（食品科学专业论文）高膳食纤维营养强化大米的制备研究.pdf

学何论文独创性声明 学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南昌大学或其他教育 机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名( 手写) 影节 签字日期泖年 6 月夕日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解南昌大学有关保留、使用学位论文的规定，有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借 阅。本人授权南昌大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行 检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编本学位论文。同时授 权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库， 并通过网络向社会公众提供信息服务。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名( 手写) ：导师签名( 手写) ：知岐怕 签字日期：弘f o 年6 月 7 e l 签字日期：莎c 。年 月l 日 摘要 摘要 稻米在加工过程中极易导致营养物质流失，稻谷经过清理、砻谷脱壳，得 到糙米；糙米再碾去米糠，得到最终产品精白米。其中纤维随着米糠的脱除而 损失重大，大米在加工过程中的营养损失和其自身营养结构的天然缺陷决定了 对大米进行营养强化的必要性和紧迫性。 本论文以大米加工过程中所产生的碎米为主要原料，运用食品营养学的理 论，加入超微化的大豆膳食纤维，利用“热压凝胶法 的原理，在一定的设备 中重新造粒成型，制成营养强化大米。对营养强化大米的工艺条件、高膳食纤 维营养强化大米的制备配方、大米加工前后的特性的变化及加工的关键装置进 行了研究。研究结果如下： 以大米的食味品质和蒸煮性为评价指标，利用单因素试验对模孔( 大小、 形状、数目) 、蒸煮( 时间) 、挤压( 时间) 、老化( 温度、相对湿度、时间) 、 干燥( 方式、厚度、温度、时间) 等因素进行了研究，并通过响应面试验分析 确定了营养强化大米的最佳工艺。 以大米加工过程中的碎米为主要原料，加入一定的大豆膳食纤维，以大米 的食昧品质和蒸煮性味评价指标，利用单因素试验对加水量、膳食纤维添加量、 乳化剂( 种类、添加量) 等因素进行了研究，并通过响应面试验分析确定了高 膳食纤维营养强化大米的最佳配方。 通过研究大米蒸煮过程中加水量、蒸煮时间、保温时间对大米品质的影响， 得到了大米最佳蒸煮工艺；对比研究了营养强化大米与普通净白大米的食味品 质和理化特性；研究了大米加工前后淀粉性质的变化。 通过以上的研究，在原有单螺杆挤压机的基础上，设计并开发了营养强化 大米加工的关键设备，即成型装置和切割装置，利用此设备制备出了外形类似 普通大米且半透明的营养强化大米。 关键词：大米、营养强化、膳食纤维、食味品质、蒸煮性 _ - 。1 。1 a b s t r a c t a b s t r a c t i tw a se a s i l yl e dt ot h el o s so fn u t r i e n t sd u r i n gp r o c e s s i n gr i c e ，a n dt h e n ，t h ef i n a l p r o d u c tp o l i s h e dr i c ew a so b t a i n e db yg r i n d i n gr i c eb r a nf r o mb r o w nr i c ew h i c hw a s g o t t e nt h r o u g hc l e a n i n g u p ，g r i n d i n gg r a i ns h e l l r i c eb r a nf i b e rl o s sw a ss e r i o u s w h e nb r a nw a sr e m o v e d ，i fp o l i s h e dr i c ew a sc o n s u m e df o rl o n g - t e r m a n dt h e r e w a s n te n o u g hn u t r i t i