稻米副產(chǎn)物的綜合利用

李楠楠 趙思明 張賓佳 牛 猛 賈才華 熊善柏

(華中農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院，武漢 430070)

稻米副產(chǎn)物的綜合利用

李楠楠 趙思明 張賓佳 牛 猛 賈才華 熊善柏

(華中農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院，武漢 430070)

米糠、碎米、谷殼等稻米加工副產(chǎn)物含有豐富的蛋白質(zhì)、油脂、淀粉、膳食纖維、礦物質(zhì)、維生素等，經(jīng)合理的加工可轉(zhuǎn)化為優(yōu)質(zhì)的健康食品原料、醫(yī)藥化工原料等高附加值制品，稻米副產(chǎn)物的綜合利用是稻米加工業(yè)的重要發(fā)展方向。本文闡述了我國近年來在稻米副產(chǎn)物利用方面取得的產(chǎn)業(yè)化成果,著重介紹了米茶、蒸粉、米乳飲料、淀粉、蛋白等碎米制品，米糠油、膳食纖維、GABA、培養(yǎng)基等米糠制品，谷殼提取液的利用及精深加工，副產(chǎn)物的利用模式、高新技術(shù)的采用有助于推進(jìn)稻米產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。

稻米 副產(chǎn)物 綜合利用

稻米是我國最重要的糧食作物之一，正常年景年產(chǎn)稻谷2億t左右，約占我國糧食產(chǎn)量的2/5[1]。稻米是由谷皮、糊粉層、胚乳、胚芽等4個主要部分組成。皮層含有維生素、鐵、鈣、鋅等微量營養(yǎng)元素、膳食纖維及植酸等；糊粉層含有較多的磷、B族維生素及無機(jī)鹽；胚乳是稻米的主要部分，含有淀粉、蛋白質(zhì)及少量脂肪、無機(jī)鹽、維生素、纖維素等；胚芽富含脂肪、蛋白質(zhì)、無機(jī)鹽、B族維生素和VE。因此，稻米及其副產(chǎn)品的綜合利用潛力巨大。稻米副產(chǎn)物利用主要是初級加工副產(chǎn)品如碎米、米胚、米糠和谷殼等的綜合利用。

稻米作為主食在加工成大米的過程中產(chǎn)生約20%的稻殼、15%的碎米和10%的米糠等副產(chǎn)物[2]。而我國稻米加工目前僅處于一種滿足口糧需求的初加工狀態(tài)，有效利用率只有60%～65%，米糠、碎米等副產(chǎn)品主要做飼料，深加工極少，資源綜合利用水平較低。據(jù)農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品加工局的統(tǒng)計，2014年我國糧食加工副產(chǎn)物1.8億多噸，其中米糠2 042萬t，稻殼4 085萬t，稻殼的綜合利用率最低(不足5%)，其次依次為米糠(不足10%)和碎米(約16%)。而發(fā)達(dá)國家稻米副產(chǎn)物的綜合利用率普遍達(dá)到90%以上，其中日本的米糠綜合利用率接近100%。通過合理利用可產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)、社會和生態(tài)效益，對推進(jìn)稻米加工產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展具有極大意義。

1 碎米的利用

節(jié)碎米是碾米過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物，與整粒米在形態(tài)上有一定差異，但是化學(xué)成分與整粒米完全相同，價格卻比整米低很多。因此，大多數(shù)碎米用作飼料或釀酒，附加值不高，近年開發(fā)了一些新型營養(yǎng)產(chǎn)品，具有較好的市場前景。

