米糠稳定化的研究进展

◆作者：吴一庄

◆单位：武汉轻工大学

米糠是稻谷精制加工成大米的主要副产物，占稻谷的6%～8%，大米的精细化程度越高，米糠的营养价值就越高。我国米糠年产量在1200万吨以上（胡章明等，2014），且大多数是小型米厂生产的。由于其加工条件有限，加工过程中产生的碎米含量较多，因此含有的能量较高，是替代玉米原料、降低配销差的优良饲料来源。米糠的营养价值很高，富含蛋白质(14%～16%)、粗纤维(8%～10%)、脂肪(12%～23%)、碳水化合物、以及矿物质和维生素。此外，米糠还含有植物类固醇、卵黄素、生育酚和生育三烯醇等植物类化学成分，其他化合物如硫辛酸和辅酶也少量存在。米糠含有的氨基酸较为平衡，因此常用来替代部分玉米。但是，新鲜的米糠较难贮存，一般在饲料厂，夏季的保质期为3天，冬季的保质期为7～9天。由于存储时间较短，在米糠价格有优势时，并不能存储很多。米糠在加工过程中要经过碾压，会使稻谷中的油脂氧化，产生游离脂肪酸，而在夏季高温高湿的情况下，很容易酸价升高，酸败，产生哈味。因此，有效合理的利用米糠的前提是使米糠处于稳定状态，延长储藏期（赵旭等，2006）。

目前，防止米糠发生酸败的方法是通过灭活脂肪酶活性、减少脂质水解，从而延缓米糠的变质，提高贮藏性能。主要方法有物理处理法（挤压膨化法、超临界CO2脱脂法、制粒法、热处理法、低温冷藏法）、化学处理法（盐酸法、次氯酸钙、亚硫酸钠法等）及生物处理法等。这些方法均可在一定程度上使米糠中的酶失活，同时杀灭米糠中存在的真菌、细菌和昆虫等，延长米糠的存储时间。

1 米糠的稳定化方法

1.1 物理方法

1.1.1 热处理法

热处理可以使米糠中的水分降低从而使脂肪酶失活，同时有效地破坏微生物并保持米糠中营养成分的含量。根据热处理的类型（干热法和湿热法），脂肪酶活性可被可逆性抑制或永久性变性。干热法是直接将米糠高温加热的方式来使米糠中的米糠酶钝化，从而达到延长存贮的一个技术。但加热100℃以下处理的米糠，脂肪酶活性下降幅度不大，达不到稳定米糠的作用。有相关研究表明，温度在130℃加热30 min，脂肪酶活性下降73%。随着加热时间的延长，脂肪酶下降程度降低。当温度超过140℃时，米糠就会变焦（乔展等，2012）。有学者研究认为米糠在120℃加热22min效果最佳（Gong等，2012）。湿热法是在加热米糠的同时注入热的水蒸气，通过水蒸气的热传递，间接加热米糠。因此湿热法钝化效果要优于干热法，因为湿热法稳定米糠不需要特别高的温度，而且处理时间也要优于干热法。100℃下用湿热法加热3min的脂肪酶活力要比130℃下干热法加热60min的脂肪酶活力低，省时省力（胡小中，2002）。干热法处理后在长时间保存时，米糠中水分会再吸收，游离脂肪酸依旧会增加，导致米糠品质变差，并且干热法处理的米糠，大部分营养物质都被流失。因此，温度和含水率的控制是重要参数。但大规模工业化干热还应考虑均匀加热、加热时间和能耗等因素。

