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        生物發(fā)酵對糙米品質(zhì)影響研究進(jìn)展

        2022-05-14 08:26:30葉彥均喬聰聰張篤芹
        食品工業(yè)科技 2022年10期
        關(guān)鍵詞:植酸米糠糙米

        葉彥均,譚 斌,喬聰聰,張篤芹, ,劉 春

        (1.中南林業(yè)科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,湖南長沙 410004;2.國家糧食和物資儲備局科學(xué)研究院,糧油加工研究所,北京 100037)

        稻米中含有多種營養(yǎng)物質(zhì),包括碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、維生素和膳食纖維等。精米由稻米經(jīng)過脫殼、碾磨、拋光等工藝加工而成,主要由稻米的胚乳部分構(gòu)成[1];糙米由稻米脫殼后直接加工而成,由果皮(1%~2%)、糊粉層和種皮(4%~6%)、胚芽(2%~3%)及淀粉質(zhì)胚乳(89%~94%)構(gòu)成,因此,糙米相較于精米含有更多的營養(yǎng)成分,營養(yǎng)價值更高。隨著人們對糙米營養(yǎng)價值認(rèn)知的逐漸加深,糙米全谷物食品的開發(fā)利用越發(fā)受到重視,然而,由于糙米皮層的存在,不僅阻礙了糙米內(nèi)部組織的吸水膨脹,同時較高的粗纖維含量使得糙米不易煮熟、口感粗糙、食味品質(zhì)不佳[2],限制了糙米的食用和發(fā)展。為提高糙米的品質(zhì),目前,國內(nèi)外研究通常采用物理法、生物法或物理和生物結(jié)合的方法處理糙米。

        生物發(fā)酵技術(shù)在食品加工中占有重要地位,可被定義為微生物及其代謝產(chǎn)物(主要包括酶、有機(jī)酸等)對主要食物基質(zhì)進(jìn)行生物化學(xué)修飾的過程[3]。糙米的生物發(fā)酵主要是利用微生物在發(fā)酵過程中產(chǎn)生的酶破壞糙米皮層結(jié)構(gòu)的完整性及內(nèi)部組織連接的致密性,從而提升吸水性能,降低硬度。大量研究表明,利用生物發(fā)酵對糙米進(jìn)行處理不僅提高其營養(yǎng)成分含量,提升糙米食用品質(zhì),還能有效提高其功能活性[4],是備受國內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的加工方式之一。本文首先詳細(xì)分析了生物發(fā)酵技術(shù)對糙米食用品質(zhì)、加工品質(zhì)及功能品質(zhì)的影響,初步探索了生物發(fā)酵技術(shù)改善糙米品質(zhì)的可能機(jī)制,其次,歸納總結(jié)了生物發(fā)酵技術(shù)在糙米加工領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展,最后對生物發(fā)酵技術(shù)在糙米加工業(yè)中未來的應(yīng)用和發(fā)展方向進(jìn)行了展望,旨在為糙米生物發(fā)酵技術(shù)的系統(tǒng)研究提供一定的理論參考。

        1 生物發(fā)酵對糙米營養(yǎng)品質(zhì)的影響

        糙米中除富含蛋白質(zhì)、膳食纖維、淀粉、脂質(zhì)等人體代謝所必需的基本營養(yǎng)成分外,還含有諸多對人體具有健康功效的生物活性物質(zhì)以及干擾營養(yǎng)物質(zhì)消化吸收的抗?fàn)I養(yǎng)因子等。為提高糙米的品質(zhì),目前國內(nèi)外研究通常采用物理法(碾削、高溫流化、超高壓、輻照、浸泡、超微粉碎等),生物法(萌芽、添加外源酶、生物發(fā)酵法等)或物理和生物結(jié)合等方法處理糙米[5?6],表1對比了常用糙米處理方法的優(yōu)缺點。

        表1 糙米食用品質(zhì)提升技術(shù)Table 1 Food quality improvement techniques for brown rice

        生物發(fā)酵技術(shù)不僅能夠優(yōu)化糙米的基本營養(yǎng)物質(zhì)配比,提高其生物活性物質(zhì)含量,還可以降低抗?fàn)I養(yǎng)因子水平,從而極大改善糙米的營養(yǎng)品質(zhì)。

