糙米营养特性及加工技术研究进展

摘要：随着消费者对食品健康的关注，以糙米为代表的全谷物米逐渐进入人们视野，糙米糠层中含有丰富的蛋白质、维生素、膳食纤维等，与精白米相比具有更高的营养价值。本文综述了糙米的营养特性、加工方式和推广应用，对比了糙米、胚芽米和精米的营养物质含量，展望了糙米在食品领域的应用前景，为糙米的综合利用提供一定的科学依据。

关键词：糙米 加工技术 营养特性

基金项目：国家自然科学基金（51975259）;山东泰山产业领军人才（传统产业创新类）项目（编号：TSCY20160223）。

作者简介：牟敦山，高级工程师，研究方向为稻米加工装备开发。

通信作者：蔡健荣，教授，博士生导师，研究方向为农产品加工技术。

稻谷是我国三大主粮之一，近年来年产量持续在2亿吨以上，其中口粮消费占比最大。随着人们生活品质的提高，稻米的加工已经不仅局限于以精、细、白为主的外观品质，如何最大限度地保留稻米营养元素成为稻米加工的重要问题[1]。稻米中约64%的营养元素聚集在糠层和胚芽中，加工精度越高，营养损失越大。

糙米是经稻谷去壳得到，包含麸皮层（6%-7%）、胚乳（约90%）和胚（2%-3%），稻谷中大部分膳食纤维、维生素、矿物质等营养元素集中在米糠层和胚芽中，保留了稻谷全部营养成分[2]。研究表明长期食用糙米可以起到慢消化、慢升糖、饱腹感持久等作用，对2型糖尿病、肥胖、高血脂等功效显著，作为一种低GI食物，糙米更具营养价值和养生潜力[3]。

本文以糙米为例，通过分析全谷物加工业的发展现状、存在问题和未来方向，综述糙米全谷物的营养特性，对比糙米及其他营养米的营养成分，分析糙米全谷物的主要加工方式及加工过程中面对的主要问题，展望了糙米全谷物食品的应用前景，为糙米全谷物食品的发展提供一定的理论依据。

一、我国稻谷的加工现状

稻谷的初加工主要在主产区，因此大型碾米厂主要集中在长三角、珠三角和东北等地区;稻谷生产企业数量较多，但企业规模小，大型龙头企业数量少;从企业格局看国有企业占比减少，民营企业数量占主导地位，外企数量虽少但经济效益较高[4]。据统计，2022年我国稻谷播种面积约2 9450千公顷，产量约2.08亿吨，2022与2023年度国内稻谷消费约2.05亿吨，稻谷生产依旧供大于需[5]。

现有稻谷加工通常为了迎合消费者盲目追求“精白亮”，导致存在过度加工的现象[6]。此外，我国稻谷加工行业门槛较低，产业分散度高，科技创新能力不足，多数企业仍以加工一级大米为主，存在碾米和抛光次数多，加工副产物利用率低等问题。研究表明抛光次数每增加一次，稻谷的出米率降低1%[7]。除产量损失外，过度加工造成的能耗和污染等问题没有好的解决方案，稻米过度加工正在威胁国家的粮食安全。

二、糙米的营养价值

表1为糙米、胚芽米、蒸谷米和精米的营养成分对比。与精米相比，糙米中含有丰富的蛋白质、脂肪、粗纤维、维生素、和微量元素。长期食用有助于降低胆固醇水WOmUBONIxaPzhP4Hoa4I2g==平、预防心血管疾病和降低肠道疾病风险等。尤其对于素食主义者，糙米无疑是重要的蛋白质来源之一[8]。糙米中含有多种微量元素，虽然在大米中的含量相对较低，但仍对人体健康有所贡献。

三、糙米加工技术

（一）生物法

1.发芽。糙米发芽处理是一种通过控制温度、水分和处理时间使其萌发至一定芽长的加工方式。研究表明，糙米发芽过程中部分淀粉被分解成单糖，蛋白质转变成氨基酸，脂肪也会分解为游离脂肪酸，使得籽粒中的营养更容易被人体吸收。

