食品配料米糠的研究进展

邹昱成 鞠兴荣 何 荣 袁 建 闫 明 史冰清

(南京财经大学食品科学与工程学院，南京 210046)

我国有丰富的米糠资源，按稻谷年产2亿t，米糠占其质量6%来推算，理论上每年可产1 200万t的米糠。米糠由稻谷加工成精米碾磨得到的种皮、果皮、糊粉层、外胚乳和胚的混合物组成[1]。米糠含有稻谷中大部分的生理活性成分，除含有脂肪、多糖、蛋白质、维生素、矿物质等营养素还有甾醇、γ-谷维素、生育酚、生育三烯酚和酚类化合物等有益健康的活性物质[2]。在很多发展中国家，碾米后得到的米糠大部分用作动物饲料或者废物丢弃[3]。现在的米糠加工利用模式大多是营养成分的提取利用，而忽略了米糠作为配料在食品中的应用。美国在米糠食品化上起步较早，从20世纪90年代开始，就研究将米糠经过稳定化处理后添加到食品中，开发出多种米糠配料产品。米糠可食化配料加工的新模式有利于减少米糠营养成分的流失，强化产品营养价值并提高了米糠副产物的整体利用率。在《国务院办公厅关于加快推进农业供给侧结构性改革大力发展粮食产业经济的意见》(国办发〔2017〕78号)中提出大力开展米糠、碎米、麦麸等副产物综合利用，可见米糠稳定化、可食化配料的研究与相关产品开发对社会发展的意义重大。

1 米糠食品配料的应用

1.1 米糠面制品

面制品是我国重要的主食之一，米糠中含丰富的维生素、膳食纤维素和谷维素等活性物质，近年来有国内学者研究了将稳定化米糠添加到馒头、面条等面制品中，具有强化营养和保健功能[4]。添加适量的米糠可以增强面制品的食用价值、营养价值和米糠的附加值，若添加过量会影响面筋的网络结构[5]和面团的韧性，其口感、色泽、弹性下降，产品难以被消费者接受。在面粉中添加10%～15%的米糠，会导致馒头颜色变深体积减小，但对口感和气味无明显影响[6]。张磊科[7]的研究同样表明面粉中米糠的添加量不宜超过15%，在增强馒头营养价值同时也不会明显降低馒头的食用感官品质。邓利等[8]研究显示在添加适量脱脂小米米糠粉于面粉中时可改良面团特性和拉伸性，过量则反之。随着米糠添加量增加，面条的拉伸性、黏结力下降，面条中添加量在6%以下最宜[9]。可能因为米糠中纤维结构可增强面团的持水性，适量添加有益面团特性，且加入小粒径米糠粉后，无论从面团流变特性和馒头的感官特性来看，都优于添加的大粒径米糠粉。因为大粒径米糠更易阻塞面筋网络结构，降低面团持气能力，从而影响馒头的醒发效果。

1.2 米糠饮料

米糠中富含可溶性膳食纤维、生育酚、谷维素等天然抗氧化成分[10]，以稳定化米糠为配料添加到饮料中，可提高饮料营养价值和抗氧化性。美国利普曼公司以天然全能稻米营养素为原料，研制出了百利康米糠营养饮料[11]，美国里巴斯公司也研制出以米糠为原料的新型饮料，该饮料具有营养价值高、过敏性低等优点[12]。有研究将挤压稳定的米糠超微粉碎后糊化与绿茶粉按4∶1的比例混合调配制成米糠茶饮料，口感浓郁新梅、清新芳香，具有茶叶和米糠复合营养及活性的保健功能[13]。但该种饮料的稳定性相对较差，生产过程中要注意米糠的稳定化处理及添加合适的稳定剂使米糠粉与茶叶粉结合完全，抑制沉淀的产生以延长产品的货架期。同时，应注意添加的米糠粉需经灭菌处理，否则还会影响饮料的黏度和安全性[14]。Demirci等[15]用添加了米糠的复原乳制备酸奶，研究发现米糠酸奶的DPPH自由基清除活性增加，且降低了酸奶脱水收缩作用和黏度，综合考虑了酸奶的理化特性和感官特性，米糠添加量为1%最为合适。左锋等[16]用纤维素酶酶解米糠后加入到鲜牛乳中发酵制的米糠酸奶，研究发现：在米糠酶解液添加量10%，发酵温度42 ℃，发酵时间6 h时感官评价最好，色泽淡黄且带有乳香味。笔者认为，米糠经稳定化与超微粉碎处理后以固形物加入到饮料中，相对于添加米糠提取物可最大化的降低米糠中的各种营养和活性成分的损失，降低工业生产成本，且提高了米糠谷物饮料的咀嚼性。