        1.1 生物發(fā)酵對糙米基本營養(yǎng)成分的影響

        經(jīng)生物發(fā)酵后,糙米的基本營養(yǎng)成分相較于未發(fā)酵有明顯變化,糙米米糠中的主要成分,包括蛋白質(zhì)、灰分、可溶性膳食纖維含量顯著增加,胚乳中的淀粉含量下降。利用酵母菌發(fā)酵糙米粉后,可溶性膳食纖維含量顯著增加,增幅達(dá)104.46%,淀粉含量由65.57%降低至(58.24%±0.98%)[14]。以Eagle酵母發(fā)酵的糙米粉中蛋白質(zhì)和灰分含量增加最為明顯,分別為8.44%和1.32%;利用釀酒酵母發(fā)酵72 h時糙米中灰分含量最高,可達(dá)14.7%,脂肪含量也顯著增大至15.2%[15]。Chinma等[16]研究表明,米糠濃縮蛋白在經(jīng)酵母固態(tài)發(fā)酵處理后,蛋白質(zhì)和灰分含量分別升高至72.5%和4.72%,相較于未發(fā)酵米糠濃縮蛋白分別增大了6.77%和1.68%。根據(jù)Oliveria等[17]的研究,米糠經(jīng)米根霉發(fā)酵96 h后,蛋白質(zhì)含量增大至43%,同時,細(xì)胞壁中的木質(zhì)素被分解,從而釋放出更多具有高抗氧化活性的酚類化合物。

        研究表明,可溶性和不溶性纖維含量的變化可歸因于酶活性的影響,發(fā)酵過程中細(xì)胞壁基質(zhì)被微生物代謝產(chǎn)生的酶所降解,從而使可溶性膳食纖維含量增加[18];蛋白質(zhì)含量的增加則可能是由于酵母細(xì)胞的增殖和積累,以及在發(fā)酵過程中微生物的代謝活動合成了新的蛋白質(zhì);灰分含量的增加可能是由抗?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)的降解或纖維成分的重排導(dǎo)致的[17]。淀粉含量的降低可歸因于在發(fā)酵過程中,糙米皮層的水解為外源酶的進(jìn)入提供了有效的通道,糙米中的內(nèi)源酶在適當(dāng)溫度和濕度條件下被激活,從而對胚乳中的淀粉產(chǎn)生水解作用。

        1.2 生物發(fā)酵對糙米生物活性物質(zhì)的影響

        大多數(shù)生物活性物質(zhì)是以結(jié)合態(tài)的形式存在于糙米中,如酚類化合物、γ-氨基丁酸、葉酸等。糙米的部分組織經(jīng)發(fā)酵過程中微生物的有效降解,這些以結(jié)合態(tài)形式存在的活性物質(zhì)被釋放了出來,使發(fā)酵產(chǎn)物具有一定的功能活性。

        1.2.1 酚類化合物 谷物中的酚類化合物(Phenolic compounds,PC)主要包括酚酸、黃酮等,酚酸可以分為兩大類,羥基苯甲酸(包括對羥基苯甲酸、原兒茶酸、香草酸和沒食子酸)和羥基肉桂酸衍生物(對香豆酸、咖啡酸、阿魏酸和芥子酸)。酚類化合物通常都與細(xì)胞壁多糖結(jié)合,以結(jié)合酚形態(tài)存在,稱為膳食纖維-酚類化合物(Dietary fiber-phenolic compounds,DF-PC)。人體菌群產(chǎn)生的β-葡萄糖苷酶和酯酶不能降解高度交聯(lián)的結(jié)合態(tài)膳食纖維-酚類化合物,因此,結(jié)合酚的生物利用度較低,可在食用前將結(jié)合酚轉(zhuǎn)化成游離酚,以提高其生物利用度[19]。