o u sf o o dt ok e e pu pw i t h , i tw o u l dl e a dt ot h er e s u l tt h a t c o n s u m e r sc o u l d e a s i l yc a u s e ”d i s e a s e so fc i v i l i z a t i o n ”r i c hm a n sd i s e a s e a n d o t h e rv a r i o u sd i s e a s e sb e c a u s eo fi n a d e q u a t e d i e t a r yf i b e ri n t a k eo fn u t r i t i o n a l d e f i c i e n c i e s i nt h i st h e s i s ，a c c o r d i n gt of o o dn u t r i t i o na n d ”h o tp r e s s u r eg e l t h e o r y , b r o k e n r i c ew a sr e g a r d e da st h em a i nr a wm a t e r i a li nt h ep r o c e s so f f i c e ，a d d i n ga m d b a s e d s o y b e a nd i e t a r yf i b e rw i t h i nc e r t a i nr e - m a d es h a p ee q u i p m e n t ，m a k i n gf o r t i f i e dr i c e t h ec o n d i t i o n so ff o r t i f i e dr i c ep r o c e s s ，h i 曲d i e t a r yf i b e rf o r m u l ao ff o r t i f i e d r i c e ， r i c ec h a r a c t e r i s t i c sc h a n g eb e f o r ea n da f t e rt h ep r o c e s s i n ga n dt h ek e y p r o c e s s i n gu n i t w e r es t u d i e d t h er e s u l t sa r ea sf o l l o w s ： c o n s i d e r i n ge a t i n gq u a l i t ya n dc o o k i n gr i c et a s t ee v a l u a t i o na st a r g e t s ，s i n g l e f a c t o rt e s th o l eo nt h em o d u l e ( s i z e ，s h a p e ，n u m b e r ) ，c o o k i n g ( t i m e ) ，e x t r u s i o n ( t i m e ) ， a g i n g ( t e m p e r a t u r e ，r e l a t i v eh u m i d i t y , t i m e ) ，d r y i n g ( m e t h o d ，t h i c k n e s s ，t e m p e r a t u r e ， t i m e ) a n do t h e r f a c t o r sw e r es t u d i e da n d a n a l y z e dt h r o u g hr e s p o n s es u r f a c e e x p e r i m e n tt od e t e r m i n et h eb e s tp r o c e s so ff i c ef o r t i f i c a t i o n b r o k e nr i c ea st h em a i nr a wm a t e r i a li nt h ep r o c e s s i n go fr i c e ，a d d i n gs o m e d i e t a r yf i b e r , c o o k i n ga n de a t i n gq u a l i t ye v a l u a t i o nw a si n d e x ，s