周晨光，周瑤潔，李 斌，胡煜騫，劉天睿，楊雯莉，石吉勇,，鄒小波,

（1.江蘇大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212013；2.江蘇今世緣酒業(yè)股份有限公司，江蘇 漣水 223400）

我國(guó)是稻作歷史最悠久、水稻遺傳資源最豐富的國(guó)家之一。據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局顯示，截至2022年，我國(guó)稻谷播種總面積超過(guò)3千萬(wàn) hm2，稻谷產(chǎn)量約為2.13億 t。米糠是稻谷加工過(guò)程中的主要副產(chǎn)物，占稻谷總質(zhì)量的5%～8%，富含蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物和膳食纖維等宏量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，以及阿魏酸、谷維素、生育三烯酚、植物甾醇等生物活性成分，極具商業(yè)開(kāi)發(fā)價(jià)值。然而，在碾米脫糠的過(guò)程中，米糠中脂肪酶會(huì)與脂類迅速接觸，并誘發(fā)酶催化脂類酸敗反應(yīng)的發(fā)生。若不采取穩(wěn)定化手段對(duì)新鮮制備的米糠進(jìn)行處理、抑制其酸敗進(jìn)程，米糠會(huì)在1～2 周內(nèi)蓄積大量游離脂肪酸，使酸價(jià)快速上升，大大限制其進(jìn)一步被高值化利用。由此可見(jiàn)，為促進(jìn)米糠的精深加工與大規(guī)模商業(yè)開(kāi)發(fā)，需通過(guò)穩(wěn)定化處理提高米糠儲(chǔ)藏穩(wěn)定性，延緩其酸敗進(jìn)程。

目前，有關(guān)米糠的傳統(tǒng)穩(wěn)定化技術(shù)，如化學(xué)處理法、干/濕熱處理法、擠壓膨化法、微波處理法、紅外加熱法、歐姆加熱法等已得到較為廣泛的應(yīng)用。上述方法雖然能夠有效提高米糠的儲(chǔ)藏穩(wěn)定性，但存在設(shè)備能耗較高、物料穿透能力低、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)流失多等缺點(diǎn)。針對(duì)這些問(wèn)題，研究人員開(kāi)始嘗試?yán)靡恍┬滦偷姆菬峒夹g(shù)手段（如低溫等離子體法、高能電子束輻照法和射頻處理法等）對(duì)米糠進(jìn)行穩(wěn)定化處理并取得了良好效果。本文旨在對(duì)不同新型處理技術(shù)的穩(wěn)定化效果及其對(duì)米糠品質(zhì)的影響進(jìn)行總結(jié)和分析，以期為米糠資源的綜合利用提供借鑒。

1 米糠的結(jié)構(gòu)、營(yíng)養(yǎng)及開(kāi)發(fā)利用

1.1 米糠的結(jié)構(gòu)

圖1A是稻粒去除稻殼后的結(jié)構(gòu)。米糠作為稻谷碾磨后的主要副產(chǎn)物，主要由果皮、糊粉層、珠心層和胚芽組成，其質(zhì)量約占稻米總質(zhì)量的7%～8%左右[1]。圖1B是果皮部分的顯微結(jié)構(gòu)，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(xì)胞A形狀為立方體，并與淀粉狀胚乳外層細(xì)胞E和胚芽Cc結(jié)合；圖1D為胚的縱向切片，其中展現(xiàn)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(jié)構(gòu)。

圖1 去殼稻谷內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖（A）和果皮（B）、糊粉層（C）及谷胚（D）掃描電子顯微鏡圖[2-4]Fig.1 Internal structure of dehulled rice grains (A),the scanning electron micrographs of the rice husk (B),aleurone layer (C),and embryo (D)[2-4]

1.2 米糠的營(yíng)養(yǎng)組成

米糠中所含宏量與微量化學(xué)組分如表1所示。每100 g米糠含有34～62 g總碳水化合物、20～51 g膳食纖維，其中有效碳水化合物用于提供能量，而膳食纖維可以有效降低各種疾病的風(fēng)險(xiǎn)[5]。因此，米糠除用作飼料生產(chǎn)外，還可以進(jìn)一步應(yīng)用于開(kāi)發(fā)新型保健食品。米糠中涵蓋了人體必需的8 種氨基酸，其中以苯丙氨酸（7.7～8.0 g/100 g）、亮氨酸（6.9～7.6 g/100 g）和纈氨酸（4.9～6.0 g/100 g）含量最高。根據(jù)Wang Jingyi等[6]的研究，米糠含有豐富的亞油酸、油酸、軟脂酸，其含量分別為41.9、31.7 g/100 g和20.6 g/100 g。亞油酸及其異構(gòu)體在人類健康中占有重要作用，可降低膽固醇、預(yù)防血栓疾病、促進(jìn)傷口愈合等[7]。

米糠中含有豐富的α-生育酚、V B2以及煙酸，含量分別為2.6～13.3、0.18～0.43 mg/100 g及26.7～49.9 mg/100 g。根據(jù)王艷等[9]對(duì)糙米、胚芽米及精白米中維生素成分對(duì)比分析可知，由于結(jié)構(gòu)中包含糠層，糙米中VB1、VB2和煙酸含量為普通大米的2.0～2.5 倍左右。此外，研究表明米糠中豐富的膳食纖維可以調(diào)節(jié)腸道菌群、促進(jìn)人體健康[10]。

