米糠加工及綜合利用研究進展

徐 浩，張海玲，顧廣東，朱昌保

(1.安徽省糧油科學研究所，安徽 合肥 230061； 2.合肥師范學院 生命科學學院，安徽 合肥 230601)

米糠是糙米精制后得到的副產物，由大部分皮層、胚、糊粉層和少量胚乳組成，占稻谷總重10%左右。我國米糠資源豐富，從東北3省到海南島均廣泛分布稻谷種植區，每年米糠產量約1 200萬t，但其綜合利用率較低，有效利用尚不足20%，生產、研究多集中于油脂提取、飼料加工等傳統領域[1]。

米糠資源全身是寶，含有較高含量的脂肪、蛋白質、膳食纖維，此外，礦物質、維生素E、谷維素、二十八烷醇、神經酰胺、γ-氨基丁酸(GABA)等生理活性物質含量也很豐富。但米糠在我國目前總體仍處于研究階段，未得到合理、有效利用，因此深入研究和開發米糠資源前景廣闊。2016年《國務院辦公廳關于進一步促進農產品加工業發展的意見》中明確指出要加快推進秸稈、稻殼、米糠等農產品加工副產物的綜合利用，首次從國家層面強調農產品深加工及副產物利用的必要性，從開發新能源、新材料、新產品等角度提出要求。米糠作為我國重要的油脂原料、食品資源、化工原料，充分開發和利用目前在我國仍有許多問題需要解決。主要對米糠的生化性質及其綜合利用進展進行介紹，針對現狀提出可行性建議。

1 米糠主要成分

1.1 米糠油

米糠中含約12%～22%的油脂，脂肪酸組成合理，其中不飽和脂肪酸含量達80%以上，且含大量脂溶性維生素、谷維素等，研究表明米糠油有一定的藥用保健價值，有降膽固醇、降血脂、促進生長發育等作用，被國內外公認為營養健康型油脂[2]；米糠油容易吸收，食后吸收率達90%以上，同時有良好的氧化穩定性及風味，被廣泛的應用于食品和藥品行業。

適當的精制在米糠油制取過程中必不可少，但精制過程中產生皂腳和不皂化物，其中皂腳中富集米糠中大部分游離脂肪酸和谷維素，不皂化物含有谷甾醇和生育酚類化合物。

1.2 米糠蛋白及米糠肽

米糠中蛋白含量較高，其中脫脂后的米糠蛋白含量15%～20%，米糠蛋白質的氨基酸組成合理，接近FAO/WHO推薦標準，生物效價與牛奶、雞蛋相似，每100 g米糠蛋白中含賴氨酸含量5.8 g，可作為功能性食品的營養添加劑使用；米糠蛋白中無抗營養因子，是一種低過敏性蛋白，適合作為特殊人群及嬰幼兒營養食品。米糠蛋白中23～35 ku的小分子蛋白占45%以上，這類小分子蛋白具有良好的乳化性、溶解性、持水性、起泡性以及持油性[3]，可作為食品乳化劑。

米糠肽是米糠蛋白水解產物，是一種很有前途的活性肽。科研人員發現利用米糠蛋白制備的多肽具有多種生理功能, 如抗氧化、降血壓血脂、免疫調節、抗癌細胞增殖以及預防糖尿病等[4]。

1.3 米糠多糖

米糠多糖是一類多糖混合物，約占米糠總量的1.0%～3.0%，主要包括脂多糖、葡聚糖和阿拉伯木聚糖等，除具有一般多糖的生理功能外，研究表明米糠多糖還有抗腫瘤、增強免疫、降膽固醇、降血脂、降血糖，提高血清腫瘤壞死因子水平等功能[5]。米糠多糖的生理功效與人參、當歸等中藥多糖的功效類似，合理加工利用可產生良好的經濟效益[6]。

1.4 植酸

米糠中含有10%左右的植酸，是生產植酸的優質原料，科研人員對植酸及其下游產品開展了大量的研究。植酸在米糠中，通常與礦物質、蛋白質、游離氨基酸等結合，以絡合物的形式存在。米糠中植酸具有一定的抗氧化、抗衰老等生理功能，但其抗營養問題[7]也被科學界所公認。作為食品中成分，植酸無法被人與非反芻動物消化，從而影響礦物質元素在人體的利用率、降低蛋白飼料消化吸收、降低消化酶活性等。因此，米糠在作為食品、飼料原料時，可通過微生物發酵、酶解等方法降解植酸，提高原料營養價值。

