元麥麩皮功能成分與產(chǎn)品開發(fā)的研究進(jìn)展

劉 暢，張 欣，魏亞鳳，宋居易

（江蘇沿江地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，江蘇 南通 226012）

元麥（Hordeum vulgareL. var.nudumHook.f.）是禾本科大麥屬作物，因其稃殼脫離于穎果，故又稱裸大麥，也名米大麥、青稞[1]。常見顏色有黃白色、黃棕色、藍(lán)灰色、紫紅色和黑色[2]。元麥穎果由籽實(shí)皮、胚乳和胚構(gòu)成，經(jīng)分級(jí)碾磨可得麩皮、元麥米、元麥粉等初加工產(chǎn)品（圖1），后兩者是元麥精加工的主要原料，利用率較高，而麩皮因感官品質(zhì)和消化性能較差，多用于制作動(dòng)物飼料或直接廢棄，不僅造成了資源的浪費(fèi)，還會(huì)增加環(huán)境的壓力[3-4]。元麥麩皮的營養(yǎng)成分以淀粉、膳食纖維、蛋白質(zhì)為主，還含有脂肪、礦物質(zhì)等[5]（表1）。其功能成分主要為阿拉伯木聚糖、β-葡聚糖、酚類物質(zhì)、植物甾醇，具有降血糖、降血脂、抗氧化、調(diào)理腸道等生理功效。隨著食品加工技術(shù)的發(fā)展和人們飲食需求的改變，對(duì)元麥麩皮的研究已不斷深入，在探索功能成分和研發(fā)新型產(chǎn)品方面也有了一定積累。因此，本文圍繞元麥麩皮的功能成分和相關(guān)產(chǎn)品就現(xiàn)有研究進(jìn)行概括總結(jié)，以期為后續(xù)開展試驗(yàn)、推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程提供思路。

圖1 元麥初加工產(chǎn)品（a.元麥麩皮 b.元麥米 c.元麥粉）Fig.1 Primary processed product of naked barley (a. naked barley bran, b. naked barley kernels, c. naked barley flour)

表1 文獻(xiàn)報(bào)道的元麥麩皮營養(yǎng)成分Table 1 Nutritional components of naked barley bran obtained from the literature %

1 元麥麩皮功能成分的研究進(jìn)展

1.1 阿拉伯木聚糖

阿拉伯木聚糖是一種半纖維素多糖，存在于多種植物的細(xì)胞壁中，對(duì)于元麥而言，麩皮部位含量相對(duì)較高[12]。其基本結(jié)構(gòu)是由D-吡喃木糖以β-1, 4糖苷鍵連接形成主鏈，α-L-阿拉伯呋喃糖在C2和/或C3位以側(cè)鏈形式取代主鏈糖單元[13]。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，阿拉伯木聚糖具有良好的吸水性、氧化凝膠性和獨(dú)特的溶解性，因此可用于改良面團(tuán)品質(zhì)，還能作為微膠囊壁材包埋蛋白質(zhì)、益生菌等物質(zhì)[14-16]。此外，阿拉伯木聚糖還具有降血脂、降血糖、改善礦物質(zhì)吸收等生理功效[17]。徐中香[7]通過響應(yīng)面法優(yōu)化了元麥麩皮阿拉伯木聚糖的堿提工藝，得出在料液比1∶25（g/mL）、NaOH濃度15 g/L、溫度55 ℃條件下提取3 h，實(shí)際得率可達(dá)14.31%。Gong等[18]利用高效液相色譜分析得出，元麥麩皮的單糖組成為葡萄糖、木聚糖、阿拉伯糖、甘露糖、半乳糖，其中前三者的含量占比較高，經(jīng)比色法測得三種元麥麩皮中阿拉伯木聚糖的含量分別為14.21%、18.18%、21.06%，阿拉伯糖與木糖的比值分別為0.83、0.76、0.58。Guo等[19]對(duì)該多糖進(jìn)行了分級(jí)純化，得出其主要組分 HBAX-25占阿拉伯木聚糖總量的 37.1%（w/w），該組分中阿拉伯糖與木糖的比值為0.58，主鏈由β-1, 4糖苷鍵連接的D-吡喃木糖構(gòu)成，六種不同的支鏈結(jié)構(gòu)在部分糖單元的C3位單取代或在C2和C3位雙取代。

