TWI593364B - 穩定化米糠微細粉末的製造方法 - Google Patents

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Description

穩定化米糠微細粉末的製造方法
本發明為關於一種穩定化米糠微細粉末的製造方法，尤指使 米糠脂解酵素失活成為穩定化米糠，並將其研磨成為微細粉 末，使能室溫保存、並能方便用於各種加工食品配方的方法。
米糠約佔稻穀重量的10%，為糙米碾成白米的副產品，其中約含18-24%油脂、25%膳食纖維、14%蛋白質和45%碳水化合物。米糠蛋白質的胺基酸組成可比美牛乳酪蛋白。米糠富含B族維生素、生育醇和生育三烯酚等維生素E群、鉀、鎂、磷等礦物質元素及γ-米糠醇(γ-oryzanol)、β-穀甾醇(β-sitosterol)等多種具有抗氧化功效的成分，以及具有生理調節功能的γ-胺基丁酸等，在食品加工上具有作為許多營養素補充源的潛力。但是，以米糠做為食品或飼料卻受限於米糠油脂水解和氧化酸敗所造成的不穩定性。碾米之後米糠中的脂肪很快地因脂解酵素(lipases)和氧化酵素(peroxidases)的作用而變質，以至不適合作為食品用途。
為了抑制米糠脂解酵素的作用，已有許多處理方法被提出，例如日本專利公開公報特開昭62-11052號所揭示，將含水率12~13%的米糠乾燥至含水率8~9%，再以擠壓機配合過熱蒸汽(superheated steam)加熱至115-125℃、含水率8~9%，隨後在相同溫度下將水分含量降至4~5%，而得穩定化米糠，所得米糠並未經進一步降低粒徑之研磨處理。
日本專利公開公報特開平11-9207號，揭示一種結合精米機，將碾出米糠加熱的裝置，可將米糠於100~130℃下加熱10~60秒使使脂解酵素失活，熱源採用160℃的過熱蒸汽間接加熱，對米糠的水分含量與粒徑均無限制。
美國專利第5,753,283號，揭示一種以蛋白質水解酵素處理使 米糠脂解酵素失活的方法，係以源自植物或微生物的蛋白質分解酵素如木瓜酵素、鳳梨酵素或黴菌酵素將米糠脂解酵素分解。為使蛋白質水解反應順利進行，須添加米糠重量10%至500%的水，只添加10%水分的場合需要24小時才能使脂解酵素失活，添加500%水分時只需要5分鐘，但後續的脫水工程將消耗大量能源。
P.Loypimai等氏報告，將米糠水分調整為30~40%，以150~225 V/cm的電場強度進行電阻加熱，可以破壞米糠脂解酵素的活性，但該報告僅止於小型的研究室試驗，達到工業化使用的條件仍有待進一步確認。
美國路易斯安那州立大學發表於2000年元月份的第870號研究報告指出，使米糠脂解酵素失活的方法包括乾熱法和濕熱法。乾熱法溫度須高達120℃以上，而高溫使得許多營養成分被破壞；濕熱法的水蒸汽加熱處理溫度不易均勻而導致殺菁不完全，但較佳的方式仍為濕熱法，且米糠的水分含量須調高至約30%或更高。較適用的濕熱處理法為擠壓加熱法或微波加熱法，但加熱處理後須注意移除大量的水分，以免貯存期間因微生物滋生而變質。經處理使脂解酵素失活的米糠通常稱之為「穩定化米糠」(Stabilized Rice Bran)，可作為富含蛋白質、油脂、B族維生素以及可降低血膽固醇的植物固醇的食品素材。
中華人民共和國發明專利公開第CN 1935963A號揭示一種提取米糠油的方法：先將米糠以600~1,000 W功率之微波處理60~120秒，料層厚度20~100 mm，處理後米糠水分含量7.4%；隨後以超臨界二氧化碳萃取米糠油，萃取溫度25~60℃、萃取壓力10~40 MPa、二氧化碳流量15~90 L/hr、萃取時間30~150分鐘，米糠油得率為20~22%。該專利以提取米糠油為最終目標，對於微波殺菁後米糠油在米糠顆粒上的分布狀態並未提及。
中華人民共和國發明專利公開第CN 86105295A號揭示另一種提取米糠油的裝置及其加工方法：將米糠以擠壓加熱機加熱至125℃或更高、加熱時間不高於1分鐘，然後快速將米糠降壓至大氣壓力，使其中的水分急速蒸發，造成含油細胞破裂、油份與粉 份分離，且脂解酵素受到破壞，生長抑制物質隨著水分蒸發逸失。該專利資料對於殺菁後米糠的後續處理並未提及。