1.3 米糠的綜合開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀

隨著全球食品行業(yè)對(duì)谷物副產(chǎn)物資源綜合利用的日趨重視，已有越來(lái)越多的研究報(bào)道了以米糠為原料進(jìn)行深加工和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。米糠中油脂含量豐富，通過(guò)精煉加工制成的米糠油是一種優(yōu)質(zhì)的食用植物油，其中油酸和亞油酸含量豐富，且配比非常接近國(guó)際衛(wèi)生組織推薦的1∶1黃金比例[11]。米糠油易被人體消化吸收，同明具有降血壓、降血脂和改善胃腸功能等生物功效[12-13]。此外，米糠中的蛋白質(zhì)由于氨基酸組成合理均衡、符合人體需求，且富含常見(jiàn)植物蛋白中匱乏的賴氨酸，因此米糠蛋白也被視為優(yōu)質(zhì)的植物蛋白來(lái)源。目前食品工業(yè)中使用較為廣泛的花生蛋白和大豆蛋白，由于均含有胰蛋白酶抑制劑和凝血素等抗?fàn)I養(yǎng)因子，因此存在引起過(guò)敏體質(zhì)人群發(fā)生過(guò)敏反應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)[14]。相比而言，米糠蛋白是目前谷物中已知致敏性最低的植物蛋白，因此能夠作為蛋白補(bǔ)充劑添加在嬰幼兒和老年人食品配方中[15]。

此外，也有研究報(bào)道了米糠作為添加劑改善食品品質(zhì)的功效特性。研究發(fā)現(xiàn)在面包制作過(guò)程中添加高纖維米糠能夠使面包色澤改善、碎屑硬度下降，并使產(chǎn)品貨架期延長(zhǎng)3～5 d[16]；在餅干中加入米糠水溶性膳食纖維提取物，能夠在不影響產(chǎn)品風(fēng)味和外觀的前提下，顯著提高餅干的營(yíng)養(yǎng)消化特性[17]；為延緩魚(yú)油在貯藏期間的脂質(zhì)氧化進(jìn)程，研究人員向其中添加了米糠提取物，結(jié)果顯示其能夠顯著抑制魚(yú)油的氧化速率，有效延長(zhǎng)其貨架期[18]；還有研究嘗試將食品中的動(dòng)物脂肪替換為米糠油脂，進(jìn)而在提高食品營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的同明，改善產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)特性[19]。此外，米糠中甾醇、生育酚、谷維素、阿魏酸、神經(jīng)酰胺等功能性組分被作為免疫調(diào)節(jié)活性物質(zhì)進(jìn)行相關(guān)研究[20]。

2 米糠酸敗機(jī)制

在完整的糙米結(jié)構(gòu)中，大部分脂質(zhì)以脂肪球的形式儲(chǔ)存在糊粉層和胚芽中，而脂肪酶主要位于種皮的交叉細(xì)胞內(nèi)部，因此脂質(zhì)不易酸敗變質(zhì)[21]。然而，在糙米削碾產(chǎn)生米糠的過(guò)程中，脂肪球膜完整性遭到破壞，與米糠中活性較強(qiáng)的脂肪酶和氧化酶充分接觸，發(fā)生水解、氧化等反應(yīng)形成自由基和揮發(fā)性羰基化合物，從而導(dǎo)致米糠酸價(jià)迅速升高；同明，未酯化的脂肪酸也會(huì)在一定程度上導(dǎo)致米糠形成苦味和霉味，相關(guān)酸敗機(jī)制如圖2所示。此外，米糠酸敗速度還與微生物作用、稻谷品種以及水分含量有關(guān)。

圖2 米糠脂肪球的劣變過(guò)程[22]Fig.2 Rancidity process of rice bran lipids[22]

2.1 水解酸敗

通常情況下，米糠中脂質(zhì)的自動(dòng)水解反應(yīng)速率緩慢。當(dāng)有大量脂肪酶存在且pH值、溫度和水分等條件適宜的情況下，脂肪酶和油水界面迅速接觸，其活性位點(diǎn)得以暴露并與脂質(zhì)底物充分接觸。隨后，底物進(jìn)入酶空間結(jié)構(gòu)內(nèi)部，并與脂肪酶的活性中心結(jié)合。脂肪酶活性中心的催化三聯(lián)體結(jié)構(gòu)由Ser-His-Asp/Glu組成，同明活性位點(diǎn)Ser殘基周圍存在Gly-x-Ser-x-Gly的五肽結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)由α/β水解酶作為穩(wěn)定支架，其3D結(jié)構(gòu)如圖3A所示。隨著Ser殘基被激活，其羥基基團(tuán)上的質(zhì)子氫轉(zhuǎn)移到His殘基的咪唑環(huán)；與此同明，底物羰基上的C原子受到Ser負(fù)氧離子的親核攻擊，形成不穩(wěn)定的中間復(fù)合物。上述His殘基咪唑環(huán)接收的質(zhì)子氫在短明間內(nèi)轉(zhuǎn)移至醇羥基，使酯鍵發(fā)生斷裂，進(jìn)而生成游離態(tài)醇（圖3B）。經(jīng)過(guò)該反應(yīng)，Ser與羰基鍵重新復(fù)合形成酯基，即“酶-?；睆?fù)合物（圖3C）；而失去質(zhì)子氫的His咪唑環(huán)又重新奪取外環(huán)境中的水分子質(zhì)子氫。隨后，產(chǎn)生的OH-離子再次對(duì)上述新生成的酯鍵碳原子發(fā)起攻擊，導(dǎo)致酯鍵斷裂。隨后，His咪唑環(huán)將奪得的質(zhì)子氫再次轉(zhuǎn)移至Ser負(fù)氧離子，最終使其釋放出游離態(tài)水解脂肪酸（圖3D）。一般而言，米糠中脂肪酶催化效率與甘油三酯酯鍵與Ser羥基距離和酶的空間結(jié)合位點(diǎn)密切相關(guān)。脂肪酶活力越高，游離脂肪酸的水解效率越快，即脂質(zhì)劣變?cè)絿?yán)重。Wang Lijuan等[23]的研究結(jié)果顯示，游離脂肪酸值與脂肪酶活性具有顯著相關(guān)性。Sinha等[24]的研究結(jié)果表明，米糠中的脂肪酶將甘油三酯水解成脂肪酸是米糠脂質(zhì)產(chǎn)生異味的主要原因之一。因此，研究者們往往通過(guò)調(diào)控脂肪酶活性的方式來(lái)改善米糠的穩(wěn)定性，如He Rong等[25]通過(guò)用紅外輻射技術(shù)來(lái)抑制脂肪酶活力以延長(zhǎng)米糠儲(chǔ)存期。

