小麥糊粉層結構及特性研究進展

魏依馨，易文強，張國治

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

小麥是重要的糧食作物，是人們日常飲食的重要組成部分。小麥籽粒是由不同組織組成的復雜結構，這些組織在小麥發(fā)育過程中表現(xiàn)出不同的功能，因此具有不同的結構。小麥由胚芽(3%)、胚乳(80%～85%)和皮層組成。其中，小麥皮層由果皮、種皮、珠心層及糊粉層等組成。小麥糊粉層位于小麥籽粒種皮和胚乳之間，以聚集的形式存在，約占整個麥粒的7%～9%，是胚乳最外側富含糊粉粒的細胞層，由單層厚壁細胞構成。其中，糊粉粒是蛋白質、B族維生素、膳食纖維和礦物質等多種營養(yǎng)物質的聚集地，具有極高的營養(yǎng)價值。糊粉層凝聚了小麥中的精華，小麥中具有高營養(yǎng)價值的生物活性物質都集中在糊粉層中，因此糊粉層也有“小麥中的軟黃金”的說法。由于糊粉層與種皮緊密相連，使糊粉層與種皮皮層的分離變得異常困難，因此糊粉層極易成為麩皮的組分[1]。小麥糊粉層的營養(yǎng)價值使其具有成為新型健康食品的潛力。

1 糊粉層的營養(yǎng)組成

糊粉層所含有的營養(yǎng)成分對人體健康有益。從營養(yǎng)學角度來看，糊粉層是膳食纖維、蛋白質、脂質、維生素和礦物質、甜菜堿和膽堿、酚類化合物、植物固醇等物質的較好來源。小麥籽粒中超過60%的礦物質、80%的煙酸和60%的吡哆醇都位于糊粉層中。

1.1 糊粉層中的膳食纖維

膳食纖維是糊粉層的主要成分，含量約為糊粉層的37%。膳食纖維又稱食物纖維，一種不可消化的化合物，它可通過腸道微生物的代謝，調節(jié)腸道微生物群的組成和活性，從而對宿主產(chǎn)生有益的生理作用，被譽為第七大營養(yǎng)素?？煞譃椴蝗苄陨攀忱w維和可溶性膳食纖維。不溶性膳食纖維主要由纖維素、半纖維素和木質素組成，可溶性膳食纖維主要由非纖維素多糖組成，包括果膠、樹膠和植物粘膠糖[3]。膳食纖維的功能特性對人體健康有很大的意義。膳食纖維能有效改善腸道蠕動，潤腸通便，預防和防止便秘；由于膳食纖維具有不可消化性，它能吸附人體內的重金屬、毒素等有害物質并排出體外；此外，膳食纖維還具有降低血壓、血糖、膽固醇的功效，非常適合心腦血管疾病患者食用[4]。糊粉層中膳食纖維主要成分是β-葡聚糖、阿拉伯木聚糖、阿拉伯半乳聚糖、纖維素及木質素等。

1.2 糊粉層中的蛋白質

糊粉層也含有相當高的蛋白質，含有21%的植物蛋白，含量高于其他的麥粒結構層。美國康奈爾大學教授T·柯林·坎貝爾博士曾指出，動物蛋白能顯著增加如惡性腫瘤、心臟病、糖尿病等的患病概率，而植物蛋白相比更加安全[5]。糊粉層中包含人體所需必需氨基酸，且氨基酸組成均衡，其中賴氨酸含量較高。

1.3 糊粉層中的維生素和礦物質

維生素是維持正常代謝功能所必需的生物活性物質,是一類非蛋白質、非脂肪、非糖類的有機化合物,有醇、酯、胺、酸、酚及醛等,各具不同的理化性質和生理作用。雖然人體對維生素的需求量非常少，但是大多數(shù)維生素不能在人體內合成或合成量不足，需要從食物中獲取[6]，是人體不可或缺的營養(yǎng)物質。B族維生素是促進糖類、脂肪、蛋白質等代謝的重要物質，在新陳代謝和生長發(fā)育中發(fā)揮著重要作用。缺乏B族維生素會導致一系列疾病，如造成人體的免疫力下降、機體代謝紊亂、腳氣和神經(jīng)性皮炎等。糊粉層含有豐富的B族維生素，包括B1、B2、B6、B12、煙酸（VB3）、葉酸（VB9）及泛酸（VB5）等。糊粉層中硫胺素（VB1）和核黃素（VB2）的含量高于其它麩皮層[7]。據(jù)估計，每100 g糊粉可以提供這些維生素的每日推薦攝入量[8]。VE也存在于麩皮、胚芽和糊粉層中。

