粗粉加工设备

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　　介绍了稻米的结构和营养成分特征、功能稻米的概念、研究历史和时代属性，重点阐述了功能稻米活性物质的种类和调控机制，总结了国内外利用常规育种、诱变育种、基因工程技术等手段在功能稻米方面的研究进展，结合当前功能稻米及其制品的社会需求，对功能稻米研究中存在的问题及未来发展方向进行了展望。

　　水稻是世界上主要粮食作物之一，其种植区域分布广泛，是东南亚地区人群每日三餐的主食。稻米主要为提供热量并满足部分蛋白质、维生素和矿物质的需求。根据《中国居民膳食指南2016》，以谷类(稻米等)为主兼顾食物多样性的膳食结构模式，既可提供充足的能量，又可避免过多摄入动物性食物，对预防相关慢性疾病的发生具有重要意义。

　　2015年《中国居民营养与慢性病状况报告》显示，国内居民面临营养缺乏和营养过剩双重挑战，部分人群饮食结构不合理、脂肪摄入量过多等导致的“营养过剩”，和由于地域经济发展不均衡、自然条件限制造成的“营养缺乏”，导致“隐性饥饿”问题较突出，由此诱发的肥胖、心血管疾病、糖尿病和肾病等患者人数激增，营养性贫血症和维生素A 缺乏症等现象持续存在，与膳食营养相关的慢性病对居民健康的威胁日益严重。

　　例如，中国超重率为30.1%，肥胖率为11.9%，糖尿病患病率超过11.6%[1-4]。因此，改良食物的营养性、功能性和安全性是作物遗传育种学、食品科学和营养医学等学科共同关注的课题[5,6]。基于此，“营养导向型农业”和“功能农业”等概念也受到越来越多人的关注，营养健康型食品、功能食品等具有的预防和辅助治疗作用正逐渐被人们接受。

　　功能稻米作为一类特殊功能的水稻产品，是营养导向型农业、功能农业或功能食品的重要组成部分。长期以来我国水稻育种以高产、优质(外观加工品质)、抗病虫等重要农艺性状为目标导向，功能稻米的相关研究较少且不受重视。

　　近年来，随着我国社会经济的快速发展和人民群众生活水平的不断提高，大家对于健康越来越重视，因此，通过改善或完善现有的农业发展战略，尤其是主粮作物水稻应用基础研究与应用研究的战略方向，加快推进功能稻米相关研究及产业化，对“健康中国”等国家战略的实施具有重要意义。

　　本文在回顾总结国内外功能稻米现状及其主要研究进展的基础上，结合稻米营养成分的分布特点，对功能稻米的概念、活性物质种类及其遗传调控机制等进行了分析梳理，并进一步对功能稻米研究中存在的问题及未来发展方向进行了展望。

　　稻米(糙米，又称颖果)由皮层、胚乳和胚三部分组成。皮层由果皮、种皮、珠心层和糊粉层等组成，包裹在胚和胚乳外面。胚乳的外层为糊粉层或亚糊粉层，内部为富含淀粉的胚乳细胞。

　　稻米中营养成分主要包括碳水化合物、蛋白质、脂类、氨基酸、矿物质、维生素和膳食纤维等几大类，包含近百种营养组分和生理活性物质(表1)。其中，稻米皮层含有铁、锌、硒和锰等微营养元素和膳食纤维，胚中含有γ-氨基丁酸、叶酸、生育酚、谷胱甘肽和谷维素等多种生理活性成分，而胚乳中则富含淀粉，是主要的食用部分和食品原料和辅料[7,8]。

　　此外，稻米中还含有一些抗营养成分，如植酸、凝集素、巯基蛋白酶、过敏原蛋白等[5]。营养成分对比分析发现，稻米的氨基酸评分(Amino Acid Score，AAS)达到68[9]，与其他主要谷物如小麦(中筋粉，氨基酸评分为43)和玉米(玉米粗粉，氨基酸评分为35)相比，赖氨酸和含硫氨基酸成分较高，能提供更完整和均衡的氨基酸养分[9]。

　　市场上销售的大米多为经过精细加工及工艺处理过的精米(或精白米，整精米)，是糙米经过碾米、抛光去掉糊粉层及其以外的部分所得，而去掉部分则成为米糠组成成分，米糠约占糙米总质量的10%、稻谷质量的5.0%～5.5%。