1.1.2 挤压膨化法

挤压法是一种比较适合稳定米糠的方法，它具有多功能热过程的特点。挤压过程中产生的高温、高压和高剪切力可以使米糠中的脂肪酶、过氧化酶等酶失活，从而延长米糠的存储。工业上主要采用挤压膨化法来延长米糠的存储。按照Randall等（2006）的方法，先在米糠中加入适当的水，通过螺杆向前传送，并在130℃左右挤压数秒，之后在97℃左右水蒸气下保温几分钟，就能达到使大部分的脂肪酶失活。与未经挤压米糠相比，挤压后米糠中FFA的生长速率降低，米糠的保鲜期延长。总的来说，挤压比其他稳定方法生产率高，加工时间短，操作简单，产生的产品形状独特，最终产品稳定性好。经挤压和干热稳定后的米糠保质期有较大提高。干热处理后米糠纤维、胶质纤维和总纤维的增加量与原米糠无显著差异。挤压稳定米糠的功能特性，如米糠的吸水率、水溶性、容重和酶敏感淀粉等，也比干燥热处理得到了改善。朱文华等（2000）在对全脂米糠的挤压稳定性的研究中认为，在相同的挤压温度下，米糠中的水份含量会对挤压后的游离脂肪酸指标有显著影响。因为水是良好的传热介质，会使米糠在挤压的过程中温度分布更加均匀，而且米糠水分升高，会使酶的抗热性降低，有助于增强灭酶效果。挤压法可用于稳定米糠、改善米糠的颜色和其他理化性质。与生米糠相比，稳定后的米糠中植酸、蛋白质和维生素E水平也显著降低，而脂质、维生素B2、维生素B3、维生素B5和叶酸水平均无统计学变化。同时米糠中膳食纤维含量提高，对改善动物肠道功能也有利。然而，挤压法需要严格控制操作条件，以保持米糠的营养价值。一般而言，温和的工艺条件，如较高的含水量、较低的停留时间和较低的温度，对于获得较高的营养水平和淀粉的消化率，增加可溶性膳食纤维更加有利（宋晓旻，2006）。

目前有一种新型的挤压技术是在挤压过程中注入CO2气体，而传统挤压膨化过程中是通过加入水蒸汽的方式，新型挤压技术加入的CO2可扩散的米糠内部形成大量气泡，从而达到使米糠膨化。通过对CO2挤压膨化米糠理化指标的测定，结果表明，CO2挤压膨化可以使样品的直径膨化率、比长度、吸水性指数提高，并且能够抑制脂肪氧化酶的活性。CO2挤压膨化对粗脂肪和粗蛋白的含量影响不显著（林天然，2018）。制粒的方法也是影响米糠稳定性的一个因素，采用入模温度85℃，膜孔为2.5mm时可以使其稳定化存储的时间较长，且与膨化挤压的工业方法比较，制粒成本相对低一些。比较物理法处理过的米糠进行耐储试验，可知热处理法和挤压膨化法均对米糠的延长存储起到一定的作用，其中，新型挤压法效果最好，其次是湿热法，再次为干热法（杨继红，2014）。

1.1.3 微波法

微波加热稳定米糠的研究始于1979年。近年来，微波加热在米糠稳定方面越来越受重视，微波加热是基于高强电磁波，渗透在米糠中，通过分子间摩擦将能量转化为热能，并将热能迅速均匀的传递到米糠中，随着温度的升高，米糠中的脂肪酶发生变性和灭活。有研究表明，微波加热处理新鲜的米糠4min可使脂解酶70%变性失活，且处理后米糠游离脂肪酸含量降低，延长了米糠的存储。同时，微波加热法使米糠中的大量微生物和虫卵被有效杀死。而其营养水平、感官并没有得到破坏。米糠微波加热目前仍处于小试阶段，未见工业化应用报道（张磊科，2012）。

有研究发现，微波对米糠稳定化有显著效果，而米糠中的水分含量会显著影响米糠稳定的效果，从优化微波稳定米糠工艺的角度出发，提高米糠水分含量对微波稳定化处理有明显的增效作用，其次微波功率及其微波加热时间也会影响米糠的稳定化效果，其中米糠中水分的含量影响最为显著。那么综合米糠适当的水分含量和微波的功率及微波时间就会起到更为优化的作用，有相关研究表明，米糠水分含量提高到23%，微波功率控制在795W、微波处理时间达到115 s的处理效果较优。在此条件下，米糠脂肪酶残余活力大大降低。经过适当水分的调节、合理的微波功率和时间共同作用下，存储效果要优于普通的微波加热法（孙军等，2001）。因此，米糠中的水分含量对米糠稳定有显著效果。还有研究表明影响微波处理的因素主次顺序为：处理时间＞加热功率＞料层厚度，其中微波处理时间、加热功率是影响处理效果的主要因素（冯海云，2010）。料层厚度也是影响稳定化效果的重要因素，料层过薄或过厚均不利于米糠的稳定化，因此，适当的水分调节、合理的微波功率和微波时间以及较为合理的料层厚度，对于钝化脂酶的效果和保证米糠品质至关重要。对米糠微波的研究暂时多以微波炉的形式来少量的处理米糠，因此暂时还难以解决工业化生产等问题（吴本刚等，2011），而目前有隧道式连续微波装置，可对米糠进行大量的处理。