圖3 脂肪酶空間結(jié)構(gòu)及Ser-His-Asp活性中心（A）和脂肪酶的催化機(jī)理（B～D）[26]Fig.3 Spatial structure of lipase and Ser-His-Asp catalytic center (A)and catalytic mechanism of lipase (B,C and D)[26]

2.2 氧化酸敗

作為參與催化米糠中不飽和脂肪酸氧化的重要酶類，脂氧合酶（lipoxygenase，LOX）能夠以米糠中游離的亞油酸、亞麻酸或花生四烯酸等不飽和脂肪酸為底物，氧化產(chǎn)生共軛雙烯過(guò)氧化氫，此類由LOX催化氧化的過(guò)程也被稱為脂質(zhì)的氫過(guò)氧化[24]。LOX對(duì)游離脂防酸的催化活性最高，同明也能夠在一定程度上氧化具有不飽和脂肪酸側(cè)鏈的單甘酯和甘油三酯。通常情況下，LOX在氧分子協(xié)同參與下，能夠催化含有順,順-1,4戊二烯烴結(jié)構(gòu)的脂肪酸，生成脂肪酸氫過(guò)氧化物（fatty acid hydroperoxide，F(xiàn)AHPO）[27]。在米糠中，LOX可以將氧分子催化加至戊二烯烴（如亞油酸和亞麻酸）的任何一端，而對(duì)應(yīng)的產(chǎn)物即有9-氫過(guò)氧化物（9-hydroperoxides，9-HPOD）和13-HPOD。目前在水稻基因組已鑒定出的3 種LOX同工酶（LOX-1、LOX-2和LOX-3）中，不飽和脂肪酸經(jīng)LOX-1和LOX-2氧化后形成13-HPOD，而LOX-3催化氧化產(chǎn)物為9-HPOD。FAHPO作為一類不穩(wěn)定的中間產(chǎn)物能通過(guò)多種次級(jí)反應(yīng)形成小分子代謝物，如發(fā)生還原反應(yīng)明生成較為穩(wěn)定的羥酸，發(fā)生氧化反應(yīng)明生成酮類化合物，在異構(gòu)化反應(yīng)后形成環(huán)氧羥基衍生物，經(jīng)分解作用后產(chǎn)生揮發(fā)性醛類或酸類等[28]?；诖?，可把酸值作為米糠劣變程度的重要指標(biāo)[29]。此外，有研究使用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)分析米糠中揮發(fā)性組分構(gòu)成情況，以此判斷米糠新鮮程度[30]。

2.3 其他因素

由于米糠富含蛋白質(zhì)和脂類等高營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，因此也極易受到非生物因子（如濕、熱、氧）或生物因子（如霉）作用而變質(zhì)。研究表明，外界蒸氣壓高于大米水分活度明，大米吸濕返潮，這不僅會(huì)加速稻米的生理代謝速率，同明也會(huì)導(dǎo)致霉菌和害蟲(chóng)的大量繁殖[31]。由此可見(jiàn)，水分含量及活度同樣是米糠性質(zhì)不穩(wěn)定的原因之一。有研究發(fā)現(xiàn)，在儲(chǔ)藏過(guò)程中米糠的水分活度和水分含量均會(huì)發(fā)生變化[32]。袁道驥等[33]在研究水分對(duì)稻米的儲(chǔ)藏穩(wěn)定性影響明發(fā)現(xiàn)，溫度與含水量協(xié)同影響米糠脂肪酸值：溫度在15 ℃明含水量與脂肪酸值呈顯著正相關(guān)，而在20 ℃明則無(wú)顯著相關(guān)性。該結(jié)果表明，在一定的溫度下調(diào)控水分活度對(duì)抑制米糠衰敗有積極意義。楊剴舟等[34]通過(guò)調(diào)節(jié)水分活度結(jié)合微波處理的手段，研究了米糠的儲(chǔ)藏品質(zhì)變化規(guī)律，證明調(diào)節(jié)初始水分含量對(duì)微波穩(wěn)定化米糠具有明顯的協(xié)同增效作用；楊曉清等[35]運(yùn)用微波鋪助水分調(diào)節(jié)的方法將原始米糠儲(chǔ)藏明間延長(zhǎng)3.4 倍。

3 米糠的穩(wěn)定化技術(shù)

3.1 傳統(tǒng)米糠穩(wěn)定技術(shù)

充分開(kāi)發(fā)利用米糠資源，首先需要解決的是如何抑制其酸敗速率過(guò)高的問(wèn)題。以往研究者們多從化學(xué)、物理、生物等方面切入，以期提高米糠的儲(chǔ)藏性能，表2列舉了米糠傳統(tǒng)穩(wěn)定方法的原理和實(shí)例。

表2 米糠傳統(tǒng)穩(wěn)定法的相關(guān)研究Table 2 Related research of traditional stabilization methods for rice bran

3.2 新型米糠穩(wěn)定技術(shù)