        利用微生物對谷物進(jìn)行生物發(fā)酵可以提高酚類物質(zhì)含量,特別是游離酚的含量。文偉等[20]研究發(fā)現(xiàn),嗜酸乳桿菌發(fā)酵脫脂米糠24 h后,可溶性酚類物質(zhì)含量提高了33.00%,發(fā)酵72 h后,不溶性酚類物質(zhì)下降了20.32%。Schmidt等[21]研究發(fā)現(xiàn),米糠經(jīng)米曲霉固態(tài)發(fā)酵后,游離酚含量的提高大于100%,其中,沒食子酸和阿魏酸隨發(fā)酵時間的增長而增加,分別達(dá)到170和765 mg/g。生物發(fā)酵使糙米酚類化合物含量增加,主要歸因于微生物生長代謝產(chǎn)生的α-淀粉酶、β-糖苷酶和木聚糖酶等,通過水解作用切斷了結(jié)合酚與細(xì)胞壁成分之間的聯(lián)系,導(dǎo)致細(xì)胞壁中大量的結(jié)合酚釋放出來,增加游離酚的含量,從而提升谷物的抗氧化性能[22]。

        1.2.2γ-氨基丁酸γ-氨基丁酸(Gamma-amino butyric acid,GABA)具有降血壓、降驚厥、促進(jìn)記憶和抗疲勞等功能[23]。糙米萌芽是提高GABA含量最為常用的方法,而糙米萌芽輔助生物發(fā)酵技術(shù)則可以進(jìn)一步提高GABA含量,使發(fā)芽糙米營養(yǎng)價值取得更為顯著的提升[24]。李飛等[25]以不同蜂蜜添加量、酵母活化液添加量、發(fā)酵時間及發(fā)酵溫度對糙米進(jìn)行發(fā)酵處理,分析了生物發(fā)酵對糙米酵素中GABA含量的影響,結(jié)果表明,當(dāng)蜂蜜添加量8%、酵母活化液添加量13%、發(fā)酵時間3.9 h、發(fā)酵溫度30 ℃時,發(fā)芽糙米酵素中GABA的含量最高,可達(dá)0.80 mg/mL。范媛媛等[24]研究發(fā)現(xiàn),利用乳酸菌和酵母菌混合發(fā)酵會使糙米勻漿中GABA含量增加到33.25 mg/mL。這可能是因為生物發(fā)酵對發(fā)芽糙米的處理過程中微生物的代謝活性導(dǎo)致生物酶系統(tǒng)被激活,進(jìn)而降解淀粉和蛋白質(zhì)等營養(yǎng)成分并產(chǎn)生以GABA為主的一些次級代謝物[26]。

        1.2.3 其他生物活性物質(zhì) 糙米中還含有米糠多糖、葉酸及谷胱甘肽等多種生物活性物質(zhì),與酚類化合物類似,在經(jīng)生物發(fā)酵處理后,糙米部分組織會被酶水解等作用破壞,使結(jié)合態(tài)的生物活性物質(zhì)被釋放出來,顯著提高了糙米發(fā)酵產(chǎn)物的生物活性。

        發(fā)酵7 d后,米糠多糖含量顯著提高,表現(xiàn)為對羥基自由基的清除活性提高,可達(dá)98.3%;發(fā)酵9 d后,米糠多糖對DPPH自由基清除活性達(dá)到87.8%,高于未發(fā)酵的米糠多糖(56.2%)[27]。在發(fā)酵過程中,糙米中葉酸含量也會顯著提升,Bationo等[28]用植物乳桿菌6.2/發(fā)酵乳桿菌MW2和發(fā)酵乳桿菌8.2/植物乳桿菌A6制備的糙米粥中葉酸含量分別為7.1和7.3 μg/100 g,顯著高于用傳統(tǒng)方法制備的糙米粥(葉酸含量僅為4.2 μg/100 g)。利用乳酸菌對膨化糙米汁進(jìn)行發(fā)酵也可顯著提升葉酸含量(可達(dá)0.98 μg/mL)[29]。與對照組未發(fā)酵米糠提取物相比,布拉氏酵母菌發(fā)酵的米糠提取物可顯著降低人類B淋巴瘤活性,淋巴瘤的活力比對照組降低85%[30]。

