采用不同稳定方法对米糠中主要营养成分影响的研究进展

陈 岚，何 东，王 宏，牛家铎，李芮芷，肖志刚

(1.沈阳师范大学粮食学院， 辽宁 沈阳 110034； 2.麦稻智慧粮食有限公司，上海 200335)

米糠是大米加工的副产物，结构上主要分为外果皮、中果皮、种皮、交联层、珠心层和糊粉层[1]。米糠中含有多种天然营养成分和功能因子，它是营养物质和酚类抗氧化剂的丰富来源[2]。除常见的七大营养素外，米糠中富含多种生物功能活性物质,如不饱和脂肪酸、生育酚及γ-谷维醇等，具有改善人体心血管疾病、调节血压、控制血糖、降低胆固醇、预防癌症等多种功能[3]。米糠在我国年产量大约在1 043～1 147万t，如不及时处理，极容易氧化酸败。米糠的稳定方法有物理法、化学法、生物法和复合法[4]。分析这几种稳定方法对米糠主要营养成分的影响，为以后米糠的进一步开发利用提供参考。

1 物理法对米糠营养成分的影响

1.1 挤压膨化对米糠营养成分的影响

挤压膨化法是利用挤压膨化机的高温、高压和高剪切力的作用使米糠中的脂肪酶钝化达到稳定米糠的效果。米糠经过挤压膨化产生的直链淀粉与脂质的复合物，其形成程度取决于米糠中存在的淀粉和脂质类型。单甘油酯和游离脂肪酸比甘油三酯更容易形成复合物，当单甘油酯和游离脂肪酸添加到高直链淀粉物料中，在物料水分19%、筒温110～140℃条件下，硬脂酸和淀粉复合物的形成量最大，高黏度和较长的停留时间也可能有利于复合物的形成[5]。应用双螺杆挤压机对米糠进行挤压加工处理,淀粉中高分子的部分键断裂而降解成低分子产物，如淀粉结构中的α-1,4糖苷键断裂为葡萄糖、麦芽糖等低分子量的产物。在挤压膨化过程中，由于温度、压强、转速、剪切力等因素的共同作用，会使米糠蛋白发生变性，导致蛋白质含量减少。Rafe等[6]研究表明，在挤压过程中，米糠蛋白的质量分数从15.00%下降到8.50%；挤压膨化会破坏米糠中细胞壁的结构，使米糠蛋白的溶解度降低，由可溶性蛋白变为不可溶性蛋白，减少米糠蛋白的提取率。因此，在使用挤压膨化技术稳定米糠时需要考虑对不可提取的蛋白进行回收。

挤压膨化能降低反油酸的含量，对米糠油的提取及利用大有帮助。挤压膨化可以稳定米糠酸值，但在挤压过程中，受温度、水分等因素影响，可能会形成新生色素并导致色泽固定。郑来宁[7]研究表明，膨化米糠的浸出毛油酸值明显降低，其毛油脱色率降低为9.48%；挤压过程将会稍微改变颜色，变为黄色和红色。挤压膨化能增加米糠中可溶性膳食纤维(SDF)和谷维素的含量，使得SDF的空间结构改变，让SDF亲水基团暴露在外面，提高SDF的膨胀性、持水性以及持油能力[8]。膨化温度升高，加快了水分蒸发和粗纤维、蛋白质的降解，同时高温促进了脂肪和谷维素的溶出和可溶性膳食纤维的形成，致使膨化后的米糠SDF形成蜂窝状结构,比未膨化米糠SDF表面更加疏松。脱脂米糠通过挤压温度、水分、转速等因素优化，能够使米糠中SDF含量更高。而且米糠膳食纤维中糖类吸收峰得到显著改变,粒径分布也发生了变化。挤压温度越高，米糠中大分子物质越容易发生降解、熔融、断裂，降解为可溶性小分子物质[9]。但是温度大于130℃时，米糠SDF提取率逐步降低，而且挤压温度过高会发生美拉德反应，使得物料颜色加深。

