小麥糊粉層分離及產(chǎn)品開發(fā)研究進(jìn)展

張堯軒，易文強(qiáng)，張國(guó)治*

（1.河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院，鄭州450001；2.鄭州久依糧食工程有限公司，鄭州450001)

小麥作為主食作物，為全球45 億人提供約20%的日常熱量和蛋白質(zhì)[1]。 小麥穎果分為胚芽、胚乳和麩皮三部分[2]。小麥中具有生理功效的活性物質(zhì)并非均勻地分布于整顆谷粒，而是聚集于皮層組織，準(zhǔn)確地說對(duì)生理健康有益的植物營(yíng)養(yǎng)素主要聚集于糊粉層中。 小麥粒中糊粉層的重量約占其總重的7%~9%，其中含有大量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，如蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、礦物質(zhì)、B 族維生素、膳食纖維、酚酸類和木酚素等，不含淀粉。 這些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的含量約占小麥總營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的60%~70%，，所以它被稱為小麥中的“軟黃金”，是小麥中的精華所在[3]。

隨著現(xiàn)代工業(yè)碾磨技術(shù)的發(fā)展，谷物產(chǎn)品主要由精制小麥粉(WF)組成，而分別占干粒重2.5%的胚芽和25%的麩皮被去除[4]。 因此，WF 缺乏膳食纖維(DF)、 非淀粉多糖和具有多種生理益處的生物活性化合物(如維生素、酚類物質(zhì)和黃酮類化合物)，小麥粉含有更多高血糖反應(yīng)的消化淀粉[5]。與精制WF 相比， 經(jīng)過較少精加工的谷物含有更多難以消化的碳水化合物和生物活性物質(zhì)，誘導(dǎo)較低的血糖反應(yīng)，并保留更多可以由腸道微生物群發(fā)酵的殘留物[6-7]。

1 小麥糊粉層的組成

糊粉層在籽粒中具有保護(hù)、轉(zhuǎn)運(yùn)和介質(zhì)功能，其中含有大量的細(xì)胞壁成分，如膳食纖維(AX、半乳甘露聚糖和阿拉伯半乳聚糖)、健康脂質(zhì)成分、抗氧化劑(即酚類成分)和礦物質(zhì)[8]。

此外，糊粉層中富含蛋白質(zhì)。 Bucsella B 等[9]研究表明，在經(jīng)過熱加工、胚乳分離、糊粉分層離析、糊粉分餾等工藝加工后， 所獲得的富糊粉小麥粉的蛋白質(zhì)含量達(dá)到了23%。 與之相比的全麥粉的蛋白質(zhì)含量約為12%，膳食纖維含量?jī)H為10%;小麥麩的蛋白質(zhì)含量為15%。 而富糊粉小麥粉的抗氧化物功效，優(yōu)于小麥麩和全麥粉。在中國(guó)慢性病發(fā)生率不斷上升，以及現(xiàn)代消費(fèi)者日益重視營(yíng)養(yǎng)素、健康飲食環(huán)境條件下， 富有功能特點(diǎn)的糊粉層產(chǎn)品如今已被廣泛研究及開發(fā)。

1.1 糊粉層中的膳食纖維

糊粉層中的可溶性膳食纖維比例相對(duì)較高，膳食纖維主要包含阿拉伯木聚糖、β-葡聚糖、 纖維素及木質(zhì)素等。糊粉層的細(xì)胞壁主要由阿拉伯木聚糖、β-葡聚糖和蛋白質(zhì)組成。 另外，糊粉層中的酚類化合物是高度酯化阿拉伯木聚糖(98.5%)，只有極少部分以共軛或游離形式存在，而阿拉伯木聚糖和β-葡聚糖是小麥籽粒內(nèi)部和營(yíng)養(yǎng)最相關(guān)細(xì)胞壁多糖[10]。

研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過修飾小麥糊粉層的部分結(jié)構(gòu)，可導(dǎo)致飲食誘導(dǎo)的肥胖小鼠的代謝改變， 使其尿液中含有糊粉酮衍生的酚酸和其它植物化學(xué)物質(zhì)[11]。

