的66%。籼稻因储藏性能稳定，一直被国家作为常规战略储备粮。但近年来，南方籼稻大范围爆发镉超标事件、且储备粮2～3年的轮换制度使得籼米作为口粮食用，其品质不如新粮，因此可以考虑将籼稻主要作为食品加工业的原料。然而统计表明，我国稻谷的工业用粮在2016年仅为总产量的5.4%，与发达国家加工食品约为70%的总量差距相当大，因而提倡加大研发出口，推进籼稻的食品工业化。研究表明，以鲜湿米粉为代表的发酵米制品可以自然降镉；同时作为原料，储藏后的籼米比新米更为有利于产品品质的提升。因此本文拟通过对以鲜湿米粉为代表的特色发酵米制品的发酵工艺的研究现状和发展趋势进行综述介绍，以期为拓宽南方稻米的深加工应用思路提供对策。

南方稻米 鲜湿米粉 现状 对策

籼稻谷粒细长，直链淀粉含量较高，是我国淮河、秦岭以南地区和云贵高原的低海拔地区主要种植品种及主食原料。2016年，我国籼稻总产量2 759亿斤，占稻谷总产量的66%。其中早籼稻产量约639亿斤[1]。早籼稻米质疏松，加工时易产生碎米，出米率低且食味品质较差；但脂肪含量相对较少，大米的陈化速度较慢，耐储藏，是国家储备粮的首选品种。此外，早籼稻还具有蛋白质含量和质量明显优于中晚稻，种植期化肥、农药的施用量相对较少，可作为米粉、味精和酿酒等食品工业用粮等不可替代的优点。因此虽然研究报道水稻是镉积累能力最强的粮食作物[2]以及四川、广西、贵州、湖南、广东等地随后爆发的大面积镉超标事件[3]，也并不能就此停止籼稻的种植及贮藏。

研究报道，乳酸菌发酵可以行之有效的降低大米中的镉含量[4-5]；我国传统的发酵米制品已有鲜湿米粉、醪糟、红曲米、米发糕、米酒、米醋、年糕等多个品种，各种产品发酵的方法、涉及的微生物菌种、主要的发酵代谢物、发酵原料米的理化成分变化、潜在的益生因子及工业化愿景亦不可同一而论。以下仅以鲜湿米粉为例，对发酵米制品的研究现状与发展对策做一个综述性介绍。

1 鲜湿米粉的发酵作用

1.1 自然发酵对鲜湿米粉品质的影响

传统鲜湿米粉的生产，原料大米在磨浆、蒸片、挤丝加工之前，在自然条件下必须浸泡2～5 d，与单纯的浸泡作用比较，这种自然条件下的浸泡同时伴随了发酵作用[6]，浸泡液的pH 值降低，发酵大米的蛋白质、脂肪、灰分含量下降，淀粉和直链淀粉、白度升高[6-7]；凝胶过滤层析法表明发酵使大米淀粉的大分子区DPn从对照的12 597.6 GLU降至发酵后的12 051.0 GLU，而小分子区从3 061.5 OLU增加到3 423.1 GLU；淀粉分子分支化程度降低，分子链较长的第一区平均链长从55.6 GLU缩短到52.9 GLU，而第二区平均链长增加2.7个葡萄糖苷单位。淀粉颗粒结构及热特性分析发现，淀粉结晶类型未变、晶区比例增大；DSC糊化温度降低、糊化时间延长，糊化焓增大；RVA最高黏度降低[7]。制备而成的鲜湿米粉拉伸力增强，质构得到改善，如弹性、硬度和咀嚼性上升、黏性下降[6-7]。