        Sakurai等[31]利用米曲霉發(fā)酵糙米,產(chǎn)品可使小鼠巨噬細(xì)胞中谷胱甘肽含量得到顯著提高。張旭普[32]利用乳酸菌和酵母菌對糙米復(fù)合發(fā)酵12 h,還原型谷胱甘肽提高了約26.659 mg/g。因此,生物發(fā)酵不僅提高了游離態(tài)生物活性物質(zhì)的含量,還不同程度地改變了生物活性化合物質(zhì)的結(jié)構(gòu),增強(qiáng)其功能活性。

        1.3 生物發(fā)酵對糙米中抗?fàn)I養(yǎng)因子的影響

        抗?fàn)I養(yǎng)因子是指干擾營養(yǎng)物質(zhì)消化吸收,且對營養(yǎng)物質(zhì)的消化、利用和吸收產(chǎn)生不利影響的一系列物質(zhì)。微生物發(fā)酵法被廣泛用于谷物抗?fàn)I養(yǎng)因子的降解,糙米中含有多種抗?fàn)I養(yǎng)因子,如植酸、非淀粉多糖、酚類等。生物發(fā)酵對糙米中抗?fàn)I養(yǎng)因子具有顯著的降解作用,且相關(guān)機(jī)制各不相同。

        1.3.1 生物發(fā)酵技術(shù)對糙米中植酸的影響 植酸富含六個磷酸基團(tuán),它與膳食陽離子形成不溶性復(fù)合物,降低了礦物質(zhì)的生物利用度。有研究指出,生物發(fā)酵可顯著降低植物性食品中植酸的含量,同時提高礦物質(zhì)溶解度[33]。磷、鐵和鈣等礦物質(zhì)以植酸鹽形態(tài)存在于糙米糊粉層,鋅形成的植酸鹽則廣泛分布于胚乳中,所有植酸鹽總含量約占糙米籽粒干重的1%左右[34]。Buddrick等[35]研究發(fā)現(xiàn),不同發(fā)酵方式對植酸水平影響不同,但均可顯著降低植酸含量,且發(fā)酵過程中植酸的水解可顯著提高礦物質(zhì)(包括鈣、銅、鎂、鋅和鐵)的生物利用度。研究證實,生物發(fā)酵顯著降低了包括糙米在內(nèi)的全谷物食品中植酸的含量[36],其機(jī)理可歸納為:a.發(fā)酵過程中微生物產(chǎn)生的酶類水解抗?fàn)I養(yǎng)因子;b.發(fā)酵導(dǎo)致pH變化至植酸酶的最適pH,提升植酸酶的活性,使其作用于植酸,植酸酶將植酸高聚合形態(tài)IP6,肌醇1,2,3,4,5,6-六磷酸分解成低聚合形態(tài),包括IP5、IP4、IP3、IP2、IP1和肌醇,低聚合形態(tài)的植酸金屬螯合能力較低,從而消除了抗?fàn)I養(yǎng)作用[37]。

        與其抗?fàn)I養(yǎng)作用相反,植酸在低濃度時往往具有一些有益健康的特性,如降低血漿膽固醇和甘油三酯、降低重金屬毒性、抗氧化以及抗癌作用[38]等。理論上,通過對工藝參數(shù)的優(yōu)化,固態(tài)發(fā)酵技術(shù)可將糙米中的植酸含量降低至僅發(fā)揮有益人體健康的水平,但目前尚未見到相關(guān)的研究報道。

        1.3.2 生物發(fā)酵技術(shù)對糙米中單寧的影響 除植酸外,糙米中還存在一些含量較少的抗?fàn)I養(yǎng)因子,如單寧。目前,生物發(fā)酵技術(shù)對糙米中單寧含量影響的相關(guān)研究較為缺乏,但對其他谷物中單寧含量影響的相關(guān)研究已有報道。小米發(fā)酵12和24 h會使一些食物抑制劑減少,特別是植酸和單寧。然而,由于不同微生物代謝產(chǎn)生單寧降解酶的過程存在差異,也有研究發(fā)現(xiàn),生物發(fā)酵對單寧物質(zhì)的降解作用并不明顯,例如,室溫下發(fā)酵36 h并不會導(dǎo)致小米發(fā)酵樣品的單寧含量發(fā)生變化。生物發(fā)酵引起單寧含量的降低可能與菌群產(chǎn)生多酚氧化酶或單寧酶,對單寧產(chǎn)生水解作用有關(guān)[39],但相關(guān)機(jī)制仍需進(jìn)一步研究。