i n g l ef a c t o rt e s to n t h ea m o u n to fw a t e r , a d d i t i o no f d i e t a r yf i b e r , e m u l s i f i e r ( t y p e ，a d dv o l u m e ) a n do t h e r f a c t o r sw e r es t u d i e da n dd e t e r m i n e db yr e s p o n s es u r f a c et e s ta n a l y s i so fh i g hd i e t a r y f i b e rf o r t i f i c a t i o no ff i c et h eb e s tf o r m u l a t h eb e s t c o o k i n gt e c h n o l o g y o nq u a l i t yo fr i c eh a db e e n a c q u i r e db y i n v e s t i g a t i n gt h ea d d i n gw a t e rq u a n t i t ya n dc o o k i n gt i m e ，s o a k i n gt i m er i c ed u r i n g t h ec o o k i n go fr i c e ；e a t i n gq u a l i t ya n dt h ep h y s i o c h e m i c a lp r o p e r t i e sf o rf o r t i f i e dr i c e a n do r d i n a r yw h i t er i c ew e r es t u d i e db yc o m p a r a t i v er e s e a r c h ；t h ec h a n g eo ft h er i c e i i s t a r c hc h a r a c t e rw a si n v e s t i g a t e db e f o r ea n da f t e rp r o c e s s i n gi nt h en a t u r ea tt h e s a m e t i m e t h r o u g ht h ea b o v es t u d y , w ed e s i g n e dt h ek e y p r o c e s se q u i p m e n tf o rn u t r i t i o u s a n ds t r e n g t h e n e dr i c eb a s e do nt h ed e s i g no fo r i g i n a ls i n g l e - s c r e we x t r u d e r , n a m e l y f o r m i n ga n dc u t t i n gd e v i c e s ，b yw h i c h w ep r o d u c e dt h es a m ef o r t i f i e d r i c ea s c o m m o nr i c ei ns h a p ea n dt r a n s l u c e n t k e y w o r d s ：r i c e ，n u t r i t i o nf o r t i f i e d ，d i e tf i b e r ，e a t i n gq u a l i t y ，c o o k i n g q u a l i t y i i ! 目录 目录 第一章绪论1 1 1 大米概述_ l 1 2 大米加工过程中的营养损失1 1 3 大米营养研究现状5 1 3 1 蒸谷米5 1 3 2 胚芽米6 1 3 3 发芽糙米6 1 3 4 降血糖大米7 1 3 5 营养强化大米7 1 4 本课题的主要研究内容、创新点和科学意义8 1 4 1 本课题的科学意义8 1 4 2 本课题的主要内容、创新点。9 第二章营养强化大米制备工艺研究1 1 2 1 前言1 l 2 2 材料与设备1 4 2 2 1 主要材料与试剂。1 4 2 2 2 主要仪器与设备1 4 2 3 方法l4 2 3 1 工艺流程。