(刘晓飞 赵香香 吴浚滢 戚月娜 刘 畅 张 娜

(哈尔滨商业大学食品工程学院；黑龙江省普通高等学校食品科学与工程重点实验室；黑龙江省谷物食品与资源综合加工重点实验室，哈尔滨 150028)

我国稻米总产量大约占世界1/3，是世界上最大的稻米生产国和消费国[1]，我国约有2/3的人口以大米为主食[2]，大米中营养成分主要为淀粉和蛋白质[3]。大米干物质的80%以上均是大米淀粉，其具有易消化、味道清淡、颗粒微小、消费者容易接受等特性，并广泛应用于食品和药品领域[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开发，大米作为满足人们日常能量需求的重要来源，有着良好的发展前景。此外，米蛋白的低过敏性和米淀粉良好的加工特性使大米成为制备创新产品的最佳原料[5]。但是大米淀粉与小麦淀粉、大米蛋白与小麦蛋白的差异限制了大米在米制品加工中的应用。大米中面筋蛋白的缺乏导致米面团的黏弹性和持气性能较差；大米蛋白的溶解度低、分子量大，导致水包油型大米面糊体系的糊化度低，米制食品消化性能变差；大米淀粉回生值较高且不宜活化，导致油包水型面团淀粉糊化热焓值高，米制食品陈化速率变快，使其在储存过程中表皮变得坚硬，形成易破碎的质地，香味减少口感变差。

1 非发酵方法对大米品质的影响

目前采用非发酵方法对大米品质进行改善的研究越来越广泛，主要有挤压膨化、超微粉碎、微波处理、压热处理、酶法处理和超声波处理等方法，这些方法会对大米的理化性质、营养物质结构、功能特性和风味产生影响，使大米品质得到改善[6]。

1.1 挤压膨化技术对大米品质的影响

挤压膨化技术是集加热、混合、蒸煮、搅拌、膨化、杀菌、成型为一体的连续化加工技术[7]。挤压膨化技术是一种通用的加工单元操作，湿润的可膨胀淀粉、蛋白质和脂肪等营养物质在不同的挤压工艺参数组合下进行修饰[8]，挤压膨化使淀粉糊化，晶体结晶度和回生值降低，蛋白质降解并在脂质、淀粉和蛋白质之间形成复合物，从而导致产品的微观结构、化学性质以及宏观形状发生变化[9]，这为制备新型产品提供了独特的机会。Levien等[10]研究发现，直链淀粉含量不同的大米淀粉挤压膨化过程中表现出不同的特性，直链淀粉含量为8%的大米糊化淀粉基质具有更好的延展性。Liu等[11]研究了挤压工艺对大米淀粉回生性能的影响，结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，越有助于人体消化。与未经挤压处理的大米蛋白质相比，挤压膨化后大米蛋白质发生降解及聚合，打破了其天然有序的结构，形成片状结构(图1)，进而提高了大米蛋白的体外消化率[12]；也可以通过升高挤压温度来降低米粉挤出物的吸水指数、体积密度和硬度，达到提高大米体外消化率的目的[13]；随着物料含水率的提高，膨化强化米粒的体积密度和吸水指数也提高，水溶指数和膨胀率降低[14]。因此，挤压膨化作为一种提高米制食品质量和潜在健康促进功能的技术，在最近几年受到了广泛的关注，也成为我国发展米制食品的重要技术之一。全球对营养丰富且有吸引力的即食膨化休闲食品的需求正在增长，挤压产品中的增值和副产品的利用在未来具有广阔的机遇。许多领域需要有关大米和基于米的挤压产品的进一步研究。

图1 挤压膨化前后大米蛋白扫描电子显微镜图[23]

