《Food Science & Nutrition》：Ultrasound in Pigmented Rice Processing: A Versatile Approach for Anthocyanin Retention and Extraction: A Review
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有色稻米含有花青素（anthocyanins）和其他具有生物活性的酚类化合物；然而，其加工面临一些挑战，包括某些有色品种的淀粉消化率相对较低、干燥时间长、花青素降解以及色素回收效率低。本综述评估了超声波（ultrasound）作为应对这些挑战的补充技术，重点关
有色稻米含有花青素（anthocyanins）和其他具有生物活性的酚类化合物；然而，其加工面临一些挑战，包括某些有色品种的淀粉消化率相对较低、干燥时间长、花青素降解以及色素回收效率低。本综述评估了超声波（ultrasound）作为应对这些挑战的补充技术，重点关注三大应用：淀粉改性、超声波辅助干燥和花青素提取。具体而言，超声波诱导的物理效应可以破坏淀粉颗粒组织结构、改变分子有序性，从而调节淀粉的功能特性和消化率。当与酶法或水热处理相结合时，超声波可进一步加速结构改性，但最终效果取决于处理条件和特定的稻米基质。在干燥应用中，超声波增强热质传递并缩短加工时间，从而限制长时间热暴露。类似地，在提取中，超声波辅助方法促进溶剂渗透、基质破坏和色素扩散，共同提高从稻米籽粒和碾米副产物中回收花青素及其他生物活性化合物的效率。然而，这些效应强烈依赖于超声波频率、功率、处理时间、温度、反应器构型和溶剂体系，过度处理反而可能促进色素降解。总体而言，超声波代表了一种参数依赖性的补充方法，可用于提高加工效率、花青素回收率以及有色稻米产品的功能品质，尽管超声波辅助稻米加工过程中花青素保存的直接证据仍相对有限。
1 引言
稻米（Oryza sativa L.）长期支撑全球人口。有色稻米因富含生物活性化合物（如黄酮类、花青素和原花青素）而受到关注，其中矢车菊素-3-葡萄糖苷是主要花青素，但不同品种和颜色类型中含量和组成差异显著。有色稻米虽在亚洲国家有多种消费方式，但仍是特种作物，产量受品种、环境和栽培措施影响，且种质资源、种子供应和生产能力制约其满足市场需求。同时，其采后加工面临淀粉结构限制消化率、加工色素降解以及副产物中花青素回收效率低等挑战。本综述以淀粉改性、干燥和提取为重点，评估超声波作为补充技术的潜力。
2 花青素在有色稻米中的作用：应用
体外和临床前研究表明，有色稻米花青素可调节氧化应激、炎症反应和葡萄糖代谢等通路，但不应解读为对慢性病具有防治作用。在食品应用中，有色稻米可作为全谷物和功能成分，例如富含花青素的黑米提取物被加入面包以提高抗氧化性并改变体外淀粉消化率。此外，有色稻米麸皮作为碾米主要副产物，富含花青素，过去多用作饲料或废弃，现可通过回收用于天然色素和功能成分。花青素还可用于pH敏感型指示膜等新鲜度监测材料。这些应用依赖于花青素的保留与高效回收。
3 有色稻米加工面临的挑战
与非有色稻米相比，有色稻米的淀粉消化率较低，这归因于内源花青素对淀粉酶的抑制。同时，有色稻米加工常需更长的浸泡和加热时间，导致花青素大量损失。长时间热处理和热风干燥会降解单体花青素，降低色素含量和色泽强度。花青素的提取也因需要从麸皮外层释放并转移至溶剂而困难，且暴露于氧和热会加剧降解。这些挑战与淀粉特性密切相关：较有序的淀粉颗粒结构及淀粉-酚类相互作用限制酶可及性，但延长处理时间又加速花青素损失。因此，需要一种能平衡淀粉改性、缩短处理时间并实现花青素快速回收的加工技术。
4 超声技术应对有色稻米加工挑战的依据
食品加工中的超声波可分为高频低强度（用于无损分析）和低频高强度（用于物理或化学改性）。低频超声波主要通过声空化产生剪切力、微射流和局部压力温度梯度。在淀粉-水体系中，这些物理效应可破坏淀粉颗粒组织；在提取中可增强溶剂渗透和色素扩散；在干燥中通过机械振动和“海绵效应”促进水分迁移。但强度过大可能产生自由基，导致分子改性和色素降解。超声波技术本身已成熟，但在有色稻米加工中的应用研究相对较少，这正是本综述的创新点。
4.1 有效的淀粉改性特性
超声波是成熟的淀粉物理改性方法。空化引起的剪切和微射流可在淀粉颗粒表面产生侵蚀、裂纹和孔隙，增加孔隙率。不同粒径和直链淀粉含量的淀粉对相同超声处理的响应不同。对于米淀粉，超声处理可改变颗粒形态和分子组织，提高溶胀性，降低短程有序度和相对结晶度，改变糊化特性。这些改变的程度和方向取决于超声强度、时间、温度和淀粉组成。
