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水稻是全球最重要的主食作物之一，但其加工过程会产生大量副产物，包括稻壳、米糠、稻草和碎米，这些副产物往往未得到充分利用或通过环境不可持续的方式处置。尽管被视为废弃物，但这些副产物富含膳食纤维、蛋白质、脂质、酚类化合物、维生素、矿物质及其他具有显著食品和工业应用
水稻是全球最重要的主食作物之一，但其加工过程会产生大量副产物，包括稻壳、米糠、稻草和碎米，这些副产物往往未得到充分利用或通过环境不可持续的方式处置。尽管被视为废弃物，但这些副产物富含膳食纤维、蛋白质、脂质、酚类化合物、维生素、矿物质及其他具有显著食品和工业应用潜力的生物活性成分。本综述旨在全面概述稻米生产和加工副产物可持续增值的既有方法与新兴途径。研究人员回顾了相关已发表文献，以识别当前的利用路径、新兴技术、相关局限性及未来机遇。已有应用包括畜牧业养殖、生物炭生产、生物燃料生成、酿造及米糠油提取。此外，还讨论了高附加值食品应用方面的最新进展，包括基于超临界二氧化碳（SC-CO2）的提取与干燥技术、气凝胶生产、生物塑料、发酵和3D打印。这些新兴技术能够回收高价值功能性化合物，改善营养品质，并促进可持续食品配料、可生物降解包装材料和个性化食品的开发。总体而言，将先进加工技术整合到稻米副产物增值中，通过减少废弃物、提高资源效率并为食品行业创造高价值产品，为循环生物经济提供了一条有前景的路径。持续的跨学科研究和产业合作对于加速商业化进程并最大化稻米加工副产物的可持续利用至关重要。
本文主体部分围绕稻米加工副产物的现有利用途径和新兴应用展开系统论述，具体内容如下：
2. 稻米生产和加工副产物的当前利用
该部分综述了四种成熟的稻米副产物升级利用路径。
2.1 畜牧业养殖
稻草可作为反刍动物的主要粗饲料，满足其总可消化养分需求的32%至37%，尤其在旱季青绿饲料短缺时期。物理处理如机械切碎和化学氨化处理可有效断裂木质纤维素键，提高干物质采食量和产奶量。米糠在奶牛和水牛日粮中占比可达30%。米糠中的膳食纤维和生物活性成分对家禽胃肠道微生物群具有益生元样调节作用。粗稻壳广泛用作家禽垫料，而能量密度高的碎米可作为玉米的经济替代品用于家禽开食料和伴侣动物饲料。
2.2 生物炭
稻壳约占收获稻谷重量的20%，全球年产量超1亿吨，是热化学增值的理想原料。通过热解将稻壳转化为稻壳生物炭（RHB）是最具可持续性的升级利用途径之一。RHB的理化性质可通过调整热解温度等参数进行调控。其主要应用领域包括农业和环境修复：作为土壤改良剂和缓释肥料载体，提高养分利用效率并固定重金属；同时作为低成本吸附剂去除水和土壤中的重金属及有机污染物。连续热解反应器的工程化发展使规模化RHB生产成为可能，碳封存量约为每千克生物炭1.8-2.2 kg CO2当量。
2.3 生物燃料
稻草、稻壳和米糠被广泛用作生物燃料生产的原料。稻草是稻谷收获后产生的最大的副产物，因其富含纤维素和半纤维素，是第二代生物乙醇的理想原料，但需经过预处理才能进行酶解和发酵。稻草也是厌氧消化生产沼气的成熟原料，通过与脱脂米糠共消化可改善工艺稳定性并提高甲烷产率。稻壳同样被广泛研究用于生物乙醇和生物柴油生产，后者可在相对温和的条件下获得高效产率。
2.4 酿造
酿酒业是稻米加工副产物的大规模使用者，尤其是碎米和米糠等不适合直接食用的部分。大米常作为啤酒酿造辅料部分替代麦芽，因其风味中性、脂肪含量低、无麸质且成本较低。使用糙米相较于精白米会带来更高的蛋白质、脂肪和矿物质含量，从而增加麦汁中的游离氨基氮并使啤酒具有更高的抗氧化能力，但同时也会引起颜色和风味的明显变化。
