撰稿人：黃閔裕 / 臺灣穀物產業發展協會秘書處助理
前言：
在現代食品工業中，碾磨與釀造等穀物加工是糧食供應的核心之一。然而，傳統加工過程會產生大量的副產物，如麩皮、胚芽、穀殼及酒粕等，佔據整個穀物重量的10%至35%，甚至在釀造過程中可達85%。過去，這些副產物大多被視為農業廢棄物或用於動物飼料，但隨著食品永續與健康飲食的意識抬頭，科學家正逐漸重新評估這些副產物的營養價值，並探討如何透過多種傳統與新興緩解(Mitigation)技術改善這些副產物在質地、色澤以及風味上的應用限制，旨在提升穀物副產物的加工特性與營養利用率，以推動零浪費的循環經濟。
主要穀物副產物與營養成分：
為最大化其穀物副產物的商業利用價值，必須先了解不同副產物的基礎組成。下表為文獻中所提及的主要穀物副產物、結構特性與應用潛力：
| 副產物名稱 | 主要化學組成與結構 | 健康效益與主要用途 |
|---|---|---|
| 麩皮 (Bran) | 富含膳食纖維、蛋白質、木質素、阿魏酸等酚類及維生素。 | 促進腸道健康、調節血糖、降低膽固醇；可用於麵包、麵條等食品的營養強化成分。 |
| 胚芽 (Germ) | 含有豐富脂類、必需胺基酸、膳食纖維、維生素、黃酮類及植物固醇。 | 富含不飽和脂肪酸與生育酚，能減少氧化應激；具備優秀的乳化與凝膠特性，常用於植物基蛋白質產品開發。 |
| 穀殼 (Husk) | 具有高纖維素的木質素結構。在米糠與玉米糠中含有高達88-95%親脂性化合物。 | 燕麥殼可加工為纖維素奈米纖維應用於包裝領域；稻殼灰可應用於綠色永續水泥原料，以提生材料的隔熱特性。 |
| 啤酒粕 (Brewers’ Spent Grains, BSG) | 為釀造後剩餘的副產物，佔據85%穀物初始重量，並富含70%膳食纖維、25-30%蛋白質、木質素及β-葡聚醣。 | 主要作為功能性食品與飼料成分；具備降低腸道細胞活性氧(ROS)與抗發炎等保健潛力。 |
| 酒糟 (Distillers’ Grains, DG/DDGS) | 為生質酒精生產副產物之一，其中以玉米為來源的DDGS，其蛋白質與脂質含量可達原始穀物的3.6倍與3.4倍。 | 具備極佳的營養回收與飼料化/食品化加值潛力 |
加工緩解技術之原理與機制：
儘管穀物副產品具有健康益處，但這些副產物在應用上往往因為酚類化合物含量過高而導致色澤過深與苦味。部分穀物副產物的吸水特性則會導致質地乾燥且脆弱，另一部份則導致過於黏稠且柔軟。此外，穀物副產物通常含有植酸鹽和丹寧，影響必需營養素的生物利用率。同時，粗糙質地與高纖維含量也會影響加工過程，對產品的結構與流變特性造成負面影響。為克服穀物副產物在食品應用中的缺點，本文獻中探討了兩大類處理技術：
傳統緩解技術（Conventional Mitigation Strategies）
- 發酵作用（Fermentation）：利用乳酸菌或酵母菌進行發酵。微生物產生的植物降解酶（如植酸酶）能降解植酸，提升鐵、鋅、鈣等礦物質的生物利用率。例如，利用釀酒酵母或與乳酸菌共同發酵，能改善麩皮結構，增強麵團產氣與穩定性，減緩膳食纖維對麵筋網路的破壞，同時釋放酯類與阿魏酸等揮發性芳香物質，掩蓋苦味並提升麵包的體積與風味。
- 擠壓加工（Extrusion）：在高溫高壓及強機械剪切力作用下，破壞大分子間的複雜交互作用。擠壓能降解蛋白酶抑制劑與單寧等抗營養素，並促使澱粉與脂質形成澱粉-脂質複合物（第五型抗性澱粉），進而降低升糖反應。此外，強剪切力能軟化木質素結構，促進阿拉伯木聚醣的降解與阿魏酸的釋放，從而提高水溶性膳食纖維的產量。
- 酵素處理（Enzymatic Treatments）：使用專一性的碳水化合物降解酶（如木聚醣酶、纖維素酶、β-葡聚醣酶）或蛋白酶。酵素處理能顯著降低材料黏度、提高溶解度並改善口感（如減少燕麥殼飲料的黏滑感），同時維持核心功能成分的結構完整性。此外，利用植酸酶處理麩皮，可使麵條和義大利麵中的植酸含量大幅降低70.9%至83.5%。
- 發芽（Germination）：主要透過全穀類發芽活化內源性酵素。透過發芽能提升營養品質，活化澱粉酶、蛋白酶和脂肪酶，使大分子分解成更具生物利用率的小分子。此過程可減少抗營養素如植酸，並增加生物活性化合物，包括多酚和γ氨基丁酸（GABA），從而提升礦物質的生物可及性及潛在的抗氧化作用。此外，小麥發芽可促進植酸水解，並提升鐵和鋅等礦物的生物可及性，間接影響後續產生的穀物副產物品質。
- 微米化（Micronisation）：物理方法使材料達到微米等級的粒徑。微米化粉碎能有效打破副產物的細胞壁，特別是富含礦物質的糊粉層，顯著提高鐵、鋅等元素在消化過程中的釋放度與生物利用率，並釋放原本被細胞壁困住的多酚、黃酮和穀維素等抗氧化活性成分。
