(劉曉飛 趙香香 吳浚瀅 戚月娜 劉 暢 張 娜

(哈爾濱商業(yè)大學食品工程學院；黑龍江省普通高等學校食品科學與工程重點實驗室；黑龍江省谷物食品與資源綜合加工重點實驗室，哈爾濱 150028)

我國稻米總產量大約占世界1/3，是世界上最大的稻米生產國和消費國[1]，我國約有2/3的人口以大米為主食[2]，大米中營養(yǎng)成分主要為淀粉和蛋白質[3]。大米干物質的80%以上均是大米淀粉，其具有易消化、味道清淡、顆粒微小、消費者容易接受等特性，并廣泛應用于食品和藥品領域[4]。大米深加工主要集中在大米蛋白和大米淀粉的加工和深度開發(fā)，大米作為滿足人們日常能量需求的重要來源，有著良好的發(fā)展前景。此外，米蛋白的低過敏性和米淀粉良好的加工特性使大米成為制備創(chuàng)新產品的最佳原料[5]。但是大米淀粉與小麥淀粉、大米蛋白與小麥蛋白的差異限制了大米在米制品加工中的應用。大米中面筋蛋白的缺乏導致米面團的黏彈性和持氣性能較差；大米蛋白的溶解度低、分子量大，導致水包油型大米面糊體系的糊化度低，米制食品消化性能變差；大米淀粉回生值較高且不宜活化，導致油包水型面團淀粉糊化熱焓值高，米制食品陳化速率變快，使其在儲存過程中表皮變得堅硬，形成易破碎的質地，香味減少口感變差。

1 非發(fā)酵方法對大米品質的影響

目前采用非發(fā)酵方法對大米品質進行改善的研究越來越廣泛，主要有擠壓膨化、超微粉碎、微波處理、壓熱處理、酶法處理和超聲波處理等方法，這些方法會對大米的理化性質、營養(yǎng)物質結構、功能特性和風味產生影響，使大米品質得到改善[6]。

1.1 擠壓膨化技術對大米品質的影響

擠壓膨化技術是集加熱、混合、蒸煮、攪拌、膨化、殺菌、成型為一體的連續(xù)化加工技術[7]。擠壓膨化技術是一種通用的加工單元操作，濕潤的可膨脹淀粉、蛋白質和脂肪等營養(yǎng)物質在不同的擠壓工藝參數組合下進行修飾[8]，擠壓膨化使淀粉糊化，晶體結晶度和回生值降低，蛋白質降解并在脂質、淀粉和蛋白質之間形成復合物，從而導致產品的微觀結構、化學性質以及宏觀形狀發(fā)生變化[9]，這為制備新型產品提供了獨特的機會。Levien等[10]研究發(fā)現，直鏈淀粉含量不同的大米淀粉擠壓膨化過程中表現出不同的特性，直鏈淀粉含量為8%的大米糊化淀粉基質具有更好的延展性。Liu等[11]研究了擠壓工藝對大米淀粉回生性能的影響，結果表明降解的淀粉越多，短期回生越受抑制，大米淀粉越不易回生，越有助于人體消化。與未經擠壓處理的大米蛋白質相比，擠壓膨化后大米蛋白質發(fā)生降解及聚合，打破了其天然有序的結構，形成片狀結構(圖1)，進而提高了大米蛋白的體外消化率[12]；也可以通過升高擠壓溫度來降低米粉擠出物的吸水指數、體積密度和硬度，達到提高大米體外消化率的目的[13]；隨著物料含水率的提高，膨化強化米粒的體積密度和吸水指數也提高，水溶指數和膨脹率降低[14]。因此，擠壓膨化作為一種提高米制食品質量和潛在健康促進功能的技術，在最近幾年受到了廣泛的關注，也成為我國發(fā)展米制食品的重要技術之一。全球對營養(yǎng)豐富且有吸引力的即食膨化休閑食品的需求正在增長，擠壓產品中的增值和副產品的利用在未來具有廣闊的機遇。許多領域需要有關大米和基于米的擠壓產品的進一步研究。

圖1 擠壓膨化前后大米蛋白掃描電子顯微鏡圖[23]

