确保国家粮食安全和主要农产品有效供给，是发展农业的首要任务。保障粮食安全，要在增产和减损两端同时发力。作为农业大省，如何耕好节粮减损“无形良田”，用科技守护每一担粮、节约每一粒米，成为黑龙江提升粮食产能，筑牢大国粮仓的一个现实课题。近日，记者走进黑龙江八一农垦大学粮食副产物加工与利用教育部工程研究中心，探访其助力黑龙江扎牢“粮袋子”的获奖项目——“基于粮食副产物的营养健康食品开发关键技术与应用”。
机制研究补齐品质短板
“稻米在加工过程中，首先要经过脱壳处理，那层包裹稻米的外壳即为稻壳。之后再进一步加工成精米，这一过程中剥离的表层物质则是米糠。”黑龙江八一农垦大学粮食副产物加工与利用教育部工程研究中心副主任左锋说，米糠中含有蛋白质、脂肪、糖分、水分以及大量的维生素、植物醇、膳食纤维、氨基酸及矿物质等，营养价值十分丰富。但由于米糠中含有脂肪氧化酶和过氧化酶这两种酶，导致米糠极易酸败变质，不易储存。
黑龙江八一农垦大学粮食副产物加工与利用教育部工程研究中心副主任左锋
“想要充分挖掘米糠的综合利用潜力，需要先解决米糠稳定性的问题，抑制住这两种酶，因此倒推回来，问题的关键是首先研究出这两种酶的钝化机理。”左锋表示，团队通过建立新鲜米糠与稳定化米糠中脂肪水解酶的酶解动力学米氏方程，从理论层面深度分析了酶活钝化机制。同时，利用DSC和红外光谱分析等手段，从分子结构层面揭示了脂肪水解酶分子钝化的机理，通过X-射线衍射、红外光谱分析和DSC测定等手段，揭示了米谷蛋白——淀粉分子的结构演化规律。
之后，左锋与团队通过米糠稳定化处理及系列米糠营养健康食品加工关键技术，集成运用多种加工技术，协同系统解决了米糠易氧化酸败和营养物质提取率较低、纯化富集困难的瓶颈问题，开发得到稳定化全脂米糠、脱脂米糠、米糠多糖等新产品，实现米糠功能性组分产品富集创制和梯次化利用。“我们利用微波、挤压技术、生物酶解技术突破了全脂米糠在线低温稳定化加工关键技术瓶颈，实现稳定化处理后，全脂米糠产品过氧化物酶残余活力小于1%，脂肪水解酶残余活力小于6%，可溶性纤维含量增加到8%以上。”左锋告诉记者，在室温环境下，与非实验条件下、未经任何手段处理的全脂米糠对比，米糠储藏期从一个月延长至一年，而且最大限度保留了营养成分，淀粉糊化度达96%以上。
关键技术实现高值利用
“大豆在加工制作豆油的过程中会产生豆粕，其中含有将近一半的蛋白，过去主要用于饲料生产加工，没有充分延伸产业链。那么，如何促进豆粕等副产物综合加工利用，延长产业链、提升价值链，把每一颗大豆‘吃干榨净’的同时为其‘镀金’，这是我们在粮食副产物高值化利用及营养健康食品加工关键技术开发过程中需要思考的问题。”左锋介绍。左锋与团队开始了为期三年多的探索实践。他们发现豆粕蛋白与柑橘果胶疏水相互作用，可以构建一种新型的脂肪替代品，从而解决高速剪切出现的重聚集问题。“柑橘果胶是一种多糖，在这之前我们还尝试过10余种不同的糖，作用效果也很好，但是含糖量过高，颜色容易褐变，我们也需要平衡油脂和糖的问题、营养和健康的问题，最终锁定了柑橘果胶。”左锋说。
