《COMPREHENSIVE REVIEWS IN FOOD SCIENCE AND FOOD SAFETY》：Valorization of Rice By-Products Through Conventional and Emerging Extraction Technologies: Trends, Challenges, and Applications
稻米及其副产物，如米糠（RB）、脱脂米糠（DRB）、稻壳（RH）、稻草（RS）和碎米，是稻米价值链中储量丰富但尚未得到充分利用的资源。这些组分具有较高的营养密度，含有蛋白质、脂质、膳食纤维、酚类化合物及其他生物活性成分，可进一步转化为高附加值食品、营养保健品（nutraceuticals）、化妆品及生物基产品。然而，其工业化利用长期受限于快速酶促劣变、结构异质性以及对高溶剂消耗传统方法的依赖。本文综述整合了关于稻米副产物组成的现有认知，并系统比较了三类提取技术：常规技术〔如浸渍（maceration）、索氏提取（Soxhlet）和酸/碱消解〕、绿色技术〔如加压液体提取（PLE）、亚临界水提取（SWE）、超临界CO2提取、微波辅助提取（MAE）、超声辅助提取（UAE）、脉冲电场（PEF）、欧姆加热、冷等离子体（CP）以及酶辅助提取（EAE）〕，以及混合策略。综述特别关注通过结合互补机制而形成的级联与集成化策略，这类策略可提升选择性、保护热敏性化合物、降低溶剂和能耗，并改善工艺可放大性。除技术层面外，本文还梳理了提取得到的组分如何转化为可应用配料，如脂质浓缩物、蛋白水解物、膳食纤维、益生元寡糖、色素和矿物复合物。文章同时强调了可指导实际技术选择的决策标准，包括化合物极性、热敏性以及加工规模。最后，未来展望指出，应加强标准化、技术经济分析、生命周期评价（LCA）及法规协调，以加速稻米副产物高值化在可持续与循环生物经济框架中的部署。
1 Introduction
文章首先指出，稻米是全球最重要的主粮之一，其工业加工过程中会产生大量副产物流，包括米糠（RB）、脱脂米糠（DRB）、稻壳（RH）、稻草（RS）和碎米。这些副产物富含蛋白质、脂质、膳食纤维、酚类、维生素和矿物质，具有开发为食品、营养保健品、化妆品和生物基材料的潜力。尽管组成丰富，但其高值化利用长期受限于多重障碍：一是RB等富脂组分在碾磨后极易因脂肪酶和脂氧合酶活性发生快速酸败；二是基质存在显著异质性和结构顽固性；三是传统提取方法选择性不足，且往往需要较长处理时间、大量溶剂和较高能耗，并可能导致热敏活性成分降解。文章进一步指出，当前研究重点已从单纯追求提取率，转向兼顾化合物稳定性、生物可及性、生物利用度及基质相互作用。基于此，综述旨在系统比较常规、绿色、混合及级联提取策略，并将技术选择与基质特性、目标组分理化性质及终端应用联系起来，同时讨论标准化、技术经济分析和生命周期评价等未来关键议题。
2 Rice By?Products Composition
本节系统梳理了稻米副产物的组成特征，并强调不同副产物以及有色稻与非有色稻来源副产物之间在化学组成、提取行为和功能用途上的差异。有色稻副产物富含酚类、黄酮和花色苷，表现出较强抗氧化和抗炎潜力；非有色RB则更富含γ-谷维素、维生素E同系物和必需脂肪酸等脂溶性活性物质。作者据此建立了“基质组成—提取适配性—功能应用”之间的逻辑联系。
2.1 Rice Bran
RB是糙米精碾成白米过程中获得的外层组分，约占谷粒质量的8%–10%，并保留了整粒稻米约60%的营养成分。其蛋白质含量通常为11%–17%，部分报道可达27%，且赖氨酸、蛋氨酸和色氨酸含量较高；脂质含量约12%–25%，主要以米糠油（RBO）形式存在，富含γ-谷维素、三烯生育酚和植物甾醇；膳食纤维含量约8%–32%，以不溶性纤维为主；灰分则提供磷、钾、钙、镁、铁和锌等矿物质。RB还含有阿魏酸、咖啡酸、没食子酸、植酸（IP6）、角鲨烯和硫辛酸等多种活性成分。该部分特别强调RB在碾磨后3–5 d内易发生酸败，因此挤压、微波、蒸汽、红外（IR）、欧姆加热和冷藏等稳定化处理对于延长货架期至关重要。文章同时指出，RB是研究最充分的稻米副产物之一，近年来绿色提取技术在提高热敏活性物质保留、增强可溶性纤维和结合态酚释放方面表现突出。