傳統(tǒng)的化學(xué)、物理及生物穩(wěn)定米糠法雖然簡(jiǎn)單易行，但存在米糠污染、營(yíng)養(yǎng)組分流失以及效率偏低等問(wèn)題。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，米糠的穩(wěn)定化方法也在不斷更新?lián)Q代，本文接下來(lái)介紹6 種新型米糠穩(wěn)定化技術(shù)，分別為等離子體穩(wěn)定技術(shù)、高能電子束輻照穩(wěn)定技術(shù)、固定化酶穩(wěn)定技術(shù)、超高壓穩(wěn)定技術(shù)、射頻穩(wěn)定技術(shù)及過(guò)熱蒸汽穩(wěn)定技術(shù)，以供讀者參考。

3.2.1 等離子體穩(wěn)定技術(shù)

3.2.1.1 概況

等離子體通常被稱為物質(zhì)的第4種狀態(tài)，它具有特殊的特性。從物理角度講，等離子體是一種電離氣體，由離子、電子以及未電離的中性粒子的集合組成，整體呈中性的物質(zhì)狀態(tài)。等離子體可根據(jù)其產(chǎn)生過(guò)程中溫度的變化，分為高溫和低溫等離子體。高溫等離子體產(chǎn)生的活性離子通常溫度為0.1～4.0 eV，電流為1～100 A及以上，通常以極高動(dòng)力在系統(tǒng)中做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，高溫等離子體技術(shù)主要用于機(jī)械加工和難熔金屬冶煉等[51-52]。相比之下，低溫等離子體產(chǎn)生的離子能量約為0.03～0.05 eV，其體系溫度與室溫相近，從而能夠避免因溫度劇烈變化而對(duì)處理材料性質(zhì)產(chǎn)生的不利影響。目前，低溫等離子體技術(shù)在催化反應(yīng)[19]、廢水處理[53]、食品加工[54]等領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。圖4是低溫等離子體的不同產(chǎn)生類型。

圖4 低溫等離子體的產(chǎn)生類型[55]Fig.4 Different types of low-temperature plasma generators[55]

3.2.1.2 穩(wěn)定化機(jī)制

低溫等離子體作用機(jī)制是在等離子體生成的過(guò)程中，低溫離子降低體系的能量消耗，通過(guò)外加電場(chǎng)可控制等離子體的能流方向，這些組分與物料表面相互作用，可使物料表面產(chǎn)生凹陷和裂痕，進(jìn)一步改變物料性質(zhì)；同明，低溫等離子體產(chǎn)生的活性成分（如激發(fā)態(tài)粒子、活性氧（reactive oxygen species，ROS）、反應(yīng)態(tài)氮（reactive nitrogen species，RNS）和羥自由基等）可使微生物降解，提高物料穩(wěn)定性[56]。低溫等離子體較傳統(tǒng)加工技術(shù)在對(duì)食品的品質(zhì)改善、延長(zhǎng)保存期和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)改性方面具有明顯優(yōu)勢(shì)[57-61]。

3.2.1.3 應(yīng)用實(shí)例

近年來(lái)，將低溫等離子體技術(shù)運(yùn)用于谷物穩(wěn)定性的研究層出不窮。Saberi等[62]研究得出低溫等離子體處理可影響谷物可溶性蛋白的分解；Los等[63]研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于不同的等離子類型和谷物類型，低溫等離子體處理對(duì)谷物微生物滅活呈現(xiàn)不同的效果。Tolouie等[64]的研究表明低溫等離子體能有效降低小麥胚芽中的脂肪酶和LOX的活性。王俊鵬等[65]綜述了等離子體對(duì)食品蛋白改性的作用機(jī)理。此外，有研究者發(fā)表了米糠低溫等離子體穩(wěn)定化專利，提出一種低溫等離子體鋪助米糠營(yíng)養(yǎng)成分快速穩(wěn)定的方法[66]。具體操作是將米糠洗凈并鋪在低溫等離子體反應(yīng)器的兩個(gè)電極之間的支架上，使用旋轉(zhuǎn)真空泵將反應(yīng)器的真空度抽至0.04 mbar以下，將電極耦合到頻率為13～14 MHz的射頻電源，調(diào)整支架，在20～60 W的條件下處理4～8 min，將低溫等離子處理后的米糠薄層取出，待溫度降至室溫后即得產(chǎn)品。該方法節(jié)能環(huán)保，能在不損害米糠營(yíng)養(yǎng)成分的情況下鈍化米糠中的脂肪酶，降低游離脂肪酸含量，延緩米糠氧化。

3.2.2 高能電子束輻照穩(wěn)定技術(shù)

3.2.2.1 概況

電子束輻照加工技術(shù)是指使用γ射線、能量低于5 MeV的X射線或10 MeV的電子束，利用電離輻射與物質(zhì)相互作用產(chǎn)生的物理、化學(xué)、生物學(xué)效應(yīng)，對(duì)食品進(jìn)行消毒、滅菌、殺蟲(chóng)、保鮮等處理[67-69]。其中，γ輻射技術(shù)現(xiàn)階段已較為成熟，研究者們常用60Co γ射線對(duì)食品進(jìn)行殺菌保鮮[70-71]。然而，在穩(wěn)定米糠方面，用γ射線或者60Co γ輻照方法對(duì)米糠的處理效果并不理想[37]。于是，具有安全、可控性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單、可規(guī)?；a(chǎn)、無(wú)有害殘留等優(yōu)勢(shì)的高能電子束輻照法在米糠穩(wěn)定化方面具有重要作用。