1.2 超微粉碎對大米品質的影響

超微粉碎技術是一種將固體物料粉碎成直徑小于10 μm粉體的高科技加工技術，可用于生產具有優(yōu)異性能的粉末[15]。超微粉碎技術的原理即通過降低物料的顆粒粒度、改變物料的化學組成和破壞物料結晶結構，從而達到有目的改善物料理化特性。大米經超微粉碎處理后，流動性、溶解性、體外消化性、水合特性和抗氧化性提高；米粉膠體的黏彈性增強，網絡結構更致密，穩(wěn)定性更好；大米淀粉受到活化，風味和口感得到改善；大米蛋白質對淀粉凝膠結構的影響減弱，使凝膠結構更均勻光滑[16]。Jitranut等[17]發(fā)現在大米加工過程中，濕法超微粉碎可以顯著降低米粉的蛋白質、灰分和脂質含量，增加米粉的碳水化合物和直鏈淀粉含量。周聰[18]利用超微粉碎技術制備大米粉并對大米粉的性質進行研究，發(fā)現隨著大米粉粒徑的減小，其降落值和回生值都降低，使大米粉不易回生和老化；米粉粒度也會對米粉淀粉損傷和糊化特性產生一定影響，當平均粒徑≤10 μm時，破損淀粉含量明顯增加、峰值黏度和最終黏度急劇下降，說明超微粉碎促進了大米粉的糊化，增加了大米粉的體外消化率[19]。超微粉碎技術還會使大米具有更好的流動性和水合作用、更高的生物利用度和生物活性、更強的抗氧化活性和更低的界面張力[20]。綜合研究發(fā)現，超微粉碎技術可以使米粉粒度減小，進而提高大米粉的溶解度和體外消化率，降低米粉的回生值，延緩米粉老化，提高米粉的品質。具有改進質量的食品粉末將有望在食品工業(yè)中廣泛應用，特別是用于特殊飲食用途。盡管如此，仍需要對超微粉碎技術進行更多的基礎和應用研究，以消除該技術當前的問題和缺點。

1.3 微波處理對大米品質的影響

微波的頻率在300 MHz～3 000 GHz之間，所以又被稱為超高頻波。微波處理使大米的脂肪酶活性降低，游離脂肪酸含量減少，吸水率提高，大米的儲藏穩(wěn)定性得以改善；在微波熱效應下大米淀粉微結構出現凹陷現象(圖2)，還原性羥基結合水的能力增強，減少了大米中氫鍵的數量，使淀粉分子穩(wěn)定性和溶脹能力增強，從而改善米飯的硬度、黏性和酸類物質含量，提高大米食味值[21]。Agrawal等[22]研究了微波米飯的理化特性，發(fā)現處理后的大米吸水率升高，壓力蒸煮樣品比微波烹飪樣品伸長率和米飯體積更高。Zhao等[23]研究了微波對稻米營養(yǎng)物質的影響，發(fā)現隨著微波能量消耗的增加，大米的含水量和游離脂肪酸含量降低，從而提高大米貯藏穩(wěn)定性。豁銀強等[24-25]對脈沖微波處理留胚米的穩(wěn)定技術和風味物質進行研究，在最優(yōu)條件處理下留胚米脂肪酶活性發(fā)生了大幅度下降；且利用微波處理后的大米在烹制米飯時酸類物質含量顯著升高。微波處理還可以提高大米的食味值，因素對食味值產生影響的順序依次為微波時間、微波功率、水分含量；適當的微波條件能增加淀粉分子的溶脹破裂程度，降低米飯硬度，增加黏性，改善大米食味值[26]。由此可知，微波處理技術對米飯的理化性質和營養(yǎng)物質等均產生一定的影響。

圖2 微波處理前后大米掃描電子顯微鏡圖[33]

