稻米副产物的综合利用

李楠楠 赵思明 张宾佳 牛 猛 贾才华 熊善柏

(华中农业大学食品科技学院，武汉 430070)

稻米副产物的综合利用

李楠楠 赵思明 张宾佳 牛 猛 贾才华 熊善柏

(华中农业大学食品科技学院，武汉 430070)

米糠、碎米、谷壳等稻米加工副产物含有丰富的蛋白质、油脂、淀粉、膳食纤维、矿物质、维生素等，经合理的加工可转化为优质的健康食品原料、医药化工原料等高附加值制品，稻米副产物的综合利用是稻米加工业的重要发展方向。本文阐述了我国近年来在稻米副产物利用方面取得的产业化成果,着重介绍了米茶、蒸粉、米乳饮料、淀粉、蛋白等碎米制品，米糠油、膳食纤维、GABA、培养基等米糠制品，谷壳提取液的利用及精深加工，副产物的利用模式、高新技术的采用有助于推进稻米产业的健康发展。

稻米 副产物 综合利用

稻米是我国最重要的粮食作物之一，正常年景年产稻谷2亿t左右，约占我国粮食产量的2/5[1]。稻米是由谷皮、糊粉层、胚乳、胚芽等4个主要部分组成。皮层含有维生素、铁、钙、锌等微量营养元素、膳食纤维及植酸等；糊粉层含有较多的磷、B族维生素及无机盐；胚乳是稻米的主要部分，含有淀粉、蛋白质及少量脂肪、无机盐、维生素、纤维素等；胚芽富含脂肪、蛋白质、无机盐、B族维生素和VE。因此，稻米及其副产品的综合利用潜力巨大。稻米副产物利用主要是初级加工副产品如碎米、米胚、米糠和谷壳等的综合利用。

稻米作为主食在加工成大米的过程中产生约20%的稻壳、15%的碎米和10%的米糠等副产物[2]。而我国稻米加工目前仅处于一种满足口粮需求的初加工状态，有效利用率只有60%～65%，米糠、碎米等副产品主要做饲料，深加工极少，资源综合利用水平较低。据农业部农产品加工局的统计，2014年我国粮食加工副产物1.8亿多吨，其中米糠2 042万t，稻壳4 085万t，稻壳的综合利用率最低(不足5%)，其次依次为米糠(不足10%)和碎米(约16%)。而发达国家稻米副产物的综合利用率普遍达到90%以上，其中日本的米糠综合利用率接近100%。通过合理利用可产生巨大的经济、社会和生态效益，对推进稻米加工产业的健康发展具有极大意义。

1 碎米的利用

节碎米是碾米过程中产生的副产物，与整粒米在形态上有一定差异，但是化学成分与整粒米完全相同，价格却比整米低很多。因此，大多数碎米用作饲料或酿酒，附加值不高，近年开发了一些新型营养产品，具有较好的市场前景。

1.1 米茶

米茶是湖北、湖南等地的特色产品，是将大米或碎米经焙炒、煮制加工后制作的米制品，食用时用清水煮制成一种金黄色或棕色的清汤饮品，是民间夏季防暑降温的佳品[3]，既可代替米饭，又具有茶的功效。米茶能大大降低癌症、心血管等多种疾病的发病率和死亡率；米茶还具有提高免疫力，疏通血脉、通便的功效，有利于体内毒素的排除，能明显改善青春痘、黑斑、皱纹等不良的皮肤症状[4]。不同地区的加工方式及产品特点各不相同，在对传统米茶工艺和产品特征进行系统研究后，以碎米为主要原料，经浸润和焙炒等工序制得米茶，实现了产业化生产。研究表明焙炒可抑制米茶中淀粉的消化过程，有利于降低血糖指数；添加油脂可抑制米茶的消化性，消化液中葡萄糖含量显著下降[5]。当焙炒温度升高、时间增加时，丙烯酰胺和晚期糖基化终产物含量增加，但是当T>200 ℃时丙烯酰胺含量降低[6]，研究米茶的工艺、品质特征，进而推广到谷物茶饮料的开发，采用现代加工技术，开发营养、方便、美味的系列谷物茶饮料，充分利用稻米谷物资源，增加谷物制品种类，体现不同的文化内涵，提高谷物附加值。