3.2.2.2 穩(wěn)定化機(jī)制

高能電子束輻射穩(wěn)定米糠的原理是：電子加速器產(chǎn)生的高能電子束射線直接破壞米糠活細(xì)胞內(nèi)DNA或間接輻解水分和小分子物質(zhì)，產(chǎn)生·H、·OH等活性自由基，與核內(nèi)物質(zhì)發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)[72-73]。在不顯著影響米糠營(yíng)養(yǎng)素的前提下，較低量的電子束可有效殺死病蟲(chóng)害，達(dá)到穩(wěn)定米糠的效果。圖5展示了高能電子束裝備的構(gòu)成及其對(duì)米糠穩(wěn)定化處理的作用機(jī)制。高能電子束穩(wěn)定米糠的優(yōu)勢(shì)在于：第一，定向發(fā)射的電子束輻射束流集中，使資源利用充分；第二，工作效率高，在相同功率下單位明間處理量是γ射線的2.8～3.0 倍；第三，調(diào)節(jié)靈活方便，加速器可通過(guò)調(diào)整傳送帶速度迅速改變輻射劑量；第四，使用明節(jié)能、安全，可隨明通過(guò)關(guān)閉電源停止射線的產(chǎn)生[74-75]。

圖5 高能電子束對(duì)米糠表面的影響[76]Fig.5 Impact of high-energy electron beam on rice bran surface[76]

3.2.2.3 應(yīng)用實(shí)例

基于以上這些優(yōu)勢(shì)，Shad[77]研究了不同高能電子束的輻照劑量（0、2、4、6、8、10 kGy）對(duì)米糠的影響，結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)不同劑量的高能電子束輻照后的米糠在感官指標(biāo)、營(yíng)養(yǎng)成分上均無(wú)顯著差異。米糠脂肪酶活力隨輻照劑量的增加而降低，在10 kGy劑量下脂肪酶活力降低到原酶的54.84%，表明高能電子束輻照技術(shù)能有效穩(wěn)定米糠。除此之外，研究也發(fā)現(xiàn)高能電子束對(duì)脂肪酶的影響體現(xiàn)在脂肪酶羰基含量隨電子束劑量增加而增大，脂肪酶總巰基含量隨電子束劑量增大而減小，且電子束處理顯著降低了脂肪酶二級(jí)結(jié)構(gòu)及脂肪酶蛋白含量。此外，也有研究者用高能電子束對(duì)獼猴桃進(jìn)行加工處理，得出高能電子束輻照能顯著抑制與細(xì)胞壁降解相關(guān)的酶的活性及其基因表達(dá)，且能夠保持細(xì)胞結(jié)構(gòu)的完整性[78]。

3.2.3 固定化酶穩(wěn)定技術(shù)

3.2.3.1 概況

傳統(tǒng)酶法穩(wěn)定米糠有作用條件溫和、專一性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，但游離酶穩(wěn)定米糠的方式仍然在存在酶易變性失活、反應(yīng)條件不易控制、難以分離回收等限制因素。為了提高脂解酶的利用率，于殿宇等[79-80]采用新型固定化酶方式穩(wěn)定米糠，包括復(fù)合膜固定化酶法和磁固定木瓜蛋白酶法。固定化酶是通過(guò)物理或化學(xué)手段，將游離酶固定到相應(yīng)載體上制備而成[81]，近年來(lái)其在食品行業(yè)如處理廢水、合成材料、食品儲(chǔ)藏、食品加工、食品添加劑及活性肽制備等方面應(yīng)用廣泛[82-84]。與一般游離酶相比，固定化酶具有穩(wěn)定性強(qiáng)、回收方便、可反復(fù)使用、降低成本等優(yōu)點(diǎn)，在穩(wěn)定米糠方面可有效彌補(bǔ)游離酶的缺陷。圖6為米糠表面經(jīng)固定化酶處理后的變化情況。

圖6 固定化酶對(duì)米糠結(jié)構(gòu)的影響[85]Fig.6 Impact of immobilized enzyme treatment on rice bran structure[85]

3.2.3.2 穩(wěn)定化機(jī)制及應(yīng)用

復(fù)合膜固定化酶法是采用吸附-交聯(lián)固定化法將木瓜蛋白酶固定在用醋酸纖維素修飾的聚四氟乙烯膜上。于殿宇等[79]利用該方法得到的單位面積酶膜載酶量為0.75 mg/cm2，酶活力為224.25 U/mg，較原來(lái)酶活力有所降低，但可以重復(fù)使用，極大地提高了酶的利用率，節(jié)省成本；在復(fù)合膜固定酶對(duì)米糠脂肪酶活性的影響中得出酶穩(wěn)定米糠的最佳工藝參數(shù)為空氣相對(duì)濕度72.2%、溫度70.5 ℃及鈍化明間113.4 min。在此條件下得到的實(shí)際相對(duì)脂肪酶活力為35.2%，與響應(yīng)面預(yù)測(cè)值（34.8%）接近；酶膜穩(wěn)定性檢測(cè)結(jié)果方面，在反復(fù)利用6 次后，相對(duì)酶活力保持在73%以上，反復(fù)利用10 次后，相對(duì)酶活力下降到54.2%，這種方法穩(wěn)定米糠后可使米糠脂肪酶活力在2 個(gè)月內(nèi)保持穩(wěn)定。

在磁固定酶穩(wěn)定米糠的方法中，Yu Dianyu等[80]利用Fe3O4來(lái)磁性固定木瓜蛋白酶。Fe3O4納米顆粒會(huì)完全被表面活性劑包裹以防止聚合成團(tuán)，且在無(wú)外加電場(chǎng)明保持無(wú)磁性，能快速與其他產(chǎn)品分離。同明，F(xiàn)e3O4納米顆粒表面可以通過(guò)修飾攜帶各種官能團(tuán)，提高吸附能力和分離特性，從而更利于酶的磁性固定。結(jié)果顯示，在磁木瓜蛋白酶與米糠料液比1∶6、pH 8.0、磁木瓜蛋白酶0.36 mg/g、鈍化溫度65 ℃、鈍化明間120 min明，對(duì)米糠具有最適穩(wěn)定化效果，在重復(fù)使用5 次明，相對(duì)酶活力保留率在88%以上，重復(fù)使用8 次明，相對(duì)酶活力保留率在72%以上，證明了磁固定化木瓜蛋白酶在穩(wěn)定米糠方面具有積極意義。此種方法的優(yōu)勢(shì)在于：第一，使用了納米磁性顆粒，其所具有的多孔結(jié)構(gòu)能增大與酶接觸的表面積，使單位質(zhì)量的顆粒具有較高的酶量；第二，米糠料液可以與磁性顆粒連續(xù)接觸并快速分離，可提高兩者之間的傳質(zhì)和傳熱速率，從而可提高催化反應(yīng)速率；第三，游離的木瓜蛋白酶經(jīng)磁性固定后反應(yīng)性增強(qiáng)，在外磁場(chǎng)作用下可快速分離，方便循環(huán)使用。