礦物質又稱無機鹽，也稱灰分，是一類無機化合物的統(tǒng)稱。這些物質是維持人體正常運轉所必需的，但又是人無法自身合成的，只能從外界攝入補充[9]。小麥糊粉層是鉀、磷、鎂、鈣、錳、鐵及鋅等礦物質成分的重要來源，是整個小麥籽粒礦物質含量最豐富的地方。糊粉層含豐富的鉀，不含鈉，對于心血管功能不好的人群非常友好。磷是糊粉層中主要元素，多數(shù)以肌醇酯化產(chǎn)物的形式存在。鎂、鐵含量也很豐富。鎂元素參與人體內各種生命活動，如維持核酸結構穩(wěn)定、參與酶的激活等[10]；鐵元素參與體內氧的轉運、交換和組織呼吸過程、維持正常造血功能等[11]。

1.4 糊粉層中的其它營養(yǎng)物質

小麥糊粉層的抗氧化特性主要是由酚酸類物質決定的。糊粉層中酚酸類化合物含量遠高于小麥籽粒其他部分[12]。糊粉層中主要酚類化合物可分為簡單酚類化合物：酚酸（阿魏酸、香豆酸、芥子酸、丁香酸、香草酸）、烷基間苯二酚，還有復合酚類化合物：木質素和木酚。其中，阿魏酸是小麥籽粒中含量最豐富的酚類化合物，并且在糊粉層濃度最高。

木酚素是植物細胞壁成分木質素的前體物質，也是一種植物雌激素[13]，多存在于谷物中。小麥中木酚素多存在于糊粉層中，其它部位幾乎沒有。谷物是植物固醇的良好來源，植物固醇亦稱植物甾醇，存在于高等植物中的固醇，為植物細胞的重要組分。有研究表明，小麥糊粉層含有固醇的數(shù)量，顯著高于小麥籽粒和小麥麩皮。小麥糊粉層中的木酚素有助于降低乳腺癌、前列腺癌及冠心病。而植物固醇則可以降低人體膽固醇水平,減少結腸癌發(fā)生率[14]。此外，小麥也是其它甲基供體的良好來源，包括膽堿和甜菜堿，它們在糊粉層中的含量高于小麥其它部位[7]。

2 糊粉層的來源和結構

小麥籽粒主要由三個部分組成：胚芽層、胚乳層和皮層。胚芽（占谷物的3%）由胚軸和盾片組成，富含脂質、蛋白質、中性糖以及礦物質、維生素和甾醇。胚乳主要由鑲嵌在蛋白質基質中的淀粉顆粒組成。大部分淀粉類胚乳含有的單糖是葡萄糖，其中很少部分含有阿拉伯木聚糖[15-16]。圍繞胚乳的周圍層，從內層到外層依次包括糊粉層、透明層、種皮、內果皮和外果皮[7]。內果皮和外果皮由中空纖維細胞構成，細胞壁由阿拉伯木聚糖、纖維素、木質素等組成[17]。

