糙米加工方式對品質特性的影響

徐明浩，李洪巖，王靜

（北京工商大學食品與健康學院，中加食品營養與健康聯合實驗室，北京 100048）

糙米是稻米去殼后，由麩皮層，胚和胚乳組成的全谷物粒[1]。糙米主要活性物質及其功能性見圖1。

圖1 糙米主要活性物質及其功能性Fig.1 Main active substances and functions of brown rice

如圖1所示，糙米不僅含有豐富的蛋白質、脂質、膳食纖維、礦物質和維生素等必需營養素[2]，在米糠層中還包含多種生物活性物質，如γ-氨基丁酸（gammaaminobutyric acid，GABA）、生育三烯酚和 γ-谷維素等[3]，可預防糖尿病、肥胖癥以及高血糖等慢性病[4-5]。但糙米作為一種傳統的全谷物食品在直接烹飪食用方面存在一些問題，米糠層所含纖維素、半纖維素、木質素和果膠等阻礙水分滲入的物質較多，造成米粒的膨脹率和吸水性較差，在蒸煮過程中時間長且出飯率低，限制了糙米的加工特性和適口性。其次，糙米中含有較多植酸等抗營養因子，易與微量元素形成金屬螯合物，導致微量元素的利用率降低。此外糙米食用品質和貯藏穩定性也存在密切的關聯。一方面，在貯藏過程中糙米皮層中的脂肪氧合酶可將甘油三酸酯水解為甘油和游離脂肪酸，導致脂質易氧化酸敗，酸度增加并形成異味[6]。另一方面，糙米的貯藏特性還受到儲藏溫度和濕度、包裝材料、蟲鼠繁殖和微生物污染等一系列環境因素的影響[7]。

綜上所述，糙米品質特性的提升要結合質構特性、營養特性和貯藏特性三方面的綜合加工處理，即在保證口感的同時提升其營養價值和儲藏穩定性。本文旨在總結現有糙米加工方式對糙米的質構特性、營養特性和貯藏特性的影響，并歸納不同加工方式對糙米品質特性的影響，以期為糙米制食品的研究和應用提供一定的參考。

1 糙米加工方式對質構特性的影響

糙米的質構特性是評價糙米品質特性中最直觀的特性之一，其中硬度和黏度被認為是米飯質構特性中重要的參數，因此在加工處理過程中，改善糙米的質構特性成為主導問題。當下已有許多改善糙米質構特性的加工方式，了解不同加工方式對糙米質構特性的影響，將有助于降低對糙米的過度處理，利用適度的加工手段實現糙米質構特性的提升。糙米的米糠層結構圖2。

圖2 糙米的米糠層結構Fig.2 The rice bran layer structure of brown rice

1.1 硬度

如圖2所示糙米米糠層的粗纖維含量高且結構緊密，蒸煮時水分不易進入胚乳內部，內部胚乳中淀粉不易糊化，導致米飯蒸煮時間較長，這是導致糙米飯口感較硬的結構因素。另一方面，從組分上講，糙米中直鏈淀粉可能與支鏈淀粉分支形成結晶，提高淀粉晶體結構的耐熱性和淀粉溶出的阻力，導致糙米硬度增加[8]。因此，在提升糙米質構特性的加工技術中，需要考慮對糙米的結構和組分互做關系上進行改進。

陳冰潔等[9]將糙米的加工方式分為物理法和生物法。物理法主要是采取對糙米施加壓力、電場力、剪切力等外力，改變糙米表層結構，使米糠層結構疏松，以實現質構特性的提升。在物理法中，浸泡法可軟化糙米米糠層組織結構，縮短蒸煮時間，但處理過程時間較長，易被微生物污染[10]。處理過程中施加壓力可以縮短浸泡時間，利用超高壓技術破壞糙米表層結構，使水分在壓力作用下滲透進糙米內部，但其對高壓設備精度和穩定性要求較高，在實際生產中推廣較為困難[11]。超聲、微波、等離子體、紅外輻射等方法處理糙米，會在糙米表面形成細小孔洞，有利于水分擴散及淀粉的糊化，降低糙米的硬度。但隨著功率的提高，會加大對糙米的破壞性，如Park等[12]研究發現在400 kHz/180 W的超聲波和50°C處理30 min的條件下糙米口感最佳，當功率過高時，糙米蒸煮過程中的碎米率提高，對糙米的食用品質影響較大。此外，陳銀基等[13]采用低劑量γ-射線輻照處理糙米后，淀粉的溶解度和吸水性提高，使其質地變軟，改善了糙米的口感。但劑量過大則會加深糙米的顏色，過高的輻照功率也會危害食用者健康。