1.2 蒸粉

蒸肉粉是粉蒸肉的重要辅料，主要以碎米为原料，经淘洗、蒸煮晾干或烘炒、磨粉、拌料、过筛、包装制作而成，使用时与五花肉、蔬菜、水果等拌匀后蒸制而成。民间还有发酵蒸粉、杂粮蒸粉等花色种类。发芽发酵处理及杂粮复配使蒸粉具有高GABA、维生素B1与高蛋白的特点，总氨基酸和必须、非必需氨基酸的含量增加，赋予蒸粉典型的营养特征，采用专门的稻米品种和工艺，蒸粉还可以制成方便型调味米饭等产品[7]。

1.3 米乳饮料

米乳饮料富含大米蛋白或氨基酸、肽类，是以碎米、糙米或米糠等为主要原料，经酶解或发酵后制得的谷物型蛋白饮料。

米乳饮料有发酵型米乳饮料和非发酵型两种类型。发酵型米乳饮料依据发酵时所接种的菌种类型的不同而有不同的风味和口感。以商用酸奶发酵剂(保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌的复配冻干菌粉)、植物乳杆菌ZSM002为主要菌种，还可生产清爽型和稠厚型益生菌米乳饮料[8]。通过酶解，可以改善产品的稳定性和风味口感[9]。米浆糊化后中接种白曲发酵，可提高产品均匀性，协调酒香味和米香味等风味特征[10]。

1.4 分离提取物

碎米中淀粉质量分数约为70%，蛋白质约为8%。碎米提取物的提取方法、功能、应用见表1。在常见的谷物蛋白中，大米蛋白的营养价值最高，其氨基酸组成与FAO/WHO的推荐模式最为接近[11]。如表2所示，与玉米蛋白、小麦蛋白相比，大米蛋白的赖氨酸含量很高，改善了谷物蛋白中赖氨酸含量不足的问题，极大提高了大米蛋白的营养价值。目前，对大米淀粉和大米蛋白处理后生产变性淀粉、功能多肽等产品在医药、化工和食品中应用较广泛。

表1 碎米提取物

表2 谷物蛋白质必需氨基酸组成与FAO/WHO建议模式比较/%

1.5 米制品专用粉

米制品专用粉是以大米或节碎米等为主要原料，经粉碎、复配、混合等工序加工成的，适于制作汤圆、米线、米发糕等米制品的专用粉，使用时一般只需加水调成米浆，再经加热熟化等工序，即可制成终端产品。企业采用专用粉生产终端产品，可以稳定原料品质，简化工序，保证产品质量优良。由于操作简单，专用粉也非常适合作坊和家庭使用。专用粉通常需采用糯米、早籼米等具有一定特性的特殊水稻品种为原料米，才能保证产品的弹韧、蓬松、黏柔等基本特征，因此原料种植基地是生产高品质专用粉的重要环节。目前已培育或筛选了汤圆、甜米酒、米线、米发糕、年糕等米制品系列专用品种，米线、米发糕专用粉以早籼米品种较好(如桂朝系列等)，发酵型产品还需结合专用发酵剂发酵制作成发酵型专用粉，或添加合适的菌种[24-25]。目前，采用干法或半干法的超微粉碎技术生产专用粉[26]，可以减少浸泡、干燥等环节，有利于节能降耗和环境保护。