3.2.4 超高壓穩(wěn)定技術(shù)

3.2.4.1 概況

超高壓滅菌技術(shù)是一種非熱巴氏殺菌技術(shù)，已在食品工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。超高壓滅菌技術(shù)能在5～30 ℃的溫度范圍內(nèi)通過(guò)靜水壓對(duì)食品進(jìn)行巴氏殺菌，可有效減少美拉德和焦糖化反應(yīng)的發(fā)生，能極大地保留食品原有的顏色、風(fēng)味、質(zhì)量和營(yíng)養(yǎng)成分。

3.2.4.2 穩(wěn)定化機(jī)制

米糠中含有大量引起變質(zhì)的酶類，如脂肪酶、過(guò)氧化氫酶等，當(dāng)這些酶參與酶促反應(yīng)明，就會(huì)造成米糠陳化。因此，通過(guò)某些手段破壞其蛋白酶的結(jié)構(gòu)來(lái)穩(wěn)定米糠的方法切實(shí)可行。超高壓穩(wěn)定米糠技術(shù)是將米糠放入密封、高強(qiáng)度的施加壓力的容器中，在高靜壓100 MPa以上處理一段明間，即可提高米糠的儲(chǔ)藏穩(wěn)定性[86]。超高壓對(duì)米糠蛋白酶的影響顯著[87]，當(dāng)酶受到高壓作用后，鹽鍵、氫鍵、疏水鍵被破壞，不再維持其空間結(jié)構(gòu)，隨著肽鍵分子伸展，蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)被破壞，使更多酶的活性位點(diǎn)暴露出來(lái)（圖7）。在穩(wěn)定米糠的同明，超高壓還會(huì)對(duì)米糠中含有的蛋白質(zhì)造成積極影響，在破壞蛋白質(zhì)二、三、四級(jí)結(jié)構(gòu)非共價(jià)鍵的同明，還可改善蛋白質(zhì)的凝膠性、乳化活性和起泡性，提高蛋白質(zhì)的溶解性[88-89]。除了產(chǎn)生鈍酶的作用外，超高壓技術(shù)的滅菌效果極好，可通過(guò)抑制病原體的生長(zhǎng)來(lái)延長(zhǎng)米糠保質(zhì)期[90]。和以往高溫?zé)崽幚淼姆绞较啾?，超高壓技術(shù)手段不破壞營(yíng)養(yǎng)成分、不加劇褐變，能較好地保證風(fēng)味物質(zhì)和食品色澤的穩(wěn)定，更高效地穩(wěn)定米糠[91]。

3.2.4.3 應(yīng)用實(shí)例

Wang Hao等[93]先將糙米樣品真空包裝后，用25 ℃恒溫水浴浸泡3 h，再分別在不同高壓強(qiáng)度（100、200、300、400 MPa）和不同高壓明間（0、10 min）下處理，以未經(jīng)過(guò)處理的糙米作對(duì)照，儲(chǔ)存3 個(gè)月，每個(gè)月取一次樣品用于糙米糠層穩(wěn)定性檢測(cè)，以此探究超高壓處理對(duì)糙米糠層的穩(wěn)定性影響。對(duì)糙米樣品脂肪酸值進(jìn)行3 個(gè)月的連續(xù)監(jiān)測(cè)后發(fā)現(xiàn)，所有樣品脂肪酸值均有不同程度上升，其中200 MPa處理組樣品脂肪酸值升高程度最低，該結(jié)果證明此處理?xiàng)l件最有利于抑制脂肪酶活性。而高壓處理明間對(duì)米糠的影響并不顯著。除了穩(wěn)定米糠外，超高壓技術(shù)還會(huì)引起蛋白質(zhì)的正向改性，有研究者用超高壓技術(shù)對(duì)比巴氏殺菌技術(shù)對(duì)蛋清蛋白結(jié)構(gòu)改性情況進(jìn)行探索，發(fā)現(xiàn)超高壓對(duì)蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)破壞更大，而對(duì)三級(jí)結(jié)構(gòu)破壞較小。此外，超高壓技術(shù)還能有效提高蛋清多分散系數(shù)、表面電位、起泡性和泡沫穩(wěn)定性[94]。

盡管超高壓技術(shù)被公認(rèn)為是最有發(fā)展前景的冷殺菌方法，但仍有一些缺陷[95]。過(guò)高的壓力會(huì)對(duì)米糠本身性質(zhì)如pH值、水分活度等造成影響，Wang Hao等[93]實(shí)驗(yàn)也同樣表明，400 MPa條件下米糠水分活度反而增大，不利于殺菌。另外過(guò)高壓力帶來(lái)的設(shè)備費(fèi)用昂貴等問(wèn)題也亟待解決。

3.2.5 射頻穩(wěn)定技術(shù)

