發芽糙米食品研究現狀及展望

韓 璐,朱力杰,王 勃,楊立娜,劉 賀,何余堂,馬 濤

(渤海大學食品科學與工程學院,生鮮農產品貯藏加工及安全控制技術國家地方聯合工程研究中心,遼寧錦州 121013)

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發芽糙米食品研究現狀及展望

韓 璐,朱力杰,王 勃,楊立娜,劉 賀,何余堂,馬 濤*

(渤海大學食品科學與工程學院,生鮮農產品貯藏加工及安全控制技術國家地方聯合工程研究中心,遼寧錦州 121013)

發芽糙米是一種新型的功能性食品,它比精白米的營養價值高,比糙米的適口性好,具有廣闊的發展前景。本文介紹了發芽糙米的主要營養功能因子及其生理功能,綜述了我國發芽糙米食品研究現狀,同時分析了發芽糙米食品研究與開發中存在的問題,并展望了未來的發展前景。

發芽糙米,營養功能因子,加工產品,問題與展望

“民以食為天,國以糧為本”,谷物是人類最寶貴的生命資源。谷物加工業是食品工業的支柱產業。而稻谷作為全球第二大谷物,其種植面積占比全谷物總面積的五分之一[1]。糙米是稻谷脫殼后的穎果,由于糠皮的存在,使糙米有一種糠的不愉快氣味,蒸煮性、口感和吸收性較差,故不受大眾所喜愛[2]。但是糙米的營養價值豐富,含有許多精白米在加工過程中損失掉的生理活性物質,可以有效預防如肥胖癥、心血管疾病、糖尿病等慢性疾病的發生。糙米發芽后,粗纖維外殼被酶解軟化,方便炊煮,部分蛋白質分解為氨基酸,淀粉轉變為糖類,香甜味增加,使食物的感官性能和風味得以改善[3]。同時,糙米發芽過程中的酶被激活,可以產生并增加大量對人體健康有益的活性物質,如還原糖、肌醇、必需氨基酸等,使得發芽糙米的營養價值是糙米的3～5倍[4]。

采用生物轉化技術控制糙米發芽過程,積累對人體有益的功能成分,既能提高糙米的營養價值,又能增進消費者健康,對高效利用稻米資源、提高稻米產品附加值、增強稻米食品保健功能、促進稻米產業可持續發展和實現健康中國,均有重要意義。目前日本對發芽糙米的研究逐漸成熟,其研究和生產水平已處于世界前沿,日本不僅把發芽糙米作為主食食用,還制作了以發芽糙米為原料的加工食品,例如發芽糙米酒、糕餅、米芽醋、發芽糙米豆乳飲料等[5]。我國發芽糙米類食品多以速食的發芽糙米類食品和以發芽糙米為配料的休閑類食品為主,但產品種類較少,生產企業規模小,精深加工技術水平不高,市場競爭力弱,與國外的差距很大,還有較大的發展空間[6]。本文在查閱大量文獻的基礎上對發芽糙米食品研究開發現狀、尚需要解決的理論與實踐問題進行了分析,期望能更好地促進發芽糙米食品的發展。

1 發芽糙米

1.1 發芽糙米成分概述

1.1.1 發芽糙米的營養成分 發芽糙米是指將糙米放在一定濕度和溫度下培養,使之萌發到一定芽長的由幼芽和帶糠層的胚乳組成的糙米制品。糙米經發芽后,酶被激活,內含的化學成分發生變化,糙米中原有的谷胱甘肽含量增加,肌醇、植物甾醇、γ-氨基丁酸等生理活性物質大量產生[7]。發芽糙米與精白米相比,不僅含有豐富的維生素B、E和礦質元素鎂、鐵、鈣等,還含有多種促進人體健康和防治疾病的成分,如γ-氨基丁酸、谷胱甘肽、谷維素和阿魏酸等,故發芽糙米的營養價值超過糙米,更勝于白米。發芽后,稻米的吸水性、蒸煮性和口感也大大改善,其食用性接近白米。表1為發芽糙米與精白米中營養成分的含量對比[8-9]。

表1 發芽糙米與精白米營養成分對比Table 1 Comparison of the nutritional ingredient of germinated brown rice and milled rice