1.1 米茶

米茶是湖北、湖南等地的特色產(chǎn)品，是將大米或碎米經(jīng)焙炒、煮制加工后制作的米制品，食用時用清水煮制成一種金黃色或棕色的清湯飲品，是民間夏季防暑降溫的佳品[3]，既可代替米飯，又具有茶的功效。米茶能大大降低癌癥、心血管等多種疾病的發(fā)病率和死亡率；米茶還具有提高免疫力，疏通血脈、通便的功效，有利于體內(nèi)毒素的排除，能明顯改善青春痘、黑斑、皺紋等不良的皮膚癥狀[4]。不同地區(qū)的加工方式及產(chǎn)品特點各不相同，在對傳統(tǒng)米茶工藝和產(chǎn)品特征進(jìn)行系統(tǒng)研究后，以碎米為主要原料，經(jīng)浸潤和焙炒等工序制得米茶，實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。研究表明焙炒可抑制米茶中淀粉的消化過程，有利于降低血糖指數(shù)；添加油脂可抑制米茶的消化性，消化液中葡萄糖含量顯著下降[5]。當(dāng)焙炒溫度升高、時間增加時，丙烯酰胺和晚期糖基化終產(chǎn)物含量增加，但是當(dāng)T>200 ℃時丙烯酰胺含量降低[6]，研究米茶的工藝、品質(zhì)特征，進(jìn)而推廣到谷物茶飲料的開發(fā)，采用現(xiàn)代加工技術(shù)，開發(fā)營養(yǎng)、方便、美味的系列谷物茶飲料，充分利用稻米谷物資源，增加谷物制品種類，體現(xiàn)不同的文化內(nèi)涵，提高谷物附加值。

1.2 蒸粉

蒸肉粉是粉蒸肉的重要輔料，主要以碎米為原料，經(jīng)淘洗、蒸煮晾干或烘炒、磨粉、拌料、過篩、包裝制作而成，使用時與五花肉、蔬菜、水果等拌勻后蒸制而成。民間還有發(fā)酵蒸粉、雜糧蒸粉等花色種類。發(fā)芽發(fā)酵處理及雜糧復(fù)配使蒸粉具有高GABA、維生素B1與高蛋白的特點，總氨基酸和必須、非必需氨基酸的含量增加，賦予蒸粉典型的營養(yǎng)特征，采用專門的稻米品種和工藝，蒸粉還可以制成方便型調(diào)味米飯等產(chǎn)品[7]。

1.3 米乳飲料

米乳飲料富含大米蛋白或氨基酸、肽類，是以碎米、糙米或米糠等為主要原料，經(jīng)酶解或發(fā)酵后制得的谷物型蛋白飲料。

米乳飲料有發(fā)酵型米乳飲料和非發(fā)酵型兩種類型。發(fā)酵型米乳飲料依據(jù)發(fā)酵時所接種的菌種類型的不同而有不同的風(fēng)味和口感。以商用酸奶發(fā)酵劑(保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌的復(fù)配凍干菌粉)、植物乳桿菌ZSM002為主要菌種，還可生產(chǎn)清爽型和稠厚型益生菌米乳飲料[8]。通過酶解，可以改善產(chǎn)品的穩(wěn)定性和風(fēng)味口感[9]。米漿糊化后中接種白曲發(fā)酵，可提高產(chǎn)品均勻性，協(xié)調(diào)酒香味和米香味等風(fēng)味特征[10]。

1.4 分離提取物

碎米中淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為70%，蛋白質(zhì)約為8%。碎米提取物的提取方法、功能、應(yīng)用見表1。在常見的谷物蛋白中，大米蛋白的營養(yǎng)價值最高，其氨基酸組成與FAO/WHO的推薦模式最為接近[11]。如表2所示，與玉米蛋白、小麥蛋白相比，大米蛋白的賴氨酸含量很高，改善了谷物蛋白中賴氨酸含量不足的問題，極大提高了大米蛋白的營養(yǎng)價值。目前，對大米淀粉和大米蛋白處理后生產(chǎn)變性淀粉、功能多肽等產(chǎn)品在醫(yī)藥、化工和食品中應(yīng)用較廣泛。