1.6 合成米

合成米多以大米、玉米等淀粉质材料为主要原料，也可以采用碎米、麦麸等副产物或杂粮等作为主要原辅料，经清理、粉碎、筛分、配料、调制、挤压成型、干燥等工序制成，是一种预熟化米，糊化程度可达到75%左右，易于通过配料实现高蛋白、高γ-氨基丁酸、高膳食纤维、高花青素等营养成分的调控。合成米口感的弹韧性较天然米饭高，可通过控制配方、挤压参数等调节产品质地，使之更接近天然米饭的特征，从而提高市场接受度。合成米具有良好的蒸煮性能，耐储藏性能和营养品质，也是方便饭、糕点等深加工米制品的良好原料。

2 米糠的利用

米糠主要由种皮、小碎米和米胚组成，其主要成分包括膳食纤维等碳水化合物、脂肪和蛋白质，此外，米糠中还含有植酸、矿物质、维生素、谷维醇等多种生理活性物质，具有通便、降低胆固醇、抗癌护肤等保健功能。

2.1 米糠提取物

米糠经分离提取提取可得到米糠油、植酸、膳食纤维等产品，见表3。

表3 米糠提取物

2.2 微生物发酵培养基

米糠含有丰富的营养物质和活性成分，可为微生物的生长提供良好营养。将米糠水解液中添加矿物质、低聚糖等营养补充剂，可作为酵母菌、乳酸菌或霉菌的良好培养基，利用此培养基发酵可以制备制备高浓度的γ-氨基丁酸(GABA)[35]。以米糠、糙米等含米胚的副产物为底物，经清洗消毒、γ-氨基丁酸富集、分离提取、精制与纯化等过程制备高浓度液态γ-氨基丁酸产品，液态γ-氨基丁酸经干燥过程制备高浓度固态γ-氨基丁酸产品，若采用多菌种协同发酵，使γ-氨基丁酸浓度提高30%[36]。以米糠为基础培养基，对灰树花固态发酵可生产米糠产多糖，使工厂化固态发酵在节约土地使用和提高生产效率的同时，降低生产成本[37]。

3 谷壳的利用

谷壳是砻谷过程中产生的副产物。谷壳含丰富的木质素、戊聚糖和二氧化硅等成分，可以作为能源、建筑材料，制作安全环保的一次性餐具，作为酿造白酒的辅料等，但经济效益不显著，深加工利用率较低。现有研究以稻谷壳等为原料经高温炭化、精制、高温催化、石墨化等工艺得到的石墨微晶作为石墨烯的新型碳源，经硫酸根插层、热搅拌，微波反应、快速冷却处理等工艺成功制备单层或双层石墨烯纳米片[38]，该方法大大提高了谷壳资源的利用价值和经济效益。也有研究者通过稀酸常压水解稻壳，将稻壳加工为木糖、木糖醇；以稻壳水解液为原料生产单细胞蛋白等；稻壳还可以加工生产乙醇、乙酰丙酸和邻醌植物激素、硅胶、无定型超SiO2和高纯SiO2等，这些都可以提高稻壳的利用价值。

4 结论与展望

目前我国稻米副产物利用产业化还较弱，科技含量和高附加值产品都有待提升。基于全产业链和全利用的思路，我国稻米产业逐渐形成了种植基地+仓储+初加工+深加工的模式，其中副产物利用包括：1) 利用米糠、碎米生产米卷等富含膳食纤维的营养膨化食品，将谷壳作为锅炉能源，燃烧后的残余物做建筑材料。2)米糠制备米糠油，饼粕制作饲料，谷壳、碎米作为白酒的辅料，谷壳做锅炉能源，燃烧残余物制成过滤材料。3)以特殊品种的糙米为原料生产富含伽马氨基丁酸、高抗性淀粉等营养素的特种营养大米。4)以特殊品种的稻米副产物即碎米为原料，生产蒸粉，以及汤圆、米发糕、米线等米制品专用粉。5)以碎米、米糠为原料生产富含伽马氨基丁酸、蛋白质等营养素的合成米。未来稻米产业将朝着高效、节能、环保、营养、健康的方向发展，副产物的利用模式、高新技术的采用对推进稻米产业发展将起到重要作用。