1.1.2 發芽糙米的功能成分

1.1.2.1γ-氨基丁酸γ-氨基丁酸(GABA)是一種非蛋白質氨基酸,是由谷氨酸經谷氨酸脫羧酶催化生成的,是一種重要的抑制性神經遞質。GABA參與多種代謝活動,可以鎮靜神經、抗焦慮、改善睡眠質量、降低血壓;GABA還可以進入腦內三羧酸循環,促進腦細胞代謝,同時提高葡萄糖代謝時葡萄糖磷酸酯酶的活性,增加乙酰膽堿的生成,擴張血管增加血流量,并降低血氨,促進大腦的新陳代謝,恢復腦細胞功能,以改善頭痛、頭重、疲勞、頭暈眼花、耳鳴、記憶力衰退、意志低落等現象[10]。發芽糙米中的GABA含量是糙米的2倍,精白米的6～8倍[11]。糙米發芽之后GABA之所以能夠提高,一是因為糙米自身含有谷氨酸,在發芽過程中,谷氨酸脫羧酶被激活,使谷氨酸脫去羧基從而生成GABA,二是因為蛋白質被水解生成谷氨酸,谷氨酸脫羧后生成GABA,使糙米的GABA含量增加[12]。

1.1.2.2 肌醇六磷酸酯 肌醇六磷酸酯,又稱植酸,主要存在于植物的種子、根干和莖中,其中以豆科植物的種子、谷物的蕎皮和胚芽中的含量最高。植酸可以與鈣、鐵、鎂、鋅等金屬離子螯合產生不溶性復合物,使金屬離子的有效性降低;植酸鹽也可與蛋白質類形成配合物,使金屬離子更加不被利用,植酸是影響礦物質元素吸收的主要抗營養成分[13]。糙米在發芽過程中植酸酶被激活,降解了植酸,降低了抗營養性,并且會生成對人體健康有益處的肌醇,提高了糙米的營養價值[14]。

1.1.2.3 谷維素 谷維素是阿魏酸與植物甾醇的結合酯類,主要存在于米糠油及其油腳中,米糠層中谷維素的含量為0.3%～0.5%,谷維素是一種強力抗氧化物,能降低膽固醇,其中的木酚素還能預防乳癌與其他激素相關的癌癥[15]。谷維素主要改善植物神經功能失調,改善內分泌平衡障礙及精神神經失調,因此對神經衰弱癥患者具有一定的調節作用;同時能穩定情緒、減輕焦慮及緊張狀態,并改善睡眠。

1.1.2.4 谷胱甘肽 谷胱甘肽(GSH)是一種含γ-酰胺鍵和巰基的三肽,由谷氨酸、半胱氨酸及甘氨酸組成。GSH廣泛存在于動、植物中,在生物體內有著重要的作用。GSH不僅能清除人體自由基,還可以提高人體免疫力,維護健康,抗衰老,在老人遲緩化的細胞上所發揮的功效比年輕人明顯。可以保護血紅蛋白不受過氧化氫、自由基等氧化,從而使它持續發揮正常的運輸氧的能力;抑制乙醇侵害肝臟所產生的脂肪肝。GSH對于放射線、放射性藥物所引起的白細胞減少等癥狀,有強有力的保護作用。GSH能與進入人體的有毒化合物、重金屬離子或致癌物質等相結合,并促使其排出體外,起到中和解毒作用[16]。糙米中GSH含量約為3.64 mg/100 g,若以水為介質,發芽3 d后,GSH的含量增加至9.48 mg/100 g[17]。

1.2 發芽糙米的制作工藝

發芽糙米制備的一般工藝流程為:稻谷→壟谷→篩選→消毒→清洗→浸泡→發芽→水洗→干燥→成品。

在糙米浸泡過程中,不同的浸泡條件都會影響糙米的發芽。據研究表明,3%的乙醇、55.5 mg/L CaCl2、0.02 mg/L赤霉素均可促進糙米的發芽[18]。李思等人采用0.3%濃度的雙氧水浸泡糙米,發現可以顯著提高萌芽的生長速度[19]。黃迪芳等人將發芽糙米以水為浸泡液,浸泡溫度38 ℃,浸泡10 h,向pH5.6的磷酸鹽緩沖溶液中加入2 mol/L的維生素B作為培養液,38 ℃培養28 h,得到的發芽糙米中GABA含量為40.205 mg/100 g,是糙米的5倍多[20]。發芽后的糙米含水量較大,處理方法不得當會造成營養物質的流失,所以干燥過程十分關鍵。金增輝等人對發芽糙米進行50～60 ℃的低溫干燥處理,也可采取真空干燥處理,干燥至水分含量為15%±0.5%[21]。