1.3 米糠烘焙食品

国内外对于米糠在面包、饼干、糕点等烘焙食品中的应用研究有大量的报道，多年前，美国市场已出现以米糠为配料的新型面包、饼干，在美国日本等发达国家很受欢迎。Bunde等[17]以70%小麦粉，20%大豆粉和10%的米糠粉为配料加工成饼干，饼干中蛋白质质量分数高达16.28%、纤维含量为1.90%。采用这种配方工艺可以生产出富集蛋白质和纤维的饼干，具有抑制血清胆固醇上升、抑制大肠癌的良好保健功效。米糠的粒径和添加量都不宜过大，否则面包的弹性、回复性会变小，色泽加深，品质下降。Irakli等[18]在小麦粉中添加10%的稳定化米糠粉，面包的弹性、凝聚力、回弹性与未添加的全小麦面包无差异。这种新型面包中的蛋白质、谷维素、矿物质含量及抗氧化性都得以提高，且面包中高膳食纤维素含量降低了产品的热量比值。Majzoobi等[19]研究发现添加10%粒径为125 μm的米糠可以获得最理想的蛋糕质量。此外，用不同稳定化方法处理的米糠对产品的品质也不一样，经挤压处理的米糠与小麦粉混合后制得面团的流变特性优于过热蒸汽处理后制得的面团，且面包产品体积也较其大[20]。可能挤压后米糠中富含的膳食纤维依靠分子间作用力，有利于米糠粉团间网络结构的形成。米糠原料和添加配方影响了面团流变学特性，从而决定了最终烘焙产品质量的优劣。

1.4 其他食品

除了在面制品、烘焙食品和饮料，米糠配料还可以应用在馅饼、谷物早餐、油炸食品、膨化食品和肉制品等食物中。研究表明[21]，因米糠中生育酚和γ-谷维素等抗氧化剂的作用，米糠粉对与大米粉混合油炸的面团具有良好的抗氧化效果。因此合理的添加米糠配料，在降低此类产品的热量、提高纤维素含量的同时还可以提高产品的抗氧化性。在肉制品中，米糠可与植物油代替肉制品中的脂肪以降低产品含脂量，改善产品质构[22]。

2 米糠配料在食品中应用中存在的问题

国内外已有很多学者研究证明了米糠加工成配料应用在食品中的可行性[23-24]，在国外米糠配料的产品与市场也具有了一定的规模，但就目前国内情况来看，米糠配料产品并不多见，市场占有率很低。导致此状况主要因为米糠存在着易氧化酸败、外源性污染、产品口感差等这几个问题。要使米糠配料能广泛的应用到产品中，解决这些问题是前提与关键。

2.1 米糠易氧化酸败的问题

米糠中含有丰富的脂质，并且具有使其易于水解的脂氧合酶[25]，在碾米加工生产米糠时，脂质部分与脂肪酶、脂氧合酶接触导致氧化水解酸败，从而降低了米糠的感官特性和营养价值[26]。未经稳定处理的米糠在产出后酸值快速上升，数天后有明显的霉味，同时也会失去其食用价值。氧化变质的米糠只能作为饲料或者废弃物丢弃。易氧化、稳定性差的问题是目前限制米糠在食品中利用的主要原因，研究米糠稳态化加工技术是米糠食品化加工和后续深加工利用的前提和基础。钝化脂肪氧化酶的活性是解决米糠稳定性差问题的关键，国内外学者已对脂肪酶的失活技术及稳定米糠技术做出了大量的研究。现阶段，比较成熟的米糠稳定化方法是挤压膨化法和微波加热法。

2.2 米糠的外源性污染问题

工业“三废”的排放、污水灌溉以及家禽粪便施肥是造成我国农田土壤重金属污染的主要原因[27]，农田中累积的重金属会污染稻谷等农作物食物链，从而危害家禽和人体健康。在受污染的稻谷中，米糠中的含量显著高于其他部位[28]。这可能因为重金属元素易与米糠中富含的蛋白质[29]和纤维素[30]结合形成络合物，所以在土壤受重金属污染严重的某些地区，米糠中重金属含量也严重超标。除了重金属污染，米糠中还存在微生物污染问题。米糠中的微生物主要是稻谷在田间生长、储藏和加工运输中产生的霉菌，随后霉菌还可代谢生成霉菌毒素，食用后会损伤人体的肝、肾脏、骨髓等重要器官[31]。可见重金属、微生物等外源性污染问题是影响米糠食品配料生产中原料质量安全的重要因素。