1 4 2 3 2 制备条件1 4 2 3 3 制备工艺实验设计15 2 3 3 1 单因素实验1 5 2 3 3 2 响应面实验1 5 2 3 4 主要指标分析测定方法1 5 2 3 4 1 蒸煮性15 2 3 4 2 食味品质1 6 2 4 结果与讨论1 7 i v 目录 2 4 1 制备工艺单因素实验1 7 2 4 1 1 蒸煮对产品的影响1 7 2 4 1 2 挤压对产品的影响l8 2 4 1 3 模孔对产品的影响1 9 2 4 1 4 老化对产品的影响2 l 2 4 1 5 干燥对产品的影响2 2 2 4 2 制备工艺响应面实验2 4 2 4 2 1 制备工艺对产品蒸煮性的影响2 6 2 4 2 。2 制备工艺对产品食味品质的影响3 l 2 5 本章小结3 7 第三章高膳食纤维营养强化大米制备配方研究3 8 3 1 前言- 3 8 3 2 材料与设备4 l 3 2 1 主要材料与试剂4 1 3 2 2 主要仪器与设备4 1 3 3 方法4 1 3 3 1 工艺流程4 l 3 3 2 制备条件4 l 3 3 3 制备配方实验设计4 l 3 3 3 1 单因素实验4 1 3 3 3 2 响应面实验4 2 3 3 4 主要指标分析测定方法4 2 3 3 4 1 蒸煮性4 2 3 3 4 2 食味品质4 3 3 4 结果与讨论4 3 3 4 1 制备配方单因素试验4 3 3 4 1 1 加水量对产品的影响4 3 3 4 1 2 膳食纤维添加量对产品的影响4 4 3 4 1 3 乳化剂对产品的影响4 5 v 目录 3 4 2 高膳食纤维营养强化大米制备配方响应面试验4 7 3 4 2 1 制备配方对产品蒸煮性的影响4 9 3 4 2 2 制备配方对产品食昧品质的影响5 l 3 5 本章小结5 3 第四章营养强化大米的食味品质及理化特性研究5 4 4 1 前言5 4 4 2 材料与设备5 4 4 2 1 主要材料与试剂5 4 4 2 2 主要仪器与设备5 4 4 3 试验方法5 5 4 3 1 营养强化大米蒸煮试验设计一5 5 4 3 1 1 产品的加水量5 5 4 3 1 2 产品的蒸煮时间5 5 4 3 1 - 3 米饭保温时间5 5 4 3 2 米饭食味品质评价5 5 4 3 3 产品理化特性研究5 7 4 3 3 1 米饭吸水率的测定5 7 4 3 3 2 米饭膨胀率的测定5 7 4 3 3 3 米饭的延伸性的测定5 7 4 3 3 4 米饭提取液碘蓝值测定5 7 4 3 3 5 胶稠度测定5 7 4 3 3 6 米饭提取液透光率测定5 8 4 3 3 7 米饭中淀粉体外酶水解率的测定5 8 4 3 3 8 糊化温度5 8 4 3 3 9 糊化度5 8 4 4 结果与讨论5 9 4 4 1 营养强化大米蒸煮工艺的确定5 9 4 4 1 1 加水量对米饭食味品质的影响5 9 4 4 1 2 蒸煮时间对米饭食味品质的影响6 0 v i 目录 4 4 1 3 保温时间对米饭食味品质的影响6 l 4 4 2 营养强化大米与其它大米食味品质研究6 2 4 4 3 营养大米理化特性6 3 4 5 本章小结6 3 第五章大米热压成型前后淀粉性质对比研究6 4 5 1 前言：1 oo0 6 4 5 2 材料与设备6 4 5 2 1 主要材料与试剂6 4 5 2 2 主要仪器与设备“ 5 - 3 方法6 5 5 3 1 大米淀粉的制备。6 5 5 3 2 黏度的测定6 5 5 3 3 流变性质的测定6 5 5 3 4 结晶结构分析( x 一射线化射仪分析) 6 5 5 3 5 傅里叶红外光谱分析( f t i r 分析) 6 5 5 4 结果与讨论6 5 5 5 本章小结7 0 第六章营养强化大米成型的关键装置7 l 6 1 成型装置7 2 6 2 切割装置7 5 6 3 产品营养强化大米7 6 第七章结论和展望7 8 7 1 结论7 8 7 2 展望7 9 致谢。8 0 参考文献8 l 攻读学位期间的研究成果8 6 v l i 第一章绪论 1 1 大米概述 第一章绪论 稻谷经过脱壳后得到糙米，糙米由皮层、胚乳和胚三大部分组成，皮层包 围在胚和胚乳外面，糙米各组成部分的重量百分比为皮层6 8 、胚2 3 、 胚乳8 9 9 4 。皮层主要由纤维、半纤维素和果胶物质组成，同时也含有较多 的蛋白质、脂肪、维生素和矿物质；胚呈明显弯曲状态，长约2 m m ，脂肪、蛋 白质含量很高，还含有丰富的维生素( v b i ，v b 2 、尼克酸、醇等) 、矿物质、丰富 的酶系和各种生物活性物质( 功能性成分) ；胚乳主要由淀粉细胞组成，淀粉细胞 由横向排列的长形薄带细胞组成，胞腔中充满着一定形状的淀粉粒，淀粉粒的 间隙中填充蛋白质类的“枢质 【l 】。 