[1]孙丽琴.抗疲劳米饮料的研制[D].吉林：吉林农业大学，2011

Sun L Q.Preparation of antifatigue rice beverage[D]. Jilin:Jilin Agricultural University,2011

[2]Torres M D，Seijo J．Water sorption behaviour of by-products from the rice industry [J]. Industrial Crops and Products，2016，86：273-278

[3]赵阿丹，胡志全，刘友明，等．米茶焙炒挥发性气味的形成与特征研究[J]. 中国粮油学报, 2016，3l (3):1-6

Zhao A D,Hu Z Q, Liu Y M, et al.Study on the formation and characteristics of volatile aroma in rice tea roasting[J].Journal of the Chinese Cereals and Oils Association, 2016，3l (3):1-6

[4]李莎莎，沈硕，赵思明,等.米茶茶汤呈色的动力学研究[J]. 食品科学, 2012, 33(1):59-63

Li S S,Shen S,Zhao S M,et al.Kinetic study on color of rice tea soup[J].Food Science, 2012, 33(1):59-63

[5]熊礼橙，赵思明，牛猛，等. 米茶的消化特性研究[J]. 现代食品科技, 2017, 33(3):88-92

Xiong L C,Zhao S M,Niu M,et al.Study on digestive characteristics of rice tea[J].Modern Food Science and Technology, 2017, 33(3):88-92

[6]于五美，胡志全，牛猛,等. 焙炒对米茶中丙烯酰胺和晚期糖基化终产物的影响[J].食品工业科技，2016 (12):104-112

Yu W M,Hu Z Q,Niu M,et al.Effects of roasting on acrylamide and advanced glycation end products in rice tea[J].Science and Technology of Food Industry，2016 (12):104-112

Yu X Y,Han W F,Huang L,et al.Study on the processing technology of steamed meat powder[J].Food Industry，2013 ,34(8 )：84-86

[7]赵思明.一种适用于蒸菜或方便米饭的营养蒸粉及生产方法与应用:中国, 201210443682.4[P]. 2013-12-04

Zhao S M.Nutrient steaming powder suitable for steaming vegetables or instant rice, production method and application:China,201210443682.4[P]. 2013-12-04

[8]薛冰莹.益生菌米乳饮料工艺研究[D].武汉：华中农业大学，2016

Xue B Y.Study on the technology of probiotic rice milk beverage[D].Wuhan: Huazhong Agricultural University,2016

[9]涂清荣. 米乳饮料的制备及其稳定性的研究 [D]．无锡：江南大学，2005

Tu Q R.Study on Preparation and stability of rice milk beverage [D]．Wuxi:JiangnanUniversity,2005

[10]汪正洁. 米乳饮料生产工艺研究 [D]．武汉：华中农业大学，2005

Wang Z J.Study on the production process of rice milk beverage [D]．Wuhan:HuazhongAgriculturalUniversity,2005

[11]陈季旺，姚惠源. 大米蛋白的开发利用[J]．食品工业科技，2002，23：87-89

Chen J W, Yao H Y.Development and utilization of rice protein[J].Science and Technology of Food Industry，2002，23：87-89

[12]Kumagai T, Kawamura H, Fuse T, et al.Production of rice protein by alkaline extraction improves its digestibility[J].Journal of Nutritional Science and Vitaminology, 2006, 52 :467-472

[13]SouzaD D, SbardelottoA F, ZieglerD R,et al. Characterization of rice starch and protein obtained by a fast alkaline extraction method[J]. Food Chemistry, 2016,191(15): 36-44

[14]Ju Z Y, Hettiarachchy N S, Rath N. Extraction,denaturation and hydrophobic properties of rice flour proteins[J]. Journal of Food Science,2001,66(2):229-232