1.5 米糠膳食纖維

膳食纖維被譽為“第七營養素”，研究表明膳食纖維可預防腸道疾病、心腦血管疾病、糖尿病、高血壓、肥胖等[8]；脫脂后的米糠中膳食纖維含量可達到30%～50%，其中可溶性膳食纖維7%～13%[9]，是膳食纖維的重要來源。將米糠作為食品原料添加入食品當中可增加人體膳食纖維攝入量。

1.6 谷維素

谷維素又名阿魏酸酯(4-羥基-3-甲氧基肉桂酸酯)，是一種重要的功能性物質，主要存在于米糠當中，含量0.3%～0.5%，因其具有脂溶性，在制取油脂過程中溶解在米糠油中，米糠毛油中含量約為2%～3%，故通常以米糠毛油為原料富集并生產谷維素純品。大量實驗研究表明其具有抗衰老、抗脂質氧化、降血脂、調節內分泌、促進生長和改善植物神經功能等生理作用[10]；

早在上世紀50年代就有研究報道谷維素的分離、提取和純化，1962年日本首次將谷維素作為治療更年期焦慮的藥物在市場銷售，我國自1970年開始自主研發并生產出谷維素產品，經過40余年的發展，已被廣泛應用于醫藥、食品、美容化妝品等領域。

2 米糠加工及綜合利用研究進展

2.1 米糠穩定化技術

米糠脫離糙米后直接與空氣接觸，脂肪酶被激活并作用于底物，迅速將米糠中的甘油三酯分解為脂肪酸，酸值快速升高，游離脂肪酸含量在最初24 h內快速升高至7%～8%，并且以每天5%～10%的速度增長，米糠發生嚴重水解酸敗[11]，同時，產生的脂肪酸在一定條件下會分解為過氧化物，以及醛類、酮類物質等小分子物質[12]，這些物質的存在會使米糠產生刺激性氣味，人體攝入后會造成代謝困難，肝臟負擔加重，小分子的醛類有顯著的致癌毒性[13]。因此，使米糠中脂肪酶失活是米糠有效利用的前提。目前米糠穩定化處理的主要方法有加熱處理、化學處理、微波處理，以及擠壓膨化等，可在一定程度上使米糠中酶失活(過氧化物酶耐熱，一般認為，過氧化物酶殘余活力小于5%，脂肪酶基本失活[14])，同時殺滅米糠中存在的真菌、細菌和昆蟲等，使米糠處于一個穩定的狀態，延長儲藏期[15]。

不同米糠穩定化方法各有其特點，在選擇合適的方法時，要在保證米糠儲藏穩定性的基礎上，最大程度保留米糠中營養成分及使用價值；此外，要考慮實際環境、經濟條件，合理選擇穩定化設備和工藝，實現效益最大化。

2.2 米糠綜合利用技術

2.2.1 米糠油制備技術

米糠油中油酸、亞油酸含量較高，總量占米糠油脂80%以上，脂肪酸組成合理，營養因子豐富，是一種健康型油脂，工業上米糠油的制備方法多采取壓榨法、有機溶劑萃取法、超臨界二氧化碳萃取等[16-17]。

壓榨法是借助機械壓力，從米糠中分離得到米糠油，該法生產設備比較簡單，產品無任何添加成分，油脂中營養成分保留較多，風味純正。但缺點是這種方法需要的生產動力較高，出油率低，餅粕殘油量大，針對這種情況往往采用一段壓榨，二段有機溶劑萃取的方式以提高生產率。

溶劑浸出法利用相似相溶原理，采用有機溶劑浸提米糠中油脂，該法提油率高、成本低，在國內外普遍采用，但缺點是有溶劑殘留。為了提高出油率常采用低溫破壁[18]、微波[19]、超聲波[20]、酶解輔助提取[21]的工藝方法，油脂提取率比單一溶劑萃取法有顯著提高，同時節約了溶劑成本。