1.2 自然发酵微生物菌种的分离鉴定

微生物菌群及数量的演变研究发现，乳酸菌在整个发酵过程中为优势菌群，最高可达109～1011cfu/mL，占细菌总数的90%以上；其次是酵母菌，约104～105cfu/mL[6-7]。高通量测序(Illumina Miseq宏基因组测序)的结果证实发酵乳杆菌(Lactobacillus fermentum)和德式乳杆菌(Lactobacillus delbrueckii)是大米发酵过程中的主要菌种。进一步采用纯培养技术从大米自然发酵液中分离并纯化出41株酵母菌和60株乳酸菌。检测分离菌的发酵性能，如胞外酶活性(过氧化氢酶、β-葡萄糖苷酶、脂肪酶、α-淀粉酶、蛋白酶)、在不同pH和培养温度下的生长力、酸化能力及抗菌性等，筛选出11株酵母菌和19株乳酸菌进行ITS序列和16S rRNA gene序列的鉴定，挑选出发酵性能较好的菌株、结合鲜湿发酵米粉的质构(拉伸应力、硬度、黏性、内聚性)和蒸煮性能(蒸煮损失和吸水率)评价，得到最有利于改善鲜湿米粉品质的菌种是植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum strain CSL 23)[8]。

2 菌种对鲜湿米粉品质的影响

2.1 力学性能

发酵菌种影响鲜湿米粉的品质[9]。研究报道，乳酸菌可以改善鲜湿米粉的质构[10]，李芸[11]进一步证明包含植物乳杆菌在内的混合菌种对大米粉的感官品质有影响；周显青等[12-13]采用外源性植物乳杆菌在发酵条件下，研究大米粉与淀粉性质及米粉蒸煮和质构特性的变化。但植物乳杆菌品种繁多，在肉、鱼、果蔬、牛奶及谷物制品中均有应用，且对营养、感官、风味和质构的作用并不可同一而论[14]；由此，易翠平等[15]对比研究了从籼米发酵液中筛选出来的两株乳酸菌：植物乳杆菌LactobacillusplantarumCSL23、L.fermentumCSL30与两株酵母SaccharomycescerevisiaeCSY13、TrichosporonasahiiCSY07对鲜湿米粉力学性能的影响，结果表明L.plantarumCSL23发酵的米粉拉伸力、硬度、弹性、内聚力、咀嚼性、回复性等明显更好。将L.plantarumCSL23与来源于酸面团的L.plantarum23169和来源于泡菜的L.plantarum22699的3株植物乳杆菌比较，米粉的拉伸力、硬度、弹性和咀嚼性均随着发酵时间的延长而逐渐增强，最后均在48 h时达到最大值，但L.plantarumCSL 23极显著优于L.plantarum23169和L.plantarum22699(P<0.05)。3株菌在不同发酵时间对米粉的黏性和内聚力影响不显著(P>0.05)。感官评价显示L.plantarumCSL 23发酵48 h的米粉口感滑爽、筋道最好，说明不同来源的植物乳杆菌对鲜湿米粉力学性能的影响效果不同，其中L.plantarumCSL 23在3株菌中最有利于鲜湿米粉良好力学性能的形成[16]。

2.2 食味品质

对比L.plantarumCSL23与L.plantarum23169，L.plantarum22699 3株植物乳杆菌对鲜湿米粉蒸煮、色度和风味的影响。结果表明，发酵48 h时，L.plantarumCSL 23和L.plantarum22699组鲜湿米粉的断条率无显著差异，均优于L.plantarum23169；3组米粉的蒸煮损失率均无显著差异。白度指标，L.plantarumCSL 23组显著优于其他两组。电子鼻分析风味指标发现3株菌发酵的产品之间存在差异，SPME/GC/MS测定发现L.plantarumCSL 23发酵的鲜湿米粉挥发性风味物质中醛类化合物占59.06%、烷烃类化合物占16.48%，最具有米香特色；L.plantarum23169发酵的鲜湿米粉挥发性风味物质中醛类化合物占44.76%、醇类化合物占22.56%，具有酸面团的风味；L.plantarum22699发酵的鲜湿米粉挥发性风味物质中酸类化合物占42.64%、酯类化合物占31.22%，有泡菜的痕迹。说明不同的植物乳杆菌可能因代谢途径和作用对象的不同，产生的风味并不完全一致，综合考虑食味品质，内源性的L.plantarumCSL 23是3株植物乳杆菌中最适合用于鲜湿米粉发酵的品种[17]。