小麥糊粉層位于小麥籽粒的胚乳之外，外皮之內。由于經(jīng)常與外皮粘在一起難以分割，所以常常與外皮一起制成麩皮。小麥糊粉層最初在開花后10 d開始發(fā)育。開花14 d后，出現(xiàn)了大的空泡，其中包含小的、電子密集的內含物，這表明糊粉層顆粒開始形成。開花28 d后，細胞壁明顯增厚，形成成熟的糊粉狀顆粒。開花35 d后，糊粉顆粒完全被脂滴包圍[18]。小麥糊粉層細胞由表面胚乳細胞發(fā)育而成。隨著胚乳細胞增殖發(fā)育，由小麥母體運送而來的灌漿物質不斷增多。灌漿物質一部分轉運至內胚乳儲存起來，一部分被截留在胚乳表層細胞中，形成糊粉層[19]。小麥糊粉層顯微鏡下呈網(wǎng)狀結構[20]。糊粉細胞具有規(guī)則的立方形，由于被稱為糊粉顆粒的液泡包涵體的積累，含有密集的顆粒狀細胞質[21]。糊粉層由單層、排列整齊并且厚實的活體細胞所構成，細胞直徑在20～75 μm之間。糊粉層厚度約為35 μm，細胞壁厚度約為2.5 μm，細胞壁約占整個細胞的37%[22]。細胞壁中包著由內含物質形成的糊粉顆粒。其中,細胞內含物主要為直徑約0.25～3.5 μm的脂肪磷脂球和蛋白質等碳水化合物微粒[23]。小麥的糊粉層細胞組成一般由阿拉伯木聚糖、β-葡聚糖和酚酸構成，阿拉伯糖與木糖比例較低[24]。其中酚酸類化合物阿魏酸占主要部分，還有少量香豆酸，其它都是微量[25]。此外，細胞壁還含有一些蛋白質、纖維素[26]。

3 糊粉層的功能特性

3.1 糊粉層的生理功能

根據(jù)位置、結構特征和生理活動的差異，研究推測糊粉層具有以下幾種功能：

（1）作為營養(yǎng)的轉運體。糊粉層細胞壁和外側退化的珠心層細胞壁粘結在一起。糊粉層細胞膜皺折，有助于水分和營養(yǎng)物質運輸。營養(yǎng)物質的運輸需要由呼吸作用產(chǎn)生的能量。脫氫酶在驅動細胞呼吸的電子轉遞鏈反應中起著重要作用。TTC是呼吸鏈中的一種質子受體，它可以與脫氫酶反應，產(chǎn)生紅色物質，通常用來代表細胞的活力。Xiong F等18]發(fā)現(xiàn)在糊粉層發(fā)育過程中被TTC染成紅色。說明糊粉層細胞的脫氫酶活性較高，具有較強的生理活性和旺盛的呼吸代謝活性，且在成熟前一直存活。王忠[27]等人也發(fā)現(xiàn)水稻糊粉層細胞中存在許多線粒體，其呼吸為營養(yǎng)吸收提供能量。

（2）積累營養(yǎng)物質，促進種子萌發(fā)。進入內胚乳細胞的填充物中的可溶性葡萄糖和氨基酸被轉化為淀粉和蛋白質。礦物質、脂肪酸和氨基酸都可以在糊粉層細胞中堆積，這些物質可以為胚胎早期萌發(fā)提供營養(yǎng)資源。

（3）能分解胚乳的貯藏物質，促進胚的生長。在小麥種子萌發(fā)過程中，糊粉層細胞可以分泌水解酶，釋放儲存在淀粉胚乳細胞中的淀粉和蛋白質。此時，糊粉層起著重要的消化功能。

（4）糊粉層細胞可以維持穎果的活性，保護穎果。糊粉層細胞與內胚乳細胞之間各自貯存著各種種類的化學物質。另外,糊粉層細胞為活細胞,排列緊湊,具有較厚的細胞壁和更高的生物活力。糊粉層形成了周圍胚乳上的保護層。它可以防止胚乳受到水和氣體的影響，使胚乳的營養(yǎng)成分更好，種子保存時間更長[28]。