程威威等[9]利用光谱分析测定了发芽糙米饭的感官品质，发现适口性与直链淀粉含量及硬度有极显著负相关性（P<0.01）;直链淀粉含量与冷饭质地有显著的正相关性（P<0.05）;崩解值与适口性、糊化温度与风味之间也存在极显著的正相关性（P<0.01）。吴凤凤等[10]探讨了浸泡温度、时间和溶液pH值对发芽糙米蒸煮品质的影响。发芽糙米在感官品质和口感上均有大幅度的提升，但与精米相比仍存在一定差距。并且为了明确最佳的发芽时间以及发芽糙米的蒸煮品质与各项特性参数之间的关系，应根据不同的糙米种类进行特异性实验，以满足不同环境的实际生产要求。

2.发酵。生物发酵是一种利用微生物（如细菌、真菌等）的代谢活动来改变物质的过程。在糙米加工中，生物发酵利用食品工人安全菌种引起籽粒内部成分的变化，用来提升糙米的食用品质。叶彦均等[11]从食用、加工和功能特性三个方面详细综述了生物发酵对糙米品质的有利影响。结果表明相较于普通糙米，固态发酵糙米的亮度由31.32上升至40.88、硬度由5678.11降低至1281.83、漏白率增加，显著提高了糙米品质。Buddrick等[12]测定了不同发酵方式对糙米植酸水平的影响，结果证实生物发酵显著降糙米全谷物食品中植酸的含量，从而提高了矿物质利用率。

（二）化学法

1.酸处理。糙米酸处理指加工过程中添加酸性物质，如柠檬酸或醋酸等。通过调节pH的方式改善糙米口感、抑制微生物生长和延长货架期，具体可以将酸性物质溶解在水中，然后将其喷洒或浸泡到糙米中来实现。周显青等[13]利用柠檬酸浸泡蒸谷糙米，通过测定其浸泡后的碾米特性、碾白过程中镉含量及其他微量元素含量，明确柠檬酸浸泡促进了Cd、K、Ca、Al向外的迁移，并且蒸谷糙米的色泽、米饭食味值及综合评分等均显著提升。相似地，吴亚楠等[14]则在前期柠檬酸脱除糙米粉中镉的研究基础上，采用X-ray、FT-IR等分析对脱镉前后糙米粉结构及理化性质进行测定。结果表明，酸处理后的糙米粉直链淀粉含量显著低于未处理组;处理后糙米粉表面变得粗糙，淀粉粒径减少但晶体类型未发生变化，没有产生新的化学基团;但糊化温度降低，蒸煮时间相应减少。

2.营养强化。糙米加工方式中的营养强化是指在生产过程中添加各种营养物质，以达到增加营养价值，满足消费者对健康食品的需求。李青[15]在糙米催芽过程中采取CaCl2浸泡负压辅助进行钙强化，研究了不同浓度CaCl2溶液浸泡催芽和不同强度负压处理对发芽糙米中钙含量的影响。结果表明，当CaCl2溶液浓度为150 mg/L、负压强度为-0.08 MPa、负压处理时间为4 h时，发芽糙米中钙含量最高为523 mg/kg。相似地，王炜华[16]根据“热压凝胶”原理，研究了钙、铁叶酸复合型营养强化大米的制备工艺，通过单因素实验和正交试验，明确了制备强化大米的最佳工艺参数，并设计出两种复合型强化大米配方。

（三）物理法

1.碾磨法。糙米碾磨法是将未经去壳的糙米经过碾磨或研磨处理，通过挤压籽粒的方式去除谷壳得到白色米粒。该过程通常需要专用碾米设备来完成，李萍等[17]利用碾米机处理稻米发现，随着碾磨度增加，米粒长度减少，当碾磨度超过13%时，米粒长度显著下降（P<0.05），同时蛋白质含量和米饭硬度也随之减少。周军琴等[18]的研究也证实了这一观点，碾磨度与糙米蛋白质、灰分和脂肪存在极显著的负相关性。由此可见，碾磨过程可以很好的改善籽粒的口感和外观，但应在保证稻谷适口性的前提下，尽可能降低碾磨度，减少稻谷营养物质和功能性成分的损失，提高稻米的商品价值。