與物理法相比，生物法作用強度較為溫和，如發酵、發芽和酶法處理。發酵和發芽處理可以利用有益菌或自身代謝產生的酶來降低糙米結構的緊密性。纖維素酶和果膠酶等外源酶的加入也可縮短糙米的烹飪時間，吸水率提高約3倍[14]。在發芽糙米處理過程添加外源酶，與內源酶協同作用于糙米，使得糙米表層結構疏松，內部質地柔軟且蒸煮過程中淀粉更易析出，實現硬度和黏度的綜合改善，有效提升糙米品質特性[15]。

1.2 黏度

質構特性中米飯的黏度是最具鑒別性的質構特性之一，主要受直鏈淀粉含量、加工方式等因素影響[16-19]。在蒸煮過程中內部淀粉溶脹和糊化并受熱溶出顆粒黏附在米粒的表層形成熱溶出物，成為與其它米粒相粘連的媒介，影響米飯的黏度[20]。研究發現可以通過測定米飯表面熱溶出物的分子結構發現，熱溶出物中主要成分是淀粉，其中支鏈淀粉含量、短支鏈淀粉比例和分子大小與米飯的黏度呈正相關[16]。此外劉奕等[21]綜述蛋白質和脂類與稻米品質的關系時提出蛋白質和脂質降低了大米中淀粉的吸水和膨脹能力，從而降低大米的品質特性。因此蛋白質、脂質與淀粉的組分互做形成大分子復合物使米粒結構更加緊密，阻礙淀粉分子溶出和糊化，從而影響米飯的質構特性。

碾米處理是常見的糙米加工方式之一，Li等[22]通過碾米法處理糙米后發現碾米程度與米飯的黏度及熱溶出物中支鏈淀粉含量呈正相關，但處理后對糙米表層結構破壞嚴重，降低了糙米米糠層的食用率。采用超高壓、超聲、微波和紅外輻射等物理法處理后不僅糙米表層結構破壞程度較小，而且會改變內部淀粉顆粒結晶區結構，有助于降低內部淀粉熱溶出的阻力，提高米飯的吸水性和黏度[23]。此外，在生物法中，通過外源酶或糙米發芽產生的內源酶的作用，分解糙米中的膳食纖維、蛋白質、淀粉等大分子，使糙米內部結構疏松，降低水分進出糙米的阻力，促進水溶性淀粉的析出，改善了糙米的黏度[24]。

1.3 其它質構特性

除了硬度和黏度外，影響糙米口感的質構特性還有彈性、咀嚼度、粗糙度、內聚性等[25]。糙米外部的纖維素結構影響水分滲透，使得淀粉糊化速率降低，內部凝膠化減弱，咀嚼過程中口感粗糙且松散。龍杰等[15]利用纖維素酶處理發芽糙米后發現，糙米彈性顯著提高，質構特性得到改善。淀粉、蛋白質、脂質等組分是影響其質構特性的主要因素，脂質抑制糊化時直鏈淀粉凝膠中雙螺旋的形成，降低了糙米的彈性和內聚力，使得糙米口感較為松散[26]。因此蛋白質可加強糙米內部凝膠網絡結構，提高淀粉糊化峰值，而且其膠著性和咀嚼度也有顯著降低。

在改善糙米質構的處理方法中，物理法作用效果直接且顯著，利用物理外力破壞糙米表層結構以降低水分滲入及遷移的阻力。但需要精確把握外力的作用強度，強度小則作用效果不明顯，強度過高則導致糙米顆粒不完整，因此應適度加工對設備的精密性提出了更高的要求。生物法作用較溫和，但若想效果顯著，需處理較長時間，其效率較差。Zhang等[27]將兩類方法進行協同處理，通過先超聲再纖維素酶的方式處理糙米，得到的米糠結構較為松散，從而促進水和酶的滲透作用，致使糙米的質構特性較于兩種方法單獨處理時得到明顯改善。因此適度加工不僅要控制作用強度在最適處理范圍，還要保證處理效率。

2 糙米加工方式對營養特性的影響

糙米的米糠層雖然影響其質構品質的改善，但是正是由于米糠層的存在，使其比大米含有更多的營養成分，能提供比大米更全面的營養[28]。糙米、精白米和米糠的營養成分見表1。在加工過程中，集中在米糠層的營養物質最先受到外力的作用，所以加工強度與糙米的營養物質損失呈正相關。適度加工原則就是需要采用溫和的加工方式在最大程度保留營養物質來提升糙米整體品質特性。

表1 糙米、精白米和米糠的營養成分Table 1 Nutrients composition of brown rice，milled rice，and rice bran