        2 生物發(fā)酵對糙米感官品質(zhì)的影響

        生物發(fā)酵后糙米的感官品質(zhì)會明顯提升,具體表現(xiàn)為硬度下降、風(fēng)味物質(zhì)增加以及宜人香味的萌生。

        2.1 生物發(fā)酵對糙米口感的影響

        生物發(fā)酵對糙米質(zhì)構(gòu)的影響最為顯著,有研究表明,糙米發(fā)酵后,硬度降低了29.63%,黏性增加了81.88%,咀嚼性下降了46.86%[40],主要是因為發(fā)酵使糙米皮層被降解,在蒸煮時使水分快速遷移至糙米內(nèi)部,增強(qiáng)了淀粉與水的結(jié)合作用,使淀粉快速糊化[41]。利用乳酸菌發(fā)酵米糠后,發(fā)現(xiàn)乳酸菌可以軟化米糠纖維的結(jié)構(gòu),提高米糠的加工效率[42],對糙米進(jìn)行發(fā)酵后產(chǎn)生的酸性環(huán)境可以減緩淀粉的老化,提升大米的食用品質(zhì)。

        2.2 生物發(fā)酵對糙米風(fēng)味的影響

        生物發(fā)酵可以提升糙米的風(fēng)味,發(fā)酵后糙米中的己醇、反-2-十一烯醇等醇類物質(zhì)含量顯著升高,糙米飯的水果香味與花香味增加,1-辛烯-3-醇、1-十二烷醇等醇類物質(zhì)含量顯著下降,糙米飯的土味與油脂味減少[40]。游離氨基酸也可影響糙米風(fēng)味,研究表明,谷氨酸和天門冬氨酸具有鮮味,混菌發(fā)酵后糙米中這兩種氨基酸的總量提升了20.51%;起甜味作用的氨基酸有甘氨酸、脯氨酸、絲氨酸、丙氨酸、蘇氨酸和賴氨酸,混菌發(fā)酵后其總量提升了43.36%[43];此外,發(fā)酵后可溶性糖的含量增加,也會產(chǎn)生適度的甜味[44]。

        3 生物發(fā)酵對糙米加工品質(zhì)的影響

        糙米的皮層富含蠟質(zhì)和纖維,導(dǎo)致糙米不易蒸煮,口感粗糙,風(fēng)味差。生物發(fā)酵可軟化糙米皮層,增強(qiáng)其吸水性,縮短糙米的蒸煮時間,改善糙米的蒸煮品質(zhì)。有研究表明,糙米經(jīng)乳酸菌發(fā)酵后,蒸煮時間縮短了6.46 min,吸水率增加了25.18%,蒸煮性能顯著改善[45]。這可能是因為,發(fā)酵過程中微生物代謝產(chǎn)生的酶和酸破壞了糙米皮層纖維結(jié)構(gòu)的完整性,降低了內(nèi)部組織連接的致密性。此外,內(nèi)部淀粉也會被部分水解,特別是糙米中支鏈淀粉的長鏈被酶解,相對結(jié)晶度降低,糊化熱和糊化溫度顯著降低,這對提高糙米的蒸煮品質(zhì)起到了重要的作用[46]。

        對于發(fā)酵糙米微觀結(jié)構(gòu)的研究顯示,未發(fā)酵糙米的皮層外觀緊密且光滑,而發(fā)酵后糙米的皮層在一定程度上軟化、起皺(圖1A~D),隨著發(fā)酵時間的延長,淀粉表面會出現(xiàn)溝壑和小孔[47]。與程鑫[45]的觀察結(jié)果相似,發(fā)酵前糙米皮層與胚乳結(jié)合緊密,發(fā)酵后的糙米皮層與胚乳之間出現(xiàn)明顯的裂隙,這些變化有利于水分進(jìn)入糙米內(nèi)部。提高觀測倍數(shù)后發(fā)現(xiàn),未發(fā)酵糙米的淀粉呈不規(guī)則多邊形,邊界明顯,而發(fā)酵糙米的淀粉部分邊界模糊(圖1E~H),與Ilowefah等[48]的研究結(jié)果類似。糙米皮層吸水通道的打開和淀粉顆粒結(jié)構(gòu)的變化加速了糙米蒸煮過程中淀粉的糊化,從而改善糙米的蒸煮性能。