1.4 其他方法對大米品質的影響

壓熱處理、生物酶解和超聲波處理技術在改善大米品質方面起著積極作用。

1.4.1 壓熱處理

一般認為壓強超過100 MPa就是超高壓，超高壓經常結合熱處理聯合進行。天然和高壓處理過的大米淀粉顆粒的掃描電子顯微照片如圖3所示[39]。顯然，在600 MPa的壓力水平下，通過高壓處理完全破壞了大米淀粉的顆粒結構。這表明在壓熱處理下，淀粉顆粒的內部結構發(fā)生了大多數變化，同時伴隨著明顯的形態(tài)變形[27]。在壓熱處理條件下，大米的儲藏穩(wěn)定性、碘藍值、溶解度和凝膠膨脹率得到改善，大米淀粉的熱穩(wěn)定性和糊化度也有所提高，說明壓熱處理可以提高大米的消化率、延長大米的儲藏期。Bergonio等[28]發(fā)現壓熱處理可提高大米的營養(yǎng)價值、滅菌保鮮、增強大米儲藏穩(wěn)定性；采用壓熱處理對大米粉進行加工，大米淀粉晶型由A型轉化為特殊B型從而提高結晶度，熱穩(wěn)定性也有所提高[29]。管弋铦[30]利用壓熱處理大米，發(fā)現大米碘藍值、溶解度和凝膠膨脹率升高；大米淀粉的糊化度隨著米粉加水量、壓力以及溫度的增大而急劇增大，大米淀粉的體外消化率也隨之升高。因此，壓熱處理不僅可以增強大米儲藏穩(wěn)定性和體外消化率還可以使大米的品質得到改善。

圖3 在不同壓力下處理30 min的大米淀粉顆粒掃描電子顯微鏡圖

1.4.2 酶法處理

酶法處理是利用酶促反應的專一性來選擇相應的酶，將聚合物形式的生物大分子分解為單體的技術[31]。胡燕等[32]研究發(fā)現在大米凝膠中添加蛋白酶干擾了淀粉分子與蛋白質分子的交聯從而影響凝膠網絡結構的形成，使凝膠老化速度變緩。Ahn等[33]用轉谷氨酰胺酶處理大米蛋白后，多肽鏈分子量增加導致一定程度的柔韌性喪失，降低大米蛋白質在油水界面展開的能力，使大米蛋白質的乳液穩(wěn)定性有所提高。Li等[34]研究了酶解輔助電子束輻照(EBI)對大米蛋白抗氧化活性的影響，發(fā)現EBI提高了大米蛋白酶解物的抗氧化活性，而且隨著酶水解反應的進行反相蛋白的氨基酸含量增加。酶法處理可以延緩大米凝膠老化，提高大米蛋白質的乳液穩(wěn)定性和大米蛋白酶解物的抗氧化活性[35]。

1.4.3 超聲波處理

超聲波處理是利用超聲波能量改變物質的某些生物、物理和化學特性的過程。蔡偉[36]等研究發(fā)現超聲波處理可以對水稻表面的微生物起到殺菌抑制作用，濕法超聲波處理比干法超聲波處理殺菌效果更好。楊帆等[37]利用超聲波濕熱法與酸水解結合的方式制備大米抗性淀粉，處理后大米抗性淀粉內部結構更加致密，含水量和溶解性都減小，熱穩(wěn)定性較好。Yang等[38]發(fā)現超聲波可以通過增加無規(guī)則卷曲、β-折疊含量和降低β-轉角、α-螺旋含量來改變大米蛋白的二級結構。Li等[39]研究了超聲波對大米蛋白酶解和結構特性的影響，發(fā)現超聲波處理顯著提高了反相蛋白的水解度和蛋白洗脫量，而且經過超聲波處理后節(jié)省了酶解時間。綜上所述，超聲波可以殺滅水稻表面微生物，降低大米抗性淀粉的含水量、溶解性和膨潤力，提高其熱穩(wěn)定性，使其內部結構更為致密；還可以提高大米蛋白的反相蛋白水解度和蛋白洗脫量，改變大米蛋白二級結構。

2 結論與展望

擠壓膨化、超微粉碎和微波處理等非發(fā)酵技術可以有效地調控大米蛋白分子鏈聚集狀態(tài)，構建大米粉面團凝膠態(tài)體系及提高米面糊多項分散體系的穩(wěn)定性。但這些非發(fā)酵方法在深加工大米時還存在顆粒大小不均、顆粒膨脹度不高，高溫破壞活性物質、加熱不均勻，維生素和礦物質等營養(yǎng)物質損失等問題。為解決這些問題，要根據不同需求探索出最優(yōu)結構工藝和膨化參數，實現最大化的生產效益；確定不同品種的最佳粉碎粒度，增強超微粉碎在大米加工方面的基礎性研究；結合變頻技術和選頻技術在保證高效率的前提下改變微波加熱的頻率，提高加熱的均勻性。由于這些非發(fā)酵技術可有效改善大米性質，因此大米深加工將成為未來研究的熱點。