2.1 活性物質

糙米中含有豐富的含有豐富的植物活性物質，包括γ-谷維素、維生素、酚類化合物、植物甾醇、GABA等。這些活性物質具備抗氧化、抗癌、抗炎癥、預防心血管疾病等功能，長期食用對人體健康有益。

在物理法中，熱處理后的糙米能夠促進人體對糙米中部分營養物質的吸收，如擠壓膨化處理可提高纖維素和蛋白質等營養物質的消化率，但高溫易造成熱敏性B族維生素等活性物質的失活，破壞糙米結構的完整性。Kato等[29]研究發現在300 MPa～400 MPa壓力范圍的超高壓可消除大量的致敏蛋白，提高糙米中GABA等營養因子的含量。另外低溫等離子體處理可將糖苷化合物中酚類活性物質降解為小分子物質，同時滅活過氧化物酶、多酚氧化酶，提高糙米中活性物質的抗氧化作用[30]。

在生物法中，Wanyo等[31]研究發現經纖維素酶處理后的糙米中，可溶性膳食纖維等活性物質含量提高，而可溶性膳食纖維可促進對腸胃蠕動和輔助調節血糖血脂水平。另外，生物發酵法使糙米大分子淀粉和蛋白質被分解為小分子糖和多肽，谷氨酸發生脫羧反應生成大量GABA，B族維生素和維生素E含量也提高了9倍[32]。糙米胚中的天然維生素E主要由生育酚、生育三烯酚及其它生育酚衍生物構成，主要發揮降血脂、抗氧化及預防動脈粥樣硬化和癌癥的作用[33-34]。除此之外，糙米發芽的過程也是營養富集的過程，研究發現發芽糙米相對于未處理糙米而言，GABA、γ-谷維素、生育酚等活性物質含量較高，尤其GABA含量可提高到未處理糙米的8.8倍[35]。糙米中GABA具有調節心腦血管血壓，促進大腦血液流暢，增強腦部供氧，調節垂體激素分泌、心律不齊、胃酸分泌等功能。

2.2 抗營養因子

抗營養因子是存在于糙米內部抑制人體吸收活性成分的物質。在糙米中，植酸和不溶性膳食纖維具有一定的螯合作用，使得礦物質、蛋白質以及微量元素很難被吸收利用[14，36]。Callegaro等[37]發現雖然糙米的營養價值較精白米豐富，但抗營養因子的存在使糙米并未體現出營養價值的優勢，因此減少抗營養因子的含量對提高糙米營養利用率有重要意義。

酶處理可有效處理糙米米糠層中的不溶性膳食纖維，但植酸位于糙米內部，在不破壞米粒結構的前提下，去除難度較大。Albarracín等[38]研究發現在45°C下浸泡48 h后的糙米植酸降解率達到近90%，蛋白質和礦物質的生物利用率顯著提高，然而可溶性蛋白質及維生素等水溶性營養物質流失超過50%。生物法中，糙米的發芽過程可以激活內源植酸酶以降解植酸，減少抗營養因子含量，降低不溶性膳食纖維含量和細胞壁過氧化酶活性[39]。雖然外源的植酸酶難滲透進糙米內部降解植酸，研究發現，可以利用超聲和酶協同處理糙米，使米糠層結構松散便于植酸酶擴散到內部，提高微量元素的吸收率，實現對植酸的降解。

3 糙米加工方式對貯藏特性的影響

糙米的貯藏特性可直接影響到營養特性和質構特性。在貯藏過程中，糙米的品質特性受到內部脂肪氧化酶和環境條件等因素的影響。糙米顆粒在運輸過程中容易受到機械損傷且內部酶活性的增加易導致儲存期間脂質降解加速，造成糙米品質下降；同時糙米易生蟲霉變，降低其食用價值和經濟價值。因此無論是從糙米的食用角度，還是從營養健康的角度，糙米的貯藏保鮮對其品質特性均具有十分重要的現實意義。

3.1 脂肪酸值

當糙米的米糠層暴露于外部環境時，易引起糙米中脂肪降解酸敗，導致其品質變差，縮短保存期限。酸敗的方式主要分為水解和氧化，水解性酸敗是指甘油三酯水解后釋放出游離脂肪酸，該游離脂肪酸比甘油酯的脂肪酸部分對氧化更敏感。氧化性酸敗是經過脂肪的自氧化作用后產生有異味的揮發性短鏈醛和酮類等物質。