1.2 β-葡聚糖

β-葡聚糖廣泛存在于真菌（酵母、蕈菌等）和植物（大麥、燕麥等）中，酵母、蕈菌來源的β-葡聚糖的結(jié)構(gòu)鍵型為 β-1, 3糖苷鍵和 β-1, 6糖苷鍵，而谷物來源的β-葡聚糖是葡萄糖殘基經(jīng)β-1,3糖苷鍵和 β-1, 4糖苷鍵連接而成的無支鏈線性多糖[20]。元麥β-葡聚糖的生理活性主要為降血脂[21]、降血糖[22]、抗炎[23]、調(diào)節(jié)腸道菌群[24]，Song 等[25]還發(fā)現(xiàn)羧甲基化修飾的元麥麩皮β-葡聚糖純化組分 CMG-2可誘導(dǎo)金黃色葡萄球菌的細(xì)胞壁和細(xì)胞膜損傷，從而改變其通透性，達(dá)到抑菌效果。β-葡聚糖的分子量、黏度、溶解度等理化特性會(huì)因元麥來源和提純方法的不同而產(chǎn)生差異，其凝膠性、發(fā)泡能力、泡沫穩(wěn)定性、乳化能力、乳化穩(wěn)定性等也會(huì)受到外界環(huán)境（溫度、pH等）的影響[26-27]。賈曉麗[28]發(fā)現(xiàn)將元麥麩皮β-葡聚糖添加到雞塊的油炸外裹糊中，可使雞塊的保水性提高、含油量降低，進(jìn)而在保證雞塊感官品質(zhì)的同時(shí)滿足了低脂的需求。基于上述特性，β-葡聚糖在食品、醫(yī)藥、化工等多個(gè)領(lǐng)域都有著良好的應(yīng)用前景。

雖然元麥β-葡聚糖在麩皮部位的含量低于其胚乳部位，但因麩皮為元麥加工的副產(chǎn)物，以其為原料提取β-葡聚糖仍具有重要的研究意義[29-30]。目前常見的提取方法可分為物理法、化學(xué)法和生物法三大類。Liu等[31]對(duì)比了超聲、熱水、微波、微波輔助超聲四種提取方法對(duì)元麥麩皮β-葡聚糖得率和理化特性的影響，經(jīng)試驗(yàn)得出微波輔助超聲提取法耗時(shí)較短且得率最高，得到的β-葡聚糖數(shù)均分子量和表觀黏度最高，發(fā)泡能力最弱但泡沫穩(wěn)定性最強(qiáng)，且具有良好的乳化能力和乳化穩(wěn)定性。Du等[32]得出以加速溶劑萃取法提取元麥麩皮β-葡聚糖的最優(yōu)工藝參數(shù)為萃取壓力10 MPa、萃取溫度70 ℃、時(shí)間9 min、循環(huán)4次，該條件下粗β-葡聚糖的實(shí)際得率為16.39%，高于超聲提取、微波提取和傳統(tǒng)回流水提法。劉新琦等[33]通過發(fā)酵法提取元麥麩皮中的β-葡聚糖，得出最適發(fā)酵條件為料液比1∶6、高活性干酵母接種量0.05%、發(fā)酵溫度32 ℃、發(fā)酵時(shí)間34 h，以該條件提取的 β-葡聚糖較傳統(tǒng)水提法得率提高了60.8%。宋居易等[34]采用生物酶法提取元麥麩皮中的 β-葡聚糖，得出其最優(yōu)提取工藝為料液比1∶15、堿性蛋白酶30 mg/g、酶解時(shí)間2 h，最優(yōu)除蛋白工藝為中性蛋白酶∶胰蛋白酶=1∶2、酶用量1 mg/mL、酶解溫度45 ℃、時(shí)間2.5 h。此外，賈瑩等[35]研究了元麥麩皮β-葡聚糖粗品的脫色工藝，得出在樣品溶液溫度40 ℃、pH 6、流速0.5 mL/min時(shí)，使用XAD-7樹脂可使元麥麩皮β-葡聚糖的脫色率達(dá)72.9%，損失率為4.3%。

1.3 酚類物質(zhì)