[15]王章存,申瑞玲,姚惠源. 大米分离蛋白的酶法提取及其性质[J]. 中国粮油学报,2004,19 (6):4-6

Wang Z C,Shen R L,Yao H Y.Enzymatic extraction of rice protein isolate and its properties [J]. Journal of the Chinese Cereals and Oils Association,2004,19 (6):4-6

[16]AmaglianiL, O'ReganJ, Kelly A L,et al. The composition, extraction, functionality and applications of rice proteins: A review[J].Trends in Food Science & Technology, 2017, 64: 1-12

[17]Xia N, Wang JM, Gong Q,et al. Characterization and in vitro digestibility of rice protein prepared by enzyme-assisted microfluidization: Comparison to alkaline extraction[J],Journal of Cereal Science, 2012,56 : 482-489

[18]Zhao Q, Xiong H, Selomulya C, et al. Enzymatic hydrolysis of rice dreg protein: Effects of enzyme type on the functional properties and antioxidant activities of recovered proteins[J]. Food Chemistry, 2012,134:1360-1367

[19]Li G H, Qu M R, Wan J Z, et al. Antihypertensive effect of rice protein hydrolysate with in vitro angiotensin I-converting enzyme inhibitory activity in spontaneously hypertensive rats[J]. Asia Pacific Journal of Clinical Nutrition, 2007,16:275-280

[20]Kannan A, Hettiarachchy N S, Lay J O,et al. Human cancer cell proliferation inhibition by a pentapeptide isolated and characterized from rice bran[J]. Peptides, 2010,31: 1629-1634

[21]Yang L, Chen J H, Lv J, et al. Rice protein improves adiposity, body weight and reduces lipids level in rats through modification of triglyceride metabolism[J]. Lipids in Health and Disease, 2012,11: 24-33

[22]Li N N, Niu M, Zhang B J,et al . Effects of concurrent ball milling and octenyl succinylation on structure and physicochemical properties of starch[J]. Carbohydrate Polymers , 2017,155: 109-116

[23]Situ W, Li X, Liu J, et al. Preparation and Characterization of Glycoprotein-Resistant Starch Complex As a Coating Material for Oral Bioadhesive Microparticles for Colon-Targeted Polypeptide Delivery[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2015,63(16)：4138-4147

[24]刘小翠.米发糕发酵剂及复配粉的研发[D].武汉：华中农业大学,2008

Liu X C.Research and development of fermented rice cake fermentation agent and compound powder[D]. Wuhan: Huazhong Agricultural University,2008

[25]赵思明.食品发酵用的植物乳杆菌及应用:中国, 2009100638581[P]. 2010-04-07

Zhao S M.Lactobacillus plantarum for food fermentation and its application:China,2009100638581[P]. 2010-04-07

[26]刘也嘉, 李楠楠,林利忠,等. 干法制备大米粉的工艺及特性研究[J].粮食与饲料工业,2016(6):25-29

Liu Y J,Li N N,Lin L L,et al.Study on process and properties of rice flour prepared by dry method[J].Cereal and Feed Industry,2016(6):25-29

[27]任悦，王文华，王玉琦，等. 糙米状态下水酶法提取米糠油的方法研究[J].中国粮油学报,2016,31(8):48-53

Ren Y,Wang W H,Wang Y Q,et al.Study on enzymatic extraction of rice bran oil from brown rice[J].Journal of the Chinese Cereals and Oils Association,2016,31(8):48-53

[28]尤梦圆.米糠油及蛋白开发利用[D].武汉：武汉轻工大学，2014

You M Y.Development and utilization of rice bran oil and protein[D].Wuhan:Wuhan Polytechnic University,2014

[29]张志慧.米糠的微波稳定化及其油脂和蛋白质的提取研究[D].武汉：华中农业大学，2010

Zhang Z H.Study on Microwave stabilization of rice bran and extraction of oil and protein[D].Wuhan: Huazhong Agricultural University,2010