2.3 米糠配料食品的感官问题

我国在关于米糠配料食品也有研究和报道，但市场上此类产品十分罕见，很大程度上归因于米糠配料产品适口性差等感官问题，影响了消费者对其接受程度。米糠的添加量和米糠粒径大小是影响米糠配料产品感官评价的两个关键因素。在米糠面制品、焙烤制品中，米糠添加过量或者粒径过大会稀释面粉中面筋蛋白，减少面团中面筋网络结构的形成[23]，产品的弹性下降，硬度增加，色泽变暗，米糠气味增加，从而导致感官评价下降。同样，添加过量或者粒径大会造成米糠饮料固形物易沉淀、乳液稳定性差、货架期短等情况，降低产品品质。米糠配料食品感官特性的优劣，很大程度影响了产品的市场前景，探寻米糠合理添加配方，同时利用超微化等先进加工技术，可使产品具有良好的口感和风味。

3 解决米糠配料中存在问题的技术

3.1 米糠稳定化技术

米糠易氧化是目前限制米糠可食化配料生产的最大问题，稳定化处理是米糠配料加工中最为关键的步骤。米糠稳定化处理的目的是使导致米糠变质的酶活性得到有效的抑制和钝化，且要在稳定化过程中尽量减少对米糠的营养成分和功能性质的破坏[33]。

3.1.1 挤压膨化技术

据报道，美国RICE-X公司利用最佳的挤压温度、压应力及剪切力等组合参数条件，挤压处理后的米糠安全储藏期可达一年，酸值保持在10 mg KOH/g以下,脂肪氧化酶残活低至4%[34]。挤压膨化已发展成较为成熟的米糠灭酶稳定技术，且湿法膨化比干法膨化具有能耗低、稳定效果好等优点。有研究表明，挤压膨化破坏了米糠细胞壁和多种组分，从而使水解更加彻底、出油率提高，且有效的抑制了米糠酸价上升过快，且提高了米糠中可溶性膳食纤维含量，利于人体消化吸收[35]。Rafe等[36]研究表明挤压处理使米糠中植酸、维生素E和蛋白质含量减少，但会使持水力和起泡性增强，且改善了米糠的一些加工特性。挤压加工时米糠中还原性糖发生了美拉德反应使米糠颜色加深[37]，温度过高时甚至有焦糊气味，提取的毛油色泽也变深，且会使多酚降解发生氧化聚合反应[38]，使多酚含量显著减少从而会降低米糠的抗氧化性。挤压加工有良好的稳定化效果，但对米糠整体的性质改变较大，可能会影响米糠配料在一些产品中的利用。

3.1.2 微波加热与红外辐射技术

加热可以钝化米糠中的脂肪酶的活性，从而抑制米糠酸价上升达到稳定米糠的效果。Patil等[39]用微波加热对米糠进行稳定化处理，米糠可以安全储藏三个月。微波加热对原始水分米糠中解脂酶钝化不完全，但对可溶性蛋白含量和蛋白质乳化活性影响很小；对充分水化的米糠中解脂酶钝化较为完全，但此时对米糠功能性质破坏较大，所以经过微波加热的米糠适合短期内储藏[40]。Wang等[41]对稻谷和米糠同时进行红外加热稳定化处理，结果表明经过红外加热后米糠中脂肪酶活性显着降低，储藏38d后米糠的FFA(游离脂肪酸)质量分数小于10%，延长了米糠的安全储藏时间。苏丹等[42]的研究也表明，红外处理对米糠的稳定有显著的效果，红外处理后的米糠在4℃的低温下储藏90 d后FFA值仅为10.1 mg KOH/g。米糠经红外辐射处理后，其安全储藏期可以大大延长，且其中主要生物活性物质也不会被破坏[43]。红外辐射法具有加热速度快、加热均匀、杀死微生物及不影响米糠中营养物质等优点，但因设备较于昂贵等原因，还未在我国米糠加工企业中得到广泛的应用。

3.2 米糠的灭菌技术

用挤压膨化法、微波加热法或红外辐射加热法对米糠进行灭菌处理，在灭菌处理的同时可实现米糠的稳定化。微波杀菌主要是在微波热效应和非热效应的作用下，使微生物体内的蛋白质和生理活性物质发生变异和破坏，从而导致细胞的死亡[44]。升高微波功率和灭菌温度，或延长灭菌时间还可以提高微波灭菌的效果，使微生物完全灭活，这与Valero等[45]的报道相似，在微波功率300 W、加热时间80 s的条件下，可使马铃薯奄列中沙门氏菌减少4 log CFU/g，在较高的微波灭菌功率下，所需加热时间相对较短。红外辐射的热效应也可使蛋白质受热变性，从而达到杀死微生物的目的。有研究对比950、1 100和1 150 nm 3种不同红外波长灭菌效果，发现短波长红外加热器对枯草芽孢杆菌的灭活效果最佳[46]。当红外波长越短时，其具有的辐射能量越高，灭活程度也越彻底。有关米糠灭菌鲜有报道，笔者认为在米糠配料加工中，可利用微波加热或者红外辐射技术对米糠进行前处理，能同时达到稳定和灭菌的目的，又可节约生产成本，提高生产效率。