表1 碎米提取物

表2 谷物蛋白質(zhì)必需氨基酸組成與FAO/WHO建議模式比較/%

1.5 米制品專用粉

米制品專用粉是以大米或節(jié)碎米等為主要原料，經(jīng)粉碎、復(fù)配、混合等工序加工成的，適于制作湯圓、米線、米發(fā)糕等米制品的專用粉，使用時一般只需加水調(diào)成米漿，再經(jīng)加熱熟化等工序，即可制成終端產(chǎn)品。企業(yè)采用專用粉生產(chǎn)終端產(chǎn)品，可以穩(wěn)定原料品質(zhì)，簡化工序，保證產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良。由于操作簡單，專用粉也非常適合作坊和家庭使用。專用粉通常需采用糯米、早秈米等具有一定特性的特殊水稻品種為原料米，才能保證產(chǎn)品的彈韌、蓬松、黏柔等基本特征，因此原料種植基地是生產(chǎn)高品質(zhì)專用粉的重要環(huán)節(jié)。目前已培育或篩選了湯圓、甜米酒、米線、米發(fā)糕、年糕等米制品系列專用品種，米線、米發(fā)糕專用粉以早秈米品種較好(如桂朝系列等)，發(fā)酵型產(chǎn)品還需結(jié)合專用發(fā)酵劑發(fā)酵制作成發(fā)酵型專用粉，或添加合適的菌種[24-25]。目前，采用干法或半干法的超微粉碎技術(shù)生產(chǎn)專用粉[26]，可以減少浸泡、干燥等環(huán)節(jié)，有利于節(jié)能降耗和環(huán)境保護(hù)。

1.6 合成米

合成米多以大米、玉米等淀粉質(zhì)材料為主要原料，也可以采用碎米、麥麩等副產(chǎn)物或雜糧等作為主要原輔料，經(jīng)清理、粉碎、篩分、配料、調(diào)制、擠壓成型、干燥等工序制成，是一種預(yù)熟化米，糊化程度可達(dá)到75%左右，易于通過配料實現(xiàn)高蛋白、高γ-氨基丁酸、高膳食纖維、高花青素等營養(yǎng)成分的調(diào)控。合成米口感的彈韌性較天然米飯高，可通過控制配方、擠壓參數(shù)等調(diào)節(jié)產(chǎn)品質(zhì)地，使之更接近天然米飯的特征，從而提高市場接受度。合成米具有良好的蒸煮性能，耐儲藏性能和營養(yǎng)品質(zhì)，也是方便飯、糕點等深加工米制品的良好原料。

2 米糠的利用

米糠主要由種皮、小碎米和米胚組成，其主要成分包括膳食纖維等碳水化合物、脂肪和蛋白質(zhì)，此外，米糠中還含有植酸、礦物質(zhì)、維生素、谷維醇等多種生理活性物質(zhì)，具有通便、降低膽固醇、抗癌護(hù)膚等保健功能。

2.1 米糠提取物

米糠經(jīng)分離提取提取可得到米糠油、植酸、膳食纖維等產(chǎn)品，見表3。

表3 米糠提取物

2.2 微生物發(fā)酵培養(yǎng)基

米糠含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)和活性成分，可為微生物的生長提供良好營養(yǎng)。將米糠水解液中添加礦物質(zhì)、低聚糖等營養(yǎng)補(bǔ)充劑，可作為酵母菌、乳酸菌或霉菌的良好培養(yǎng)基，利用此培養(yǎng)基發(fā)酵可以制備制備高濃度的γ-氨基丁酸(GABA)[35]。以米糠、糙米等含米胚的副產(chǎn)物為底物，經(jīng)清洗消毒、γ-氨基丁酸富集、分離提取、精制與純化等過程制備高濃度液態(tài)γ-氨基丁酸產(chǎn)品，液態(tài)γ-氨基丁酸經(jīng)干燥過程制備高濃度固態(tài)γ-氨基丁酸產(chǎn)品，若采用多菌種協(xié)同發(fā)酵，使γ-氨基丁酸濃度提高30%[36]。以米糠為基礎(chǔ)培養(yǎng)基，對灰樹花固態(tài)發(fā)酵可生產(chǎn)米糠產(chǎn)多糖，使工廠化固態(tài)發(fā)酵在節(jié)約土地使用和提高生產(chǎn)效率的同時，降低生產(chǎn)成本[37]。