糙米在儲藏過程中，內部脂肪酸含量是鑒別糙米品質的重要指標。低溫冷藏是控制內部脂肪酸含量的有效方法之一，在15℃～20℃條件下，糙米的貨架期可以延長至3年；溫度控制在10℃以下，相對濕度在7%的糙米貨架期可以延長至5年[40]。低溫儲藏可以明顯降低糙米的脂肪酸值、過氧化值和羰基值[41]。研究發現，常溫環境下利用輻照、聲波等物理方式可以降低脂肪酸值，如低劑量的γ-射線輻照處理可以降低其游離脂肪酸的含量，延長貨架期，且不會對糙米的活性物質產生影響[42-43]，同樣需嚴格把控輻照劑量，避免降低糙米的安全質量。另外在適當功率下的超聲波處理、紅外干燥處理能減緩糙米中游離脂肪酸的生成，提高糙米的儲藏穩定性[44-46]。

3.2 脂肪酶活性

脂肪酶是影響糙米脂肪酸值的重要因素，并且其活性與脂肪酸值呈正相關[47]。游離脂肪酸會加快脂質氧化酸敗速率，應采取措施降低脂肪酶活性以提高糙米貯藏穩定性。羅達文等[48]研究發現蒸汽處理后的糙米脂肪酶活性可有效鈍化，抗營養因子的螯合作用降低，提升了糙米的貨架期和穩定性。但高溫處理會破壞糙米中的營養活性物質，造成部分熱敏性和水溶性營養物質流失。此外超高壓、低溫等離子體處理方式可以降低糙米內脂肪氧合酶的活性，抑制糙米的脂質氧化酸敗[49-50]。因此可以通過非熱處理使脂肪氧合酶變性失活，既能提高糙米的儲藏穩定性，又能保留糙米本身的營養成分。

3.3 殺菌抑蟲

糙米中含水量達15%左右，并含有豐富的營養物質，成為貯藏過程中霉菌和害蟲的主要營養來源，導致糙米霉變變質，嚴重影響糙米的食用價值[51]。若通過加工處理降低含水量，則會降低糙米生命活力，造成代謝異常，失去食用價值，因此需要選取適度的加工處理方法維持糙米的穩定性，在均衡糙米營養價值的前提下進行抑菌殺蟲。冷殺菌技術是利用電場、磁場等物理方式抑制細菌生長的一種新型殺菌技術。主要冷殺菌技術及作用機制見表2。

表2 主要冷殺菌技術及作用機制Table 2 Main cold sterilization technology and mechanism

如表2所示，冷殺菌技術也屬于糙米的物理加工方式，其不僅具備殺菌抑蟲的作用，還可以改變糙米的表層結構，促進水分吸收，縮短蒸煮時間，提升品質特性。因此通過這些冷殺菌技術的應用，可以實現對質構特性和貯藏穩定性的共同提高作用，有效改善糙米的蒸煮特性和貯藏特性。

在糙米儲藏過程中，為避免受到貯藏環境中微生物的入侵，可采用生物保鮮技術，及利用生物防腐劑或微生物菌群產生的抗菌物質與細菌產生拮抗作用達到殺菌抑蟲的目的。相對于化學防腐劑而言，生物防腐劑具有無毒、無殘留、高效低成本等優勢。不同來源的生物防腐劑作用效果見表3。

如表3所示，生物防腐劑分為動物源、植物源和微生物源3種類型，通過抑制糙米的呼吸作用以及糙米中黃曲霉毒素的生長繁殖發揮保鮮作用。因此，維持糙米的貯藏特性也需要利用物理法和生物法協同處理，將糙米進行適度加工，延長其保質期。

表3 不同來源的生物防腐劑作用效果Table 3 The effect of biological preservatives from different sources

4 結論與展望

隨著居民飲食結構和習慣的改變，人們對食品的需求已經從“吃得好”向“吃得健康”轉變。與精白米相比，糙米的營養價值不僅滿足人們的健康需求，也符合當下谷物食品“健康化”發展的大趨勢。在新型糙米加工技術中，物理法需要設備精確，對糙米的處理強度得當，如功率過大，時間過長，則會嚴重影響糙米的顆粒完整性，不利于品質特性的提升；功率小時間短，則處理力度不夠，品質特性提升效果不顯著；生物法處理時間過長，容易造成微生物污染，對環境要求嚴格。因此，根據適度加工原則，可采用生物法和物理法協同處理糙米，有利于降低物理法的處理功率和生物法的處理時間，在提升質構特性的同時具備保留活性物質作用，物理法還可以在處理過程中抑制糙米脂肪酸敗和霉菌害蟲的滋生，提高糙米穩定性。這種適度加工原則通過“生物+物理”聯用技術可全面提升糙米全谷物的加工、口感、營養和儲藏品質且更有效、安全、合理，可能成為糙米制食品主要加工技術之一。對于全谷物食品市場的拓寬具有重要意義，為消費者提供更多健康營養的高質量食品。