2.浸泡。浸泡法是家庭生活中常用的糙米处理方式之一，通常将洗净的糙米放入足够的清水或酸性溶液中浸泡4～8 h。糙米浸泡过程中，水分会渗透到籽粒内部，籽粒吸水膨胀后变得柔软，有助于减少蒸煮时间，从而改善糙米口感。何易雯等[19]研究了浸泡时间和浸泡温度对糙米蒸煮品质的影响，结果表明随着浸泡时间的延长，糙米吸水量增加，并且糙米淀粉的糊化特性也出现不同程度的升高。关桦楠等[20]的研究也发现了类似的现象，在液料比1：1.6、温度40℃，浸泡时间50 min时，糙米吸水率较高并能维持良好的感官评分。此外，田晓红等[21]探究了浸泡对糙米中蛋白质、微量元素和淀粉糊化特性的影响。结果表明浸泡5 h后，有助于缓解糙米颗粒细度和损伤淀粉含量，并且不同种类的糙米吸水特性不同，应根据产品特性合理选择浸泡时间。

3.超声波处理。超声处理的原理是基于超声波在物质中传播时产生的多种效应，例如空化效应和热效应，这些反应过程容易作用于糙米内部导致其淀粉结构的改变。梁云浩等[22]研究了不同超声时间处理对糙米淀粉结构特征与理化性质的影响，结果表明，延长超声处理时间可以加剧淀粉表面微观结构的破坏，但不会改变淀粉粒径尺寸和分子基团种类，当超声处理30 min时，糙米淀粉的冻融和凝沉稳定性最好。相似的结论也出现在王琦等[23]的研究中，与未处理组相比，30 min的超声处理可以将糙米淀粉的凝胶强度从26.94 g降低到19.69 g，同时增加其溶解度从4.46%上升到12.29%。说明超声处理适用糙米淀粉的改性，并且一定程度上提升了糙米淀粉的理化特性。

4.冷等离子体处理。冷等离子体（CP）也被称为低温等离子体，是一种通过对气体施加能量而产生的附带多种物理、化学效应的加工技术。因其离子束中电子温度很高，而放电温度接近环境温度，这一特性使其有利于温度敏感的物体[24]。孟宁等[25]研究了等离子体对糙米蒸煮品质及物化特性的影响，通过观察糙米表面微观结构，发现等离子体通过其产生的物理作用刻蚀糙米谷皮，使糙米表面产生微小的凹陷和裂缝，从而增加水分渗透。为了进一步解析等离子体对糙米的作用机理。合理地应用等离子体可以促进农业生产的可持续发展，提高农产品的质量和产量，减少对环境的不良影响。

5.超高压技术。超高压处理也是一种非热物理加工方式，主要利用高压下的应力和压力传递效应导致食品内部分子结构的变化。于勇等[26]分别采用一步式和两步式高压处理糙米，结果表明，在100～300 MPa压力范围内，处理后糙米总酚类黄酮含量及抗氧化能力随着处理压力的增加而增大。超高压相比于传统热处理方式，可以更加有效地保留糙米中的营养成分，延缓其变质，并且在处理过程中不需要添加化学试剂，有助于生产更加健康天然的食品。

6.挤压膨化。挤压膨化是一种较为常见的食品加工技术，通过对籽粒施加高温高压作用，使其内部水分迅速转化为蒸汽，同时颗粒表面因挤压发生形变。该过程中淀粉颗粒被破坏，蛋白质变形，纤维素软化，改变籽粒的组织结构和形态。陈焱芳等[27]通过分析挤压膨化前后糙米的挥发性风味化合物变化，明确了挤压膨化对糙米中醇类物质有一定促进作用。欧阳梦云等[28]则利用单因素和正交试验优化了挤压膨化处理糙米的最优实验参数，得出机筒温度110℃、糙米粉含水量21.60%、糙米粉浆pH为7.11时，处理后糙米的脂肪含量相比对照组降低28.8%，纤维素含量增加了9.3%，以上研究为糙米的深加工提供了一定的理论参考。

四、结论与展望

传统“稻出白”的加工方式不仅工艺烦琐、造成大量的资源浪费，更重要的是容易造成加工过程中的营养流失。我国作为稻谷生产大国，加强糙米加工新技术的研发利用;完善糙米生产、加工、检测和贮藏过程;推进全谷物糙米基食品的开发;同时提升消费者对糙米食品健康的认知，有助于糙米全谷物的综合利用，对改善饮食结构及提升国民健康水平具有重要意义。

参考文献：

[1]齐琳琳， 于亮， 于勇.糙米的营养价值及其加工技术研究进展[J].中国食物与营养， 2015，21（3）：68-71.

[2]何振鲁， 程欣， 蔡健荣， 等.稻米加工设备现状及最新研究进展[J].现代食品，2020（01）：1-2+5.