中華人民共和國發明專利公開第CN 101301004A號揭示一種以高壓脈衝電場處理糙米穩定米糠的方法：將新碾出之糙米以電場強度2~85 KV/cm、脈衝寬度10微秒~10毫秒、作用強度400~100,000脈衝，此種處理法一般稱之為電阻加熱法。該專利處理材料為新碾出之糙米，而與本發明所欲處理之新碾出米糠係不同的。
中華人民共和國發明專利公開第CN 101301006A號揭示一種以微波處理新碾出之糙米來穩定米糠的方法：將糙米以頻率2450MHz或915MHz的微波加熱10秒~10分鐘，可以消除脂解酵素活性。該專利處理材料為新碾出之糙米，與本發明所欲處理之新碾出米糠係不同的。
美國專利申請第20090155439號揭示一種以擠壓加熱機將米糠、小麥麩皮、燕麥糠等穀糠加熱至121~160℃並維持5秒至2分鐘以消滅脂解酵素和過氧化酵素的方法，但對所得穩定化穀糠並未作進一步降低粒徑的處理。
碾米過程產出的米糠顆粒較粗，有些較大顆粒甚至無法通過20目的篩網。若直接與麵粉混合使用時，成品的口感不如純麵包製品滑順。麵粉的顆粒極細，一般約在90~100目之間，較大的米糠顆粒使成品有粗糙感。因此，米糠須進一步加工研磨至與麵粉的粒徑相當，約100目左右，才能與麵粉、玉米粉等穀粉材料搭配使用；而若欲將米糠作為更精緻的美容用品材料使用時，更須研磨至與真珠粉的粒徑相當，約為200目左右。
不論米糠穩定化的方法為乾熱法或濕熱法，其目的均在提高米糠溫度使其中的酵素失活(或稱「殺菁」)。無論擠壓加熱或微波、電阻加熱均會同時使米糠所含的澱粉糊化，而糊化澱粉乾燥後使米糠整體成為極為堅硬的糰塊，增加將穩定化米糠研磨成微細粉末的困難度，是以至目前為止市面上鮮少有穩定化米糠的微細粉末製品。
綜合上述，目前尚未有一種方法，可將穩定化米糠予以微細化至使能與其他食品配方材料自由地混合。本發明之目的，即在提供一種可供產業界使用，經濟有效地生產穩定化米糠微細粉末的方法。
本發明之主要目的，為提供一種將米糠穩定化並進一步加工成微細粉末，使能與其他食品材料自由混合使用的方法。此種穩定化微細米糠粉末含有優質蛋白質、高膳食纖維含量、高維生素B和高抗氧化物質含量且含有可降低血膽固醇和三甘油脂的γ-米糠醇等保健成分。
如上所述，米糠的穩定化程序可利用高溫乾熱法或濕熱法使米糠脂解酵素和油脂氧化酵素失活。乾熱法易造成營養成分的過熱破壞，故以濕熱法為宜。而為使濕熱法達到預期效果，以微波加熱或電阻加熱時宜將米糠的水分含量調整至約30%、以擠壓機加熱時，米糠已有的水分即足以在高溫下的高水活性使酵素失活。但無論擠壓加熱或微波、電阻加熱均會同時使米糠之澱粉糊化，糊化澱粉乾燥後使米糠整體成為極為堅硬的糰塊，增加將穩定化米糠研磨成微細粉末的困難度。
以習用的粉碎機將穩定化的乾燥米糠研磨至與麵粉粒徑相當，能通過100目篩網的過程中會發生米糠粉末黏結成糰塊的問題：米糠含油量高，研磨時因發熱使米糠油液化，造成米糠粉末結塊，無法成為可自由流動的粉末狀。米糠油成分複雜，其脂肪酸組成接近花生油，約含有40%多元不飽和脂肪酸、40%單元不飽和脂肪酸和20%飽和脂肪酸；其濁點(cloud point)僅為10℃，也就是在室溫之下米糠油已為液態油脂，在研磨腔的高溫環境中米糠油黏稠度降低而發生流動，使米糠結成糰塊。這也是迄今尚未有人大量生產穩定化米糠微細粉末的主要原因。經發明人實際試驗的結果，研磨腔的溫度高至45℃以上時，米糠粉末即有結塊的現象。故若欲生產可作為食品素材的微細粉末，必須解決研磨 腔發熱的問題。
為此，發明人多方面研究，嚐試改良粉碎機的冷卻系統，已獲得一降低研磨腔溫度的方法，即在米糠原料送入粉碎機時，同時導入選自由氮氣、二氧化碳、氦氣及氬氣所組成之群組中的一種作為冷卻劑。可將研磨腔溫度降低至25℃、甚至更低，所得米糠粉末質地微細均勻，沒有結塊的現象。該項研磨機冷卻系統改進案已向經濟部智慧財產局提出發明專利申請，申請案號100143838，在此一併說明。