3.3 米糠中重金属的消减技术

目前，有关米糠中重金属消减的研究鲜有报道，但已有学者对大米等类似谷物中重金属消减技术进行了研究，米糠中重金属脱除亦可参考此类方法。国内外对于米糠等谷物的重金属脱除技术研究较少，可以用乳酸菌发酵法和有机酸洗脱法来消减米糠中的重金属。刘也嘉等[47]的研究表明，通过植物乳杆菌对镉超标的大米进行发酵处理，大米中镉脱除率可达到81.14%。Wu等[48]将镉超标的糙米粉加入到柠檬酸溶液中震荡处理，结果显示：当柠檬酸浓度0.08 mol/L，浸泡温度45 ℃，时间53.09 min，液固比为12 mL/g，糙米粉中镉的消除率高达94.28%。Huo等[49]分离了镉污染大米的中蛋白质和淀粉，米蛋白经柠檬酸洗脱脱除后，Cd含量大幅减少，而在淀粉中只检测到极少量的Cd。米糠中重金属元素主要是以与蛋白质与纤维素结合成络合物的形态存在，有机酸对降解此种络合物有很强的作用，并且该方法不会分解蛋白质与纤维素，对原料组成成分也几乎无影响，是一种具有潜在利用价值且绿色高效的米糠中重金属消减方法。

3.4 米糠超微粉碎技术

米糠超微粉碎是利用机械或流体动力的方法，将糠粉粒径粉碎至10～25 μm的技术。普通粉碎米糠的纤维颗粒大，添加到食品中会降低产品的口感，消费者难以接受。通过超微粉碎技术将米糠纤维微粒化，能有效提高米糠纤维食品的持水性、适口性和吸收率，粉碎时间不宜过长，当粉碎处理60 min时，各项理化指标达到最优值[50]。张媛等[51]将脱脂小米米糠超微粉碎处理，对比处理前后的抗氧化性和肠道益生性，发现超微粉碎的米糠粉粒径减小，其抗氧化性、益生菌增殖作用变强，对大肠杆菌的增殖作用却减小。将米糠进行碾磨粉碎后，随着粗糠级分粒径降低，蛋白质、谷维素和可溶性膳食纤维含量增加，抗氧化性也增强[52]。脱脂米糠膳食纤维经过微粉化微波加热等处理后，得到改性米糠膳食纤维，发现对降血糖有着显著的作用[53]。米糠经过超微粉碎后可以提高产品的感官特性，并且使产品具有一定的保健功能。

4 米糠配料与加工技术中的不足

目前，大部分米糠资源仍未得到有效的稳定、安全化处理，造成了极大的资源浪费，氧化酸败的米糠只能作为饲料或者废料丢弃。我国米糠资源虽丰富，但分布较不均匀，分散在农户手中的米糠难以收集得到及时的稳定化处理，这部分米糠可作为畜禽饲料。而在具有规模的稻谷加工厂或碾米厂中，应该配备米糠稳定化加工设备，在米糠产出后立即进行保鲜处理，保障原料的质量安全。在米糠稳定化处理过程中，米糠的营养组分和感官特性依然会受到不同程度的影响，如挤压膨化后米糠的色泽和气味易受挤压条件的影响，应控制好机筒温度、螺杆转速等参数，尽量减小米糠色泽加深及出现焦糊味的程度。且对不同应用类型的产品可使用不同的稳定化处理技术，如挤压膨化处理后糊化度高的米糠配料比较适用于油炸、膨化食品中，而面制品和饮料产品对米糠配料的色泽和抗氧化性要求较高，更加适合用微波或红外辐射稳定化处理。目前我国亦缺少对食品级米糠配料的相关行业质量标准，这也是当下亟待解决的问题。

5 展望

我国是世界上米糠资源最为丰富的国家，及时对产出后的米糠进行稳定化处理对米糠资源及稻谷全值化综合利用意义深远。将稳定化米糠加工成可食化配料添加到食品中，可以提高产品的营养价值和经济价值。今后，应该加大对米糠配料功能性产品的研发力度，将米糠的生理活性功能赋予到更多的米糠配料食品中，在满足为人体提供营养成分的同时，又可起到保健等功效。在开发产品同时要保证产品的质量与安全，制定稳态化米糠以及食品级米糠的质量标准，选择外源性污染少的米糠作为食品配料原料及严格把控米糠配料加工中磨粉、杀菌等关键控制点等对于保障配料及产品的质量安全极其重要。且针对不同特性的米糠配料产品，选择合适的米糠稳定化加工方法可提高产品感官等品质。另外，从消费者的角度来看，米糠从传统观念中作为饲料到作为食品配料被消费者认可，需要积极的科普引导及产品的质量保障，以扩展米糠配料产品的市场。