2 發芽糙米食品研究開發現狀

日本從1964年開始就提倡國民每日食用一餐糙米,并致力于稻谷的深加工技術和產品的研發,在發芽糙米的利用和新產品開發方面一直位列世界前茅。在1996年,日本就已經研發出了富含GABA的米胚制品,并且成功上市銷售。這些年日本市場上一直有發芽糙米類產品問世,例如發芽糙米方便食品、發芽糙米酒、發芽糙米飲料等[22]。國內主要在20世紀90年代末開始研究發芽糙米,現在還處在起步階段,能工業化的產品較少,規模小,精深加工技術水平低,與國外發達國家相比仍然有很大差距。

2.1 發芽糙米粉

發芽糙米粉是以發芽糙米為原料,采用科學的加工方式對其進行處理得到的粉末狀食品。發芽糙米粉既可以直接沖調飲用,又可作為面包、蛋糕等焙烤類食品的原材料。目前對發芽糙米粉處理的主要加工方式是酶解法和擠壓膨化技術。胡秀娟以富集GABA的發芽糙米為原料,經過木聚糖酶和纖維素酶酶解,再采用輥筒干燥制成發芽糙米粉,經過單因素及響應面實驗得出發芽糙米粉的最佳工藝參數是pH5.0條件下,采用0.1%的木聚糖酶和纖維素酶在45 ℃酶解5 h,此時酶解出的葡萄糖的濃度最大,為8.39 mg/mL,熱糊穩定性好,不易老化,復水性良好,口感大幅度提升[23]。但酶法的缺點就是因有酶的參與而使得大規模生產的成本較高,工藝難度較大。王秋等人采用氣流式超微粉碎技術對發芽糙米、玉米、大豆進行加工,研制出了一種高蛋白質、高膳食纖維、高GABA的復合粉[24]。韓永斌等人研究發現,將經過發芽后的糙米擠壓膨化制成糙米粉后,因部分蛋白質發生裂解,所以糙米粉呈現多孔網狀結構,糊化度幾乎達到100%,提高了發芽糙米的營養價值[25]。但擠壓膨化過程會造成糙米粉的沖調分散性變差,馬濤等人針對這個現象,向原料中添加了15%麥芽糊精、0.12%蔗糖酯、0.55% 單甘酯,可使Q值達到最低值2.41%,從而解決了沖調分散性較差的問題[26]。馬濤等人還開發出了非膨化糙米粉,采用蒸、煮、焙炒三種加工方式對糙米粉進行熟制,蒸、煮時添加0.5%單甘酯、0.5%黃原膠、0.4%羧甲基纖維素鈉、0.3%卡拉膠,焙炒時添加0.55% 單甘酯、0.5%黃原膠、0.2%羧甲基纖維素鈉、0.2%卡拉膠可以明顯降低糙米粉的沉淀率,提高沖調穩定性,提升產品品質[27]。

2.2 發芽糙米焙烤類食品

以發芽糙米粉為主料,添加一些輔料后,經過焙烤可以制成發芽糙米面包、發芽糙米蛋糕、發芽糙米餅干等產品。發芽糙米粉與其它輔料的結合,不僅可以提高產品的營養價值,還可以豐富產品種類。李次力等人將糙米發芽后制成面包,經過簡單的正交實驗對面包配方進行研究,分析了糙米粉、食鹽、酵母、水的添加量對面包品質的影響,最終制作出了美味的發芽糙米面包[28]。余樹璽等人將發芽糙米粉和小麥粉混合,采用直接發酵法制作面包,以轉谷氨酰胺酶和谷朊粉復配,增強了面包的持氣性和持水性,延緩了面包的老化速度和干燥速度,感官評分較高,提高了面包品質[29]。Naofumi等人則發現在小麥粉中加入30%的發芽糙米粉可以使面包的持水性達到70%,彈性達到5.85×104N/m2,較大幅度的提升了面包的品質[30]。劉顏等人用發芽糙米粉和苦蕎粉制作出無糖蛋糕,通過正交實驗和感官評定確定了蛋糕的最佳工藝配方,當苦蕎粉和發芽糙米粉的比例為6∶4時,蛋糕的口感最佳,發芽糙米和苦蕎的結合,能有效調節面筋含量,增加膳食纖維含量,而且苦蕎具有安神、活氣血等功能,適合老年人食用[31]。鄭藝梅等人用富硒富GABA的發芽糙米為原料制作餅干,應用Design Expert軟件對發芽糙米粉、黃油、白砂糖的添加量進行響應面優化實驗,使得最終100 g的餅干中含硒0.38 mg,GABA 23.40 mg[32]。