此外，团队集成运用微波、低温挤压、定向酶解等技术，解决了米糠、碎米加工存在的食用品质差、梯次化富集应用困难的瓶颈问题；运用微压高温煮浆、超声辅助、酶解-吸附协同处理等技术，解决了脱脂豆粕、豆渣制浆品质差、食品化应用难度大的技术难题；采用膜分离及模拟移动床分离等技术，突破了玉米加工副产物高值化应用关键技术；研究创制了以粮食副产物为主料的营养强化食品、特殊人群食品和高值化健康食品配料，满足消费者差异化、功能化食品需求。
专用装备夯实硬件支撑
技术在更新换代的同时，装备也在不断迭代升级。
“在玉米芯生产木糖的过程中，会产生大量的木糖母液，其中含有55%木糖和20%阿拉伯糖，过去由于缺乏高效的分离技术，我国木糖母液中的木糖和阿拉伯糖没有被分离出来，而是直接用于制备焦糖色素、饲料酵母等低级产品，造成了资源浪费。”黑龙江八一农垦大学粮食副产物加工与利用教育部工程研究中心副研究员李良玉表示，针对这一问题，团队以木糖母液为原料，采用国际先进的顺序式模拟移动床色谱技术（SSMB），最大程度回收了木糖母液中的木糖和阿拉伯糖。“过去行业里普遍使用的是模拟移动床色谱（SMB），而我们是顺序式模拟移动床色谱技术（SSMB）。虽然只差了一个‘S’,但节本增效可不是差了一星半点。”李良玉算了一笔经济账，SSMB装置减少了30%至50%的运行成本，降低了10%至20%的溶剂用量，在保证高纯度的基础上，实现了高分离、高收率、高效率、低成本、高稳定。
在现场，记者看到该团队自主研发的这套SSMB设备主要分为色谱柱系统、动力系统、电器控制系统这三部分。作为整套装置的主体设备，色谱柱系统告别了原来SMB系统的12柱、20柱模式，而是改为了4柱、6柱。“色谱柱系统70%的造价来自于上下的分布器、电磁阀以及流体泵，每一个色谱柱都需要配备这些，减少色谱柱的数量能够大幅降低成本。”李良玉说。
李良玉（中间）和同事探讨技术问题
此外，针对玉米芯生产木糖的副产物——木糖母液分离过程中自动化程度低导致的生产运行不稳定、成本高和产品品质差等问题，团队帮助鹤岗市经纬糖醇有限公司对生产的关键控制点进行了自动化改造。“我们采用自主研发的PLC控制系统，同时对出口方式、自动化阀门和流体泵等进行了升级改造，实现生产车间液料储罐液位的可视化、蒸汽自动调节以及泵开关的自动化控制，突破了木糖母液三组分难以高效分离利用的行业技术瓶颈，实现了工业化生产。”李良玉自豪地告诉记者，整套设备可日处理木糖母液10立方米，年处理木糖母液3000立方米，降低生产能耗20%，同时显著提高产品纯度，木糖和阿拉伯糖的纯度分别由70%提升至 80%、75%提升至85%。“这两种功能糖不被人体吸收，通过这套装备加工副产物，可以助力降低血糖、辅助减肥，改善人体肠道微环境，预防便秘。”李良玉说，与鹤岗市经纬糖醇有限公司合作的这个项目目前已形成了自动化、智能化的木糖生产新工艺，显著提高了生产的稳定性及效率，大幅提升了企业的经济效益。
据介绍，“基于粮食副产物的营养健康食品开发关键技术与应用”项目获得了科学技术进步奖二等奖，目前实现了稻米、大豆和玉米加工副产物高值化利用及营养健康食品的生产示范，解决了产业化应用瓶颈问题；推广过程中取得了8项独创性成果，部分重要成果处于国际先进水平，在多家企业推广应用，其中大庆市美食乐食品有限责任公司、鹤岗经纬糖醇有限公司等6家企业近三年新增利润15290.68万元，经济社会效益显著；加快了绿色高效、节能低碳的农产品精深加工技术升级与集成应用，生态效益显著。
黑龙江日报记者：蒋平；摄影：蒋平；视频：蒋平