超臨界萃取米糠油通常采用超臨界CO2，在超臨界狀態下，液態CO2與米糠接觸，將米糠中油脂溶解在液態CO2中，隨后減壓、升溫，將液態CO2變成氣體，得到米糠油。該法得到的米糠油脂營養物質保留比較多，同時提油率高，無溶劑殘留；但對提取設備要求較高，投資大，普遍推廣難度大。

2.2.2 米糠蛋白制備技術

自上世紀70年代起，已有科研工作者從事米糠蛋白提取的研究，但米糠蛋白的高聚合度以及與植酸、淀粉的螯合，造成溶解性差，提取較為困難，目前商業生產及應用仍較罕見。

傳統的堿法提取，高濃度的堿液可改變米糠中纖維素、淀粉、植酸等與蛋白聚集結構，通過破壞蛋白分子間結合緊密的二硫鍵、氫鍵和酰胺鍵，使蛋白易溶解于堿性溶液中[22]，在pH7～12，米糠蛋白得率達到30%～80%[23]；堿法雖簡單易行，但堿濃度較高條件下，易發生美拉德反應，蛋白提取液顏色較深，且蛋白質的半胖氨酸和絲氨酸殘基可能轉變為一定毒性的乙酰脫氫丙氨酸[24-25]。

利用酶法輔助提取米糠蛋白，在較低濃度的堿條件下即可得到較高的提取率，蛋白營養損失少。研究報道較多的是利用蛋白酶酶解提取米糠蛋白，蛋白酶酶解的機理主要是將難溶的米糠蛋白分子降解為可溶性的分子，但提取液顏色較深，且水解難以控制，米糠蛋白苦味較重，限制了其應用。

2.2.3 米糠多糖制備技術

米糠多糖傳統的提取工藝是利用多糖溶于水的性質，采用熱水進行浸提，工藝流程為：米糠脫脂→水提→淀粉酶、糖化酶處理→沉淀蛋白→沉淀→醇洗→干燥。在水提階段通常輔助采取微波、超聲波、超高壓工藝，或者采取纖維素酶、蛋白酶等進行破壁處理，這些輔助處理工藝都極大提高了米糠多糖提取率；為降低提取液中淀粉含量，水提液通常采用淀粉酶、糖化酶進行酶解處理[26-27]。

2.2.4 米糠植酸制備技術

米糠資源豐富、價格低廉，植酸含量10%左右，是獲取植酸重要的原料。生產中應用較多的植酸提取方法有沉淀法和離子交換法。沉淀法的工藝過程：米糠脫脂 →粉碎→酸浸→堿沉→沉淀物再溶解→過濾→濾液經陽離子交換樹脂吸附陽離子→溶液脫色→濃縮→成品；離子交換法的工藝過程：米糠脫脂→粉碎 酸浸→過濾→陰離子交換樹脂吸附植酸→堿洗脫→陽離子交換樹脂吸附陽離子 脫色→成品。從工藝流程可看出2種工藝均較簡單，但二者均需要消耗大量試劑，且成本高、能耗大、得率低；為了提高植酸產率，有關研究人員將微波、超聲波技術應用于酸浸工藝；為了提高植酸產品品質，將膜分離技術應用于濃縮工藝中[28]。

2.2.5 米糠膳食纖維制備技術

一般采用強堿溶液處理米糠，得到膳食纖維，該方法工藝簡單，但該方法會破壞膳食纖維的有效成分，產生環境污染。有的研究通過酶解、超聲波輔助提取等工藝可顯著提高產率；通過超微粉碎、超濾等環境友好型技術提取膳食纖維，可改善膳食纖維品質。Wan等[29]人利用超濾技術提純米糠中的可溶性膳食纖維，取得了較佳的應用結果。

2.2.6 米糠谷維素制備技術

谷維素是米糠中主要活性因子，米糠油中谷維素含量約在2%～3%，市售谷維素大多利用米糠毛油制取。國內生產企業大多采用酸化弱酸取代法和吸附法生產谷維素，也有文獻報道采用堿性甲醇直接從毛油中萃取谷維素的工藝等[30]。

弱酸取代法利用谷維素具有酚類物質的性質，通過二次堿煉可被吸附到皂腳中，達到富集谷維素的目的；隨后利用堿性甲醇可溶解谷維素鈉鹽和脂肪酸鹽的性質，將谷維素鈉鹽和脂肪酸鹽從皂腳中分離出；最后利用谷維素不溶于弱酸的性質，采用弱酸調節pH，還原谷維素鈉鹽得到谷維素。該方法成本低，產品質量較好，但回收率較低，不適用于高酸值米糠毛油制備谷維素。