關于發芽糙米面包與蛋糕的研究已經有很多,用發芽糙米制作焙烤類食品可以豐富市場產品種類,給公眾更多的選擇機會,可以有針對性的開發出適合不同人群的產品,但是目前大眾未對發芽糙米的營養價值進行深入的認知,再加上焙烤類產品的貨架期短、宣傳力度不夠等問題,會大大限制發芽糙米焙烤類食品在市面上的銷售。

2.3 發芽糙米飲料

發芽糙米飲料是以發芽糙米為主要原料,經過打漿、復配、均質、殺菌等一系列加工程序制成的具有良好風味及穩定性的飲品。制作發芽糙米飲料的關鍵是產品的穩定性,添加何種物質,采用何種特殊加工方式可以提高產品的穩定性,是目前學者們主要研究的問題。李靜芳等人應用擠壓重組技術對發芽糙米粉和綠茶粉進行加工,探討了加工工藝條件對茶中茶多酚、游離氨基酸、還原糖等物質含量的影響,最終結果表明,感官評價最佳狀態下的糙米綠茶中的茶多酚、咖啡堿、游離氨基酸、還原糖的含量分別為6.91%、1.37%、0.345%、14.92%[33]。劉崑等人以發芽糙米和牛奶為主要原料,經乳酸菌發酵,用α-淀粉酶酶解,采用正交實驗對穩定劑進行復配,最終制成的乳酸菌飲料的感官評分達到89分,GABA含量可以達到1.57 mg/100 mL[34]。孫月娥等人將發芽糙米與黑豆分別打漿后,混合原液,經過酶解、糊化、調配、均質,殺菌等一系列加工工藝后制成營養豐富的發芽糙米黑豆復合飲料,經測定,該飲料的可溶性固形物含量為14.98 °Brix,感官總分為95分[35]。孫佳欣等人把發芽糙米烘烤浸提得到發芽糙米茶湯,然后與經過浸提過濾得到的綠茶茶湯以一定的比例混合,添加其它的配料而制成一種既營養健康又符合大眾口味的復合米茶飲料,經過正交實驗得到的最佳配方可使飲料中的茶多酚含量達到309.3 mg/kg,GABA含量達到427 μg/100 mL[36]。陳志杰等人研究了一種新型的靈芝保健飲料,該飲料把發芽糙米漿作為靈芝深層發酵培養基的原料,用靈芝發酵液和果汁對飲料進行風味調配,采用混料設計方法對飲料各組分的添加量進行研究,結果表明,當靈芝發酵液、蘋果汁、白葡萄汁、橙汁的添加量分別為27%、24.9%、20.2%、27.9%時,飲料口感最佳,添加0.2%黃原膠可以提高飲料穩定性,開發出一種純天然的靈芝果味保健飲料[37]。馬濤等人研制了一種攪拌型糙米發酵飲品,將膨化糙米粉經α-淀粉酶酶解,之后與豆粉混合調配,然后接入植物乳桿菌、嗜酸乳桿菌、鼠李糖乳桿菌和干酪乳桿菌混合的復合菌種培養液進行發酵,得到的攪拌型糙米發酵飲品營養豐富,含有益生菌,可以改善乳糖不耐癥,減少了糙米中抗營養因子植酸的含量,避免大量食用豆類會造成腸胃脹氣不適癥狀[38]。