新興緩解技術（Advanced Mitigation Strategies）
- 高壓處理（High Pressure Processing, HPP）：利用 100至1000 MPa的高靜水壓，在無熱降解的狀況下滅活雜菌，最大化保留熱敏感營養素。HPP處理可改變膳食纖維結構，顯著提高可溶性膳食纖維與蛋白質的溶解度，並在配合適當溫度環境下，促進內源性植酸酶活性以加速植酸降解。
- 蒸汽爆炸（Steam Explosion, SE）：利用高壓蒸汽（10–20 bar）與高溫（160–240 °C）處理，在瞬間釋壓下使細胞「爆炸」，完整破壞木質纖維素結構。此技術能顯著降低纖維素與木質素含量，並顯著提升纖維的保油能力、膽固醇與葡萄糖吸附能力，但操作成本高且需額外乾燥步驟。
- 超音波（Ultrasonication）：利用低頻高強度超音波（20–100 kHz）產生的「空穴效應」與微流體作用。超音波技術能高效破碎植物細胞壁，促進蛋白質及多酚類化合物的釋放與萃取（例如縮短阿魏酸等多酚的萃取時間），並能改善米糠蛋白的溶解度。
- 脈衝電場（Pulsed Electric Field, PEF）：利用高壓短脈衝電場（0.1–100 kV/cm）穿透材料。脈衝電場可改變小麥麵筋與大米澱粉的立體結構，增強蛋白質的保水性、保油性及乳化性，並降低結晶度、增強澱粉的酵素水解敏感度，從而提高消化率。
- 冷電漿（Cold Plasma）：利用電離氣體產生的活性自由基，改變材料表面特性。冷電漿處理能顯著提高米糠與玉米糠中的香草醛、阿魏酸和芥子酸等多酚的萃取率與抗氧化活性，並能去活化米糠中的脂肪酶，減緩儲藏期間酸價的上升，達成脂質防腐與穩定效果。
技術優缺點與應用限制比較：
不同的加工技術在提供功能改良的同時，也伴隨著不同的限制。下表為文獻中對各項技術之優缺點分析與限制對比：
| 技術種類 | 核心優勢 | 主要應用限制 |
|---|---|---|
| 發酵作用 | 顯著降解植酸等抗營養素、生成芳香酯類物質掩蓋苦味、提升礦物質與多酚的生物可利用性。 | 處理時間較長、過程需要精準控制環境條件、若管理不當容易有雜菌污染的風險。 |
| 酵素處理 | 具高度專一性、反應條件溫和、能精準修飾特定不溶性纖維或蛋白質以改善黏度與溶解性。 | 商業化酵素製劑成本高昂、需嚴格控制 pH 與溫度等水解條件以防反應不完全。 |
| 擠壓加工 | 產量高、可連續化作業、產品保存期限長，且能形成抗性澱粉以調控血糖反應。 | 能耗較高、設備初期投資大，且高溫剪切過程可能會破壞熱敏感性營養素。 |
| 高壓處理 | 非熱處理能最大化保留原有的感官與熱敏性營養成分、有效滅菌。 | 設備成本極高、多以批次或半連續生產為主，且通常不適用於無法承受高壓的物料結構。 |
| 蒸汽爆炸 | 能極高效地打碎木質素細胞壁、顯著提高可溶性膳食纖維的產量與生理活性。 | 設備初期投資大、高溫高壓維護成本高、需額外乾燥，且可能因糖類降解產生糠醛等抑制物。 |
| 超音波 | 加速質傳效率、大幅縮短生物活性成分的萃取時間。 | 穿透深度受限、大規模工業化設備成本高，且過強的空穴效應可能會降解敏感性活性分子。 |
| 脈衝電場 | 能耗低、處理時間極短、能有效改善蛋白質與澱粉的理化性質與消化特性。 | 目前技術主要限制於高電導率的液體或半液體產品、設備造價高、仍需相關法規審批。 |
| 冷電漿 | 屬環境友善的綠色技術，能高效滅菌、去活化脂肪酶以穩定材料品質，且不損害材料結構。 | 僅限於表面處理、對深層物料穿透力有限、技術成熟度與設備規模化仍在研發階段。 |
結論：
本篇文獻證實，傳統上被視為加工廢棄物的穀物副產物，含有豐富營養價值與活性成分的應用潛力。雖然這些副產物在口感、色澤與抗營養因子方面存在諸多加工障礙，但透過現代食品加工技術的介入，例如傳統的微生物發酵、酵素水解，到新興高壓處理與冷電漿等非熱技術，均能有效改善穀物副產物的功能特性，使其能更好應用於麵食、烘焙食品與機能性飲料中。在未來研究中，如何降低能源與設備成本、推動綠色永續製程以減少水汙染，並加強學術界、產業與政策制定者的合作，將是落實潔淨標章與循環經濟等重要關鍵。
文獻來源：2024年臺北ICC國際研討會特刊
Aluthge, S., Gunathilake, S., Brennan, C., Farahnaky, A., & Majzoobi, M. (2025). Conventional and emerging methods for cereal by-product valorisation. Journal of Cereal Science, 126, 104289. https://doi.org/10.1016/j.jcs.2025.104289