糙米中含有丰富的营养物质，据中国医学科学院卫生研究所分析，糙米含 糖类7 5 ，蛋白质7 8 ，脂肪2 4 - 2 6 ，并含有丰富的b 族维生素及铁、 钙、锌等矿物质。特别是糙米的某些部分中含有丰富的亚油酸和维生素e ，具有 降低血液中胆固醇含量、防止高血压、抗癌及吸收中性脂肪的作用，所以近年 来越来越受到人们的关注1 2 , 3 】。此外，糙米具有许多白米中不含或者含量较少的 营养保健功能性因子，这些功能性因子主要分布在皮层和胚中。 1 2 大米加工过程中的营养损失 大米在加工过程极易导致营养流失。稻谷经过清理、砻谷脱壳，得到糙米； 糙米再碾去皮层( 即米糠) ，得到最终产品精白米。谷粒所含的维生素、无机盐和 含赖氨酸较高的蛋白质均集中在谷粒的外围部分和胚芽上，因此，糙米碾磨程 度越高，蛋白质、脂类、矿物质及维生素等营养素损失就越大。另外，在我国 普遍存在着煮饭前对大米进行淘洗的习惯，大米在淘洗过程中，原有营养物质 又会受到损失1 4 j 。研究表明，在加工过程中大米本身含有的营养素损失明显，铁 的损失约5 0 ，尼克酸的损失高达6 5 ，并营养素的损失不仅仅发生在加工过 程中，在烹饪过程中也有营养损失【5 1 。 维生素( v i t a m i n ) x g 维他命，是维持人体生命活动必需的一类有机物质，也 第一章绪论 是保持人体健康的重要活性物质。维生素在体内的含量很少，但在人体生长、 代谢、发育过程中却发挥着重要的作用。由于化学结构的不同，各种维生素在 人体中的生理功能有很大差别，其中，维生素b 1 和b 2 参与细胞代谢中三羧酸循 环；维生素b 6 和叶酸参与蛋白质的代谢；维生素b l 和维生素p p 参与糖的代谢 和脂肪酸代谢；维生素c 参与体内抗原、胶原和组织修补以及糖、脂肪、蛋白 质的代谢，保持血管完整等；维生素a 主要有维持视觉、促进生长、增强生殖 力、清除自由基等功能；维生素d 参与钙的吸收、牙齿和骨骼的正常生长；维 生素e 具有抗衰老抗氧化的功能。由于维生素参与了许多生物代谢过程，与人 体的健康密切相关，当人体缺乏某种维生素时，会引起相应的维生素缺乏症1 6 ，7 j 。 其中，缺乏维生素b 1 能引起神经炎和脚气病；维生素b 2 缺乏症为口角溃疡、唇 炎和舌炎以及引起眼睛白内障；缺乏叶酸会引起红细胞贫血、心脏病及胎儿神 经发育缺陷；缺乏维生素c 时会引起坏血病等；缺乏维生素a 时会导致视力下 降、皮肤干燥粗糙；缺乏维生素d 时容易发生佝偻病；缺乏维生素e 时会导致 动脉粥洋硬化、癌症及智力下降引。 金属元素虽然在人体内的含量不多，但与人的生存和健康息息相关。它们 的摄入过量、不足、或缺乏都会不同程度地引起人体生理的异常或发生疾病。 金属元素最突出的作用是与生命活力密切相关【9 】。分子生物学的研究揭示，金属 元素通过与蛋白质和其他有机基团结合，形成了酶、激素、维生素等生物大分 子，发挥着重要的生理生化功能，主要有：在酶系统中起特异的活化中心作用、 在激素和维生素中起特异的生理作用、输送元素的作用、调节体液渗透压和酸 碱平衡、影响核酸代谢、防癌、抗癌作用。其中，钙( c a ) 具有促进骨骼生长、 保持神经系统正常反应的功能；钾( k ) 具有维持细胞新陈代谢的作用；锌( z n ) 具有促进大脑发育、维持性能力的作用；铁( f e ) 能促进体内红细胞造血；镁( m g ) 在细胞的正常代谢过程中起着重要的作用；铜( c u ) 在人体造血过程中起着辅助作 用：硒( s e ) 具有抗氧化、提高免疫力的作用；氟( f ) 能预防龋齿、骨质疏松；钼( m o ) 具有防癌抗癌的功能；锰( m n ) 能促进骨骼发增强记忆力、预防骨质疏松症； 碘( i ) 能调节体内热量的代谢【1 0 a l , 1 2 。 脂肪酸是脂肪的主要组成部分，与维生素、金属元素一样是人体最重要的 营养素之一，分为饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸。其中不饱和脂肪酸是构成体内 脂肪的一种人体必需的脂肪酸。不饱和脂肪酸根据双键个数的不同，分为单不 饱和脂肪酸和多不饱和脂肪酸二种【l3 1 。食物脂肪中，单不饱和脂肪酸 2 第一章绪论 ( s i n g l e u n s a t u r a t e df a t t ya c i d s ，s u f a ) 有油酸等，多不饱和脂肪酸 ( p o l y u n s a t u r a t e df a t t ya c i d s ，p u f a ) 有亚油酸、亚麻酸、花生四烯酸等。