大量的科學(xué)研究也證實(shí)了攝入糊粉層中的膳食纖維后，可以很容易讓人產(chǎn)生飽腹感，對(duì)身體健康好處頗多。 與膳食有關(guān)的很多病癥可以通過提高膳食纖維的攝取量來進(jìn)行防治， 且有更多的科學(xué)依據(jù)可以證實(shí)它與人體健康有關(guān)，可緩解血糖上升、吸附腸道毒物，從而減少結(jié)腸癌發(fā)生率、冠心病風(fēng)險(xiǎn)等[12]。

消費(fèi)者對(duì)膳食纖維需求量日漸增加， 更多富含膳食纖維的食品涌現(xiàn)于市場(chǎng)上， 糊粉層成為最有前景的膳食纖維來源。

1.2 糊粉層中的蛋白質(zhì)

糊粉層中的蛋白質(zhì)具有較高的賴氨酸含量，必需氨基酸平衡良好，是面筋蛋白質(zhì)的優(yōu)良補(bǔ)充原料，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和生理價(jià)值都比較高。 采用稀堿可將麩皮中大部分的蛋白質(zhì)提取出來。張暉等[13]研究發(fā)現(xiàn)，麩皮蛋白質(zhì)含有較多的清蛋白和球蛋白， 其中清蛋白和球蛋白的含量達(dá)37.4%， 遠(yuǎn)比全麥粉含量中的（10%~20%）高，因此其蛋白質(zhì)無論從營(yíng)養(yǎng)上還是功能特性上都是比較好的。

Laubin 等[14]研究了一種小麥種子層分析方法，該方法能夠使糊粉蛋白從中分離， 特別是對(duì)糊粉層的蛋白質(zhì)組分析， 能夠?qū)蹖又写嬖诘臓I(yíng)養(yǎng)化合物的代謝途徑進(jìn)行生物化學(xué)和遺傳分析。 能夠進(jìn)一步研究與糊粉層中存在的維生素和健康營(yíng)養(yǎng)素相關(guān)的遺傳因素。

1.3 糊粉層中的抗氧化劑

作為糊粉層中的一種抗氧化劑, 酚類物質(zhì)阿魏酸作用于結(jié)腸之中。Nkhata M L 等[15]科學(xué)研究表明，食用富含阿魏?；男←満埏嬍澈望熎ぶ刑崛“⒗揪厶牵?可以提供一些防止胃腸道氧化損傷的保護(hù)作用。通過酶法、堿法水解兩種提取方式對(duì)小麥麩皮各解剖層中的酚酸含量釋放效果影響的研究，結(jié)果表明在糊粉層中阿魏酸單體的含量最高，達(dá)5.90 mg/g[16]。

木酚素也是有效的抗氧化劑。 它們的多酚結(jié)構(gòu)賦予了其潛在的抗氧化能力， 研究表明大鼠可以代謝木酚素在腸道內(nèi)生成哺乳類動(dòng)物木脂素。 喂食年輕大鼠木酚素開環(huán)異落葉松樹脂酚二葡萄糖苷表明， 木酚素代謝產(chǎn)物腸二醇和腸內(nèi)酯有很好的抗氧化效果。小麥中的木酚素主要集中在糊粉層，一些研究指出糊粉層中的開環(huán)異落葉松樹脂酚和馬臺(tái)樹脂醇值是全麥淀粉的10 倍，是胚乳淀粉的40 倍，更重要的是， 開環(huán)異落葉松樹脂酚和馬臺(tái)樹脂醇值只占小麥麩皮總木酚素含量的5%， 其它的如丁香脂素則更加豐富，小麥麩皮、尤其是糊粉層是小麥中木酚素的主要來源[17]。

2 小麥糊粉層分離技術(shù)

小麥糊粉層營(yíng)養(yǎng)豐富， 具有極高的保健功能和很好的應(yīng)用前景。因此，越來越多的小麥加工企業(yè)和研究人員嘗試將其從小麥籽粒或者從麩皮中分離并加工成產(chǎn)品。