        圖1 未處理的糙米和發(fā)酵處理的糙米表觀、橫截面掃描電鏡圖像[46]Fig.1 Apparent and cross-sectional SEM images of untreated BR and SSF-treated BR[46]

        4 生物發(fā)酵對糙米功能品質(zhì)的影響

        4.1 生物發(fā)酵對糙米抗氧化活性的影響

        糙米中含有多酚類物質(zhì)、維生素E、類胡蘿卜素等常見抗氧化成分,谷物的體外抗氧化能力與這些成分的含量密切相關(guān)[49]。大量研究證實,生物發(fā)酵技術(shù)可顯著增強(qiáng)糙米的體外抗氧化能力。Janarny等[50]研究發(fā)現(xiàn),隨著發(fā)酵的進(jìn)行,米糠樣品的酚酸類物質(zhì)增加,米糠樣品Bw367和Bg352的總抗氧化能力分別提高了38.78%和44.32%。通過給小鼠灌胃發(fā)酵糙米提取物可提高攝入抗氧化酶的含量,增強(qiáng)了機(jī)體清除自由基的能力,起到了抗氧化作用[51]。Shin等[52]推測發(fā)酵米糠提取物中的酚酸類物質(zhì)在提高自由基清除活性中起主要作用,發(fā)酵后DPPH的清除率增加,從發(fā)酵米糠中提取的酚類物質(zhì)顯示出緩慢的DPPH自由基抑制能力,其值為250 mg/mL,對過氧化物酶具有潛在的競爭性抑制作用[21]。利用灰樹花菌屬對糙米米糠進(jìn)行發(fā)酵,DPPH的清除率約為87.85%,而未發(fā)酵樣品DPPH清除率僅為56.2%[27]。Abdrazak等[53]研究發(fā)現(xiàn)未發(fā)酵米糠水提取物,以及分別用紫曲霉、少孢曲霉、紫曲霉-少孢曲霉的發(fā)酵米糠水提取物的抗氧化活性分別為30.22±9.57、61.21±4.5、116.33±4.74、144.03±10.12 mg AAE/g(抗壞血酸當(dāng)量AAE:Ascorbic acid equivalents)。Shin等[52]利用固態(tài)發(fā)酵對米糠進(jìn)行發(fā)酵略微提高了自由基清除活性,發(fā)酵進(jìn)行2~4 d時自由基清除活性最高(米根霉和泡盛曲霉發(fā)酵的黑米糠自由基清除活性分別為22.90和22.85 μmol TE/g(水溶性維生素E當(dāng)量TE:Trolox equivalents)。綜上所述,利用生物發(fā)酵技術(shù)可以增強(qiáng)自由基清除能力,提升糙米抗氧化活性。

        4.2 生物發(fā)酵對糙米其他功能品質(zhì)的影響

        利用生物發(fā)酵技術(shù)對糙米進(jìn)行處理可提升除抗氧化活性以外的多種其他功能品質(zhì)。乳酸菌在糙米基質(zhì)中生長代謝時可分泌多種有益成分,如有機(jī)酸、過氧化氫抑菌素,具有調(diào)節(jié)免疫、降低膽固醇、降血壓等功效[54];酵母細(xì)胞壁中的葡聚糖被證實具有較好的降血脂功效。同時,酵母菌和乳酸菌還分泌多種有助于消化的蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶等酶解酵素,可達(dá)到降解糙米營養(yǎng)物質(zhì)、生成有益成分的效果[51]。通過各種微生物作用制備的發(fā)酵米糠具有多種促進(jìn)健康和化學(xué)保護(hù)特性,例如抗癌、抗炎、抗糖尿病、抗動脈粥樣硬化、抗過敏、抗應(yīng)激、抗疲勞、抗血栓、保肝、抗菌、抗生物膜、酪氨酸酶抑制、預(yù)防特應(yīng)性皮炎、阿霉素誘導(dǎo)毒性的化學(xué)保護(hù)作用、癌細(xì)胞的細(xì)胞毒性作用、保護(hù)肝臟免受急性肝炎的影響以及免疫增強(qiáng)劑[55]等。