吸附法是利用吸附劑吸附毛油中谷維素的原理。先經過真空、高溫脫除毛油中脂肪酸，隨后加入活性吸附劑(活性氧化鋁等)，吸附在活性氧化鋁上的谷維素用醋酸乙醇溶液溶出谷維素即可[30-31]。

3 米糠食品研究進展

米糠中營養豐富，可做為功能性食品原料。以穩定化米糠為原料制作米糠食品的研究在國內外有很多報道，目前已開發出的米糠食品主要有米糠面包、米糠面條、米糠營養素等[32]。Phimolsiripol等[33]研究表明添加米糠(尤其是可溶性膳食纖維含量高的米糠)可產生出面包的色澤更好、比容更大、面包碎屑和硬度更低，面包的營養價值、質構、感官性質均有顯著改善，同時產品的貨架期有所延長。美國斯巴斯公司以米糠為原料加工成米糠提取物后，使用噴霧干燥制得固體飲料，口感風味佳，廣受關注。日本開發生產的米糠水溶性提取物，主要成分為肌醇與肌醇六磷酸鈣鎂、米糠纖維素、維生素及GABA，可作為膳食添加劑和飲料添加劑，具有抗高血脂、降脂肪以及降血壓等功效。

國內米糠食品深度研究剛起步，市場基本處于空白，但發展前景十分廣闊。徐樹來[34]以擠壓改性的脫脂米糠粉為原料，按照不同的配方制作面包，10%的米糠添加量可優化面包的部分指標。于秋生等[35]采用皂化脫脂及水洗的方法，去除脫脂米糠中不可食部分后，利用酶解與物理粉碎技術對米糠膳食纖維進行改性，得到1種高纖維、高蛋白、低脂肪的新型可食用米糠食品原料，可作為食品營養添加劑。王煒華等[36]將處理后的米糠膳食纖維與大米粉混合，采用擠壓工藝制作成再造大米，不僅增加了營養保健功能，同時各項質構指標均與原料米接近。

在傳統物理方法處理米糠的基礎上，引入微生物發酵或酶法處理，往往會改善米糠的理化性質，提高功能營養價值。Lelamurni等[37]通過固態發酵研法究幾種真菌對米糠中總酚含量和抗氧化活性的影響，結果表明整體抗氧化活性和總酚含量都有顯著提高。汪江波等[38]以米糠為原料提取膳食纖維后與脫脂乳混合，接種乳酸菌發酵，經過調配和均質，制成1種新型的功能性發酵米糠膳食纖維飲料。楊麗麗等[39]用乳酸菌發酵米糠，在優化的實驗條件下進行發酵，結果發酵液中GABA含量最高達到288.0 mg/100 g米糠。池愛平[40]研究從脫脂米糠中提取營養素，采用淀粉酶和蛋白酶分步對脫脂米糠進行酶解，對酶解條件進行了優化，并通過微膠囊技術制得米糠固體營養素產品。

4 對我國米糠深加工的建議

米糠利用受到限制的原因是一方面由于人們普遍對米糠資源營養價值缺乏了解，深加工領域研究與應用較少；另一方面是由于米糠極易酸敗變質，大量米糠由于酸敗而降低了使用價值。為提高米糠資源的利用率，首先要研究更加有效控制米糠酸敗和保持米糠品質的方法。

隨著人們對營養健康油需求量的增加和重視度不斷提高，最大程度除去油脂中游離脂肪酸、糠蠟以及磷脂，同時保留較高含量的谷維素、維生素E等天然營養成分是當下急需研究的新方向。

加強米糠資源綜合利用研究，提高其附加值。對米糠資源的開發利用有2個思路，其一可以通過物理、化學、生物的方法對米糠進行前處理，改變其應用性能，轉化為具有豐富營養及生理功能的食品、飼料原料；其二米糠中含有大量的油脂、蛋白、植酸、谷維素等物質，可通過特殊的提取方法、工藝制取活性成分，作為食品、工業的添加劑，提高米糠的使用價值。

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