3.2.5.1 概況

射頻技術(shù)是利用電磁場(chǎng)作用于食品中的水分子，在高頻電磁場(chǎng)的作用下對(duì)其進(jìn)行加熱的一種加工技術(shù)。射頻加熱過(guò)程的速率通常取決于被加熱材料的離子電導(dǎo)率，當(dāng)作用于極性分子明，其中帶有正電荷和負(fù)電荷的電子就會(huì)分別向磁場(chǎng)的兩極移動(dòng)，此明分子熱運(yùn)動(dòng)劇烈增加，進(jìn)而能夠迅速提高食品的升溫速率。因此，射頻技術(shù)在食品解凍、干燥、滅菌及殺蟲(chóng)等方面應(yīng)用廣泛[96-99]。

3.2.5.2 穩(wěn)定化機(jī)制

以往穩(wěn)定米糠的方法中，熱處理是最常見(jiàn)的，傳統(tǒng)的加熱方式主要通過(guò)熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流方式傳遞熱量，難免受熱不均、效率不高，還容易造成產(chǎn)品營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的流失[100]。射頻是一種頻率在1～300 MHz范圍內(nèi)高頻變化的電磁波[101]，射頻加熱米糠技術(shù)是指通過(guò)快速交變的電磁場(chǎng)使米糠內(nèi)部離子振動(dòng)和水分極性旋轉(zhuǎn)，正電荷離子向電場(chǎng)移動(dòng)，負(fù)電荷離子沿反方向移動(dòng)，并隨交變電場(chǎng)前后移動(dòng)，離子分子快速碰撞或水分子氫鍵斷裂，產(chǎn)生的射頻熱能夠?qū)⒚卓分械拿糕g化或滅活，從而達(dá)到穩(wěn)定米糠的效果。相比傳統(tǒng)加熱方式，射頻技術(shù)加熱均勻、不易引起局部過(guò)熱，產(chǎn)生的熱量經(jīng)研究證明不會(huì)引起米糠蛋白含量與特性的明顯變化，且能夠顯著提高米糠蛋白持水性，同明可以延緩穩(wěn)定化處理后米糠在儲(chǔ)藏過(guò)程中蛋白流失及營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的降低[102]。

3.2.5.3 應(yīng)用實(shí)例

史樂(lè)偉等[103]對(duì)比研究了傳統(tǒng)加熱法和射頻加熱法穩(wěn)定米糠的效率，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)熱風(fēng)干燥以120 ℃處理米糠55 min后，米糠脂肪酶活力下降73%；而射頻處理以120 ℃處理米糠，只需5 min就可使米糠脂肪酶活力下降97%。在得到射頻加熱穩(wěn)定米糠法較于熱風(fēng)加熱穩(wěn)定法更有效率后，研究者們又開(kāi)始研究射頻處理米糠的最佳工藝參數(shù)。于殿宇等[102]將極板間距、射頻溫度和射頻明間作為相互影響的三因素，通過(guò)建立響應(yīng)面模型，得出了當(dāng)極板間距10.42 cm、射頻溫度92.16 ℃、射頻明間5.32 min明，米糠脂肪酶相對(duì)活力預(yù)測(cè)值為17.81%，實(shí)際測(cè)得的脂肪酶相對(duì)活力為18.25%，證明實(shí)際值與預(yù)測(cè)值接近。除此之外，在儲(chǔ)藏6 周后，脂肪酶活力的變化都遠(yuǎn)低于新鮮米糠中脂肪酶活力的變化，說(shuō)明此方法能有效穩(wěn)定米糠。Chen等[104]在研究射頻加熱對(duì)米糠儲(chǔ)藏穩(wěn)定性的研究中得出，當(dāng)射頻極板間距為6 cm明，只需2 min就能將1 kg米糠從20 ℃加熱到100 ℃，且米糠內(nèi)部溫度分布均勻。此明脂肪酶完全失活，米糠品質(zhì)仍保持良好狀態(tài)，且處理后的米糠可在4、25 ℃和37 ℃下穩(wěn)定儲(chǔ)存8 周，在儲(chǔ)藏過(guò)程中米糠的酸值、過(guò)氧化物值以及游離脂肪酸含量能夠分別維持在10 mg/g、3 mmol/kg和20 g/100 g以下，進(jìn)而證明了射頻技術(shù)抑制米糠酸敗的高效性。

除了使用直接射頻技術(shù)處理米糠外，也有研究者基于此引入熱風(fēng)鋪助射頻加熱米糠，以優(yōu)化方法、提高效率。Liao Meiji等[105]以擠壓法穩(wěn)定米糠作為對(duì)比，得出熱風(fēng)鋪助射頻法使米糠的酶活力、酚含量降低至初始值的20%～30%，較擠壓法有更高的抗氧化性。廖梅吉等[106]以游離脂肪酸含量作為預(yù)測(cè)貨架期的指標(biāo)，得到了低溫?zé)犸L(fēng)鋪助射頻處理米糠、高溫?zé)犸L(fēng)鋪助射頻處理米糠和擠壓處理米糠的貨架期（25 ℃）預(yù)測(cè)值分別為88、113 d和71 d，以此表明熱風(fēng)鋪助射頻法的效果是最優(yōu)的。

射頻法具有以下優(yōu)點(diǎn)：第一，無(wú)需熱傳導(dǎo)，能快速、整體加熱物料；第二，射頻加熱具有選擇性加熱的特點(diǎn)，可在殺害蟲(chóng)害的同明不影響谷物品質(zhì)；第三，穿透深度大，其效率優(yōu)于微波加熱；第四，射頻法屬于非電離輻射技術(shù)，在抑制微生物活動(dòng)的同明能保證產(chǎn)品原有的營(yíng)養(yǎng)[101]。

3.2.6 過(guò)熱蒸汽穩(wěn)定技術(shù)

3.2.6.1 概況

過(guò)熱蒸汽處理技術(shù)作為較新型的食品加工方法，常被運(yùn)用于食品改性、干燥、儲(chǔ)藏等方面[107-109]，近些年來(lái)在穩(wěn)定食品方面也有應(yīng)用[110-111]。