　　以稻米为原料加工的食品可分为米淀粉类食品和米糠类食品[10-12]。Satake根据稻米商业化加工流程及每一步获得的产物类型，将精米加工步骤中产生的副产品区分为米糠和细米糠，其中米糠(rice bran)是指糙米经碾米后的副产品，主要包含胚和可识别的柔软外层(果皮、种皮、珠心层和糊粉层)；细米糠(rice polishings)是指经碾米产生的精米再进行抛光后的副产品，包括稻米的内皮层、少量胚和极少量的淀粉[9,13]。

　　然而，在我国米糠标准中(GB 10371－1989、NY/T 123－2019)，将米糠定义为由果皮、种皮、外胚乳、糊粉层和胚，以及加工过程中混进的少量稻壳、灰尘和微生物等组成的混合物，并没有米糠和细米糠之分。由于米糠中含有丰富的营养素和生理活性物质(表1)，糙米的营养价值通常高于精米。

　　市面上销售的大米(精白米)由于过度精加工，营养成分相较于糙米或胚芽米等粗加工产品，均有极大的损耗。据报道，我国的米糠资源非常丰富，年产量达1200万t以上，但大多数(80%以上)并未被合理利用, 其综合利用价值有待提高[12]。

　　而过度精加工的大米(精白米)并不适合部分亚健康和疾患人群食用。因此，结合稻米营养成分分布特征和已有研究结果，对以大米(精白米)为主食的亚健康和疾患人群饮食结构进行调整(表2)，将有利于相关疾病的预防或辅助治疗，有助于提高相关人群的生活质量。

　　功能稻米是指稻米皮层、胚和胚乳等含有的某些对健康有益的生理活性物质或特殊成分较普通稻米高或低，人们食用其稻米制品或深加工提取的活性物质或特殊成分后，可以平衡体内营养、预防疾病发生和促进疾病康复，且符合稻米安全标准的一类稻米产品。

　　例如，富含黄酮类花色素甙类化合物、生物碱等功能成分和铁、锌等元素的黑米和红米，低谷蛋白含量LGC-1和W0868品种稻米，米胚中富集γ-氨基丁酸(GABA)的巨胚稻米等[1, 3, 14, 15]。功能稻米是一类区别于普通稻米的水稻功能性产品。

　　普通稻米中的基本营养成分一般能维持正常能量需求和基本生长发育。然而，长期食用普通稻米或精白米，可能会造成某些营养成分数量上不足、或者某些成分过剩，进而影响正常的调节功能。

　　1粗蛋白=蛋白质(N×5.95)；2碳水化合物=100−蛋白质−粗脂肪−灰分−水分；3可消化碳水化合物=碳水化合物−粗纤维；4糖=碳水化合物−纤维。

　　功能稻米的研究起始于20世纪末期，许多国际组织给予了政策和资金支持。1992年，联合国粮农组织(FAO)和世界卫生组织(WHO)开始关注以水稻为主食的东南亚地区人群的营养缺乏症状，并在亚洲发展银行(ADB)与联合国儿童基金会(UNICEF)资助下开始功能型水稻研究。

　　1994年，在国际农业研究咨询磋商机构(CGIAR)和国际粮食政策研究所(IFPRI)的倡导和主持下，在世界银行及亚洲发展银行等资助下，国际水稻研究所(IRRI)开展了高微量元素稻米遗传育种研究，最具有代表性的成果是富铁高产水稻品种IR164的选育，铁含量为25 mg/kg，比普通稻米高60%左右。

　　2001年，中国水稻研究所(CNRRI)应邀加入国际功能性稻米研究协作网络；2002年，国际农业研究咨询磋商组织(CGIAR) 发起的全球功能性水稻开发大型国际合作项目得以实施，中国水稻研究所于2003年加入该国际合作项目。2004年1月，由国际热带农业研究所(CIAT)与国际食物政策研究所(IFPRI)组织成立了推进生物强化发展的HarvestPlus国际合作计划。

