糙米營養價值及加工技術研究進展

呂呈蔚，岳玉蘭，王 政，李倬林，李鐵柱，胡濟美

（1. 吉林省農業科學院 農產品加工研究所，吉林 長春 130033；2. 中國國際工程咨詢有限公司，石化輕紡業務部，北京 100048）

糙米是僅將稻谷粗脫殼后仍保留外層組織的全谷稻米。糙米通過如碾白、拋光等技術手段進一步加工去除米糠層及胚芽后，得到常見的市售精米。然而稻谷中絕大部分的膳食纖維、生物素、維生素、礦物質等營養元素都儲存于米糠層及胚芽中，因此，糙米相較于精米更好地保留了稻谷的全部營養成分[1-2]。但同時糙米米糠層中含有的植酸鹽、糠蠟及纖維素等物質，是導致其口感粗糙、蒸煮性差、不易于其他食物中礦物質消化吸收的主要原因[3]。因此，研究開發既可以提升糙米食用品質又能較大限度地保留糙米中營養成分的加工技術是糙米食品未來的發展方向。

本文主要介紹了糙米的營養價值及其糙米加工技術，闡明各加工技術的原理，并歸納總結近些年糙米加工技術的研究情況，為糙米的綜合利用提供一定的參考。

1 糙米營養價值

糙米由米糠層、胚芽及胚乳組成。糙米相較于精米具有更加全面的營養結構組成，其蛋白質、脂肪、維生素、礦物質等營養素成分含量均高于精米，各營養素含量比較見表1[4]。此外，糙米還具有多種精米中沒有的促進人體健康的功能成分，如膳食纖維、谷維素、谷胱甘肽、γ–氨基丁酸、米糠多糖、二十八烷醇、肌醇等物質。膳食纖維是一種非淀粉多糖，可有效預防胃腸道疾病，增加飽腹感，促進腸道蠕動、改善便秘，具有降血糖、降血脂、改善腸道菌群等生理功能[5]；谷維素是阿魏酸與植物甾醇的結合酯，具有抗氧化、清除自由基、調節中樞神經、抗癌等功能[6]；谷胱甘肽是多種酶的輔酶或輔基，能有效保護細胞內的巰基酶不被氧化，具有抗自由基、抗氧化、保護肝臟、延緩皮膚衰老等功效[7]；γ–氨基丁酸是哺乳動物中樞神經系統重要的抑制性神經遞質，它能促進大腦新陳代謝，具有健腦益智、預防老年癡呆、調節血壓、調節情緒等生理功能[8]；米糠多糖是一種雜聚多糖，具有提高免疫力、降血糖、降血脂等生理功能[9]；二十八烷醇是一種脂肪醇，具有增加耐力、抗疲勞、促進新陳代謝等功能[10]；肌醇多與磷酸離子結合形多磷酸肌醇，具有治療肝硬化、糖尿病等功效[11]。

表1 糙米和精米中營養物質含量的比較 g/100g

2 糙米食品發展現狀

日本早在 20世紀初就已經開始著力于可以改善糙米可食性加工技術的研究，并在 20世紀60年代開始倡導國民將糙米列入其日常飲食結構中。在20世紀90年代，日本成功研制出富含γ–氨基丁酸的發芽糙米，并得到了市場的廣泛認可。目前，日本對糙米的加工技術更是處于世界領先水平，糙米產品的種類層出不窮，深受本國消費者的青睞。

歐美等發達國家在近年也開始逐步對糙米加工技術及其綜合利用進行研究，并取得了很大的發展。目前，常見的糙米產品主要有：發芽糙米酒、發芽糙米飲料、糙米嬰幼兒食品、糙米粉、糙米粥、糙米休閑食品等。

我國雖然是稻谷生產及消費大國，但對糙米食品加工技術的研究起步較晚。隨著全谷物食品概念的推廣，糙米食品可食性改良及營養價值提升已成為研究工作的熱點。近年來研究逐步深入，我國對糙米食品的加工技術取得了一定成果。目前，市面上銷售的糙米食品主要有：糙米休閑食品、糙米粥、糙米嬰幼兒食品等。但相較于其他國家我國對糙米加工技術的研究仍舊存在加工技術手段及加工設備比較落后、產品高附加值產品不高及綜合利用率低等不足，需要進一步的深入研究。

3 糙米加工技術

3.1 碾削

碾削是利用碾米機以碾壓的方式將糙米的糊粉層剝離，增強糙米的吸水性，改善其蒸煮特性。研究表明，糙米的碾削程度與吸水率、體積膨脹率呈正比，與蒸煮時間及硬度呈反比。謝有發[12]對糙米碾削后其營養成分及加工特性進行了研究，發現碾減率在6%時，糙米的灰分、脂肪、蛋白質、粗纖維、B族維生素及礦物質等營養成分損失最少，此時的糙米加工特性得到明顯改善，其硬度、黏聚性、咀嚼性及蒸煮時間顯著降低，糙米的口感得到顯著改善。