3 谷殼的利用

谷殼是礱谷過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物。谷殼含豐富的木質(zhì)素、戊聚糖和二氧化硅等成分，可以作為能源、建筑材料，制作安全環(huán)保的一次性餐具，作為釀造白酒的輔料等，但經(jīng)濟(jì)效益不顯著，深加工利用率較低。現(xiàn)有研究以稻谷殼等為原料經(jīng)高溫炭化、精制、高溫催化、石墨化等工藝得到的石墨微晶作為石墨烯的新型碳源，經(jīng)硫酸根插層、熱攪拌，微波反應(yīng)、快速冷卻處理等工藝成功制備單層或雙層石墨烯納米片[38]，該方法大大提高了谷殼資源的利用價值和經(jīng)濟(jì)效益。也有研究者通過稀酸常壓水解稻殼，將稻殼加工為木糖、木糖醇；以稻殼水解液為原料生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白等；稻殼還可以加工生產(chǎn)乙醇、乙酰丙酸和鄰醌植物激素、硅膠、無定型超SiO2和高純SiO2等，這些都可以提高稻殼的利用價值。

4 結(jié)論與展望

目前我國稻米副產(chǎn)物利用產(chǎn)業(yè)化還較弱，科技含量和高附加值產(chǎn)品都有待提升?；谌a(chǎn)業(yè)鏈和全利用的思路，我國稻米產(chǎn)業(yè)逐漸形成了種植基地+倉儲+初加工+深加工的模式，其中副產(chǎn)物利用包括：1) 利用米糠、碎米生產(chǎn)米卷等富含膳食纖維的營養(yǎng)膨化食品，將谷殼作為鍋爐能源，燃燒后的殘余物做建筑材料。2)米糠制備米糠油，餅粕制作飼料，谷殼、碎米作為白酒的輔料，谷殼做鍋爐能源，燃燒殘余物制成過濾材料。3)以特殊品種的糙米為原料生產(chǎn)富含伽馬氨基丁酸、高抗性淀粉等營養(yǎng)素的特種營養(yǎng)大米。4)以特殊品種的稻米副產(chǎn)物即碎米為原料，生產(chǎn)蒸粉，以及湯圓、米發(fā)糕、米線等米制品專用粉。5)以碎米、米糠為原料生產(chǎn)富含伽馬氨基丁酸、蛋白質(zhì)等營養(yǎng)素的合成米。未來稻米產(chǎn)業(yè)將朝著高效、節(jié)能、環(huán)保、營養(yǎng)、健康的方向發(fā)展，副產(chǎn)物的利用模式、高新技術(shù)的采用對推進(jìn)稻米產(chǎn)業(yè)發(fā)展將起到重要作用。

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Comprehensive Utilization of Rice Byproducts

Li Nannan Zhao Siming Zhang Binjia Niu Meng Jia Caihua Xiong Shanbai
(College of Food Science and Technology, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070)

The processing byproducts of rice mainly include rice bran, broken rice, and rice hull, which are rich in protein, oil, starch, dietary fiber, minerals, and vitamins. These byproducts can be transformed into excellent ingredients for healthy foods, and pharmaceutical and chemical products, as well as high value-added products through the reasonable processing. Hence, the comprehensive utilization of rice byproducts has become one key area in the field of rice processing. Here, this paper will review our industrial achievements regarding utilization of rice byproducts, and the related applications in rice processing enterprises,e.g., Fuwa, Dongpo and Saiya. In particular, and will introduce products derived from broken rice (rice tea, steamed flour, rice milk, starch, protein, etc.), and rice bran (rice bran oil, dietary fiber, GABA, culture medium, etc.). The use of rice husk extracting solution and deep processing ,the utilization pattern of byproducts and the adoption of high and new technology are helpful to promote the healthy development of rice industry.

rice，byproducts,comprehensive utilization

TS210.9

A

1003-0174(2017)09-0188-05

湖南省科技廳2014年度科技重大專項(2014FJ1008)

2017-05-15

李楠楠，女，1989年出生，博士，農(nóng)產(chǎn)品加工與貯藏工程

趙思明，女，1963年出生，教授，主要從事谷物食品及產(chǎn)業(yè)化研究