粉碎機類型繁多，依照對物料施力方法的不同，對物料粉碎有擠壓、彎曲、衝擊、剪切和研磨等作用。當物料被粉碎至所望粒徑時必須將其與較粗之顆粒分離，分離方式主要有機械式的篩網和利用氣流使較細的顆粒懸浮分離的風選法。
傳統的鄂式粉碎機須搭配篩網使容許達到所望顆粒尺寸的物料通過篩網成為成品。這種類型的粉碎機用於穩定化米糠的生產製造時，原料米糠因磨擦而發熱，導致米糠油液化，而液態的米糠油會將米糠顆粒黏結成大型的糰粒而塞住篩網，故不適用。同樣地，以輥式粉碎機、圓錐粉碎機搭配風車以風選法分離較細顆粒的粉碎機也因圓錐體或輥輪發熱導致米糠物料發熱、粉粒結塊或因受熱液化的米糠油在風管管壁降溫凝結使米糠粉末顆粒黏著於管璧上阻礙氣流，而無法分離得到穩定化米糠的微細粉末。
為此，本發明人經不斷試驗，終於開發完成可將穩定化米糠製成可100%通過200目篩網的量產方法，經查閱相關資料，確定本方法未見於已發表之資料，屬於創新發明，爰依專利法第二十二條及相關規定，提出本專利申請案。
與本發明有關的一種穩定化米糠微細粉末的製造方法，其係包含以下步驟：(1)將碾米所得的米糠予以篩選以去除雜質；(2)調整水分含量；(3)加熱殺菁使米糠脂解酵素失活；(4)乾燥程序使米糠水分含量降至8%以下；以及， (5)將米糠粉碎成微細粉末。
前述步驟(2)之水分含量調整與步驟(3)之加熱殺菁方式為加水調整水分含量至約為20%至30%之間，採用微波加熱至米糠溫度約達100℃至110℃之間。
至於前述步驟(2)之水分含量調整與步驟(3)之加熱殺菁方式，若為加水調整水分含量至約為15%至30%之間時，則以過熱蒸汽加熱至米糠溫度約達100℃至110℃之間。
又前述步驟(2)之水分含量調整與步驟(3)之加熱殺菁方式，若為保持米糠原有之水分含量，則以擠壓加熱機配合過熱蒸汽加熱至米糠溫度約達120℃至140℃之間。
前述步驟(4)之乾燥程序可採強制送風乾燥、減壓乾燥及/或熱風乾燥予以進行。
前述步驟(5)之粉碎程序係以紊流式粉碎機予以進行，研磨過程中並導入液態惰性氣體以降低研磨溫度。
以下以實施例1、2分別說明微波加熱及擠壓加熱方式使脂解酵素失活，以穩定化米糠微細粉末的製造方法。並將所得的穩定化米糠微細粉末添加於麵粉中製作高纖麵包，及觀察其在貯藏期間的安定性。
實施例1 微波加熱法使脂解酵素失活
取自碾米廠的新鮮米糠350 g，加水150 g，混合均勻後移入一直徑30 cm、高10 cm的磁盤中，並以保鮮膜覆蓋。將整盤米糠置於微波爐中，以”高溫”模式(電功率1,400 W)加熱5分鐘，取出、以溫度計測得米糠中心溫度為108℃。將米糠置於105℃的通風乾燥箱中烘乾。烘乾後的米糠以富贏科技股份有限公司(中華民國台灣省彰化縣二林鎮廣興里溝頭巷11-1號)FW-140型湍流磨粉碎機粉碎至100%能通過100目標準篩、90%能通過120目標準篩的細度，粉碎過程中將液態二氧化碳隨米糠同時導入粉碎機之進料口中。該湍流磨粉碎機主要係藉 高速旋轉的研磨元件所產生的紊流使被研磨材料互相碰撞、磨擦，而達到粉碎的效果，又稱為「紊流式粉碎機」。
將所得穩定化米糠粉末與原料米糠分別加水，振盪均勻成懸浮液後，取一部分置於錐型離心管中觀察，結果如圖一所示，原料米糠在水中結塊沉澱，而粉碎研磨後的穩定化米糠則在水中分散良好。
實施例2 擠壓加熱法使脂解酵素失活
取自碾米廠的新鮮米糠5000 Kg，用Miltenz Extruder 6000-SX擠壓機(Millbank Technology(N.Z.)Ltd.,25-31 Elizabeth Knox Place,Auckland 6,N.Z.)以3,000 Kg/hr的進料速率進行加熱處理，操作條件為套筒溫度135℃、平均滯留時間10秒。將米糠取出，置於105℃的通風乾燥箱中烘乾。烘乾後的米糠以富贏科技股份有限公司FW-400型高度湍流磨粉碎機粉碎至90%能通過120目篩網的細度。