2.4 發芽糙米酵素

發芽糙米酵素是一個混合生物酶體系,它是發芽糙米經乳酸菌和酵母菌發酵后生成的,在其發酵過程中會衍生出數十種新的酵素,提高了發芽糙米的營養價值從而掀起了糙米酵素研究的熱潮[39]。金明曉等人首先研究了糙米的發芽條件,確定發芽最佳條件后以發芽糙米為原料,添加蜂蜜、玉米粉、酵母菌和保加利亞乳桿菌進行發酵,制成酵素,通過正交實驗確定了最佳發酵條件為8%蜂蜜、1%玉米粉、3%發酵劑(酵母菌與保加利亞乳桿菌的比例為2∶1)[40]。侯麗娟等人通過浸泡和厭氧處理來富集糙米中GABA的含量,以蛋白酶活力和GABA含量為測定指標,用酵母菌發酵制作糙米酵素,對生產工藝進行了研究[41]。李志江等人以GABA和GSH含量為指標,研究酵母菌發酵糙米的加工工藝,采用正交實驗研究發酵時間、溫度、接種量對含量的影響,確定了最大限度提升酵素營養價值的加工工藝,研究結果表明,當酵母接種量為4%、30 ℃發酵6 h時,酵素中GABA和GSH含量分別達到0.85 mg/mL和2.97 μg/mL[42]。雖然關于糙米酵素的研究有很多,但是對其研究的并不深入,且關于發芽糙米酵素的研究較少,未來可以進一步加深對發芽糙米酵素及其功能性產品的開發。

2.5 發芽糙米酒

發芽糙米酒是以發芽糙米為原料,經前處理如蒸煮后用酵母菌發酵制成的即為發芽糙米酒。呂美以發芽糙米為原料,利用酒曲進行發酵,以酒中GSH含量為測定指標,研究發芽糙米酒釀工藝,最終制成的酒香濃郁、清爽適口的發芽糙米酒中GSH含量可以達到1.31 mg/g[43]。肖連東等人采用雙邊發酵法制作發芽糙米酒,參照啤酒的糖化工藝和黃酒的發酵工藝,利用發芽糙米中自身的酶作為糖化酶糖化,用酵母發酵,研制出了一種新型的具有高營養價值的低醇度發芽糙米酒[44]。魏婧也對糙米酒和發芽糙米酒的加工工藝進行了研究,研究結果表明:加曲量0.1%、28 ℃糖化36 h、酵母量0.06%、28 ℃發酵72 h時,釀造效果最好,并用GC/MS對糙米酒和發芽糙米酒中的香氣成分進行檢測,發現發芽糙米酒中醇類物質、芳香類、酸類和其他化合物均優于糙米酒,發芽后再釀酒會顯著提高糙米酒的品質[45]。Park等人在發芽糙米酒中加入了紅辣椒,制成了具有獨特風味的發芽糙米酒,具有一定的創新性[46]。目前對于發芽糙米酒的研究相對較少,發芽糙米酒比一般的酒具備更多的營養功能因子,適量飲用具有保健功效,因此發芽糙米酒具有一定的開發價值。

3 存在問題及發展前景展望

近年來,由于營養相關的慢性疾病高發,人們的營養健康意識不斷增強,越來越多的消費者逐漸開始講究營養平衡與合理膳食,谷物作為我國膳食結構中最重要的食物資源,其科學合理的消費將對國民的健康產生深刻影響,對建設健康中國意義十分重大。以糙米為代表的全谷物中除了膳食纖維外,還包括抗氧化成分等生理活性物質,這些生理活性物質可以通過單個組分或相互結合或協同增效來產生各種保健作用,而糙米在萌發過程中,發生復雜的生理生化變化,米胚中束縛態的酶被釋放或活化,同時又形成新的酶,貯藏物質在酶作用下轉變成供胚生長所需的物質。在此過程中,中間產物形成,物質之間也發生相互轉變,糙米中營養物質的含量也隨之增加。

目前我國在開發糙米食品方面已經取得了一定的成績,研發的發芽糙米產業化項目已經通過專家鑒定,建成了一條0.5～1 t/d規模的生產線,國家糧食加工業發展規劃(2011～2020年)中也明確提出了要深入研究速食糙米、發芽糙米、蒸煮米、全谷物健康食品的加工與保藏技術,要大力促進全谷物健康食品的開發。由于我國對發芽糙米的開發起步晚,尚需在以下幾個方面合力攻關,破解發芽糙米食品發展的瓶頸。