2.2 Defatted Rice Bran
DRB是RBO提取后的固体残渣，约占原始米糠质量的78%–85%。其主要成分包括淀粉、蛋白质、可溶和不可溶膳食纤维、残余脂质及半纤维素、纤维素和木质素等结构性多糖。文章指出，DRB蛋白具有良好的氨基酸平衡、高消化率和低致敏潜力，因此适用于婴幼儿配方、临床营养和功能食品。DRB还可作为微生物发酵底物，用于生产生物乙醇、乳酸、黄原胶、生物氢、沼气和单细胞蛋白。此外，它还是阿魏酸、益生元寡糖、酶制剂和淀粉基纳米材料的重要来源，体现出从食品到工业生物技术的多场景应用价值。
2.3 Rice Endosperm
米胚乳（RE）约占谷粒质量的70%，碎米约占加工体积的10%，主要进入淀粉工业。RE以淀粉为主，含量约65%–80%，蛋白质约10%–11%。胚乳蛋白由清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白构成，其中谷蛋白占主导。文章指出，米胚乳蛋白相较其他谷物蛋白具有较高赖氨酸水平，但由于二硫键交联广泛，溶解性受限。碎米广泛用于制备葡萄糖和果糖糖浆、麦芽糊精、挤压食品和可食膜。蛋白经水解后还可生成具有抗氧化潜力的生物活性肽，从而拓展其在功能食品与营养保健品中的应用。
2.4 Rice Husk
RH约占稻谷质量的20%，为全球产量极大的木质纤维素资源。其主要由纤维素、半纤维素、木质素及二氧化硅组成，灰分中二氧化硅富集尤为显著。除少量蛋白、脂质和矿物质外，RH还含有阿魏酸、香草酸、对香豆酸等酚酸。文章强调，RH具有低堆积密度、磨蚀性强和难消化等物理特征，且露天焚烧带来显著温室气体排放，因此开发其为抗氧化提取物、木质纤维素原料及硅基功能材料具有重要环境意义。
2.5 Rice Straw
RS由茎、叶和颖壳构成，产量巨大，是典型的木质纤维素型农业剩余物。其主要成分为纤维素、半纤维素、木质素和富硅灰分，同时还含有少量蛋白、脂质、果胶、蜡质和叶绿素。文中指出，RS具有较好的生物能源潜力，但其高木质素和高硅含量、低消化性、低堆积密度以及露天焚烧问题限制了传统利用。近年来，RS被重新界定为可用于生物燃料、生物炭、吸附材料和功能生物材料制备的重要资源，是生物炼制框架中的关键原料。
3 Conventional Extraction Methods
本节概述了传统提取技术在稻米副产物高值化中的基础性作用，包括浸渍、浸煮、渗滤、索氏提取、酸碱提取、热熔提取和机械辅助方法等。作者认为，这些方法工艺简单、设备要求低、易于工业放大，因而长期作为现代绿色技术比较的参照基准。以RBO提取为例，正己烷由于成本低、沸点低且对油脂溶解度高，仍是工业主流溶剂；但其潜在残留毒性以及高溶剂消耗、长提取时间和热降解风险构成明显缺陷。酸碱法虽可用于蛋白、多糖和纤维回收，但伴随化学品消耗、废水排放和结构损伤。总体上，传统方法在建立工艺基础方面不可替代，但其环境负担和对热敏成分的不利影响推动了绿色提取技术的发展。
4 Green Extraction Methods
本节为全文核心，系统比较了多种绿色与强化提取技术的机理、适用对象、优势与局限。作者提出，技术选择应重点考量目标化合物极性、基质顽固性和热敏性：脂溶性物质更适合超临界CO
2，极性或半极性组分则适宜UAE、PLE或SWE；结构致密基质往往需预处理或强化传质；热敏组分则应优先采用低温或短停留时间工艺。
4.1 Cold Plasma Extraction
冷等离子体（CP）是一种非热、环境友好的提取与预处理技术，通过产生活性氧/氮物种（ROS/RNS）、表面刻蚀和电穿孔效应，改善基质润湿性、降低扩散阻力并促进胞内成分释放。文中指出，CP可在较低温度下提高酚类、蛋白和脂质回收率，并较好保持热敏活性。其在DRB和RB中的应用表明，CP能够提升总酚、抗氧化能力、GABA和油脂得率，并兼具基质稳定化作用。然而，该技术仍面临设备复杂、处理均匀性不足、穿透深度有限以及缺少技术经济分析（TEA）和生命周期评价（LCA）数据等问题，工业成熟度仍受限制。