1.2 微波处理对米糠营养成分的影响

微波处理米糠由于水分子相互作用能够生成大量的能量，抑制了米糠中脂肪酶的活性，从而达到稳定效果。微波处理改变了米糠蛋白的空间结构，使得米糠蛋白的α-螺旋结构和β-折叠结构含量总体降低，但增加无规则卷曲结构以及β-转角结构的含量。微波处理时米糠蛋白的分子极化使非共价键遭受断裂,使得蛋白疏水基团暴露在外面从而让分子之间发生重组，使米糠蛋白有序结构转化为无序结构。米糠蛋白经微波处理，其溶解度、乳化性等都有所增强。 Fan等[10]研究表明，微波功率和含水量对自由基的含量、自由基的组成及其贡献均有影响。微波处理的功率越大，自由基的强度越大，自由基的含量增加；当微波功率大于1 600 W时，淀粉的颜色发生了明显的变化，部分样品颜色变为棕色，淀粉可能被降解，并且随着功率的增大，自由基的含量相对降低；当微波功率小于800 W时，淀粉自由基信号强度太小，低功率微波条件下电磁能转化成热能和化学能较低不足以引发大量自由基的生成，自由基含量较少。Bandyopadhyay等[11]在常规煮沸1 min后，40 s微波处理可使蛋白质回收率由28.9%提高到78.4%。40 s为微波处理的最佳时间，微波处理后的均质化进一步提高了蛋白质的回收率。Patil等[12]研究表明，微波处理能显著提高米糠蛋白、粗脂肪的提取率,但纤维可能发生热降解。Begum等[13]在研究不同品种的米糠的过程中发现，微波辐射具有较强的稳定性，在800 W的微波功率下，3 min可使脂肪酶灭活，且不会减少米糠的营养成分。

米糠经微波稳定化处理，能够限制其游离脂肪酸(FFA)含量的增加，在提高米糠稳定性的同时又便于米糠油的提取。微波处理后的米糠中SDF相对分子质量变小，出现显著的糖类特征吸收峰，不溶性膳食纤维的结晶度提高;稳定前后的米糠虽然都能抑制α-葡萄糖苷酶的活性,但稳定化的米糠对α-葡萄糖苷酶活性的抑制作用更强[14]。陈志华等[15]在研究过程中发现，微波处理的米糠相较于未处理的米糠在常温贮藏情况下，其脂肪酸值增加缓慢，其过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，极大程度延缓了米糠的氧化酸败，这说明微波加热稳定米糠能较显著地提高米糠的贮藏期。

2 化学法对米糠营养成分的影响

化学法稳定是通过向米糠中添加酸类、碱类等无机或有机化学物质,从而改变米糠中的脂肪酶最佳离子强度以及最适pH值,使脂肪酶活性钝化,进而使米糠达到稳定化。发展中国家有许多小型碾米厂，由于缺乏足够的电力以及先进的技术支持，通常利用化学法来稳定米糠。

采用高浓度的碱处理，能够改善米糠中的不溶性膳食纤维的功能特性，如膨胀性、持水性以及持油性等，这是因为通过高浓度的碱使具有亲水能力的部分半纤维素被水解，纤维的疏水性增加，促进酶与纤维的羧基基团之间的静电相互作用，使胰脂酶的活力受到抑制。祁静等[16]研究表明，米糠中不溶性纤维经过羧甲基化后功能特性都有提升，持水力提高了100%，膨胀力提高了62.1%，持油力提高了11.8%。具有较高持水力和持油力的米糠膳食纤维可以降低人体肠道的压力，改善人体泌尿系统的症状。米糠蛋白中的自由基随着有机酸pH值的变化而变化，但并未对米糠蛋白中的二硫键造成破坏，使其断裂，在酸沉处理过程中,米糠蛋白的结构发生了部分的聚集与分解，无规卷曲含量增加，表面疏水活性也相应加强[17]。Akhter[18]研究发现，盐酸浓度约为30 ml/kg时，米糠中的脂肪酶活性受到抑制，延缓了游离脂肪酸的生成。Zou等[19]研究表明，柠檬酸处理使纤维素的结晶度升高，产油率、生育酚总含量和γ-谷维素含量也有所提高。

3 生物法对米糠营养成分的影响

生物法主要是酶法和微生物发酵，稳定米糠主要是酶法。蛋白酶通过水解作用将脂肪酶水解为肽,从而使脂肪酶丧失将脂肪水解为脂肪酸和甘油三酯的能力。经酶解的米糠，其变性淀粉分子量下降；分子柔性多分散系数上升，二硫键含量减少，蛋白质多肽链得到伸展，疏水性、溶解性以及乳化活性都会有所升高,但乳化稳定性降低;酶解后的米糠蛋白通过傅里叶红外光谱测得二硫键、α-螺旋和β-转角含量相比于未酶解的米糠蛋白减小,而β-折叠、无规则卷曲含量和表面疏水性相对升高,这说明蛋白质的空间结构会因酶解作用被破坏，使其发生了重组与伸展，促进蛋白的溶解以及乳化活性的提升。酶解之后米糠蛋白增强了抗氧化性，有较强的抑制脂质体脂肪氧化的能力，乳化能力显著降低。酶解不仅能够改变米糠中支、直链淀粉含量的比例；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。刘颖等[20]通过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，酶水解可以改变米糠蛋白分子量，同时还改变其表面疏水性，并增加其溶解度、柔韧性和流动性。