3.2 糊粉層的抗氧化活性

人體正常的新陳代謝會產(chǎn)生活性自由基等活性物質，而活性自由基是衰老和許多疾病的誘因之一?？寡趸钚允侵干锘钚曰衔锿ㄟ^有效去除自由基,控制脂質過氧化反應以及避免其氧化損害,來保護細胞結構與功能的能力。許多抗氧化活性物質中，酚酸類物質與抗氧化活性相關性非常大[29]。由于酚酸的1,2-二羥基苯基部分，使其具有清除自由基的能力，避免了生物相關分子的氧化。其抗氧化能力可能意味著酚酸對健康有益。小麥組分的總酚含量與其抗氧化能力呈正相關[30]。其中，阿魏酸是小麥組分中抗氧化能力的主要貢獻者[31]，而糊粉層中含有豐富的阿魏酸。阿魏酸在復雜的糊粉細胞層結構中的形式和位置可能影響其抗氧化作用。除了酚酸類物質，糊粉層還含有其他的抗氧化成分，如VE、對位香豆酸、木酚素和植物甾醇。此外，有研究表明，小麥麩皮的超細粉碎或酶法加工提高了其酚類化合物的生物可及性[32-33]及其抗氧化能力[34]。糊粉粒度的降低也對抗氧化性能有一定的影響。有科學研究表明,糊粉微粉化可以略微增加其體外自由基清除性能[35]。這可能是由于其顆粒表面積的增加或酚酸提取量的增加。Mateo Y M等[36]研究表明與麩皮和面粉相比，糊粉類的生物可及化合物具有最高和最長的抗氧化能力和抗炎作用。這意味著糊粉是一種很有前途的小麥成分，可用于開發(fā)具有健康附加值的谷物產(chǎn)品。

3.3 糊粉層的電學特性

相對介電常數(shù)又稱相對電容率，是表征電介質或絕緣材料介電性能的一個重要參數(shù)。材料的介電常數(shù)越大，表示相同電壓條件下該材料可儲存的靜電能越大。有研究表明[23]，糊粉層的介電性遠強于外果皮，300 kHz相對介電常數(shù)為9，為同頻下外果皮的5倍。此外，單位質量麥麩粉體經(jīng)電暈起電所獲電荷量與電極電壓呈正相關；麥麩粉體所獲電量與顆粒粒徑呈負相關；與含水量呈負相關。

4 添加小麥糊粉層粉對食品的影響

研究表明，用糊粉代替20%面粉的面包具有全麥面包的營養(yǎng)價值，但看起來和嘗起來都更像白面包。Noort M W J等[37]以麩皮和糊粉取代9%的精制面粉制備面包(初始樣品和不同粒徑的樣品均研磨)。他們觀察到，兩種組分均對面筋產(chǎn)量和面包體積產(chǎn)生負效應，糊粉面包的體積比麩皮面包小，含有非研磨糊粉的面包體積比非研磨麩皮面包小13%。糊粉除了可以用于面包之外，還有許多其他用途，例如應用在披薩餅皮、松餅、烘酥的餡餅皮、蛋糕和餅干中。依應用而定，摻入糊粉可以使食品具有用全麥粉制作的營養(yǎng)益處，但與白面粉制成的同一種產(chǎn)品的口感和質地一致。

受到糊粉層本身理化指標的影響，添加糊粉層細粉，面團的理化性質發(fā)生了改變。 面團的吸水率、穩(wěn)定時間、最大拉伸阻力、P值、P/L、糊化溫度呈逐漸增加趨勢,面團的弱化度、延伸度、L值、降落數(shù)值、粘度呈逐漸下降趨勢。當應用在饅頭制作中時，由于糊粉層中細粉添加率的提高,饅頭各項質量評分均呈現(xiàn)逐步降低態(tài)勢。饅頭色澤黯化、變黃,結構也變粗,且口味變差,體積變小。糊粉層的細粉在5%之內添加,對饅頭質量的影響并不明顯[38]。面條用粉品質的高低與面粉中蛋白質含量高度相關，蛋白質含量直接影響面團的吸水率和抗拉伸強度。糊粉的加入提高了面粉中蛋白質含量。由于糊粉富含膳食纖維，添加糊粉也會影響面團面筋含量，從而影響面條口感。

5 結語

小麥作為最重要的糧食作物，也最為人們所熟知。糊粉層作為小麥籽粒中介于胚乳和種皮之間的結構，常常在磨削時與皮一起去掉，成為麥麩。與外皮不同的是，糊粉層是小麥全粒中最富含營養(yǎng)成分的部位，富有膳食纖維、維生素、礦物質、蛋白質、酚酸、木酚素及植物甾醇等，它可以預防多種慢性疾病。糊粉層是由細胞壁包裹的單層厚壁細胞，這樣的結構使得它具有特定的功能特性。在食品制作中添加糊粉，可以在保持食品營養(yǎng)豐富的同時，改善食品的口感，使其更加受消費者青睞。但是，糊粉層的潛力并未全部挖掘出來，添加糊粉類食品還有待進一步研發(fā)和改善。