水稻(Oryzae sativa L.)是僅次于小麥的第二大糧食作物,全球約114個國家種植水稻,其年產量超過6.5億t。全球約超過一半的人口以大米為主食,在亞洲超過20億人每天75%的熱量來自大米。
米糠是糙米的外層組織,主要由果皮、糊粉層、亞糊粉層和胚芽組成,約占水稻整體重量的7%,糙米碾米過程中,米糠是重要副產物。
據統計,2021年我國水稻總產量約21,284萬t,米糠年產約1,500萬t。
米糠中的主要營養成分包括脂類、蛋白質、膳食纖維和礦物質等,近年來大量研究報道了米糠中還含有豐富的生物活性物質,如谷維素、生育酚和黃酮類物質等,這些物質有抗氧化、降血脂、抗炎癥等營養功效,能預防癌癥、心血管疾病和治療許多慢性疾病等。
然而,米糠在加工或儲運過程中,易出現酸敗并產生不良氣味,加之其適口性差,常常被用于動物飼料原料或直接廢棄,這不僅造成資源浪費,還會導致環境污染,不利于農業和加工業的可持續發展。
因此關于如何提高米糠利用率、挖掘其潛在應用價值和增值潛力,是當前研究的熱點。
米糠的結構

圖1A是稻粒去除稻殼后的結構。米糠作為稻谷碾磨后的主要副產物,主要由果皮、糊粉層、珠心層和胚芽組成,其質量約占稻米總質量的7%~8%左右。圖1B是果皮部分的顯微結構,由果皮P、種皮S和果皮N共同組成;如圖1C所示,稻粒由糊粉層完全包裹,糊粉細胞A形狀為立方體,并與淀粉狀胚乳外層細胞E和胚芽Cc結合;圖1D為胚的縱向切片,其中展現出了胚乳En、胚芽鞘Cp、胚片S、胚層P1、胚根R、外胚層E和大胚層Cr等結構。
米糠的營養組成
稻米中含有豐富的營養物質,其中碳水化合物、蛋白質、脂類分別占比80%、7%~8%和3%。
作為大米加工重要副產物的米糠,同樣是蛋白質、礦物質、脂類和膳食纖維的良好來源,米糠中含有20%~29%油脂,11%~13%粗蛋白質,20%~27%碳水化合物。
除了這幾種最基本營養成分外,米糠中還富含鐵、磷、鎂等礦物質、B族維生素和其它營養成分如γ-谷維素、γ-氨基丁酸、類胡蘿卜素和多酚類物質等。
米糠的開發和利用現狀
與國外米糠得到充分利用相比,目前我國對米糠的主要應用集中于飼料工業,僅10%~15%的米糠資源得到了充分利用。隨著人們對米糠中營養組分和活性物質的關注,米糠逐漸進入食品和醫藥保健等領域,以米糠油加工、米糠活性物質提取、米糠飼料開發等領域為主的產業循環鏈已初步形成規模,米糠精深加工水平不斷提高,市場上涌現出許多以米糠或其衍生物為主要成分的新型產品,米糠的附加值也在逐步提高。
米糠在食品工業中的應用
?。?)米糠在油脂工業中的應用
雖然米糠僅占稻谷7%的重量,但其自身含油量卻高達18%~20%,這與大豆的含油量相當。若所有米糠用于米糠油提取,我國每年可生產120~130萬t米糠油,能夠使我國的食用油自給率提高4%。
米糠油作為高附加值產品,具有獨特的健康特性。眾多研究顯示,米糠油因其中含有較高濃度的γ-谷維素和其它抗氧化生物活性成分,而具有顯著的抗氧化和抗炎活性,在預防高血壓、糖尿病、癌癥等方面具有特殊功。
米糠油的提取方法主要有壓榨法、浸提法和綠色提取技術。
壓榨法具有安全高效的優勢,所提取的米糠油具有更好的營養特性,無化學成分殘留量,深受消費者的青睞。然而壓榨會使8%~14%的可用油殘留在米糠粕中,造成了油脂資源的浪費。