        5 生物發(fā)酵在糙米產(chǎn)品中的應(yīng)用

        生物發(fā)酵技術(shù)對糙米產(chǎn)品品質(zhì)改善效果明顯,國內(nèi)研究學(xué)者對于生物發(fā)酵在糙米產(chǎn)品中的應(yīng)用越來越重視,目前已開發(fā)出的發(fā)酵糙米產(chǎn)品主要包括糙米酵素、糙米面包、發(fā)酵糙米糕、糙米焙烤類食品和糙米發(fā)酵飲料等。

        5.1 發(fā)酵糙米糕及焙烤類制品

        糙米常用于制作主食類產(chǎn)品,特別適合于制作糙米糕及焙烤類產(chǎn)品。仰思穎等[56]以糙米粉為原料,米發(fā)糕為載體,利用酵母和乳酸菌為發(fā)酵劑,創(chuàng)制出一種發(fā)酵糙米糕,相較于普通米發(fā)糕,這種新型糙米糕營養(yǎng)物質(zhì)更為豐富,品質(zhì)更好,特別是添加0.3%黃原膠、9%谷朊粉、3%木薯淀粉等改良劑后,其感官品質(zhì)進(jìn)一步提高。國外也有許多類似的米糕制品,包括Idli、Dosa、Dhokla等[57]。Phantipha等[58]通過將面粉和糙米粉進(jìn)行復(fù)配發(fā)酵后制作的面包,口味更好、營養(yǎng)更優(yōu)。趙叢叢等[59]將糙米粉以15%的比例添加進(jìn)面包,利用酵母進(jìn)行發(fā)酵制成一種表面光滑無裂紋,口感松軟,具有特殊的發(fā)酵風(fēng)味的蔓越莓糙米面包。在饅頭制備過程中添加發(fā)酵糙米粉可以顯著改善其流變學(xué)特性和食用品質(zhì)[60]。研究證明發(fā)酵糙米米粉較未發(fā)酵糙米米粉品質(zhì)有很大的改善,發(fā)酵糙米后的糙米米粉比未發(fā)酵的米粉更易熟且不易斷條,口感更細(xì)膩,有一定的發(fā)酵風(fēng)味且無明顯酸味[61]。

        5.2 糙米飲料

        利用雙邊發(fā)酵工藝,以糙米為原料,加入大米和水,可制成乙醇含量高、清香醇厚的清酒或有獨特風(fēng)味的蒸餾酒[62],這種飲料在日本尤為受歡迎。此外,糙米還可制作葡萄酒,具體方法是以糙米或胚芽糙米為原料,經(jīng)過一段時間蒸煮后進(jìn)行酶解、糖化,然后加入乳酸菌和葡萄酒酵母菌,在常溫下釀造制成糙米葡萄酒。制成的糙米葡萄酒酒精含量低,無葡萄酒的澀味,酒味醇厚且營養(yǎng)豐富,是一種口感類似于葡萄酒且具有保健功能的酒精飲料[63]。利用生物發(fā)酵技術(shù)也能制出各式的糙米乳飲料,陳海旭[64]研發(fā)出了一種風(fēng)味酸度適宜、清香濃郁、口感醇厚的糙米益生菌飲料。晁魯平[65]研究了發(fā)酵糙米乳飲料的生產(chǎn)工藝,得到最佳發(fā)酵條件為牛奶與米漿配比4:1、接種量4%、發(fā)酵溫度50 ℃、發(fā)酵時間7 h,發(fā)酵后測得產(chǎn)品中GABA含量為66.85 mg/100 mL;飲料的最佳配方為混合發(fā)酵乳50%、白砂糖8%、乳酸添加量0.1%,穩(wěn)定劑最佳配方為硬脂酰乳酸鈉0.15%、海藻酸鈉0.15%、魔芋膠0.15%,此條件下得到的飲料色澤為乳白色,穩(wěn)定性好,風(fēng)味最佳。