由于糊粉層位于小麥籽粒種皮和胚乳之間,又緊密粘結(jié)于種皮, 使得糊粉層與小麥種皮皮層的分離比較困難，極易混入麩皮之中[18]。目前的分離方法主要有干法分離和濕法分離兩大類。

2.1 干法分離

僅需要物理和機(jī)械過程的干法分離技術(shù)已被用于從麥麩中分離小麥糊粉層或糊粉細(xì)胞內(nèi)溶物[19]。這種方法具有更高的效率并且不需要化學(xué)預(yù)處理和廢水處理， 分離過程中主要注重分離物質(zhì)的功能性而不是其含量大小[20]，因此該方法能夠使糊粉層中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)被大量保留。

在干法分離技術(shù)中， 脫麩是一種比較簡(jiǎn)單的獲取糊粉層的方法[21]。然而，脫麩需要小麥籽粒作為起始原料，產(chǎn)量和產(chǎn)品純度較低（40%~60%）[22]。與小麥籽粒相比， 傳統(tǒng)面粉工業(yè)的主要副產(chǎn)品麥麩具有較高的營(yíng)養(yǎng)潛力，更適合作為提取糊粉層的起始原料。

Arturo B 等[23]發(fā)明了一種從小麥麩皮中干法分離糊粉的方法。 該方法先將小麥麩皮破碎成400~800 μm 的碎皮或者顆粒，然后利用布勒公司生產(chǎn)的球磨機(jī)和離心沖擊碾磨機(jī)進(jìn)行碾磨， 將糊粉與外殼分離, 然后干燥后進(jìn)行分離分級(jí)或電場(chǎng)分級(jí)分離,最終得到了糊粉組分。用該法得到的小麥糊粉，幾乎保留了所有的原有活性成分。

Carole A 等[24]研究了軟、硬麥在利用布勒公司的MLU-202 磨粉機(jī)進(jìn)行碾磨和手工分離兩種條件下得到的糊粉層的性質(zhì)。 分別將植酸與香豆酸作為糊粉內(nèi)含物和細(xì)胞壁的標(biāo)志物， 評(píng)價(jià)碾磨和手工分離糊粉細(xì)胞的破碎情況及顆粒大小， 當(dāng)利用MLU-202 碾磨8~16 min 時(shí)，糊粉層的d50<50 μm，粒徑小于60 μm（糊粉細(xì)胞大小）的糊粉比例可達(dá)70%。由于糊粉細(xì)胞的破裂， 標(biāo)示物的含量也隨糊粉破裂程度的增大而增加。

許多研究表明，麩皮組織的靜電性能不同，是因?yàn)槭艿搅?、組成、微觀結(jié)構(gòu)和含水量的影響。 Antoine C 等[25]使用介電譜法對(duì)麥麩組織的介電性能進(jìn)行了觀察， 發(fā)現(xiàn)糊粉層比電容能力比外果皮和中間層更強(qiáng)。研磨和摩擦充電后的顆粒中，細(xì)糊粉顆粒比細(xì)麩皮顆粒和粗糊粉顆粒獲得更多電荷[26]。HemeryY 等[27]研究了具有不同粒徑和水分含量的富含糊粉的級(jí)分和富含果皮的級(jí)分的靜電性質(zhì)。 他們發(fā)現(xiàn)當(dāng)樣品未干燥時(shí)， 富含細(xì)糊粉的部分表現(xiàn)得像絕緣體，而心包部分表現(xiàn)得像導(dǎo)體。 簡(jiǎn)而言之，先前的研究表明， 糊粉層和其他麩皮組織表現(xiàn)出明顯不同的靜電性質(zhì)，可用于靜電分離二者。 最近，靜電分離已被證明可有效富集麥麩中的糊粉層[28]。 在使用離心沖擊研磨（CIM）過程中，由于彈性塑性和破裂能的不同，外果皮、中間層和糊粉層連續(xù)解離。 首先從粗麩皮碎片上剝離外果皮， 同時(shí)將糊粉細(xì)胞團(tuán)完全從中間層分離，直到粒徑減小到約200 μm。 在細(xì)麩皮碎片（100~200 μm）中，糊粉的比例隨著粒徑的減小，細(xì)胞團(tuán)簇增加。F（120-150）（d50=144 μm）的麩皮碎片在單層中含有超過60%的糊粉層細(xì)胞簇，可以通過靜電分離進(jìn)一步精制。