元麥麩皮中的酚類物質(zhì)包括酚酸、黃酮、鞣質(zhì)等。酚類物質(zhì)是植物的次級(jí)代謝產(chǎn)物，具有很強(qiáng)的抗氧化性，能夠有效地清除體內(nèi)自由基、調(diào)節(jié)身體機(jī)能。元麥由外層到內(nèi)層，可溶性酚類物質(zhì)總量呈逐級(jí)降低趨勢，抗氧化力與其呈高度正相關(guān)[36]。徐菲等[37]經(jīng)優(yōu)化得出以11.1%的硫酸為提取劑、料液比1∶17 g/mL、提取溫度75 ℃時(shí)，對(duì)元麥麩皮結(jié)合酚具有較好的提取效果。楊希娟等[38]經(jīng)篩選得出AB-8大孔吸附樹脂對(duì)元麥麩皮結(jié)合酚有著良好的吸附-解吸作用，以最優(yōu)工藝將其分離純化后，可檢測到的單體酚種類增加，且半數(shù)以上單體酚的含量顯著提高。

酚酸是具有羧酸性質(zhì)的酚類物質(zhì)。陳曉默[39]以60%丙酮為溶劑提取元麥麩皮，提取物中共鑒定出五種主要的酚酸類物質(zhì)（咖啡酸、丁香酸、阿魏酸、對(duì)香豆酸、芥子酸），經(jīng)研究得出這五種酚酸類物質(zhì)對(duì)活性二羰基化合物的清除率均可達(dá)50%以上，對(duì)餅干模擬體系中的羧甲基賴氨酸均有不同程度的抑制作用。阿魏酸是谷物中最常見的酚酸類物質(zhì)，多以結(jié)合態(tài)聚集于細(xì)胞壁中[40]。阿魏酰糖酯是由阿魏酸羧基與糖羥基酯化形成的低聚糖，由于酯鍵的存在，阿魏酰糖酯較游離的阿魏酸具有更強(qiáng)的抗氧化力，生理活性更加優(yōu)越[41]。高汪磊[42]從元麥麩皮中分離純化出阿魏酰糖酯，通過構(gòu)建體外非酶糖基化反應(yīng)體系，證明了阿魏酰糖酯對(duì)晚期糖基化終產(chǎn)物（Advanced Glycation End Products，AGEs）具有良好的抑制作用，為更加安全、有效的AGEs抑制劑的研發(fā)奠定基礎(chǔ)。

有研究表明，元麥的粒色與酚類物質(zhì)有著密切聯(lián)系，深色品種較淺色品種的酚類物質(zhì)含量更高，組成也更豐富[36]。黃白粒元麥中不含生物色素，黃棕粒元麥的種皮中含有原花青素，藍(lán)灰粒和紫紅粒元麥的粒色與花青素有關(guān)，而黑粒元麥的粒色與酚類物質(zhì)的氧化和聚合產(chǎn)物、植物黑色素有關(guān)[43-45]。Zhang等[46]針對(duì)紫紅粒元麥優(yōu)化了其麩皮花色苷的提取工藝，得出最優(yōu)參數(shù)為料液比1∶40 g/mL、pH 1.0、超聲功率200 W、提取溫度80 ℃、提取時(shí)間10 min，其純化物具有良好的抗氧化和抗生物膜活性，經(jīng)液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀測定出六種花色苷，其中含量最高的為矢車菊-丙二酰葡萄糖苷。

1.4 植物甾醇

植物甾醇因其降膽固醇、抗氧化、抗炎等多種生理活性而被廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥領(lǐng)域，同時(shí)也可作為乳化劑、分散劑、著色劑等用于合成化工產(chǎn)品[47]。谷物是人類膳食植物甾醇的重要來源，同種谷物不同部位的甾醇含量有著明顯差異，就元麥而言，麩皮部位的總量最高，其游離甾醇和阿魏酸甾醇酯的占比是元麥全谷物的2倍多[48]。元麥麩皮具有較高的產(chǎn)油率，Moreau等[49]以兩種元麥麩皮為原料提取油脂，測得其游離甾醇含量平均為1.10%，甾醇酯含量平均為1.65%。龔凌霄等[50]以正己烷為溶劑提取元麥麩皮油，經(jīng)氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（Gas Chromatography-Mass Spectrometry，GC-MS）分析得出游離甾醇總量為7 357.72 mg/kg，主要類型為β-谷甾醇和菜油甾醇，此外還檢測到了鏈甾醇、豆甾醇和巖藻甾醇。