2.5 米糠油
米糠油（RBO）是源自米糠的最有价值的产品之一，其营养价值主要归因于高浓度的不可皂化生物活性化合物。粗RBO含有约15 mg/g的γ-谷维素，并提供生育三烯酚、植物甾醇和角鲨烯。其脂肪酸组成中单不饱和脂肪酸（MUFA）、多不饱和脂肪酸（PUFA）和饱和脂肪酸（SFA）的比例约为0.6:1.1:1，确保了高热稳定性。选择优化的精炼方法对管理高游离脂肪酸含量同时保留生物活性营养素至关重要，物理精炼优于化学精炼。RBO的高烟点、温和风味和优异的氧化稳定性使其适用于高温烹饪，并被应用于人造黄油、烘焙产品和保健品中。米糠蜡也被用作天然食品级涂层和结构剂。
3. 稻米加工副产物的新兴应用
该部分重点介绍了五种前沿增值技术。
3.1 基于超临界二氧化碳的新型提取和干燥技术
超临界二氧化碳（SC-CO2）技术是一种先进的环保技术。作为萃取手段，SC-CO2因其高萃取效率、可调选择性及降低的环境影响，已成为稻米加工副产物增值中最有前景的绿色技术之一，成功用于从米糠中提取脂质及从稻壳中回收酚类和黄酮类化合物。与传统溶剂萃取相比，SC-CO2使用无毒、不易燃的溶剂，且操作条件无氧，能保护热敏性生物活性化合物，其闭环系统可实现约95-99%的CO2回收。
在气凝胶生产方面，SC-CO2干燥是保持生物聚合物基凝胶高度多孔三维结构的最有效方法之一。气凝胶是具有超高表面积、低密度和高孔隙率的纳米多孔材料。SC-CO2干燥消除了液-气界面，最小化了表面张力效应，从而保留了纳米多孔结构。由米糠蛋白、淀粉和稻壳纤维素制成的气凝胶展现出高表面积（36-47 m2/g）、高孔隙度（>83%）和低密度（<0.3 g/cm3），具有作为生物活性化合物载体的潜力。稻壳还可升级为纤维素纳米纤维气凝胶，用于吸附和废水处理。
3.2 生物塑料
生物塑料是石油基塑料的可持续替代品。稻壳主要作为增强填料加入聚合物基质中，以提高拉伸强度并改变生物降解速率。脱脂米糠则可同时作为填料和构成生物塑料本身的结构基质。研究表明，提取米糠油可显著改善所得生物塑料的粘弹性和拉伸行为，同时降低吸水性。将稻壳生物源二氧化硅掺入纤维素生物聚合物薄膜中，可显著提升薄膜性能，包括最大拉伸强度和降低水分含量。从稻壳中提取的生物活性分子可赋予生物塑料薄膜抗氧化性能。从稻壳中提取的纳米纤维素可用于增强明胶基薄膜，用于开发功能性、活性和环保型包装。
3.3 发酵
发酵是利用微生物将复杂有机物分解为高附加值产品的代谢过程。固态发酵（SSF）特别适用于米糠、稻壳和碎米等稻米加工副产物。发酵的主要益处之一是提升营养品质，例如使用酿酒酵母发酵米糠可使粗蛋白含量增加23.1%，并将可利用磷提高55.6%。固态发酵还能显著提高阿魏酸等酚酸含量。在食品工业中，发酵促进了益生菌饮料和高纯度有机酸等创新产品的开发，例如利用米糠生产L-乳酸。
3.4 3D食品打印
3D食品打印（3DFP）是一种逐层构建复杂几何形状的增材制造技术，在个性化营养和定制化方面具有独特优势。3DFP要求食品墨水具备特定的流变学特性，主要是剪切稀化行为。研究者优化了大米蛋白和淀粉混合物的3D打印适性，确定了最佳配方和打印参数。黑米花青素等从米糠中提取的生物活性化合物被用于增强3D打印凝胶的功能性和感官吸引力。此外，稻壳和米糠还被用于制造可持续食品包装长丝。