通過引進(jìn)、 消化、 吸收俄羅斯科學(xué)院的科技理論， 我國(guó)自主研發(fā)了一種純物理的小麥糊粉層分離技術(shù)——旋風(fēng)渦流微納米分離技術(shù)， 該技術(shù)即能完整保留糊粉層的營(yíng)養(yǎng)成分， 還能去除種皮上的微生物、霉菌、重金屬以及農(nóng)藥殘留，實(shí)現(xiàn)了每3 t 麩皮就能分離出1 t 糊粉層粉(另外2 t 依然可以作飼料)的低成本產(chǎn)業(yè)化優(yōu)勢(shì)， 形成了具有世界領(lǐng)先水平的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)[29]。

總之, 干法分離小麥糊粉層的關(guān)鍵在于如何利用糊粉的物理特性，如破碎碾磨后的顆粒大小、靜電特性、沉降系數(shù)等,將其與非糊粉成分高效分離，實(shí)現(xiàn)糊粉營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的高效利用。

2.2 濕法分離

所謂濕法分離是相對(duì)與干法而言的， 指在糊粉和外殼分離的介質(zhì)是液態(tài)或者分離過程結(jié)合液態(tài),與干法分離的本質(zhì)區(qū)別在于其不依賴于剪切、撞擊、擠壓等高強(qiáng)度的機(jī)械作用力， 而是利用生物酶的高效和專一性，酶解小麥麩皮中糊粉層、珠心層等部位的細(xì)胞壁或與細(xì)胞結(jié)合的部位，進(jìn)而得到糊粉。

利用生物酶解的方法對(duì)小麥麩皮中的戊聚糖、阿魏酰低聚糖及膳食纖維進(jìn)行提取的研究很多。 由于小麥麩皮的結(jié)構(gòu)中包含糊粉層、 透明層、 種皮和橫、 縱細(xì)胞等一系列的結(jié)構(gòu)， 其主要的成分是纖維素、阿拉伯糖、木聚糖等多糖聚合物，因此在濕法提取糊粉層中的功能性成分時(shí)，多使用含有木聚糖酶、葡聚糖酶、 纖維素酶和阿拉伯糖酶中一種或者多種的酶系進(jìn)行水解，然后利用溶劑提取。

D.I.Rhodes 等[30]研究了小麥糊粉細(xì)胞壁中蛋白質(zhì)組成。 研究表明糊粉細(xì)胞壁中的蛋白質(zhì)含量(約1%)較胚乳細(xì)胞高兩倍，而且組成全面。 這些蛋白質(zhì)在通過酯鍵與細(xì)胞壁多聚物交聯(lián)的同時(shí)，與葡聚糖、阿拉伯聚糖、香豆酸交聯(lián)，這些交聯(lián)與糊粉層的韌性有關(guān)，為糊粉層的酶法水解提供幫助。

Arturo B[23]研究了一種酶法輔助濕法分離工藝。將初步破碎后的麥麩利用了阿拉伯木聚糖酶和木聚糖內(nèi)切酶等進(jìn)行水解，使層間的粘附性降低，然后通過濕法沖擊來對(duì)糊粉層進(jìn)行分離， 干燥后采用氣流分級(jí)或靜電場(chǎng)對(duì)糊粉層進(jìn)行富集。

采用濕法分離工藝對(duì)糊粉層進(jìn)行分離， 可能會(huì)導(dǎo)致糊粉層中的水溶性營(yíng)養(yǎng)成分如B 族維生素、礦物質(zhì)及蛋白等損失。 這些水溶性營(yíng)養(yǎng)組分在濕法加工過程中勢(shì)必將大量流失。 同時(shí)，無論是有機(jī)溶劑、酸、堿溶液還是酶介質(zhì)溶液，都需進(jìn)行污水處理。 對(duì)于溶液參與的工藝來講，所獲產(chǎn)品均需干燥處理，消耗大量的蒸汽能。 這些不可避免的缺陷都將限制濕法加工技術(shù)在麥麩糊粉層加工中的應(yīng)用和推廣，這也是傳統(tǒng)提取工藝（酶法、酸、堿法）不適合糊粉層加工的一個(gè)重要原因[31]。