2 元麥麩皮產(chǎn)品開發(fā)的研究進(jìn)展

2.1 元麥麩皮油

元麥麩皮油中除含有豐富的植物甾醇外，還有優(yōu)質(zhì)的脂肪酸，其中不飽和脂肪酸占比高達(dá)77.27%（以亞油酸為主），飽和脂肪酸主要為棕櫚酸，經(jīng)動(dòng)物試驗(yàn)得出元麥麩皮油可明顯抑制大鼠動(dòng)脈硬化的形成及其高血脂癥[51]，此外元麥麩皮油對(duì)α-葡萄糖苷酶也具有良好的抑制活性，可在Ⅱ型糖尿病新型治療藥物的研發(fā)中發(fā)揮積極作用[52]。目前元麥麩皮油以正己烷、乙酸乙酯、石油醚等有機(jī)溶劑提取為主，羅龍龍等[52]在此基礎(chǔ)上輔以超聲處理，優(yōu)化出最優(yōu)工藝條件為超聲時(shí)間30 min、功率225 W、溫度30 ℃、浸提時(shí)間12 h，該條件下的元麥麩皮油得率為 3.62%。為了滿足更加安全、環(huán)保的工藝需求，有研究采用超臨界CO2萃取法提取元麥麩皮油，工藝參數(shù)為萃取壓力20 MPa、時(shí)間2 h、溫度40 ℃、CO2流量15 L/h，該條件下得率可達(dá)6.26%[53]。

2.2 元麥麩皮膳食纖維產(chǎn)品

膳食纖維是一類不能被人體小腸消化吸收、對(duì)人體健康有利的碳水化合物聚合物（聚合度≥3），主要存在于植物中，分為可溶性膳食纖維（Soluble dietary fiber，SDF）和不溶性膳食纖維（Insoluble dietary fiber，IDF），包括纖維素、半纖維素、果膠、菊粉等[54]。元麥麩皮中膳食纖維含量可達(dá)39.23%（表1），具有良好的加工利用前景。張倩芳等[55]分別采用擠壓膨化、蒸煮、烘烤、超微粉碎四種方式處理元麥麩皮，發(fā)現(xiàn)處理后麩皮的總膳食纖維含量均無顯著變化，但擠壓膨化改變了膳食纖維的組成比例（SDF含量升高、IDF含量降低），此外四種處理均提高了元麥麩皮的持水力、膨脹力和對(duì)膽固醇的吸附能力。王羲[11]優(yōu)化了元麥麩皮IDF的提取和純化工藝，得出均質(zhì)轉(zhuǎn)速為10 000 r/min，堿處理?xiàng)l件為氫氧化鈉濃度6%、溫度60 ℃、時(shí)間2 h、料液比1∶6，脫色條件為過氧化氫濃度5%、pH 11、時(shí)間2.5 h，除淀粉工藝為液化時(shí)間1 h、糖化時(shí)間2 h，再經(jīng)胰蛋白酶除去粗品中的蛋白質(zhì)，最終產(chǎn)品中IDF含量可達(dá)83.4%。Zhu等[56]提取了元麥麩皮的IDF，并對(duì)比了常規(guī)研磨和超微粉碎兩種處理方式對(duì)其的影響，經(jīng)測定得出超微粉碎IDF的總酚含量和抗氧化力均顯著高于常規(guī)研磨。