人体 不能合成亚油酸和亚麻酸，必须从膳食中补充。不饱和脂肪酸在人体内有非常 重要的生理功能，主要包括：降低血糖、调节血脂、降低胆固醇、抑制癌细胞 生长、增强免疫力和预防心脑血管疾病1 1 4 】。 氨基酸是构成生物体蛋白质并同生命活动有关的最基本的物质，是在生物 体内构成蛋白质分子的基本单位，是构建细胞、修复组织的基础材料，与生物 的生命活动有着密切的关系。它在抗体内具有特殊的生理功能，是生物体内不 可缺少的营养成分之一。氨基酸被人体用于制造抗体蛋白以对抗细菌和病毒的 侵染，制造血红蛋白以传送氧气，制造酶和激素以维持和调节新陈代谢；氨基酸 是制造精卵细胞的主体物质，是合成神经介质的不可缺少的前提物质；氨基酸 能够为机体和大脑活动提供能源，氨基酸是一切生命之元【1 5 , 1 6 。 k a s a m a 等研究表明在从糙米到精米的加工过程中和从精米到精米饭的烹调 过程中，维生素b l 的加工损失率为5 2 5 ，烹调损失率为6 2 5 ，维生素b 2 的 加工损失率为3 3 3 3 ，烹调损失率为6 6 6 7 。随着生活水平的提高，人们对粮 食的要求越来越高，过分强调口感，却忽略了营养，以致米、面越吃越白，越 吃越精，势必造成粮食中的营养物质，尤其是b 族维生素和矿物质元素的大量 丢失【1 7 l 。 在大米初加工( 研磨) 和n ：j n i ( 湿、热处理) 过程中，维生素、矿物质元素和 纤维等营养物质都会有不同程度的损失，其损失程度与加工精度、湿热处理等 有较大关系 1 8 , 1 9 j 。糙米与精白米的营养成分比较见表1 1 ： 第一章绪论 表1 1 糙米与精白米的营养成分比较 显坠! 宝! g q 尘p 型i 兰q 璺q ! 邕坐! i 呈翌堡垒曼! 型旦塑翌型! ! 堡磐垒型垒! 堡! ! 堡 一一 _ _ _ _ _ _ _ _ _ - - - _ _ - - - l l _ _ - _ l - _ _ - _ _ _ l - l _ _ l - _ - - - _ l 。o o o 。o 。o o o o 。一 化学成分( ，干基) 糙米 精自米 蛋白质( n 5 9 5 ) 7 1 1 3 1 5 6 1 3 3 粗脂肪 灰分 1 - 8 - - 4 0 1 0 - - , 2 4 无氮抽出物 7 4 5 9 0 2 0 2 1 1 0 3 o 7 8 4 0 9 3 5 微量成分( u g g ) 糙米 精白米 溺 v b i v b 2 尼克酸( v b 5 ) 吡哆醇( v b 6 ) 泛酸 生物素 肌醇总量 游离 胆碱 叶酸 v b l 2 v e 钙 铁 镁 磷 o 1痕量 2 1 4 5 0 4 o 9 4 4 - 6 2 1 6 1 1 2 6 6 1 8 6 0 0 6 0 1 3 l1 9 4 - - 1 2 2 0 2 4 4 5 1 1 2 0 - - 1 2 2 0 o 2 0 6 0 0 0 5 1 3 6 5 - 4 0 0 7 5 4 3 8 0 1 4 0 0 2 5 0 0 4 4 0 0 痕量1 8 0 1 0 4 8 2 6 0 4 - 6 2 3 4 7 7 0 0 0 5 0 0 7 1 0 0 1 2 5 1 l 4 5 0 7 1 3 0 0 6 - 0 1 6 0 0 0 1 6 痕量 4 6 3 8 5 2 2 7 l7 0 - - 7 0 0 8 6 0 1 9 2 0 锌 1 5 - 2 2 3 2 l 长期食用精白米，又没有足够的营养食品跟上，就会造成b 族维生素和矿物 4 第一章绪论 质元素等营养物质缺乏，进而引发脚气病、神经炎、唇炎、角膜炎、贫血、高血 压、冠心病、动脉硬化、免疫力低下、发育不良等病症。统计资料显示，我国 以稻米为主食的人群中，4 8 的妇女、4 0 婴儿和2 6 学龄儿童患有缺铁性贫 血i z 。在其他大米消费国家，低维生素及矿物质的摄入也是普遍的营养问题。 据联合国粮农组织( f a o ) 统计，大约半数的东南亚人没有足够的营养摄入以保 证健康的生活。因此世界卫生组织( w h o ) 和联合国粮农组织( f a o ) 极力倡导 摄食粗粮。但从另外一个角度说，糙米虽有较高的营养保健功能，但也有一定 的营养缺陷，糙米会致使胰岛素分泌相对减少，如天天食用会对消费者有一定程 度的不利影响。糙米中磷过多，是酸性食品，而人体体液近于中性，要保持酸、 碱量的平衡，如果长期单纯地吃糙米，对健康也不利。糙米的外围被一层粗纤维 组织包裹，密度极高，人体难以消化吸收，经过长时间的蒸煮营养成分会流失不 少 2 2 , 2 3 。 