昝學梅 - 劉 明 孟 寧,3 ,3 劉艷香 -譚 斌 劉翼翔 - 倪 輝

(1. 集美大學食品與生物工程學院，福建 廈門 361021；2. 國家糧食和物資儲備局科學研究院，北京 100037；3. 哈爾濱商業(yè)大學旅游烹飪學院，黑龍江 哈爾濱 150076)

健康谷物是一類具有生物活性化合物且長期攝入可調節(jié)代謝促進人體健康的谷物的總稱，包括全谷物、特色雜糧和通過加工技術增加目標生物化合物谷物[1-4]。Ross等[5]的研究結果表明長期攝入全谷物對血漿膽固醇表現(xiàn)出明顯的影響趨勢，進一步支持了全谷物降低腦血管疾病風險的流行病學證據(jù)。Mcrae[2]的研究也顯示，全谷物中的麩皮、胚芽、胚乳中含有的營養(yǎng)物質具有多種生理活性功能。例如可降低2型糖尿病和癌癥發(fā)生的風險等。而Anderson等[6-7]的研究也表明健康谷物中的目標活性化合物甾醇可以和膽固醇競爭酯化酶。膽固醇酯化反應減少，降低了腸道對膽固醇的吸收，從而降低血清膽固醇的含量。全谷物食品還可對人體血壓和體內血漿同型半胱氨酸含量等產生影響[8]。因此，增加健康谷物食品的攝入量能夠降低心腦血管疾病等慢性疾病發(fā)生的風險。

乳制品是指以乳為原料加工制作的產品[9]。包括乳牛乳、水牛乳、山羊乳和綿羊乳。因加工方法和利用不同，乳制品有不同的形態(tài)，較常見的是奶粉、發(fā)酵型乳飲料和冰淇淋等。乳制品中含有人體生長所需的蛋白質、脂肪、礦物元素和維生素等營養(yǎng)物質。其中的不飽和脂肪酸對嬰幼兒的視網膜和大腦有重要作用[10]。但是，乳制品維生素含量低，且蛋白種類僅限于動物蛋白。而“中國特色雙蛋白工程”[11]開始探索植物蛋白和動物蛋白的營養(yǎng)量效關系，從而加快人體細胞損傷修復[12]。優(yōu)質的動物蛋白和植物蛋白不但可以協(xié)同增強抗阻運動后的肌肉蛋白的生成，還可以促使動植物蛋白優(yōu)勢互補，發(fā)揮其本身的生理調節(jié)作用，從而改善人體健康。Reidy等[13]的研究結果也顯示，大豆與牛奶蛋白混合促進運動后肌肉蛋白合成的能力高于單一的乳清蛋白?！吨袊用裆攀持改稀穂14]中指出，谷物作為膳食寶塔的塔基，是人們的日常主食。乳品作為健康食品，和富含目標生物化合物的健康谷物一起食用，不僅優(yōu)化了中國居民膳食營養(yǎng)結構，而且還進一步提升了乳制品的營養(yǎng)價值。文章就健康谷物及其制品在乳品中的應用予以概述，以期為健康谷物及制品在乳品中的開發(fā)應用提供科學參考。

1 健康谷物及其制品概述

1.1 健康谷物的研究現(xiàn)狀

健康谷物包括全谷物和特色雜糧。其中全谷物包括稻米、小麥和玉米等，而特色雜糧主要包括青稞、燕麥、薏苡等，此外還包括蕎麥與籽粒莧兩種假谷物[15]。健康谷物中的功能活性成分大體包括酚類、甾醇和阿拉伯木聚糖與β-葡聚糖等非淀粉多糖等[16]。健康谷物中功能活性物質的種類與含量隨健康谷物種類和品種的不同而具有不同的應用價值。如朱昱琳等[17]研究表明長黑青稞中因含有豐富的酚類化合物而是一種具有潛在抗氧化價值的功能性食品原料。孟娟娟等[18]研究發(fā)現(xiàn)燕麥中的β-葡聚糖具有降低膽固醇和調節(jié)機體免疫功能等多種營養(yǎng)保健功效。另外，增加健康谷物種類的另一種途徑是通過加工技術增加谷物中目標生物化合物的含量。如Heffi等[19]研究表明通過發(fā)芽技術可以使小麥葉酸含量增加4～6倍。Zhang等[20]研究也表明經過纖維素酶處理的糙米發(fā)芽后γ-氨基丁酸含量增加。