4.2 Enzyme-Assisted Extraction
酶辅助提取（EAE）利用纤维素酶、木聚糖酶、果胶酶、蛋白酶和淀粉酶等水解酶，在温和条件下破坏细胞壁及蛋白-多糖复合体，实现油脂、蛋白、酚类、多糖和膳食纤维的选择性释放。文章指出，EAE能够避免有机溶剂使用，并有效保护热敏成分。复合酶体系较单一酶表现出更强协同作用，可显著提升RBO、γ-谷维素、阿魏酸和可溶性膳食纤维回收。该技术还能制备具有较好溶解性、乳化性、起泡性和ACE抑制活性的蛋白水解物。其主要限制包括酶成本高、反应时间长、油水乳化、放大复杂及对pH和温度控制敏感。文章强调，通过挤压预处理、固定化酶和工程化酶开发，有望提高工业可行性。
4.3 Microwave-Assisted Extraction
微波辅助提取（MAE）通过偶极旋转与离子传导实现快速体积加热，使细胞内压升高、细胞壁破裂并加快活性成分向溶剂扩散。文中指出，MAE在RB、RH和RS中可高效回收RBO、酚类和色素，并可显著缩短提取时间。乙醇-水体系在兼顾提取效率与食品适用性方面具有优势。MAE不仅在提取上优于索氏法，也可通过快速失活脂肪酶实现RB稳定化，降低游离脂肪酸（FFA）形成，延长贮藏期。其局限在于可能出现局部过热和非均匀加热，进而影响热敏化合物稳定性，因此工艺优化尤为关键。
4.4 Ohmic-Assisted Extraction
欧姆辅助提取（OHAE）通过交流电穿过导电基质产生焦耳热，并伴随电穿孔作用，提高细胞膜通透性和传质效率。文章指出，该技术加热均匀、热点少，有利于花色苷等热敏活性物质保留，同时可用于RB稳定化，显著抑制脂肪酶活性和FFA积累。OHAE还可用于果胶、蛋白和纤维提取。其不足主要在于设备投入较高、电极腐蚀、对样品电导率依赖强，以及异质性基质中重现性问题。
4.5 Pressurized Liquid Extraction
加压液体提取（PLE）在高温高压下保持溶剂液态，降低黏度和表面张力、提高扩散速率，从而强化目标组分解吸与迁移。文章指出，PLE可在较短时间内用水、乙醇等食品级溶剂高效回收油脂、酚类和蛋白，是极具工业相关性的绿色技术。连续流和间歇式PLE已被用于RBO和黑米糠花色苷的高效回收。其挑战在于设备成本高、可能共提取杂质、热敏组分在高温下有降解风险，且需要精确控制温压条件。
4.6 Pulsed Electric Field Extraction
脉冲电场（PEF）利用微秒至毫秒级高压短脉冲诱导细胞膜电穿孔，增强溶剂渗透与胞内成分释放。文中指出，PEF作为非热技术特别适用于保留酚类、维生素及蛋白功能特性。在RB中，PEF可提升蛋白提取率并改善其乳化性、起泡性和消化性，还可降低脂肪酶活性、增强储藏稳定性。其局限在于设备成本高、工艺参数优化复杂，且对致密或高导电基质的处理效果受限。
4.7 Subcritical Fluid/Water Extraction
亚临界水提取（SWE）是以水为唯一溶剂的特殊PLE形式，在100–374°C条件下通过改变水的介电性质来提取极性和半极性组分。文章指出，SWE可同时实现提取、部分水解和稳定化，在DRB中可生成发酵糖和蛋白水解物，在RH中可回收阿拉伯木聚糖及后续纤维素/生物二氧化硅前体。亚临界流体提取（SbFE）则适用于油脂等脂溶性成分回收。该类技术绿色性突出，但高温可能导致糠醛和5-羟甲基糠醛（5-HMF）等副产物形成，并面临腐蚀、资本投入和后处理能耗问题。
4.8 Supercritical Fluid Extraction (SFE)
超临界流体提取（SFE）尤其是超临界CO
2（SC-CO
2）提取，是回收RBO、γ-谷维素、生育酚、生育三烯酚和植物甾醇等脂溶性组分的代表性绿色技术。其优点是无溶剂残留、氧化风险低、温和条件下可保持营养与功能品质。文中指出，加入乙醇等助溶剂后，可扩展对极性化合物的提取能力；与超声等技术联用时，可进一步提高产率并缩短处理时间。限制因素主要是设备和运行成本高，对极性物质提取能力有限，以及过程复杂度较高。