酶种类的不同对于米糠蛋白中酶解物起泡性(FC)和起泡稳定性(FS)都表现出了不同的性质。FC和FS的主要影响因素是表面张力,当酶解液黏度与表面张力降低时,FC和FS增加;但当酶解产物分子量过小时,会使得酶解液黏度与表面张力过低,FC和FS降低。高亚奇等[22]研究发现，米糠经过碱性蛋白酶酶解处理后游离脂肪酸含量增长幅度较未经酶解处理的米糠低，这说明碱性蛋白酶对于米糠稳定化效果最佳。Vallabha等[23]研究表明，经过酶处理的米糠样品在不同湿度(11%、22%、44%、56%和64%)条件下的储存3 个月时， LOX(脂氧合酶)活性没有显着性差异。酶解后的米糠LOX活性将会降低，FFA和过氧化物值的含量由于脂肪酶和LOX失活而降低，从而使米糠稳定180 d，并且使得酶解物中FC和FS都有所增加，总膳食纤维保留了90%。Laokuldilok等[24]研究表明，经过胰蛋白酶、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时急剧提高，达到最大值。脂肪酶活性的增加可能是由于蛋白质水解对鞘膜的破坏，从而通过扩散增强了脂肪与脂肪酶的接触。在此之后，所有米糠样品的脂肪酶活性都显著降低。酶处理改变了膳食纤维的空间结构，形成了蜂窝网状构象，增加了可溶性膳食纤维的含量；酶处理使纤维结构有不同程度的断裂，纤维结晶度受酶的显著影响，也能提升米糠中多酚的提取率[25]。Liu等[26]采用碱性蛋白酶来处理米糠相比于未酶解的米糠，可溶性膳食纤维含量提高，向米糠加入木聚糖酶在一定条件下使得米糠多酚的提取率增加。

4 复合法对米糠营养成分的影响

稳定米糠的复合法一般有Na2SO3挤压复合法、超声辅助酶法、干热联合红外加热法、挤压超声法等。Na2SO3作为一种还原剂,能够裂解蛋白质间因热变性而形成的二硫键,提升蛋白质的提取率。并且Na2SO3分解生成的SO2能有效抑制FFA的生成,使酸价降低。马涛等[27]研究表明，化学法虽然能稳定米糠，但 Na2SO3挤压复合法相较于单个化学法而言，对米糠的稳定效果更好。于金平等[28]通过挤压超声联用，相较于挤压未超声和超声未挤压来说，其米糠油提取率更高,提取时间更短，而且对米糠中的不饱和脂肪酸没有明显影响。Shivaleela等[29]采用先微波加热，后接种乳酸菌进行培养，能减少脂肪酶活性和延长米糠的货架期，蛋白质、脂肪、磷和铁含量(磷和铁含量)增加。Wang等[30]在一段和两段干燥过程中采用红外加热、回火处理和自然冷却的方法，获得了较高的加热速率、干燥效率和碾米质量及米糠贮藏期。新干燥方法将米糠的贮存稳定性从现有干燥方法的7 d延长到38 d，采用红外加热与其它处理相结合的方法，既能实现米糠的同步干燥，又能有效地稳定米糠。

5 结论与展望

米糠中富含多种天然营养成分和功能因子，在未来有很大的发展前景，在稳定化的同时，也要考虑米糠营养成分和功能因子的损失，因此稳定米糠方法需要满足以下要求:(1)脂肪酶活性应有效抑制以延长米糠贮存期;(2)对蛋白质、淀粉、多酚等营养成分的影响尽量小，以保持功能特性;(3)选择的稳定方法必须经济上可行，易于应用。单一的方法可能满足不了既能有效稳定又能充分保留其营养物质和活性成分的需求，因而复合法将会成为米糠稳定化新的研究焦点，以提高米糠经济附加产值。