同實施例1，將所得穩定化米糠粉末加水，振盪均勻成懸浮液後，取一部分置於錐型離心管中觀察，證明粉碎研磨後的米糠在水中分散良好，外觀與圖一相似，在此不再重複。
實施例3 應用例：穩定化米糠微細粉末之應用--添加於麵粉中製作高纖麵包
將實施例2所得的米糠添加於高筋麵粉中，依常法製作圓頂土司麵包，烤箱設定條件為210℃、35分鐘。各種原料之添加量如表1所示，所得圓頂土司麵包之重量與高度測定值如表2所示，實物照片示於圖一。圖中可見高筋麵粉中添加15%穩定化米糠微 細粉末所得圓頂吐司麵包之膨發率與單純高筋麵粉之對照組無顯著差異，口感亦無顯著差異，且重量保留率較佳。
實施例4 應用例：穩定化米糠在貯藏期間的安定性
將實施例2所得的米糠以500 g/包之份量分裝於聚丙烯塑膠袋中，於室溫(約25~30℃)下保存，定期取出分析游離脂肪酸含量，分析方法係依照A.O.C.S.,2004.Official methods and recommended practices of the American Oil Chemists’Society的方法，結果如圖三所示，圖中橫軸所示數字為保存期間的週數、縱軸所示數字為米糠油中以油酸(Oleic acid)表示的游離脂肪酸含量。該圖顯示本發明所得的穩定化米糠微細粉末在室溫下貯藏6個月，游離脂肪酸含量僅從3.1%微幅上升至4.0%，可見米糠脂解酵素確已完全失活。供人類食用的米糠油，其中游離脂肪酸含量有不得高於10%的要求，由此顯然可知本發明所得穩定化米糠也符合此項要求。
圖一係原料米糠(左)與穩定化米糠微細粉末(右)在水中的分散狀況之照相。
圖二係高筋麵粉添加15%或20%米糠所製得圓頂吐司麵包之膨發率比較照相。
圖三係穩定化米糠微細粉末於室溫貯藏期間之游離脂肪酸含量的變化圖，
橫軸所示數字為保存期間的週數、縱軸所示數字為米糠油中以油酸表示的游離脂肪酸含量。

Claims (6)

  1. 一種穩定化米糠微細粉末的製造方法，其係包含以下步驟：(1)將碾米所得米糠篩選去除雜質，(2)調整上述米糠之水分含量，(3)加熱殺菁使米糠脂解酵素失活，(4)乾燥使米糠水分含量降至8%以下，以及(5)將米糠以紊流式粉碎機予以進行粉碎，研磨過程中同時將液態惰性氣體導入研磨腔中降低研磨溫度至25℃以下，使米糠成以重量計100%能通過100目篩網或90%能通過120目篩網之微細粉末。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的製造方法，其中步驟(2)之水分含量調整與步驟(3)之加熱殺菁方式為加水調整水分含量成20%至30%之間，微波加熱至米糠溫度達100℃至110℃之間並維持5分鐘。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的製造方法，其中步驟(2)之水分含量調整與步驟(3)之加熱殺菁方式為加水調整水分含量成15%至30%之間，以過熱蒸汽加熱至米糠溫度達100℃至110℃之間並維持5分鐘。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的製造方法，其中步驟(2)之水分含量調整與步驟(3)之加熱殺菁方式為保持碾米所得米糠原有之水分含量，以擠壓加熱機配合過熱蒸汽加熱至米糠溫度達120℃至140℃之間並維持10秒鐘。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的製造方法，其中步驟(4)之乾燥程序為強制送風乾燥、減壓乾燥或熱風乾燥。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的製造方法，其中步驟(5)所稱之液態惰性氣體係選自由氮氣、二氧化碳、氦氣及氬氣所組成之群組中的一種。
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