4.9 Ultrasound-Assisted Extraction
超声辅助提取（UAE）借助空化效应产生微射流和局部高能环境，破坏植物细胞壁、减小粒径并促进溶剂渗透和传质，是稻米副产物领域研究最广泛的绿色提取技术之一。文章指出，UAE在RB中可显著缩短油脂、酚类和蛋白提取时间，并较好保留生育酚、植物甾醇等活性成分；在DRB中则可改变膳食纤维结构，提高孔隙度和功能性。其主要不足是空化分布不均、局部加热及自由基可能引发敏感成分降解。
4.10 Hybrid and Integrated Extraction Approaches
作者进一步强调，多技术耦合的混合与级联策略是实现稻米副产物整体高值化的最有前景方向。UAE与PLE/SWE联用可提高酚类和γ-谷维素回收并缩短时间；MAE与UAE结合可同时提升油脂回收和脂肪酶失活效果；EAE与UAE联用可提高蛋白水解和油脂释放效率；UAE或PEF与SFE联用则有助于增强CO
2渗透和质量传递。文章还提到，顺序处理策略可支持从单一生物质流中级联回收脂质、蛋白、多糖、酚类和矿物质，更符合循环经济和综合生物炼制理念。不过，这类系统仍存在工艺复杂、标准化不足和设备成本高的问题。
5 Rice By?Products Applications
本节从应用端回扣提取技术价值，指出稻米副产物利用存在两条互补路径：一是经稳定化、粉碎或脱脂后的整体或低加工利用；二是将提取或改性组分作为功能配料定向应用。RB和DRB因纤维和蛋白含量高，被广泛用于饼干、面包和肉制品中，可提高营养价值、改善抗氧化稳定性并在适宜添加量下保持感官可接受性。提取得到的米糠蛋白及其酶解产物可用于果汁强化、发泡食品和乳化体系。可溶性膳食纤维则可用于降低饼干硬度和预测血糖生成指数。RBO及米糠蜡可制备油凝胶，作为肉制品和烘焙制品中的脂肪替代物；米糠卵磷脂可作为天然乳化剂用于纳米乳液。RH粉可作为高纤维配料加入肉制品，碎米则主要进入挤压零食、糖浆、冰淇淋和特殊医学用途配方食品体系。总体而言，应用研究表明，稻米副产物既可通过整体利用实现营养强化，也可通过分离纯化与结构改性实现功能定制。
6 Future Perspectives
作者认为，未来研究应从经验型工艺优化转向基于“化合物极性—基质顽固性—热敏性”匹配的理性工艺设计。对于有色稻副产物，宜优先采用UAE、PEF、CP等温和非热技术，以保护花色苷和结合态酚；对于非有色副产物，则可更多采用SFE和PLE回收脂溶性活性物。与此同时，OHAE、SWE和SFE等技术在工业化方面仍面临设备耐久性、腐蚀、处理均匀性及高资本/运行成本等问题，需要借助反应器设计优化、连续化系统及计算流体力学（CFD）等手段提升可放大性。文章特别强调，绿色提取的可持续性主张必须通过TEA和LCA验证，而不仅依据“少溶剂”这一单一指标。另一个关键方向是加强临床验证、标准化消化模型与生物标志物研究，以支撑γ-谷维素富集油、蛋白水解物和木寡糖（XOS）等产品的法规批准与市场转化。最后，作者提出应建设开放数据集、共享中试平台和预竞争合作机制，并推动稻米副产物在综合生物炼制框架下实现多产物耦合开发。
7 Conclusion
结论部分指出，RB、DRB、碎米、RH和RS构成了兼具营养丰富性与组成异质性的复杂资源体系。不同副产物在快速酶促劣变、木质纤维素顽固性以及亲水/疏水活性物共存等方面存在显著差异，因此不存在适用于所有稻米副产物的单一最优提取技术。常规方法仍具有参照价值，但在溶剂使用、时间成本和活性保护方面存在明显不足；绿色强化技术如SFE、PLE、SWE、UAE、MAE、PEF和EAE则为选择性回收高值组分提供了更优路径。文章最终强调，未来稻米副产物高值化应超越单一成分回收，转向级联式综合生物炼制模式，通过顺序分离多种功能组分并导向食品、营养保健品、化妆品、包装和生物基材料等多元应用场景，从而支撑可持续、循环化和健康导向的产业价值链构建。