1.1.4 低温冷藏法

米糠可以在低温下储存以抑制脂肪酶的活性（Prakash等，1996），从而达到稳定的状态。1949年，Loeb等人就将米糠样品置于3、25和31℃的温度中，发现样品在3℃孵育时游离脂肪酸显著减少。Amarasinghe等（2004）使用了冷藏设备(0℃)稳定米糠，发现米糠中脂肪酶的活性被成功控制，表明低温(0℃)贮藏或冷藏可有效控制脂肪酶活性。但是，冷藏后的米糠再放置室温下又恢复了酶的活性，导致对脂肪分解和米糠氧化酸败的抑制不完全，具有局限性（Tao等，1993）。这只适用于小规模的储存，在工业化生产环境中，由于条件多变无法达到预期的效果。

1.2 化学法

喷洒盐酸法是以脂肪酶的活性在低pH值时受到抑制为原则，采用40 L/t的盐酸喷洒米糠上，再用搅拌机混匀，从而延长米糠的存储时间（Prabhakar等，1986）。要达到稳定化效果，必须要将盐酸与米糠充分混合，并且混合后pH值低于4。化学法对盐酸的添加量较为苛刻，若盐酸加入量过大，会使米糠残留大量化学试剂的味道，并且会使米糠颜色发黑，影响其在饲料中的添加使用（孙军等，2001）。

有研究表明，添加了化学物质会使米糠在储藏的过程中酸价升高的幅度减慢。添加次氯酸钙的米糠一个月之后米糠酸价为21.4mgKOH/g；EDTA铁钠作用的米糠一个月之后米糠酸价为40.1mgKOH/g；六偏磷酸钠作用的米糠一个月之后的酸价为47.3mgKOH/g；抗坏血酸作用的米糠一个月之后米糠的酸价为49.6mgKOH/g。而在未处理的新鲜米糠中，米糠的酸价上升的最快，一个月之后米糠的酸价上升为100.7mgKOH/g。综上，米糠稳定化的效果为次氯酸钙＞EDTA铁钠＞六偏磷酸钠＞抗坏血酸。因此通过化学法能够让米糠的酸价较为缓慢的升高，能够一定程度上延长米糠的储藏。王烈喜等在使用化学试剂与米糠在20g∶1kg的比例混合下，同样证实了化学试剂对米糠稳定化的显著作用，且次氯化钙最为显著。

1.3 生物法

张磊科等（2012）采用菠萝蛋白酶、木瓜蛋白酶、无花果蛋白酶、碱性蛋白酶和中性蛋白酶分别作用于米糠，结果显示，处理组与对照组在存储上，酸价均都上升，且升高的幅度相似，因此作者认为五种生物酶对米糠稳定化没有显著作用。但高亚奇等（2017）在使用碱性蛋白酶、木瓜蛋白酶和胰蛋白酶处理米糠过程中发现碱性蛋白酶处理的稳定效果最好，在28℃存储30天后，游离脂肪酸增加率仅为12.79%，而未经处理的米糠游离脂肪酸增加率超过200%。并且认为碱性蛋白酶、木瓜蛋白酶和胰蛋白酶虽然没有完全钝化脂肪酶的活力，但对米糠酸败的抑制作用却很明显。每克米糠按照1∶2的料液比加入15 mg碱性蛋白酶反应120 min稳定效果最佳。其作用机理是碱性蛋白酶对蛋白中的芳香性或疏水性氨基酸残基(如Tyr，Phe，Leu等)碳端裂解效果较好。Laokuldilok等（2014）验证木瓜蛋白酶处理新鲜的米糠会大大降低游离脂肪酸的含量。Mangal等人采用不同浓度的木瓜蛋白酶在60℃处理米糠30 min，储存15天后发现其游离脂肪酸含量较低。生物法处理米糠获得的稳定效果存在比较大争议，可能与酶的浓度、处理时间以及温度有关。

2 结论

在传统物理处理方法上，不论是干热法还是湿热法，均对热能的要求较高，且会破坏米糠中的一些营养成分。目前工业化运用较多的是挤压膨化法，但饲料场需额外购置挤压膨化机，相比之下米糠制粒法更符合实际需求。但在饲料场旺季供不应求的情况下，往往也是米糠最容易酸败的季节。对于化学试剂法，次氯酸钙在众多研究中具有良好的稳定米糠酸败的作用其用量比为20g∶1kg。生物稳定法稳定米糠还有一定的争议，可能是与酶活、处理温度、时间等因素有关。目前比较良好的稳定米糠且不破坏营养成分的方法是微波法。综合来看，各个工艺处理方式均有一定的局限性。实际生产中应合理运用各个处理方式，让米糠的利用得到最大化。