Liao H M,Zhong K,Zhao J J,et al.Optimization of alkaline treatment process of potato dietary fiber[J].Science and Technology of Food Industry,2013,34(11):177-181

[30]邹陶.米糠综合利用技术研究[D].福州：福建农林大学，2014

Zou T.Study on comprehensive utilization of rice bran[D].Fuzhou:University Of Agriculture and Forestry In Fujian,2014

[31]Bandyopadhyay K, Misra G, GhoshS. Preparation and characterisation of protein hydrolysates from Indian defatted rice bran meal[J]. Journal of Oleo Science, 2008,57: 47-52

[32]Yadav R B, Yadav B S, ChaudharyD. Extraction, characterization and utilization of rice bran protein concentrate for biscuit making[J].British Food Journal, 2011,113:1173-1182

[33]Khan S H, Butt M S, Sharif M K, et al. SultanFunctional properties of protein isolates extracted from stabilized rice bran by microwave, dry heat and parboiling[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry,2011, 59: 2416-2420

[34]郝红英.从米糠中微波辅助提取植酸的研究[D].郑州：郑州大学，2006

Hao H Y.Study on microwave assisted extraction of phytic acid from rice bran[D].Zhengzhou: Zhengzhou University,2006

[35]赵思明.利用大米及加工副产物制备的培养基及应用:中国，201210453828.3[P]. 2013-12-04

Zhao S M.Culture medium and application of rice and processing by-products:China,201210453828.3[P]. 2013-12-04

[36]赵思明. 利用复合菌种发酵制备γ-氨基丁酸的方法:中国，201410680599.8[P]. 2015-03-04

Zhao S M.Method for preparing gamma aminobutyric acid by composite bacteria fermentation:China,201410680599.8[P]. 2015-03-04

[37]杨锁华．用灰树花发酵米糠制备[D]. 镇江: 江苏大学, 2006

Yang S H.Preparation of rice bran fermented with Grifola frondosa[D]. Zhenjiang:Jiangsu University,2006

[38]程金生，万维宏，陈信炎，等．稻谷壳制备石墨烯纳米片及结构表征[J]. 农业工程学报,2015(12):288-293

Chen J S, Wan W H, Chen X Y, et al.Preparation and characterization of graphene nanosheets from rice husk[J].Journal of Agricultural Engineering,2015(12):288-293.

Comprehensive Utilization of Rice Byproducts

Li Nannan Zhao Siming Zhang Binjia Niu Meng Jia Caihua Xiong Shanbai
(College of Food Science and Technology, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070)

The processing byproducts of rice mainly include rice bran, broken rice, and rice hull, which are rich in protein, oil, starch, dietary fiber, minerals, and vitamins. These byproducts can be transformed into excellent ingredients for healthy foods, and pharmaceutical and chemical products, as well as high value-added products through the reasonable processing. Hence, the comprehensive utilization of rice byproducts has become one key area in the field of rice processing. Here, this paper will review our industrial achievements regarding utilization of rice byproducts, and the related applications in rice processing enterprises,e.g., Fuwa, Dongpo and Saiya. In particular, and will introduce products derived from broken rice (rice tea, steamed flour, rice milk, starch, protein, etc.), and rice bran (rice bran oil, dietary fiber, GABA, culture medium, etc.). The use of rice husk extracting solution and deep processing ,the utilization pattern of byproducts and the adoption of high and new technology are helpful to promote the healthy development of rice industry.

rice，byproducts,comprehensive utilization

TS210.9

A

1003-0174(2017)09-0188-05

湖南省科技厅2014年度科技重大专项(2014FJ1008)

2017-05-15

李楠楠，女，1989年出生，博士，农产品加工与贮藏工程

赵思明，女，1963年出生，教授，主要从事谷物食品及产业化研究