使用化學溶劑從預榨過的米糠中回收殘留的米糠油,可以獲得較高的油脂提取率。一般工業化油脂浸提中正己烷是首選溶劑,它溶解性較好,溶劑回收率高,但化學溶劑的使用會導致油品顏色較差,同時也存在一定的環境污染問題。
在過去的幾十年里,油脂工業出現了可持續、更有效的提取方法,這些方法已由傳統的壓榨技術、溶劑浸提法向超臨界流體提?。⊿upercritical Fluid Extraction,SFE)、超聲輔助提?。║ltrasound-Assisted Extraction,UAE)、微波輔助提?。∕icrowave-Assisted Extraction,MAE)和酶輔助水提?。‥nzyme-Assisted Aqueous Extraction,EAAE)等綠色提取技術方向發展。
?。?)米糠在烘焙食品中的應用
由于米糠含有豐富的營養和活性成分,可以作為不同食品的配料,增強各種食品的風味,提高食品的儲藏穩定性。
已有研究報道,米糠可用于制備高纖維、低脂肪的烘焙食品,來替換燕麥、小麥粉和麥麩等纖維和蛋白質來源。
將脫脂米糠添加到精制小麥粉中,能夠顯著改善以谷物為基礎的食品營養狀況,在提高蛋白質、氨基酸和膳食纖維含量的同時,能夠調節機體正常的血糖血脂水平,有利于人體健康。
利用全谷物面粉或其它功能性配料(如米糠、麥麩等)來生產特殊的烘焙產品是現在的發展趨勢,為了增加米糠在食物中的利用率,已經有大量研究將米糠添加到蛋糕、曲奇、面包和披薩餅中,有研究在蛋糕中按比例添加脫脂米糠,替代蛋糕配方中40%和30%的面粉,除了蛋糕能量值降低之外,還能促進纖維、酚類化合物含量,提高抗氧化能力,延長了蛋糕的貨架期。與普通的蛋糕相比,添加了30%脫脂米糠的蛋糕同樣也具有較高的接受度。有研究以含有75%小麥粉和25%米糠的復合面粉為原料,生產出營養豐富的面包,并研究了米糠的添加對面包品質屬性、營養成分及抗氧化潛能的影響,結果發現米糠的加入能夠顯著改善面包的抗氧化狀態和營養成分,不會影響面包的整體質量、香氣和口感等感官屬性。
雖然米糠會對面包的色澤和硬度有一定的影響,烘烤會導致維生素E和總黃酮含量降低,但總酚含量增加,尤其是酚酸含量和抗氧化活性增加。因此米糠可以作為一種天然廉價、營養豐富的食品加工配料,用于生產消費者可接受的和能夠改善營養品質的烘焙產品。
?。?)米糠在功能性飲料中的應用
功能性飲料除了能夠提供基本營養成分之外,還可以改善身體的一般狀況,降低一些疾病的風險,如降膽固醇、降血脂、抗腫瘤等。以米糠為原料生產功能性飲料是增加米糠附加值的另一個重要實踐,已經有大量研究報道了米糠作為谷類功能性飲料生產的關鍵成分。
市場上出現的米糠功能性飲料主要以混合型和發酵型為主,前者包括以米糠中多糖為主要成分,與檸檬酸等添加劑混合而制成米糠多糖飲品;后者包括利用益生菌發酵米糠混合成分,研發米糠乳酸菌飲品等。
有研究以米糠為原料,與0.06%木瓜蛋白酶、0.25%穩定劑(海藻酸鈉:明膠=2:1)混合后,酶解反應20 min,將酶解液在18000 r/min轉速下均質8 min得到的米糠飲料,該飲料具有較好的穩定性,并保留了米糠大多數的營養成分。將米糠進行酶解預處理,能夠使其中所含的營養物質遷移出來,再將米糠水解液與牛奶和其他穩定劑等配料進行調配,可以制得新型的米糠乳飲料。