綜上所述，健康谷物是一種富含目標生物化合物的谷物，這些活性物質均具有一定的自由基清除能力，可以通過螯合具有催化作用的金屬離子、調節(jié)體內氧化酶類和抗氧化酶類的活性、促進內源性抗氧化物質的形成等方式使機體免受氧化損傷[21-22]。因此，健康谷物不僅可以預防包括癌癥、2型糖尿病、阿爾茨海默癥等在內的人類慢性疾病[23-24]，而且也開拓了谷物的應用途徑和領域。目前，市場上有關健康谷物產品主要有：發(fā)芽糙米、全麥粉、全麥面包、全麥餅干、糙米膨化食品、燕麥片、谷物飲料等。

1.2 健康谷物的加工技術

近年來，全谷物和特色雜糧因其營養(yǎng)保健功效受到學術界和消費者的青睞，但是部分谷物由于米糠層的纖維素及其復合物難以咀嚼，不容易被人體消化食用受到局限。目前中國的食品企業(yè)正在改變過去以雜糧原糧為主的單一模式，加大了對全谷物和雜糧等健康食品的科研投入，通過膨化技術、超微粉碎技術和低溫等離子體技術等食品工程高新技術處理的健康谷物不僅可以解決谷物的感官和食用品質，還可以提高產品的附加值，如營養(yǎng)保健功效。

1.2.1 發(fā)芽技術 發(fā)芽技術是指在合適的溫濕條件下會激發(fā)種子內源酶的活性，從而將淀粉等大分子部分降解，使必需成分和生理活性成分的種類和含量增加，是一種提高健康谷物營養(yǎng)保健價值行之有效的方法[25]。徐建國等[26]研究發(fā)現(xiàn)，經過發(fā)芽技術處理的燕麥，其γ-氨基丁酸含量顯著增加。膳食多酚是健康谷物發(fā)芽過程中富集的一種功能活性成分，且已被證明在一系列人類慢性疾病，如癌癥、心血管疾病和神經退行性疾病等的預防和治療上發(fā)揮有益作用[27]。一般認為膳食多酚的這種生理功能主要歸功于其抗氧化活性。膳食多酚在不同健康谷物中組成的差異，一方面取決于基因等內源性的因素，另一方面植物在生長和萌發(fā)等生理活動的過程中，伴隨著體內復雜的激素和代謝酶的變化，酚類組成也會隨之改變[28]。發(fā)芽技術通過浸泡破壞植物細胞壁，從而提高相關酶對底物的可及性和生物活性化合物的可提取性。如Cho等[29]研究表明發(fā)芽糙米中可溶性酚酸和結合酚酸的組成隨苯丙氨酸裂解酶和細胞壁過氧化物酶等相關酶的相互作用而發(fā)生顯著變化。其中，可溶性酚酸是在萌發(fā)初期根據(jù)苯丙氨酸裂解酶活性的變化合成的，主要分布在芽部。而糙米發(fā)芽后期，其莖部細胞壁過氧化物酶的逐漸活化引起不溶性酚酸的增加。所以，發(fā)芽誘導的酚酸含量的增加導致發(fā)芽糙米抗氧化活性的增加。同理，發(fā)芽技術也提高了藜麥、蕎麥和小麥等健康谷物種子的抗氧化活性[30-31]，而這些抗氧化能力與抗氧化成分的存在有關，如酚類化合物、黃酮類化合物等膳食多酚。因此，發(fā)芽技術是積累抗氧化成分膳食多酚(如蘆丁等生物活性類黃酮)的良好途徑之一。

谷物通過發(fā)芽技術增加了健康谷物的種類和人體對目標化合物的攝入量，從而增加了調節(jié)人類代謝綜合征的食物來源。發(fā)芽技術在健康谷物中的應用存在的問題：① 發(fā)芽浸泡過程中會使健康谷物失去特征氣味；② 不同種類內源酶激活條件和機制尚不清楚。所以關于發(fā)芽技術在健康谷物中的條件優(yōu)化機理還需進行深入研究。

1.2.2 酶解技術 酶是由生物體活細胞產生的且具有特殊催化作用的一類蛋白質[32]。而酶解技術是指借助酶在常溫、常壓和溫和的酸堿條件下，高效催化活體細胞內各種生化反應的技術。它不僅可以破壞健康谷物的組織細胞壁，如纖維素酶、半纖維素酶等；而且還可利用酶的專一性生成特定的活性成分如γ-氨基丁酸等。Zhang等[20]研究表明酶解技術不僅可以富集目標活性物質γ-氨基丁酸，而且還可降低糙米中抗營養(yǎng)成分植酸的含量，防止植酸與微量元素螯合，影響人體對Fe2+、Ca2+等的利用。谷氨酸脫羧酶催化谷氨酸生成γ-氨基丁酸，因此，提高谷氨酸含量有望提高γ-氨基丁酸在谷物中的積累[33]。而錢亞丹等[34]的研究進一步說明了酶解技術相比于熱磨法、發(fā)芽法和糙米酵素法更適合去除植酸。這是因為植酸在植酸酶的作用下，其分子中的磷酸依次從肌醇環(huán)上水解下來，直至完全降解[35]。因此，酶促降解優(yōu)于其他方法。