3.2 浸泡

浸泡是以水或含有溶劑的溶液對糙米進行處理，浸泡一定時間后，皮層吸水膨脹達到軟化糙米的目的，可明顯縮短糙米的蒸煮時間。在工業生產中浸泡經常與蒸煮干燥技術協同使用，以制造糙米速食粥、方便糙米飯。Zhang等[13]以微酸性電解水對糙米進行浸泡處理，研究發現處理后的糙米中微生物含量顯著下降，且無不良影響，并且可一定程度提升糙米的部分加工特性。吳鳳鳳等[14]對不同的浸泡溫度、時間及 pH值等條件下浸泡處理發芽糙米的蒸煮及可食性進行了研究。其實驗發現，發芽糙米在浸泡溫度 40 ℃、浸泡時間15 min、浸泡液pH值8.83的條件下，糙米飯的出飯率及膨脹率達到最大值，米湯中固形物含量最低，糙米飯的感官品質得到顯著改善。

3.3 擠壓膨化

擠壓膨化是在高溫高壓及高剪切力的加工環境中，使食品物料中淀粉糊化、降解；蛋白質、纖維變性；滅酶、滅菌。糙米經過擠壓膨化處理，可以在盡可能保留其營養價值的同時有效改善糙米的加工特性及其產品的可食性。擠壓膨化技術適用于生產糙米休閑食品、糙米粉、糙米面條等。劉明等[15]研究了以擠壓膨化技術處理的糙米為原料生產速食方便米粥的復水率與復水時間。發現以擠壓溫度100 ℃、物料水分含量29.22%、螺桿轉速185 r/min的條件下，制得的速食方便米粥復水率為2.359%，復水時間為10.67 min。朱永義等[16]研究發現，在擠壓膨化作用下，糙米中淀粉會發生不可逆的α化反應，使得糙米中的蛋白質降解為小分子氨基酸、游離脂肪酸及植酸含量減少、可溶性膳食纖維含量增加。此外，淀粉顆粒增大并且表面變得光滑。馬永軒等[17]對擠壓膨化處理前后糙米的加工特性及營養成分變化進行了研究，發現擠壓膨化處理后糙米的吸水性及水溶性明顯增強，糙米中的脂肪含量及不及可溶性膳食纖維含量降低，還原糖及可溶性膳食纖維含量增加，蛋白質含量沒有明顯變化。Wang等[18]研究了擠出溫度及螺桿速度對糙米加工特性的影響。由實驗結果發現，在擠出溫度120 ℃、螺桿轉速 120 r/min條件下進行擠壓膨化處理的糙米加工特性得到明顯改善，糙米粉的各項加工特性與其他無麩質米粉相當。

3.4 發芽

發芽處理可以有效改善糙米產品的可食性，在發芽過程中糙米的酶系統被激活，能夠將蛋白質、淀粉等大分子物質分解成易于消化吸收的小分子物質，從而使糙米中γ–氨基丁酸、六磷酸肌醇、賴氨酸、谷胱甘肽、生育三烯酚等具有生物活性的物質含量明顯提升[19]。在工業生產中，可將發芽法與發酵法相結合，生產發芽糙米醋、發芽糙米酒。相關研究發現，發芽糙米中的γ–氨基丁酸的含量相較于糙米及精米分別提升了1～2倍及9倍。韓璐等[20]研究了不同蒸煮時間對發芽糙米中生物活性成分的影響。其發現蒸煮時間在20 min條件下，糙米中 γ-氨基丁酸含量增加了66.31%，谷維素及植酸含量分別降低了25.06%、17.11%。何新益等[21]對糙米在發芽前后總多酚及維生素C含量的變化、其多酚提取物消除自由基的能力及對食用油脂的抗氧化作用進行研究。實驗結果發現，發芽后糙米中多酚類物質的含量達到0.3%，比未發芽糙米中多酚類物質的含量增加了87.5%。維生素C含量增加到1.048 mg/100 g。發芽糙米多酚提取物對羥基自由基的消除率達74.40%，能有效延緩食用油脂的酸敗。吳風風[22]以蒸煮特性、質構特性、風味成分和感官品質為指標，研究了不同發芽時間，對糙米飯可食性的影響。其發現對糙米進行發芽處理可以提高糙米的吸水率和體積膨脹率從而改善其蒸煮性能，降低糙米飯的硬度，提高糙米飯的黏彈性。發芽2 d的糙米可明顯改善糙米飯的可食性，并能產生令人愉快的風味成分。發芽2～5 d的糙米所做的糙米飯中檢測出未發芽糙米飯中沒有的風味成分—二甲基硫醚，其具有甜玉米風味。發芽時間延長至4～5 d，糙米飯中醛、酸及酚類化合物含量增加，產生過量的含硫化合物，導致不良氣味的產生。發芽2～3 d處理的糙米，其糙米飯的可食性得到顯著提升。而發芽時間超過3 d后，糙米飯的可食性顯著降低。