、 1 3 大米营养研究现状 随着我国社会经济的发展和人民生活水平的日益提高，人们已不再满足于 吃饱，而要求吃好，要求能够提供花色品种更多、质量更好、营养更丰富、更 加安全卫生的粮油食品。稻谷加工也已由传统的加工方式向精深加工方向发展， 新技术、新工艺、新产品不断涌现，以适应人们对大米品质、食味及其营养越 来越高的要求1 2 4 1 。 目前，改善大米营养价值的途径主要有蒸谷米、胚芽米、发芽糙米、降血 糖大米、营养强化大米等几方面。 1 3 1 蒸谷米 蒸谷米又称半煮米，其基本加工工序与加工一般大米相同，只是在砻谷前 增加对净谷浸泡、蒸煮、干燥等水热处理工序。经过水热处理的稻谷，米粒强 度增大，工艺品质提高，碎米率减少。同时在水热处理过程中，稻谷皮层的维 生素和矿物质等营养成分向米粒内部渗透，使胚乳内的营养成分增加，提高了 稻米的营养价值。此外，蒸谷米还有耐贮、米粒胀性好，出饭率高，米饭易消 化等优点。因此，全世界每年有相当数量的稻谷加工成蒸谷米。印度、泰国、 5 第一章绪论 马里等国家是蒸谷米的主要生产国；美国、意大利等国家也有生产。主要是为 了提高稻米的营养价值和加工品质。我国浙江、福建、广东等地农家生产食用 蒸谷米也有很长的历史。2 0 世纪6 0 年代，我国曾在江苏、浙江等地建设了具有 一定规模的蒸谷米生产厂，其产品主要出口中东阿拉伯国家。由于蒸谷米渗透 了米糠的颜色，不像一般精白米具有洁白的外观，故在国内销售量不大【2 5 , 2 6 1 。 目前，亚洲最大的蒸谷米加工厂已在江西南昌建成。其设计生产能力为年 产蒸谷米1 8 万吨。 1 3 2 胚芽米 胚芽米是指精白米保留米胚的一种大米产品，也称留胚米，留胚率应在8 0 以上。由于米胚中含有v e 、v b l 、v b 2 等多种维生素和优质蛋白质、脂肪等丰 富的营养成分，因此胚芽米的营养价值比普通大米高【2 7 , 2 8 】。普通大米加工，因糙 米在碾白去皮过程中，绝大部分的米胚随之脱落，所以基本不留胚。胚芽米的 加工要有专门的加工技术和设备。糙米在碾白去皮前需经化学溶剂或酶预处理， 使大米皮层松散柔软；然后采用立式高速碾米机，使米粒在低压冲击状态下研 磨，去掉大米皮层而保留米胚。胚芽米最早于1 9 2 4 年在日本问世，对当时日本 流行的脚气病的预防起到一定的作用，1 9 7 7 年日本政府正式将留胚米确定为正 式产品。目前，胚芽米在我国还没有面市，在其他国家也不多见，究其原因主 要是胚芽米的耐贮性未能很好解决【2 9 删。此外米胚有特殊的味道，且进食时口感 欠佳，所以只能逐渐被广大消费者接受。 1 3 3 发芽糙米 在糙米的综合利用方面，发芽糙米受到广泛关注，发芽糙米是糙米经过发 芽至适当芽长的芽体的产品。发芽糙米主要由幼芽和带皮层的胚乳构成。糙米 发芽的实质是糙米的活性化。糙米芽体是具有旺盛生命力的活体，糙米中含有 大量的酶，如仅淀粉酶、b 淀粉酶、1 3 葡聚糖酶、戊聚糖转化酶、麦芽糖酶、 纤维素酶、半纤维素酶、蛋白酶、核酸酶、脂肪酶、磷脂酶、植酸酶等，以结 合态存在于胚及皮层中，加水发芽时，酶被激活，催化一系列生化反应。日本 著名学者、信州大学教授茅原经过实验研究发现，发芽糙米有着神奇的健美功 效。茅原教授用老鼠所作的实验结果证实：发芽糙米中含有丰富的抗活性氧植 6 第一章绪论 酸、阿魏酸等，可以抑制黑色素的产生，使皮肤保持白净，并能促进新陈代谢， 预防动脉硬化、内脏功能障碍和癌症等。大量的氨基酸g a b a 存在于脑和脊髓 中，有改善血液循环、增加氧气供应量、抑制自律神经失调和老年性痴呆症等 功能 3 1 3 2 。此外，发芽糙米还保留着更多的镁、钾、钙、锌和铁等人体所必需的 微量元素。我国国内在发芽技术研发方面尚处于起步阶段，许多生理生化反应 机理包括保存期间y 氨基丁酸含量变化规律尚未完全搞清楚，有待于进一步深 入研究。 2 0 0 3 年1 0 月，中国粮油学会于北京怀柔召开了发芽糙米产品与加工技术研 讨会，推介了由北京华通康源公司研制的发芽糙米全套生产设备及技术，标志着 我国发芽糙米产业化开发已揭开了新的一页【3 3 】。 1 3 4 降血糖大米 据报道，日本已开发出具有调节血糖功能的转基因大米。这种含有特殊激 素的大米，能促进食用者胰岛素的分泌，但不会造成血糖过分降低。专家称， 吃一碗这样的米饭，可望产生与注射胰岛素一样的效果，而且该大米的价格可 能与普通大米相当3 4 , 3 5 1 。 1 3 5 营养强化大米 营养强化大米是指在精制大米中添加某些人体必需的营养物质。