第一,雖然發芽糙米皮層的保留可以使其具有更高的營養價值,但是皮層中的物質會影響發芽糙米食品加工,例如高膳食纖維會阻礙淀粉分子的糊化,同時會影響入口感,加工過程會使脂類物質更容易被氧化,影響產品的貯藏穩定性和食用安全性。因此,解決發芽糙米產品的適口性和儲存性,需要開發出新的加工技術,如在發芽糙米浸泡過程中可以添加外源酶與發芽時激活的內源酶協同作用來處理發芽糙米,例如木聚糖酶和纖維素酶,經酶處理后的發芽糙米皮層會比之前疏松多孔,明顯改善適口性。如可以通過進一步碾磨發芽糙米來提高適口性,但是不同碾白程度產生的碎米較多,所以控制好發芽糙米的爆芽率是工藝的關鍵步驟。

第二,谷物糊粉層中含有很多酶類,包括過氧化物酶、多酚氧化酶、淀粉酶等,加工過程中對糊粉層的破壞可能會導致食品形成一些不良風味、發生酶促褐變與淀粉降解等。因此,發芽糙米食品開發加工過程中要注意產品口感、風味、色澤、質構等的變化與控制,營養與功能性組分的保留與生物有效性控制,單一產品開發向多功能、多元化產品開發。例如制作發芽糙米粉時可以將高壓均質和擠壓膨化技術相結合,這樣可以大大提高產品的質構特性,優化產品的細度和均勻度;還可以在產品開發過程中復配一些風味獨特、營養價值高的物質,使營養成分極大豐富化。

第三,加快發芽糙米為主原料食品相關標準的制定。借鑒美國谷物化學家協會(AACC)對全谷物定義,進一步明確發芽糙米食品的種類范圍,發芽糙米含量占其食品組分50%以上的食品方能冠以“發芽糙米食品”,含量不足50%的應稱其“發芽糙米風味食品”,并盡快研究和建立發芽糙米食品指紋圖譜庫和定性定量快速檢測的指標體系和方法。

第四,加強發芽糙米營養與健康的關系作用機理研究,開展發芽糙米中生理活性組分的鑒定、特性與生物有效性研究,流行病學結合臨床應用研究,為發芽糙米食品的推廣提供理論基礎依據。

第五,開展不同加工方法對發芽糙米營養素生物有效性的影響,開發最大限度地保留發芽糙米營養物質和生理活性物質的加工技術方法,為消費者提供具有市場競爭力的發芽糙米食品。

第六,開展發芽糙米食品健康消費方面的科普宣傳與教育,研究機構、政府部門、健康組織機構、糧食及食品加工企業、教育部門、科技管理部門、消費者、媒體等方面攜手聯合共同促進發芽糙米食品產業發展,為改善國民營養與健康,早日實現健康中國的發展目標做出應有貢獻。

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Research status and prospect of germinated brown rice

HAN Lu,ZHU Li-jie,WANG Bo,YANG Li-na,LIU He,HE Yu-tang,MA Tao*

(College of Food Science and Technology,Bohai University,National & Local Joint Engineering Research Center ofStorage,Processing and Safety Control Technology for Fresh Agricultural and Aquatic Products,Jinzhou 121013,China)

Germinated brown rice is a kind of new functional whole grains germinated brown rice,it is more nutritive than white rice,and it is more palatable than brown rice. The main functionality elements and physiology functions of germinated brown rice were introduced,and the development status of the germinated brown rice in China was reviewed. The important aspects in exploiting and processing of the germinated brown rice were also discussed. The future of the germinated brown rice was described.

germinated brown rice;nutritional functional factor;processed products;problems and prospect

2016-12-27

韓璐(1993-)，女，在讀碩士，研究方向：糧食、油脂及植物蛋白工程，E-mail:hanlu_8951@163.com。

*通訊作者:馬濤(1962-)，男，博士，教授，研究方向：糧油與植物蛋白工程，E-mail:matao-09@163.com。

國家自然科學基金項目(31601510)；遼寧省農業領域青年科技創新人才培養計劃(2015001)。

TS213.3

A

1002-0306(2017)13-0324-06

10.13386/j.issn1002-0306.2017.13.061