1.2 超微粉碎对大米品质的影响

超微粉碎技术是一种将固体物料粉碎成直径小于10 μm粉体的高科技加工技术，可用于生产具有优异性能的粉末[15]。超微粉碎技术的原理即通过降低物料的颗粒粒度、改变物料的化学组成和破坏物料结晶结构，从而达到有目的改善物料理化特性。大米经超微粉碎处理后，流动性、溶解性、体外消化性、水合特性和抗氧化性提高；米粉胶体的黏弹性增强，网络结构更致密，稳定性更好；大米淀粉受到活化，风味和口感得到改善；大米蛋白质对淀粉凝胶结构的影响减弱，使凝胶结构更均匀光滑[16]。Jitranut等[17]发现在大米加工过程中，湿法超微粉碎可以显著降低米粉的蛋白质、灰分和脂质含量，增加米粉的碳水化合物和直链淀粉含量。周聪[18]利用超微粉碎技术制备大米粉并对大米粉的性质进行研究，发现随着大米粉粒径的减小，其降落值和回生值都降低，使大米粉不易回生和老化；米粉粒度也会对米粉淀粉损伤和糊化特性产生一定影响，当平均粒径≤10 μm时，破损淀粉含量明显增加、峰值黏度和最终黏度急剧下降，说明超微粉碎促进了大米粉的糊化，增加了大米粉的体外消化率[19]。超微粉碎技术还会使大米具有更好的流动性和水合作用、更高的生物利用度和生物活性、更强的抗氧化活性和更低的界面张力[20]。综合研究发现，超微粉碎技术可以使米粉粒度减小，进而提高大米粉的溶解度和体外消化率，降低米粉的回生值，延缓米粉老化，提高米粉的品质。具有改进质量的食品粉末将有望在食品工业中广泛应用，特别是用于特殊饮食用途。尽管如此，仍需要对超微粉碎技术进行更多的基础和应用研究，以消除该技术当前的问题和缺点。

1.3 微波处理对大米品质的影响

微波的频率在300 MHz～3 000 GHz之间，所以又被称为超高频波。微波处理使大米的脂肪酶活性降低，游离脂肪酸含量减少，吸水率提高，大米的储藏稳定性得以改善；在微波热效应下大米淀粉微结构出现凹陷现象(图2)，还原性羟基结合水的能力增强，减少了大米中氢键的数量，使淀粉分子稳定性和溶胀能力增强，从而改善米饭的硬度、黏性和酸类物质含量，提高大米食味值[21]。Agrawal等[22]研究了微波米饭的理化特性，发现处理后的大米吸水率升高，压力蒸煮样品比微波烹饪样品伸长率和米饭体积更高。Zhao等[23]研究了微波对稻米营养物质的影响，发现随着微波能量消耗的增加，大米的含水量和游离脂肪酸含量降低，从而提高大米贮藏稳定性。豁银强等[24-25]对脉冲微波处理留胚米的稳定技术和风味物质进行研究，在最优条件处理下留胚米脂肪酶活性发生了大幅度下降；且利用微波处理后的大米在烹制米饭时酸类物质含量显著升高。微波处理还可以提高大米的食味值，因素对食味值产生影响的顺序依次为微波时间、微波功率、水分含量；适当的微波条件能增加淀粉分子的溶胀破裂程度，降低米饭硬度，增加黏性，改善大米食味值[26]。由此可知，微波处理技术对米饭的理化性质和营养物质等均产生一定的影响。

图2 微波处理前后大米扫描电子显微镜图[33]