3.5 發酵法

發酵法主要是微生物在發酵過程中產生的酶不僅能破壞糙米的皮層結構改善糙米的口感，還能產生γ–氨基丁酸等營養成分。發酵技術廣泛應用于生產糙米酒、糙米酵素、糙米面包等。范媛媛等[23]使用乳酸菌和酵母菌協同發酵法對糙米進行發酵處理。實驗發現通過微生物發酵處后，糙米中的γ–氨基丁酸含量顯著提升。在乳酸菌及酵母菌的復合菌種體積比2 : 1、接種量4%、溫度30 ℃、培養時間90 h的條件下，所得發酵處理后糙米中γ–氨基丁酸的含量高達33.25 g/L，比單獨使用用乳酸菌及酵母菌發酵處理的糙米中γ–氨基丁酸的含量分別提高 19.6%及 50.8%。程鑫[24]使用乳酸菌對糙米進行發酵處理，并對處理后糙米的吸水性、蒸煮性及可食性進行研究。試驗結果發現，在發酵時間24 h、發酵溫度30 ℃、含水量30%、接種量0.1%的條件下所處理糙米的蒸煮時間縮短了6.46 min、吸水率增加了25.18%、糙米飯硬度降低了 29.63%、黏性升高 81.88%，咀嚼性下降了46.86%。這可能與發酵處理破壞了糙米皮層纖維結構的完整性及其與內部組織連接的致密性有關，發酵處理改善了糙米的吸水性能，降低了糙米飯的硬度，改善了糙米的可食性。李飛等[25]以不同蜂蜜添加量、酵母活化液添加量、發酵時間及發酵溫度對糙米進行了發酵處理，并研究其對發芽糙米酵素中活性成分的影響。實驗發現，在發酵條件為蜂蜜添加量8%、酵母活化液添加量13%、發酵時間3.9 h、發酵溫度30 ℃時，發芽糙米酵素中 γ-氨基丁酸的含量最高，為0.80 mg/mL。

3.6 酶處理法

酶處理法主要是利用內源酶、外源酶及復合酶使糙米中的纖維素、植酸及果膠物質降解，改善糙米可食性，并釋放更多的生物活性物質。酶解法可以用來生產糙米飲料等。劉志偉等[26]用纖維素酶、復合果膠酶對糙米中粗纖維及果膠物質進行降解，以改善糙米的可食性。實驗將纖維素等物質的變化及糙米飯的感官評分作為評價指標，最終確定纖維素酶處理的最佳工藝條件為反應溫度45～55 ℃、酶添加量0.11 mg/mL、pH值在4.8～5.2、處理時間4 h；復合果膠酶處理的最佳工藝條件為反應溫度在 45～55 ℃、酶添加量0.6 mg/mL、pH值在5.0～5.6、處理時間時間2 h。以最佳工藝進行酶處理后，糙米可食性對比處理前得到明顯改善，其中纖維素酶處理效果優于復合果膠酶。劉俊飛等[27]使用超聲波輔助酶法對糙米進行預處理后，再發芽處理糙米。并對處理后糙米中γ–氨基丁酸、總酚含量、內源淀粉酶活力、發芽糙米糊化黏度及蒸煮后糙米飯質構特性進行了研究。實驗發現超聲輔助酶預處理對糙米發芽率及γ–氨基丁酸含量具有顯著的影響。在最佳工藝條件下，糙米發芽率為91.98%、發芽糙米中γ–氨基丁酸含量提高為38.25 mg/100g，但發芽糙米中總酚類物質含量降低。并且超聲輔助酶預處理可以有效地提高內源淀粉酶的活力，相應降低發芽糙米粉的糊化黏度以及發芽糙米蒸煮后米粒的硬度。龍杰等[28]以纖維素酶預處理的發芽糙米為原料，與精米進行復配后生產方便米飯產品。研究發現纖維素酶預處理發芽糙米的最佳工藝條件為纖維素酶濃度1.0 U/mL、酶解溫度50 ℃、酶解時間80 min。處理后發芽糙米與精米的最佳配比為20:80～30:70，生產方便米飯的最佳工藝條件為復配米水比1 : 1.2、蒸煮壓力0.06 MPa、蒸煮時間15 min，此時得到的復配方便米飯的可食性及風味最佳。

4 結論

由于精米過度加工導致營養物質流失和一些慢性病的出現，以及對糙米營養價值和保健功效的認識逐漸加深，糙米全谷物食品的開發利用受到越來越多的重視，糙米食品已然成為健康食品。我國作為稻谷生產和消費大國，加強糙米的綜合利用，開發糙米全谷物食品，對提升人們健康水平以及提高稻米資源利用率具有重要意義，不僅有利于調整人們的膳食結構，改善身體素質，同時也可以減少糧食資源浪費。

目前常用的改善糙米食用品質的加工方法主要是擠壓膨化法和發芽法。擠壓膨化后的糙米盡可能的保留其營養價值，還能夠改善糙米加工特性及其產品的可食性。發芽法能夠有效提升糙米中的生物活性物質，但是仍存在口感粗糙的問題。可以將發芽法同發酵法、酶處理法等方法結合，起到協同的作用。既可以提升糙米的營養價值，又能夠改善糙米的食用品質。這種聯用技術加工的糙米食品更具有競爭力。