多元化的生產(chǎn)設(shè)備和加工技術(shù)可賦予膳食纖維產(chǎn)品不同的性狀和用途。王佳欣等[57]提出氣流沖擊磨技術(shù)可將元麥麩皮粒徑降至亞微米級(jí)，且不影響其膳食纖維的含量和組成，處理后元麥麩皮粉的沖調(diào)穩(wěn)定性和感官品質(zhì)均顯著改善，為富膳纖沖調(diào)產(chǎn)品的研發(fā)提供了技術(shù)支撐。趙萌萌[5]分別采用超微粉碎、酶解、擠壓膨化、氣流膨化、酶解復(fù)合擠壓膨化五種方式處理元麥麩皮粉，再用于食品加工，得出添加15%超微粉碎粉可使高纖面包的體積飽滿、外形勻整、可接受度更高，添加55%復(fù)合處理粉的曲奇餅干具有最高的感官評(píng)分和膳食纖維含量，添加25%復(fù)合處理粉的油茶風(fēng)味獨(dú)特、膳食纖維含量最高。Pontonio等[58]利用木聚糖酶酶解元麥麩皮，并經(jīng)植物乳桿菌T6B10和融合魏斯氏菌BAN8等比例混合發(fā)酵后得到麩皮面團(tuán)，以其為原料制作面包可使總膳食纖維和蛋白質(zhì)含量顯著增加，同時(shí)提高了蛋白質(zhì)消化率、降低了預(yù)測血糖指數(shù)，感官特性也更加協(xié)調(diào)。

此外，元麥麩皮膳食纖維還可作為輔料改善肉制品的品質(zhì)，郭年紅[59]以酶法提取了元麥麩皮膳食纖維并分別添加到豬肉火腿腸和豬肉香腸中，與未添加元麥麩皮膳食纖維的對(duì)照組相比，9.40%的添加量可使火腿腸的蛋白質(zhì)含量增加6.38%、脂肪含量降低32.60%、熱量降低34.42%；8%的添加量可使香腸具有更好的質(zhì)構(gòu)、色澤、感官品質(zhì)和營養(yǎng)特性。

2.3 元麥麩皮發(fā)酵產(chǎn)品

基于元麥麩皮降血脂的生理活性，蒲立檸[60]等結(jié)合了同樣具有降脂功效的薏仁和紅曲，研制出一款新型紅曲產(chǎn)品，以元麥麩皮和薏仁為底物，以紫色紅曲CICC 5046為發(fā)酵菌種，最適工藝為發(fā)酵溫度29 ℃、接種量8%、裝料量40 g（250 mL燒杯）、初始含水量 60%、發(fā)酵時(shí)間 12 d，該條件下新型紅曲中主要降脂成分Monacolin K的含量可達(dá)110.556 mg/kg。馬敬[61]分別以元麥麩皮和小麥麩皮為主料固態(tài)發(fā)酵兩種食醋，經(jīng)對(duì)比發(fā)現(xiàn)元麥麩皮醋中總多酚、總黃酮、γ-氨基丁酸含量更高，ABTS和羥自由基清除能力更強(qiáng)，揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)組成也更加豐富。黃月等[62]探究了元麥脫皮與否對(duì)其釀造黃酒揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的影響，經(jīng) GC-MS結(jié)合氣味活度值分析得出未脫皮元麥黃酒中的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)總量（71 134.67 μg/L）高于脫皮元麥黃酒，但脫皮元麥黃酒的特征性風(fēng)味物質(zhì)種類更加豐富；元麥麩皮的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)以烷烴和醛酮類為主，雖不直接影響黃酒風(fēng)味，但可經(jīng)微生物作用產(chǎn)生特定的揮發(fā)性成分，進(jìn)而促進(jìn)黃酒風(fēng)味的形成。

3 展望

元麥?zhǔn)俏覈奶厣r(nóng)作物，具有“三高兩低”（高蛋白、高纖維、高維生素、低糖、低脂肪）的特性，是“大健康”理念下極具加工利用潛力的優(yōu)質(zhì)谷物。麩皮雖是元麥加工的副產(chǎn)物，但其豐富的營養(yǎng)成分和良好的功能活性仍不容忽視。目前已有不少針對(duì)元麥麩皮精深加工的研究，但大多還處于實(shí)驗(yàn)階段，以其為原料提取的功能成分和加工產(chǎn)品并未形成工廠化、商品化的規(guī)模。其次，我國的元麥種質(zhì)資源豐富，不同品種間存在著物質(zhì)組成與含量的差異，進(jìn)而影響其加工品質(zhì)，但目前鮮有對(duì)不同品種的元麥麩皮進(jìn)行對(duì)比分析的研究，也未確定出不同品種的最適加工方式和加工產(chǎn)品。此外，為進(jìn)一步提高元麥麩皮的附加值，還需繼續(xù)加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新、豐富產(chǎn)品種類，拓寬其在醫(yī)藥、化工等其他領(lǐng)域的應(yīng)用，以創(chuàng)造出更好的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。

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