1.4 其他方法对大米品质的影响

压热处理、生物酶解和超声波处理技术在改善大米品质方面起着积极作用。

1.4.1 压热处理

一般认为压强超过100 MPa就是超高压，超高压经常结合热处理联合进行。天然和高压处理过的大米淀粉颗粒的扫描电子显微照片如图3所示[39]。显然，在600 MPa的压力水平下，通过高压处理完全破坏了大米淀粉的颗粒结构。这表明在压热处理下，淀粉颗粒的内部结构发生了大多数变化，同时伴随着明显的形态变形[27]。在压热处理条件下，大米的储藏稳定性、碘蓝值、溶解度和凝胶膨胀率得到改善，大米淀粉的热稳定性和糊化度也有所提高，说明压热处理可以提高大米的消化率、延长大米的储藏期。Bergonio等[28]发现压热处理可提高大米的营养价值、灭菌保鲜、增强大米储藏稳定性；采用压热处理对大米粉进行加工，大米淀粉晶型由A型转化为特殊B型从而提高结晶度，热稳定性也有所提高[29]。管弋铦[30]利用压热处理大米，发现大米碘蓝值、溶解度和凝胶膨胀率升高；大米淀粉的糊化度随着米粉加水量、压力以及温度的增大而急剧增大，大米淀粉的体外消化率也随之升高。因此，压热处理不仅可以增强大米储藏稳定性和体外消化率还可以使大米的品质得到改善。

图3 在不同压力下处理30 min的大米淀粉颗粒扫描电子显微镜图

1.4.2 酶法处理

酶法处理是利用酶促反应的专一性来选择相应的酶，将聚合物形式的生物大分子分解为单体的技术[31]。胡燕等[32]研究发现在大米凝胶中添加蛋白酶干扰了淀粉分子与蛋白质分子的交联从而影响凝胶网络结构的形成，使凝胶老化速度变缓。Ahn等[33]用转谷氨酰胺酶处理大米蛋白后，多肽链分子量增加导致一定程度的柔韧性丧失，降低大米蛋白质在油水界面展开的能力，使大米蛋白质的乳液稳定性有所提高。Li等[34]研究了酶解辅助电子束辐照(EBI)对大米蛋白抗氧化活性的影响，发现EBI提高了大米蛋白酶解物的抗氧化活性，而且随着酶水解反应的进行反相蛋白的氨基酸含量增加。酶法处理可以延缓大米凝胶老化，提高大米蛋白质的乳液稳定性和大米蛋白酶解物的抗氧化活性[35]。

1.4.3 超声波处理

超声波处理是利用超声波能量改变物质的某些生物、物理和化学特性的过程。蔡伟[36]等研究发现超声波处理可以对水稻表面的微生物起到杀菌抑制作用，湿法超声波处理比干法超声波处理杀菌效果更好。杨帆等[37]利用超声波湿热法与酸水解结合的方式制备大米抗性淀粉，处理后大米抗性淀粉内部结构更加致密，含水量和溶解性都减小，热稳定性较好。Yang等[38]发现超声波可以通过增加无规则卷曲、β-折叠含量和降低β-转角、α-螺旋含量来改变大米蛋白的二级结构。Li等[39]研究了超声波对大米蛋白酶解和结构特性的影响，发现超声波处理显著提高了反相蛋白的水解度和蛋白洗脱量，而且经过超声波处理后节省了酶解时间。综上所述，超声波可以杀灭水稻表面微生物，降低大米抗性淀粉的含水量、溶解性和膨润力，提高其热稳定性，使其内部结构更为致密；还可以提高大米蛋白的反相蛋白水解度和蛋白洗脱量，改变大米蛋白二级结构。

2 结论与展望

挤压膨化、超微粉碎和微波处理等非发酵技术可以有效地调控大米蛋白分子链聚集状态，构建大米粉面团凝胶态体系及提高米面糊多项分散体系的稳定性。但这些非发酵方法在深加工大米时还存在颗粒大小不均、颗粒膨胀度不高，高温破坏活性物质、加热不均匀，维生素和矿物质等营养物质损失等问题。为解决这些问题，要根据不同需求探索出最优结构工艺和膨化参数，实现最大化的生产效益；确定不同品种的最佳粉碎粒度，增强超微粉碎在大米加工方面的基础性研究；结合变频技术和选频技术在保证高效率的前提下改变微波加热的频率，提高加热的均匀性。由于这些非发酵技术可有效改善大米性质，因此大米深加工将成为未来研究的热点。