3 鲜湿米粉的潜在益生作用

研究表明，鲜湿米粉可由植物乳杆菌L.plantarumCSL 23发酵制备得到良好的产品品质。研究报道，植物乳杆菌是益生菌的一种，已经发现这种菌具有多种益生作用[18]，比如：1)饲喂含有109cfu/d的植物乳杆菌的饲料，可以降低小鼠肝和肾脏的镉水平，阻止因镉的毒害作用导致的抗氧化酶的损伤及恢复[19]；当然，乳酸菌产酸亦可以在发酵阶段自然降低原料籼米的镉含量[5]；2)植物乳杆菌的代谢产物中往往含有细菌素，具有抗菌肽的作用，对致病菌有抑制作用，可以应用于食品的防腐保鲜或者抗生素的补充剂[18-20]； 3)每天食用109cfu/mL的植物乳杆菌，可以显著降低小鼠的血清总胆固醇含量和低密度脂蛋白含量、对血清甘油三酯影响不大且能升高高密度脂蛋白含量。因而有潜在预防心血管疾病的作用[18-21]；4)维持肠道内菌群平衡，比如调节不同的感染性腹泻、抗生素相关性腹泻、应激性结肠综合症、 肠炎等[18]。此外，还有鲜湿米粉利用其他菌种发酵过程中产生γ-氨基丁酸(GABA)等营养物质以利于过敏性人群进行营养补充的报道[22-23]。至于植物乳杆菌L.plantarumCSL 23具有哪种潜在的益生作用，还有待于进一步研究。

4 鲜湿米粉发酵工艺的工业化

目前为止，鲜湿米粉的发酵工艺基本处于自然发酵或者优势菌种混菌发酵阶段，发酵的装备水平落后，开放式发酵方式的效果随环境影响很大，导致产品质量极不稳定，甚至可能因为前段的杂菌污染而容易腐败变质。鲜湿米粉发酵工艺的工业化推进，可以通过持续研究相关发酵微生物的技术性能、发酵方式，制备发酵剂，提高发酵装备的现代化水平，对发酵工艺进行标准化管理来逐步实现。

5 发酵米制品的发展方向

由鲜湿米粉为代表的发酵米制品案例可见，在传统发酵米制品的生产中，产品的质量标准和操作控制还非常依赖操作工的经验，产品质量不稳定、偶尔还会因为有害微生物的爆发导致产品的大量损失和食物中毒。但总体来讲，传统发酵米制品的研究不失为我国南方稻米未来的一个发展方向，科研的投入和技术创新对于传统发酵米制品的改进赋予了更为重要的意义，它可以克服食品安全和质量控制的瓶颈问题，使产品的感官、营养和健康因子最大化，并逐渐形成标准化的规模生产。优势菌种的筛选、分离、纯化和鉴定将会是一项长期的研究工作。鲜湿米粉、米发糕、红曲米、醪糟、米酒、米醋等传统发酵米制品虽然已经吸引了众多研究者和工业界的眼光，但发酵工艺的可控性并不理想；亦还有糄粑、炸辣椒等多种地方特色产品尚远离市场化需求。将来可以持续挖掘有价值的传统发酵米制品中的益生菌种，制备发酵剂，提高装备水平，形成工业化的控制手段，探讨其中的食品安全问题，研究有工业创新价值的发酵代谢产物的作用机理，提高自然混菌发酵系统中有益健康的微量成分的含量。

[1]中华粮网，http://www.cngrain.com/Publish/qita/201607/609848.shtml

[2]龚伟群, 李恋卿, 潘根兴. 杂交水稻对Cd的吸收与籽粒积累：土壤和品种的交互影响[J]. 环境科学, 2006, 27(8): 1647-1654

Gong Weiqun, Li Lianqing, Pan Genxing. Cd uptake and accumulation in grains by hybrid rice in two paddy soils: interactive effect of soil type and cultivars[J]. Environmental Science, 2006, 27(8): 1647-1654