4.2 有效缩短加工时间
超声波可与其他技术（如酶解）结合，提高结构可及性和加工效率。例如，超声辅助纤维素酶处理可改善糙米面条的质构特性和体外淀粉消化率，提高糙米的冻融稳定性，并改变其蒸煮和食用品质。但效果依赖食品基质和超声条件，非水稻体系的结果不能直接外推。后续章节将分别讨论淀粉改性、干燥和提取中的应用。
5 超声辅助淀粉改性：调节消化率及其对花青素保留的潜在意义
5.1 淀粉消化率的调节
与传统退火和湿热处理相比，脉冲电场和微波处理可能增加慢消化淀粉或抗性淀粉，因此不适合需要提高消化率的情况。而超声可破坏淀粉颗粒结构、降低分子有序度并增加酶可及性，同时促进花青素的释放。然而，后续冷却和储存中的淀粉回生可部分抵消上述改善。因此需在淀粉消化率、花青素生物可及性和最终产品质构之间权衡。
5.2 与其他技术结合以保留花青素
超声波可与酶法、水热、发芽和蒸煮等结合，提高加工性能和改变生物活性化合物谱。例如，超声辅助酶处理能提高糙米淀粉表面可及性，加速结构改性。但缩短处理时间对花青素保留的直接证据仍有限且依赖条件。目前尚不能得出超声可普遍保留花青素的结论，需针对具体品种和工艺进行直接评价。
6 超声辅助干燥在限制有色稻米花青素降解方面的潜力
稻谷干燥条件显著影响酚类化合物、花青素和抗氧化活性。高温和长时间储存加速热敏性酚类损失。超声辅助干燥可能通过结构破坏和水分迁移缩短干燥时间，从而减少热暴露。但直接证明有色稻米花青素保留的研究仍不多。
6.1 生物活性化合物的潜在保留
超声通常与红外或微波干燥结合。在非水稻基质中，超声预处理可降低多酚氧化酶和过氧化物酶活性，保持颜色和生物活性物质。例如，超声预处理结合红外干燥可保持秋葵色泽。这些发现为有色稻米提供了机制依据，但直接证据有限。
6.2 干燥时间缩短
超声预处理可改变植物组织结构、增加孔隙度，促进水分迁移。在香蕉和藏红花中，超声辅助干燥缩短了干燥时间。但定量效果不能直接外推至有色稻米，因为组织结构和声耦合不同。远红外干燥虽已在有色稻米中研究，但未结合超声。超声结合微波可改变稻米干燥行为，但不等于证明花青素保留。
7 超声强化花青素提取：优化与效率
7.1 超声辅助提取的潜在经济优势
与水果等花青素来源相比，有色稻米及其副产物（麸皮和稻壳）产量大、成本低，是潜在的经济原料。超声辅助提取（ultrasound-assisted extraction, UAE）和微波辅助提取（microwave-assisted extraction, MAE）可缩短提取时间，但效果取决于基质和参数。已有研究分别对黑米麸皮和稻壳进行UAE或MAE优化，也有序贯结合工艺。但需注意不同工艺配置不可混淆，成本、规模化和生物活性需通过技术经济分析评估。
7.2 与生物活性化合物的相容性
UAE通过声空化、剪切和微射流破坏细胞壁，促进花青素释放。提取效率受频率、功率、时间、温度、反应器几何构型和溶剂性质影响。酸性条件有利于花青素稳定性，但高温和长时间暴露会加速降解。例如，60°C仅在特定水提条件下为最优。已有研究表明，不同溶剂体系（如酸化乙醇、深共熔溶剂）和酶辅助提取可提高得率，但各研究的单位和条件不可直接比较。
7.3 提取后花青素的稳定化
提取后的花青素易受pH、温度、光和氧影响而降解。保持酸性、避光低温和除氧是基本措施。辅色作用或与蛋白质、多糖复合可提高稳定性。若保护不足，可采用喷雾干燥、冷冻干燥或生物聚合物封装技术。黑米花青素的封装研究已证明麦芽糊精和乳蛋白等壁材的有效性。因此，UAE需与提取后稳定化策略结合以保持最终产品的功能价值。
8 局限性与放大化考虑
超声波效果强烈依赖于参数和基质，导致标准化困难。过度超声可产生局部热和自由基，反而降解花青素。声场不均匀和能量衰减会造成处理不均。工业规模上还需考虑设备成本、探头侵蚀、能效和重现性。因此超声并非普遍优于传统加工，需谨慎优化参数并与其他技术合理集成。
9 结论
超声波是处理有色稻米的多功能且参数依赖的工具。声空化产生的剪切和微射流可改性淀粉结构并促进生物活性物质释放。目前，最有力的稻米特异性证据集中在淀粉改性和超声辅助提取方面；超声在淀粉加工或干燥过程中是否一致保留花青素的证据仍不直接。超声可与酶、水热、微波或干燥结合，但需区分联合与顺序工艺，其效果不可简单加和。工业实施需声场表征、能量与溶剂平衡、放大及技术经济评估。未来研究方向包括优化参数、探索新型组合技术、制定标准化方案、开发绿色溶剂、选择性提取特定花青素以及进行生命周期评价等。