有研究利用堿性蛋白酶和纖維素酶處理米糠得到米糠提取液,再與以果膠和黃原膠為主要成分組成的穩定劑混合,加入4.05%奶粉、4.2%蔗糖,最后得到固形物含量僅為5.8%的米糠乳飲料。利用益生菌發酵米糠制備發酵型米糠飲料是米糠資源高值化利用的一個主要途徑,能夠進一步拓寬米糠精深加工的渠道。
米糠中含有豐富的不飽和脂肪酸、維生素、礦物質和多種抗疲勞營養成分,發酵過程能夠提升米糠的營養價值,增加有益的腸道微生物菌群。有研究利用米根霉發酵膨化后的米糠,并確定了最佳的發酵條件即:在固液比1:2.25、米根霉接種量0.7%、溫度35℃、時間24 h,得到的米糠可溶性膳食纖維得率5.83%,制得的米根霉發酵米糠具有較強腸道益生活性,可有效促進腸道中乳酸菌和雙歧桿菌發酵膳食纖維產生短鏈脂肪酸。
有研究以米糠作為原料,接種酵母菌發酵米糠生產米糠酒,制得的米糠酒中固形物含量僅為1.8°Be',酒體整體來說色澤清亮,兼具米糠和酒的濃郁香味。有研究利用保加利亞乳桿菌(Lactobacillus bulgaricus)和嗜熱鏈球菌(Streptococcus thermophilus)混合菌種發酵米糠和豆漿混合物,利用這種益生菌發酵開發出來的植物性蛋白飲料,能夠有效促進米糠和大豆中營養組分的溶出,提升了米糠的營養保健作用。
米糠在飼料工業中的應用
米糠中含有較高水平的蛋白質,氨基酸組成均衡,可以作為動物飼料的補充能量應用到畜牧和家禽養殖業。
此外由于玉米、豆粕等傳統飼料原料的價格較高,價格低廉的米糠由于經濟上的優勢,可替代部分傳統飼料原料而被廣泛應用。
米糠能夠促進動物小腸發育,增加腸道絨毛長度(尤其是回腸絨毛),加速營養物質的消化吸收,提高動物的生長發育和生產性能。有研究在飼料中加入米糠和碎米,在試驗過程中探討這兩種大米加工副產物對豬的生長性能、胴體品質、肉品品質及腸道黏膜形態的影響,結果表明碎米和米糠替代飼料中原有的玉米和豆粕,能夠使試驗組豬的體重顯著增長18.14%,胴體長度增加15.61%,回腸絨毛長度顯著增加13.13%。將米糠進行蒸煮、烘烤和與酶制劑混合等預處理,可替代原有飼料中的玉米和豆粕,能夠顯著促進動物的生長發育。有研究探討了在飼料中按不同比例加入米糠和酶制劑對肉雞生長發育的影響,在基礎飼料中添加比例為1.0%米糠和比例為0.15%酶制劑可以顯著提高肉雞的生長性能,與此同時還發現米糠和酶制劑的混合使用可以顯著提升飼料中營養物質的表觀消化率,促進了營養組分的消化吸收。
總結與展望
米糠是一種營養豐富的大米加工副產物,是蛋白質、礦物質、脂肪酸、膳食纖維、γ-谷維素以及多酚類物質的良好來源,米糠的抗氧化、降血糖、抗腫瘤等營養功效已被大量研究證實。
盡管它的真正潛力還尚未被發掘和利用,但近年來隨著人們對功能性食品成分和農產品加工廢料開發研究不斷深入,米糠作為重要的配料逐漸轉向油脂、烘焙食品、功能性飲料和飼料工業等領域。
未來有關米糠的研究重點需要緊緊圍繞臨床試驗,對米糠及其營養組分發揮生物活性的機理加以研究和驗證,進一步推動適用于疾病預防或輔助治療的米糠產品的研發,激活米糠相關產品的消費市場。

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