        5.3 糙米酵素

        糙米酵素是以糙米、米糠、發(fā)芽糙米等為主要原料,添加蜂蜜、麥芽粉、鹽等輔料,加入微生物菌種進(jìn)行發(fā)酵,最后經(jīng)干燥和粉碎得到的一種含有豐富營養(yǎng)物質(zhì)的混合生物酶體系,其營養(yǎng)價值超越了糙米本身[65]。糙米酵素不僅可以制作糙米飲料,還可以作為食品添加劑,是近年來新興的一種發(fā)酵類糙米產(chǎn)品。糙米酵素中富含多種生理活性成分,使糙米的功能特性,包括促進(jìn)新陳代謝、提高機(jī)體免疫力等作用顯著增強(qiáng)。目前我國對糙米酵素的研究還處于初級階段,糙米酵素不僅能夠直接食用,還可以作為食品添加劑及原料改良劑添加到食品中。研究顯示,糙米酵素中維生素B1、維生素B2和維生素E的含量分別是糙米的9、9、2.5倍[66]。糙米酵素可以直接加入飲食中,還可應(yīng)用于焙烤食品、肉制品、乳制品加工中,例如與大米混合,經(jīng)紅曲霉發(fā)酵制成糙米酵素紅曲酒[67],糙米紅曲酒對機(jī)體具有一定的抗疲勞作用。

        6 討論與展望

        綜上所述,糙米未被消費者們所廣泛接受,主要由于其存在難蒸煮、口感風(fēng)味不佳等問題。利用生物發(fā)酵對糙米品質(zhì)進(jìn)行改良,不僅可以改善糙米的口感、使其具有獨特的風(fēng)味,還能在提高糙米營養(yǎng)價值的同時消除糙米中的抗?fàn)I養(yǎng)因子。此外,糙米的發(fā)酵可以提高許多生物活性化合物的水平,有助于抑制有害微生物生長,提高食品安全性,因此,在食品工業(yè)有著巨大的潛力。

        盡管如此,糙米的生物發(fā)酵在發(fā)展及推廣上仍面臨著諸多瓶頸:a.對發(fā)酵菌種研究較少,已知的專門用于改善糙米品質(zhì)的菌種極少,糙米皮層的存在極易導(dǎo)致重金屬殘留,生物發(fā)酵技術(shù)對糙米中可能存在的重金屬超標(biāo)問題能否起到有益作用還需進(jìn)一步探究;b.對發(fā)酵工藝研究不夠深入,目前的生物發(fā)酵方式仍局限于作坊式生產(chǎn),產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定,安全性得不到保障;c.發(fā)酵設(shè)備適用性差,不能根據(jù)發(fā)酵過程pH、溫度、濕度等要求的變化而調(diào)整,導(dǎo)致發(fā)酵產(chǎn)品質(zhì)量差、品質(zhì)不過關(guān)等;d.發(fā)酵產(chǎn)品品質(zhì)調(diào)控研究不夠系統(tǒng)和深入,生物發(fā)酵工藝與產(chǎn)品品質(zhì)之間的關(guān)聯(lián)性不明確,發(fā)酵產(chǎn)品品質(zhì)難以調(diào)控;e.糙米發(fā)酵相關(guān)產(chǎn)品種類較少,糙米發(fā)酵食品亟待開發(fā)。

        對于上述問題,糙米的生物發(fā)酵未來需要投入更多的研究精力,包括:a.發(fā)酵過程中菌種選育、方式選擇、工藝創(chuàng)新、加工裝備的集成創(chuàng)新;b.生物發(fā)酵對糙米生物活性物質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的影響;c.生物發(fā)酵糙米產(chǎn)品的健康促進(jìn)作用評價,包括生物發(fā)酵對糙米生物利用率和腸道微生態(tài)的影響研究等;d.加快糙米發(fā)酵新產(chǎn)品的研發(fā),實現(xiàn)現(xiàn)代化和規(guī)模化的加工生產(chǎn)。

        綜上所述,生物發(fā)酵技術(shù)在糙米加工中的應(yīng)用對于提升國民生活質(zhì)量、改善國民膳食結(jié)構(gòu)、節(jié)約稻米資源具有重要意義,糙米發(fā)酵制品具有廣闊的市場發(fā)展前景。

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