[3]李言， 侯笑笑， 杨姿， 等. 全谷物食品、生酮食品对控制2型糖尿病的最新研发进展[J]. 粮油食品科技，2022，30（2）：50-58.

[4]邹凤羽.中国碾米工业的布局现状与发展[J].粮食加工，2011，36（5）：24-26.

[5]2023年大米市场走向[J].农村新技术，2023（2）：50.

[6]蔡健荣， 程欣， 白竣文 等.基于悬浮切削原理的胚芽米加工试验研究[J].包装与食品机械，2023，41（04）：1-6.

[7]胥保文， 蔡健荣， 张文松 等.稻米加工装备工艺控制系统设计[J].食品工业，2018，39（02）：225-228.

[8]薛峰英.水稻糙米蛋白质及脂肪含量相关QTLs的分析和定位[D].成都：四川农业大学， 2022.

[9]程威威， 吴跃， 周婷， 等.发芽糙米蒸煮食用品质相关性研究[J].粮食与油脂，2014， 27（3）：39-44.

[10]吴凤凤， 臧楠， 杨哪， 等.浸泡处理对发芽糙米蒸煮食用品质的影响[J].中国粮油学报，2009，24（7）：6-9+63.

[11]叶彦均， 谭斌， 乔聪聪， 等.生物发酵对糙米品质影响研究进展[J].食品工业科技， 2022，43（10）：466-474.

[12]BUDDRICK O， JONES O A H， CORNELL H J， et al. The influence of fermentation processes and cereal grains in wholegrain bread on reducing phytate content[J].Journal of Cereal Science，2014，59（1）：3-8.

[13]周显青， 张鹏举， 张玉荣， 等.柠檬酸浸泡对蒸谷糙米碾米过程中蒸谷米镉含量和品质的影响[J].食品科学，2020，41（2）：50-57.

[14]吴亚楠， 鞠兴荣， 王志高， 等.柠檬酸脱镉对糙米粉结构及理化性质的影响[J].中国粮油学报，2017，32（8）：8-13.

[15]李菁.负压辅助钙营养强化对发芽糙米富钙效果的影响[J].食品研究与开发，2023，44（5）：68-72.

[16]王炜华.钙、铁和叶酸复合型营养强化大米的制备及性质研究[D].南昌：南昌大学， 2012.

[17]李萍， 普绍荣.碾磨度对粳稻外观品质和食味理化特性的影响[J].食品与发酵工业，2021，47（4）：21-26.

[18]周军琴， 年芳， 李爱科， 等.糙米碾磨度与营养品质关系研究[J].食品工业科技， 2016，37（14）：128-133+137.

[19]何易雯， 秦鹏， 严伟龙， 等.浸泡和蒸煮对蒸谷糙米糊化特性的影响[J].安徽农业科学，2020，48（4）：161-163.

[20]关桦楠， 吴永存， 张娜.不同浸泡工艺改良糙米品质的研究[J].中国粮油学报，2022，37（1）：1-6.

[21]田晓红， 吴娜娜， 张维清， 等.浸泡对稻米粉体应用品质的影响[J].中国食品学报，2023，23（1）：184-193.

[22]梁云浩， 王周利， 蔡瑞， 等.超声波处理对糙米淀粉结构与理化性质的影响[J].食品研究与开发，2021，42（19）：36-43.

[23]王琦， 王周利， 蔡瑞， 等.超声处理对糙米淀粉的结构与理化特性的影响[J].中国粮油学报，2022，37（1）：60-65.

[24]郑经纬.基于介质阻挡放电低温等离子体处理对糙米品质改善的研究[D].镇江：江苏大学，2023.

[25]孟宁， 刘明， 孙莹， 等.低温等离子体对糙米蒸煮品质和物化特性的影响[J].食品工业科技， 2020， 41（2）：9-15.

[26]于勇， 潘芳， 吴剑， 等.超高压处理对糙米多酚、黄酮类含量及其抗氧化性的影响[J]. 农业机械学报， 2017， 48（11）： 368-374.

[27]陈焱芳， 张名位， 张雁， 等.发芽及挤压膨化对糙米挥发性风味物质的影响[J].中国农业科学，2021，54（1）：190-202.

[28]欧阳梦云， 孙子钦， 王燕， 等.响应面试验优化挤压膨化法制备速食糙米粥工艺[J].中国农学通报，2018，34（22）：156-164.