[3]http://www.baike.com/wiki/大米镉超标事件

[4]刘也嘉, 林亲录, 肖冬梅, 等. 大米乳酸菌发酵降镉工艺优化[J]. 农业工程学报, 2016(7): 276-282

Liu Yejia, Lin Qinlu, Xiao Dongmei, et al. Process optimization for lactic acid bacteria fermentation to reduce cadmium in rice[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2016(7): 276-282

[5]傅亚平,吴卫国,王巨涛. 乳酸菌发酵脱除大米粉中重金属镉的机理[J]. 食品与发酵工业, 2016,42(3): 104-108

Fu Yaping, Wu Weiguo, Wang Jutao. Study on mechanism of removal of cadmium in rice powder by lactic acid bacteria fermentation[J]. Food and Fermentation Industries, 2016,42( 3): 104-108

[6]Yi Cuiping, Yang Youwang, Zhou Sumei, et al. Role of lactic acid bacteria in the eating qualities of fermented rice noodles. Cereal Chemistry, doi: http://dx.doi.org/10.1094/CCHEM-07-16-0187-R

[7]鲁战会．生物发酵米粉的淀粉改性及凝胶机理研究[D]．北京：中国农业大学，2002

Lu Zhanhui. Study on starch modification and gel mechanism of fermented rice flour [D]. Beijing: China Agricultural University, 2002

[8]杨有望. 鲜湿米粉自然发酵的研究[D]. 长沙: 长沙理工大学, 2016: 40-63

Yang Youwang. The study of natural fermentation process for instant fresh rice noodle[D]. Changsha: Changsha Science and Technology University, 2016

[9]易翠平, 周慧, 佟立涛. 鲜米粉加工过程中的发酵工艺研究进展[J]. 食品与机械, 2013,29(5): 223-225

Yi Cuiping, Zhou Hui, Tong Litao. Advances on fermentation in rice noodle production[J]. Food and Machinery, 2013,29( 5): 223-225

[10]闵伟红．乳酸菌发酵改善米粉食用品质机理的研究[D]．北京：中国农业大学，2003

Min Weihong. Study on the mechanism of improving eating quality of rice noodle by lactic acid bacteria fermentation [D]. Beijing: China Agricultural University, 2003

[11]李芸. 发酵米粉生产过程中的菌相变化及发酵对米粉品质的影响[D]. 北京: 中国农业大学, 2015

Li Yun. Microbial succession during rice noodle processing and influence of fermentation on quality of rice noodle[D]. Beijing: China Agricultural University, 2015

[12]周显青, 张玉荣, 李亚军. 植物乳杆菌发酵大米粉及其淀粉特性变化[J]. 粮食与饲料工业, 2012(8): 18-22, 25

Zhou Xianqing, Zhang Yurong, Li Yajun. Changes of rice flour and starch properties duringLactobacillusplantarumfermentation[J]. Cereal & Food Industry, 2012(8): 18-22, 25

[13]周显青, 张玉荣, 李亚军. 植物乳酸菌发酵对米粉蒸煮和质构特性的影响[J]. 河南工业大学学报(自然科学版), 2011(02): 15-18

Zhou Xianqing, Zhang Yurong, Li Yajun. Effects ofLactobacillusplantarumfermentation on cooking and textural properties of rice noodles[J]. Journal of Henan University of Technology (natural science edition), 2011(02):15-18

[14]Todorov S D, Franco B D G D M. Lactobacillus Plantarum: Characterization of the Species and Application in Food Production[J]. Food Reviews International, 2010, 26(3): 205-229

[15]易翠平, 任梦影, 周素梅, 等. 纯种发酵对鲜湿米粉品质的影响[J]. 食品科学, 2017, 38(4): 20-25

Yi Cuiping, Ren Menying, Zhou Sumei, et al. Qualities of rice noodle fermented on pure strain[J]. Food Science, 2017, 38(4): 20-25