　　2004年5月，由中国农业科学院范云六院士发起并在中国正式启动了该项目[1, 3]。上述历史事件的发生，为世界范围内功能稻米研究奠定了坚实基础。中国对功能稻米的理念先于国外，自古就有功能稻米利用的记载，但上述记载均没有提升到科学评价水平上进行深入开发利用[1]。

　　中国水稻研究所、南京农业大学和上海交通大学农学院等是国内最早开展功能稻米研究的几个单位，通过从日本和IRRI 等地引进适合贫血病人、高血压患者等专用的种质资源，通过杂交、回交等手段，将富铁、富锌、高γ-氨基丁酸含量等相关调控基因转育到国内高产主栽品种中，选育了适合我国种植的功能性水稻专用新品种，已取得显著进展，相关功能稻米已用于浙江省各大医院临床辅助治疗和相关功能性食品的开发利用研究。

　　从世界范围内看，功能稻米研究日本走在最前列。日本自20 世纪80 年始重视功能性水稻的研究与开发，通过日本国内研究机构的协作攻关，逐步开发出一些具有保健疗效和其他特种功能的水稻品种，取得了较好的经济效益。例如，日本在20 世纪90 年发了针对高血压患者的功能稻米“巨胚米”，投放市场后受到高血压患者的热烈欢迎[1]。

　　功能稻米在中国有深厚的历史文化积淀[16]。中国是稻米生产古国之一，几千年来稻米为中华民族的生存和繁衍提供了重要的能量和营养。例如，唐代《千金要方》记载稻米(应为高抗性淀粉稻米)有“消渴病治疗效”，即治疗糖尿病的功效。

　　又如孙思邈《千金翼方》中提出“谷皮(富含维生素B1)煮汤入粥治脚足疾患”。《本草纲目》中记载乌饭(黑米饭，黑色素)“味苦、无毒、止泻、除唾、强筋、益泛力，久服轻身长年”。功能稻米在新的经济社会发展时期，具有新的时代属性。

　　首先，功能稻米是现代农业发展的必然选择。现代农业的发展已经从“高产农业”、“绿色农业”向第三个发展阶段“营养导向型农业” “功能农业”过渡和转型，推动消费者从“吃得饱”到“吃得好”，再到“吃出健康”的消费理念转变，营养功能型产品将成为我国现代农业的重要发展方向[17, 18]。

　　营养导向型农业的“营养”或功能农业的“功能”除了维持健康之外，还必须要解决全球性的“隐形饥饿”问题，而功能稻米对解决世界性的营养不良、营养过剩等“隐性饥饿”问题具有重要意义，并做出了积极贡献[1]。其次，功能稻米研究与发展是服务国家战略的必由之路。

　　2019年7月，国务院办公厅印发《健康中国行动组织实施和考核方案》，统筹推进《健康中国行动(2019－2030年)》组织实施和考核等工作，明确指出“鼓励科研单位、企业研发生产符合健康需求的食品，增加健康产品供给”。2020年9月，召开科学家座谈会上提出了“四个面向”的重要指示精神，在此前“三个面向：面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求”基础上，新增了“面向人民生命健康”。

　　主粮作物水稻应承载保障人民营养健康、生命健康使命，功能稻米在从“满足”人民群众“吃饱、吃好”到“引领”人民群众“吃得健康、吃出健康”中具有重要作用。因此，加快推进功能稻米研发与产业化进程，走出功能稻米“产、学、研、推”特色路子，为健康中国国家战略实施和保障人民生命健康贡献水稻人的智慧。

　　第三，功能稻米是水稻产业发展到一定历史阶段的必然产物。水稻品种选育及推广经历了从“注重高产”向“优质高产并重”的发展阶段，在此基础上，正朝着“绿色、安全、功能(营养)”方向迈进。在推动从“吃得饱”到“吃得好”，再到“吃出健康”转型中，主粮作物水稻应扮演更重要角色，为促进“农业增效、农民增收、人民增寿”做出应有贡献。

　　当前，由于普通稻米的经济效益较低，严重影响了广大农民种植水稻的积极性，一定程度上对国家粮食安全造成隐患。遵循药食同源的理论，通过研发与微营养调节相关，与高血压、糖尿病和肾脏病等疾病预防与辅助治疗相关的功能稻米产品，将水稻由传统“粮食作物”提升为“粮食、经济兼顾型”作。

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