精制大米 在加上过程中，含有多种营养成分的皮层和胚被碾去以提高精度，改良适口性， 但却导致其营养价值明显降低。为了使人们在食到美味、可口大米的同时也能 获得足够的营养，大米营养强化的问题已引起了世界各国卫生营养部门的关注。 强化大米最早( 1 9 4 8 年) 出现于菲律宾，在预防当地维生素b 、尼克酸及铁 质缺乏症等方面获得了显著效果。经过食用强化大米，该国两年后已基本消除 了脚气病等维生素b 2 缺乏症，显著提高了当地人们的营养水平，降低了死亡率。 随后在新加坡、日本等亚洲国家，古巴、哥伦比亚、委内瑞拉等拉美国家及美 国若干州陆续采用 3 6 , 3 7 l 。 日本政府早在2 0 世纪5 0 年代就在法律上制定了大米的营养强化标准，依 靠营养强化来解决维生素b 的供给问题，即在精白米中进行维生素b 1 、b 2 、赖 氨酸和钙等营养素的强化。美国食品和药物管理局在2 0 世纪7 0 年代颁布对烘 7 第一章绪论 烤食品、通心粉和大米的统一强化标准，规定必须强化维生素b l 、维生素b 2 、 尼克酸、铁、钙和维生素d 等营养素。国际科学研究所食品和营养委员会在同 期推荐对谷物强化维生素b l 、b 2 等几种营养素。目前美国6 的市售包装大米 均为强化大米【3 8 , 3 9 l 。 我国的营养强化米还处于研制阶段，8 0 年代初，中山大学卫生系营养卫生 教研室的郭洁强等人研究了赖氨酸和苏氨酸对提高大米蛋白质营养价值的影 响。通过小鼠实验，依据动物生长发育、氮贮留、蛋白质的利用效价等作为指 标，考察了不同质与量的氨基酸强化大米的效果；江南大学曾研制出简单、实 用的营养强化工艺和设备，并且对强化米营养剂的配制、营养素的保存率和配 方的有效性、营养剂配方对大米质量和风味的影响等作了较深入的研究，为营 养强化米的生产提供了理论依据。2 0 0 4 年，武汉工业学院李庆龙教授带领的课 题组，成功研制出了新型的营养大米强化方式，在大米中添加铁、锌、钙等7 种微量元素i 删。 一些生产企业也参与了营养强化大米的研究，例如东海粮油在2 0 0 3 年就开 始研制“福i 临l j 营养强化大米”，该大米按照国家公众营养改善项目办公室确定 的营养素添加配方。苏州湘城米厂的金增辉，提出了以大米加工过程中的副产 物即米糠( 含胚芽) 为大米营养强化的营养物质来源，经过提取其中的有效成分， 配制成生物型溶液，米粒通过吸收其中的有效成分，制取营养强化大米【4 1 , 4 2 j 。此 外，由布勒集团和帝斯曼集团合作在无锡成立的维力米业有限公司于2 0 0 8 年8 月投产，其产品维力米已在北京、上海试销售。 1 4 本课题的主要研究内容、创新点和科学意义 1 4 1 本课题的科学意义 大米是世界上最普遍的谷物，也是我国居民整个膳食和营养的基础。随着 居民生活水平的提高，人们对大米外观和口感的要求也越来越高，大米越碾越 精。稻米在营养结构上的天然缺陷及在大米加工过程中的营养损失，极易导致 消费者出现营养缺乏并引发各种疾病，这在经济落后的地区表现的尤为明显。 我国每年因营养不良带来的损失达3 0 0 0 - - 5 0 0 0 亿元。营养不良主要表现为 营养素摄入不足和营养结构失调两类。从目前慢性病的发病原因看，约有3 0 8 第一章绪论 与营养不良有关，我国营养不良的人口是全世界最多的几个国家之一。我国居 民明显摄入不足的营养素有：维生素a 、b 族维生素、钙；吸收利用不佳的营养 素有铁、钙、锌等。国务院食物营养咨询委员会颁布实施了中国营养食物与 营养发展纲要( 2 0 0 1 2 0 1 0 ) ，纲要中的第1 3 条对食品工业提出：加快开展食物 营养强化工作，重点推行主食品的营养强化，减轻食物营养素缺乏的情况。我 国是大米生产和消费大国，人均年消费大米超过9 0 k g ，占人均消费谷物的6 0 还多。大米是我国2 3 以上人口的主食，近年来，大米的消费区域和人口还在不 断扩大。 大米在加工过程中的营养损失和其自身营养结构的天然缺陷决定了对大米 进行营养强化的必要性和紧迫性。 本课题立足于本省丰富的稻谷资源，在对不同种类( 籼米、粳米和糯米) 大米进行营养学和功能特性评价的基础上，利用大米加工过程中产生的碎米进 行粉碎，加入特定的营养强化剂，利用“热压凝胶法”的原理在一定的设备中 重新造粒成型，制成营养强化大米。本课题制备的营养强化大米与糙米和普通 的净白米相比，具有营养素配比均衡、稳定好、加工特性优良，质构特性能与 精白米相近等特点，且成本低廉，对在我国普及推广营养强化大米具有积极意 义。本课题关于营养强化大米的制备方法是目前大米营养强化领域的前沿