3 小麥糊粉層產(chǎn)品

小麥糊粉層營(yíng)養(yǎng)成分豐富， 其與小麥粉等其他原輔料按比例、采用不同方式制作食品，具有很大的發(fā)展空間，目前有很多相關(guān)的產(chǎn)品研究。

中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院發(fā)明了一種小麥糊粉層粉的改性的方法，通過對(duì)糊粉層粉進(jìn)行改性，可有效地提高其中交聯(lián)蛋白的含量，提高產(chǎn)品可溶性纖維的含量，使糊粉層粉與小麥粉混合后進(jìn)一步加工時(shí)， 在糊粉層量較多的情況下也不會(huì)對(duì)面筋網(wǎng)絡(luò)的形成產(chǎn)生明顯不利的影響[32]。

李軍輝等在餅干面團(tuán)中添加小麥糊粉層細(xì)粉，可改良面團(tuán)的加工性能，提高產(chǎn)品的酥松程度，賦予其新的營(yíng)養(yǎng)特性，使餅干口感酥松、美味可口。 其面粉和糊粉層細(xì)粉的配比試驗(yàn)研究結(jié)果中， 確定糊粉層細(xì)粉的適宜添加量為20%[33]。

陳志成等利用小麥糊粉和小麥胚芽， 并用藕粉和海藻酸鈉作為凝膠和透明劑， 開發(fā)營(yíng)養(yǎng)型人造大米，將其添加到普通大米中，不僅增加大米的營(yíng)養(yǎng)，更重要的是改善大米的色香味， 滿足消費(fèi)者膳食營(yíng)養(yǎng)的需要[34]。

南京林業(yè)大學(xué)研發(fā)了一種小麥糊粉層阿拉伯木聚糖降血糖速溶茶及其制備方法， 其重量份數(shù)組成如下：小麥糊粉層阿拉伯木聚糖90~95 份、大麥糊粉層阿拉伯木聚糖9~10 份、 青稞糊粉層阿拉伯木聚糖6~7 份、啤酒花提取物7~8 份、橘皮提取物8~9份、普洱茶提取物40~45 份。 通過此方法制備的小麥糊粉層降血糖速溶茶口感好， 具有速溶茶的濃郁香味，能非常有效地輔助降血糖，安全無副作用，適合的受用人群廣泛[35]。

4 總結(jié)

許多流行病學(xué)研究證明了全麥谷物產(chǎn)品對(duì)消費(fèi)者健康的有益影響[36]。此外，有關(guān)研究表明經(jīng)常食用富含膳食纖維和全谷物食品的人患心血管疾病[37]、肥胖癥[38]、Ⅱ型糖尿病和某些癌癥的風(fēng)險(xiǎn)降低[39]。 糊粉層中膳食纖維濃度較高， 把豐富膳食纖維加入到如今的食物體系中， 既能大幅度提高麥麩的綜合應(yīng)用價(jià)值，同時(shí)又能提高產(chǎn)品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。糊粉層是符合國(guó)際低血糖指標(biāo)的(GI 值僅為53.7)食物原料，其中含有約20%的戊聚糖?？捎行У鼐徑獗忝厍闆r，并能夠?qū)⒋x生成的有毒有害物質(zhì)和易致癌物質(zhì)從體內(nèi)排出[40]。

小麥糊粉層是全球認(rèn)可的最好全谷類食物中，可以高效抵御慢性病癥的營(yíng)養(yǎng)保健食物， 在歐美國(guó)家和西方國(guó)家非常受歡迎。 使用小麥糊粉層研制符合國(guó)人消費(fèi)習(xí)慣的全營(yíng)養(yǎng)中式美食， 有助于延長(zhǎng)小麥產(chǎn)業(yè)鏈,其食用群體范圍廣、市場(chǎng)潛力巨大。