[16]易翠平, 樊振南, 祝红, 等. 植物乳杆菌发酵对鲜湿米粉品质的影响: I.力学性能. 中国粮油学报，录用

Yi Cuiping, Fan Zhennan, Zhu Hong, et al. Quality of fresh rice noodles fermented withLactobacillusplantarum: I. Mechanical properties. Journal of the Chinese Cereals and Oils Association, Accepted

[17]樊振南, 易翠平, 祝红, 等. 植物乳杆菌发酵对鲜湿米粉品质的影响: II.食味品质. 中国粮油学报，录用

Yi Cuiping, Fan Zhennan, Zhu Hong, et al. Quality of fresh rice noodles fermented withLactobacillusplantarum: Ⅱ. Eating quality. Journal of the Chinese Cereals and Oils Association, Accepted

[18]Seddik H A, Bendali F, Gancel F, et al. Lactobacillus plantarum and Its Probiotic and Food Potentialities[J]. Probiotics Antimicrob Proteins, 2017, 9(2): 111-122. Doi: 10.1007/s12602-017-9264-z

[19]Jafarpour D, Shekarforoush S S, Ghaisari H R, et al. Protective effects of synbiotic diets of Bacillus coagulans, Lactobacillus plantarum and inulin against acute cadmium toxicity in rats[J]. BMC Complementary and Alternative Medicine, 2017, 17 (1), doi: 10.1186/s12906-017-1803-3

[20]Geeta, Yadav A S. Antioxidant and antimicrobial profile of chicken sausages prepared after fermentation of minced chicken meat with Lactobacillus plantarum and with additional dextrose and starch[J]. LWT-Food Science and Technology, 2017, 77: 249-258. Doi: 10.1016/j.lwt.2016.11.050

[21]Liu D M, Guo J, Zeng X A, et al. The probiotic role of Lactobacillus plantarum in reducing risks associated with cardiovascular disease[J]. International Journal of Food Science & Technology, 2017, 52(1): 127-136. Doi：10.1111/ijfs.13234

[22]Phromraksa P, Nagano H, Kanamaru Y, et al. Characterization ofBacillussubtilisisolated from Asian fermented foods[J]. Food Science and Technology Research, 2009, 15(6): 659-666

[23]Kradangar P, Songsermpong S. Optimization of fermentation process on the GABA content and quality of fermented rice flour and dry fermented rice noodles[J]. Journal of Food Processing and Preservation, 2015, 39(6): 1183-1191. Doi: 10.1111/jfpp.12334.

Thoughts on the Current and Potential Uses of Rice in Southern China

Yi Cuiping
(School of Chemistry and Biological Engineering, Changsha University of Science and Technology, Changsha 410114)

Indicarice is the staple food in southern China. In 2016, the yield ofindicarice was 275.9 billion kilograms, accounting for 66% of the total grain yield. Becauseindicarice shows stable storage performance, it is regularly used as a strategic grain reserve by the state. The widespread cadmium contamination of southernindicarice in recent years and the 2-3 years rotation system of grain reserves means that theindicarice now being consumed as food is of poorer quality than fresh grains. Therefore,indicarice is one of the main raw materials used in the food processing industry. However, the statistics show that processed rice accounted for only about 5.4% of the total rice

yield in China in 2016, compared with approximately 70% of the grain yield that is processed in developed countries. Thus, it is important to advance research and development on processing to promote the industrialization ofindicarice. Studies have shown that fermented rice products, for example, fresh fermented rice noodles, show reduced cadmium content. Compared with new rice grains, storedindicarice has more potential for an increase in quality by processing. In this paper, therefore, we use fresh rice noodle as example describe the status and development of research on processed foods made from rice in order to highlight some strategies for further processing of rice in southern China.

southern rice, current situation, countermeasure

TS213

A

1003-0174(2017)09-0178-05

国家自然科学基金(31301404)，公益性行业(农业)科研专项经费(201303070)

2017-04-20

易翠平，女，1973年出生，教授，粮食深加工