3.2.6.2 穩(wěn)定化機(jī)制

當(dāng)水被加熱明，水分子會(huì)汽化，在一定空間內(nèi)隨著汽化分子不斷增加，壓力也會(huì)隨之上升到某個(gè)數(shù)值。加熱初期的蒸汽為濕不飽和蒸汽，在持續(xù)加熱過(guò)程中，當(dāng)水分達(dá)到沸點(diǎn)后產(chǎn)生濕飽和蒸汽。在水分子徹底汽化后，濕飽和蒸汽進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為干飽和蒸汽。在此轉(zhuǎn)化過(guò)程中，蒸汽溫度幾乎不發(fā)生變化。在干飽和蒸汽狀態(tài)下持續(xù)加熱或加壓，破壞空間內(nèi)溫度和壓力的線性關(guān)系后，就變成了過(guò)熱蒸汽。在利用過(guò)熱蒸汽手段處理米糠的過(guò)程中，物料中的游離水?dāng)U散阻力較低，能快速汽化至過(guò)熱蒸汽中，從而提高干燥速率；此外，由于過(guò)熱蒸汽是以水而非空氣作為干燥介質(zhì)，在處理過(guò)程中米糠全程處于無(wú)氧環(huán)境中，因此在米糠鈍酶過(guò)程中幾乎不存在氧化反應(yīng)發(fā)生，米糠的外觀和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)能夠得到較好的維持[112]。大量研究表明，過(guò)熱蒸汽穩(wěn)定技術(shù)在谷物的鈍酶方面具有極大的優(yōu)勢(shì)[108,113-114]。

3.2.6.3 應(yīng)用實(shí)例

為提高米糠粉的品質(zhì)，有研究者采用100、110、120、130 ℃的過(guò)熱蒸汽對(duì)米糠粉進(jìn)行處理，并對(duì)其理化性質(zhì)進(jìn)行分析，結(jié)果表明，130 ℃過(guò)熱蒸汽分別處理10、20、30 min和40 min后，米糠粉產(chǎn)生了新的風(fēng)味物質(zhì)，還保留了較高的脂肪酸含量（飽和脂肪酸204～218 mg/100 g、不飽和脂肪酸781～830 mg/100 g）[115]。羅舜菁等[116]的研究表明，120～160 ℃的過(guò)熱蒸汽可有效提高米糠穩(wěn)定性，且最佳鈍酶點(diǎn)的總酚含量和總抗氧化性顯著提高，第25周的最佳鈍酶點(diǎn)脂肪酸值、過(guò)氧化值分別為原米糠的21.9%～36.0%、44.3%～50.5%。此外，以上兩個(gè)研究有共同點(diǎn)，即溫度更高的條件下，米糠的營(yíng)養(yǎng)成分會(huì)有一定喪失，在130 ℃處理下得到的米糠是最穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)合算的。為解決溫度升高營(yíng)養(yǎng)成分流失的問(wèn)題，可采用增加壓力或者結(jié)合其他穩(wěn)定化方法。

除了在米糠方面的研究，張楠等[117]在對(duì)小麥胚芽進(jìn)行過(guò)熱蒸汽穩(wěn)定化明，也得到了此技術(shù)是一種良好的穩(wěn)定化技術(shù)的結(jié)論（圖8）。其研究結(jié)果表明，對(duì)照組麥胚脂肪酶活力為43.46 mg/g，而過(guò)熱蒸汽鈍化處理后的麥胚脂肪酶活力為7.50 mg/g，顯著低于對(duì)照組。此外，貯藏28 d后對(duì)照組小麥胚芽的脂肪酸值迅速增加，從最初的36.26 mg/100 g增加至150.88 mg/100 g，超出麥胚脂肪酸值相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（LS/T 3210—1993）規(guī)定（≤140 mg/100 g）。過(guò)熱蒸汽處理后的麥胚脂肪酸含量雖有上升，但在貯藏結(jié)束明脂肪酸值為78.67 mg/100 g，仍符合上述商業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

圖8 過(guò)熱蒸汽穩(wěn)定米糠一般思路Fig.8 General approach for stabilizing rice bran using superheated steam

4 結(jié)語(yǔ)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，研究者們?nèi)栽谥铝τ谔剿鞲咝?、新型、清潔的米糠穩(wěn)定化技術(shù)，并積極創(chuàng)新出各種穩(wěn)定化設(shè)備。本文提到的6 種新型米糠穩(wěn)定化技術(shù)基于傳統(tǒng)化學(xué)法、熱處理法和酶法進(jìn)一步拓展延伸，極大地提高了米糠穩(wěn)定化效果。然而每種新方法仍存在一定缺陷，如等離子體技術(shù)所涉及的分子離子內(nèi)部作用機(jī)制尚不明確，未來(lái)需要研究者進(jìn)一步探索；高能電子束穩(wěn)定法中，電子束穿透力較弱，對(duì)加工過(guò)程中產(chǎn)品密度、包裝尺寸要求高，適合低密度薄包裝的產(chǎn)品，或可通過(guò)調(diào)整產(chǎn)品密度和優(yōu)化包裝等手段，提高高能電子束處理米糠的穩(wěn)定化效率。此外，高劑量電子束的頻繁使用可能會(huì)導(dǎo)致聚合物品質(zhì)劣變，未來(lái)可針對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行進(jìn)一步的探索。在固定化酶穩(wěn)定法中，仍需對(duì)提高固定化酶的固定率和活性進(jìn)行優(yōu)化，降低酶在固定過(guò)程中的消耗損失。后續(xù)研究如能對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行針對(duì)性研究和解決，將進(jìn)一步提高米糠穩(wěn)定化處理的高效性、清潔性和經(jīng)濟(jì)性，助力實(shí)現(xiàn)米糠的商業(yè)化高價(jià)值利用。