生物發(fā)酵對(duì)糙米品質(zhì)影響研究進(jìn)展

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(zhǎng)沙 410004；2.國(guó)家糧食和物資儲(chǔ)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(yíng)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(guò)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(yíng)養(yǎng)成分，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值更高。隨著人們對(duì)糙米營(yíng)養(yǎng)價(jià)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(shí)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(guó)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(duì)主要食物基質(zhì)進(jìn)行生物化學(xué)修飾的過(guò)程[3]。糙米的生物發(fā)酵主要是利用微生物在發(fā)酵過(guò)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(duì)糙米進(jìn)行處理不僅提高其營(yíng)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(guó)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(duì)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(duì)生物發(fā)酵技術(shù)在糙米加工業(yè)中未來(lái)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(duì)糙米營(yíng)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(yíng)養(yǎng)成分外，還含有諸多對(duì)人體具有健康功效的生物活性物質(zhì)以及干擾營(yíng)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(guó)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(duì)比了常用糙米處理方法的優(yōu)缺點(diǎn)。

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(yíng)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(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。

1.1 生物發(fā)酵對(duì)糙米基本營(yíng)養(yǎng)成分的影響

經(jīng)生物發(fā)酵后，糙米的基本營(yíng)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(shí)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(shí)，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(guò)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(guò)程中微生物的代謝活動(dòng)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(guò)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(duì)胚乳中的淀粉產(chǎn)生水解作用。

1.2 生物發(fā)酵對(duì)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(guò)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(lái)，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(duì)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(duì)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(duì)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(shí)間的增長(zhǎng)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?dú)w因于微生物生長(zhǎng)代謝產(chǎn)生的α-淀粉酶、β-糖苷酶和木聚糖酶等，通過(guò)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(lái)，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(yíng)養(yǎng)價(jià)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(shí)間及發(fā)酵溫度對(duì)糙米進(jìn)行發(fā)酵處理，分析了生物發(fā)酵對(duì)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(shí)間3.9 h、發(fā)酵溫度30 ℃時(shí)，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(huì)使糙米勻漿中GABA含量增加到33.25 mg/mL。這可能是因?yàn)樯锇l(fā)酵對(duì)發(fā)芽糙米的處理過(guò)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(yíng)養(yǎng)成分并產(chǎn)生以GABA為主的一些次級(jí)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(huì)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(lái)，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(duì)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(duì)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(guò)程中，糙米中葉酸含量也會(huì)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?jī)H為4.2 μg/100 g）。利用乳酸菌對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化吸收，且對(duì)營(yíng)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(duì)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(duì)糙米中植酸的影響 植酸富含六個(gè)磷酸基團(tuán)，它與膳食陽(yáng)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(shí)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(duì)植酸水平影響不同，但均可顯著降低植酸含量，且發(fā)酵過(guò)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(shí)，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(guò)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(shí)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(guò)對(duì)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(bào)道。

1.3.2 生物發(fā)酵技術(shù)對(duì)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(duì)糙米中單寧含量影響的相關(guān)研究較為缺乏，但對(duì)其他谷物中單寧含量影響的相關(guān)研究已有報(bào)道。小米發(fā)酵12和24 h會(huì)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(guò)程存在差異，也有研究發(fā)現(xiàn)，生物發(fā)酵對(duì)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(huì)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(duì)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(duì)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(huì)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(duì)糙米口感的影響

生物發(fā)酵對(duì)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?yàn)榘l(fā)酵使糙米皮層被降解，在蒸煮時(shí)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(duì)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(duì)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(huì)產(chǎn)生適度的甜味[44]。

3 生物發(fā)酵對(duì)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(shí)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(shí)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?yàn)椋l(fā)酵過(guò)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(huì)被部分水解，特別是糙米中支鏈淀粉的長(zhǎng)鏈被酶解，相對(duì)結(jié)晶度降低，糊化熱和糊化溫度顯著降低，這對(duì)提高糙米的蒸煮品質(zhì)起到了重要的作用[46]。

對(duì)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(shí)間的延長(zhǎng)，淀粉表面會(huì)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(cè)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(guò)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(duì)糙米功能品質(zhì)的影響

4.1 生物發(fā)酵對(duì)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(shí)，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(guò)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(cè)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(duì)過(guò)氧化物酶具有潛在的競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用[21]。利用灰樹花菌屬對(duì)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(duì)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(shí)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(duì)糙米其他功能品質(zhì)的影響

利用生物發(fā)酵技術(shù)對(duì)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(zhǎng)代謝時(shí)可分泌多種有益成分，如有機(jī)酸、過(guò)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(shí)具有較好的降血脂功效。同時(shí)，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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、生成有益成分的效果[51]。通過(guò)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(dòng)脈粥樣硬化、抗過(guò)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(duì)糙米產(chǎn)品品質(zhì)改善效果明顯，國(guó)內(nèi)研究學(xué)者對(duì)于生物發(fā)酵在糙米產(chǎn)品中的應(yīng)用越來(lái)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(yíng)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(guó)外也有許多類似的米糕制品，包括Idli、Dosa、Dhokla等[57]。Phantipha等[58]通過(guò)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(yíng)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(wú)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(guò)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(wú)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(dú)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(guò)一段時(shí)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(wú)葡萄酒的澀味，酒味醇厚且營(yíng)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(shí)間7 h，發(fā)酵后測(cè)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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的混合生物酶體系，其營(yíng)養(yǎng)價(jià)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(lái)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(guó)對(duì)糙米酵素的研究還處于初級(jí)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(duì)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(fèi)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(wèn)題。利用生物發(fā)酵對(duì)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(dú)特的風(fēng)味，還能在提高糙米營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的同時(shí)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(zhǎng)，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(duì)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(duì)糙米中可能存在的重金屬超標(biāo)問(wèn)題能否起到有益作用還需進(jìn)一步探究；b.對(duì)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(guò)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(guò)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(duì)于上述問(wèn)題，糙米的生物發(fā)酵未來(lái)需要投入更多的研究精力，包括：a.發(fā)酵過(guò)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(duì)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(píng)價(jià)，包括生物發(fā)酵對(duì)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(shí)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(duì)于提升國(guó)民生活質(zhì)量、改善國(guó)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(chǎng)發(fā)展前景。