由于不同健康谷物的加工要求使用的酶種類不同，而酶解技術的優(yōu)點是可以利用酶的專一性來判斷某種結構的物質含量。但是酶的儲存、雜菌污染及穩(wěn)定性較差也是其技術推廣中的難點，同時如何使酶在合適的環(huán)境中進行高效的催化反應，以及酶解不同物質所使用的復合酶之間的協(xié)同作用機制等都有待解決。

1.2.3 發(fā)酵技術 發(fā)酵是通過微生物的生物化學反應改變植物中營養(yǎng)組分和抗營養(yǎng)組分的比例，從而提高產品的生物活性和消化性等。然而，健康谷物中常見的酚類化合物，尤其是酚酸和黃酮類化合物，通常是與多糖、纖維素、半纖維素和脂質分子結合形成共軛不溶性的結合形式[36]。而發(fā)酵過程中，微生物代謝產物中的酶如纖維素酶、淀粉酶、半纖維素酶和果膠酶在釋放酚酸方面起重要作用。因此，健康谷物通過發(fā)酵技術會使酚類化合物和黃酮類化合物的數(shù)量增加，導致抗氧化活性增加。此外，發(fā)酵誘導植物細胞壁的結構破壞，也會增加各種抗氧化化合物的合成途徑[37]。而劉燕等[38]研究表明燕麥經過發(fā)酵后，紅曲燕麥多糖的生物活性有所提高，清除羥自由基的能力和抑制淀粉酶的能力均高于未發(fā)酵燕麥。

發(fā)酵技術與人類健康息息相關。因此，發(fā)酵技術在健康谷物加工方面也具有很大的發(fā)展?jié)摿Αｋm然發(fā)酵這項技術已有悠久的歷史，但是健康谷物方面的應用還有些關鍵技術未完善。如優(yōu)質發(fā)酵劑、發(fā)酵方式、產率及成本高等問題。因此深入研究相關加工條件、提高發(fā)酵健康谷物品質和實現(xiàn)產業(yè)化生產迫在眉睫。

1.2.4 超微粉碎技術 超微粉碎是一種利用機械力或流體動力將3 mm以上的物料顆粒粉碎至10～25 μm的物料加工高新技術[39-40]。Zhu等[41]通過傅里葉變換紅外光譜分析發(fā)現(xiàn)，超細粉碎后的健康谷物主要化學結構沒有破壞。但是，隨著粒徑的減小，黃酮類化合物、總多酚、可溶性蛋白和多糖的溶出度逐漸提高[42]。超微粉碎技術是健康谷物制品的一種后續(xù)加工方式，使其具有更好的溶解性、分散性、吸附性等物料性質。所以超微粉技術應用于谷物麩皮中具有降低界面張力和空間位阻效應等良好的物理性能[43]。Zhu等[41]研究表明超微粉碎影響了麥麩基體，造成一些酚類化合物釋放或暴露，因而提高了麥麩總酚含量、DPPH自由基清除活性和鐵還原抗氧化能力。

但是，目前關于超微粉碎技術有些問題尚待進一步驗證。例如：經超微粉碎的健康谷物破壁后溶出的物質對產品整體的營養(yǎng)價值和貨架期是否有影響；健康谷物超微粉碎粒度的控制；超微粉碎后的健康谷物的比表面積增大是否會影響產品營養(yǎng)成分的穩(wěn)定性和貯藏等。

1.2.5 膨化技術 膨化過程的基本原理一般指外施加熱和壓力使物料結構膨大并改變其某些理化性質[44]。而膨化過程中的高溫高剪切等作用可以最大限度地促進大分子類聚合物的化學鍵發(fā)生斷裂，轉變成小分子的可溶性物質。膨化技術應用于健康谷物中解決了部分谷物的粗糙口感從而拓展了健康谷物的利用途徑。Mir等[45]研究表明膨化技術降低了糙米總酚和總黃酮的含量。同時，Gujral等[46]研究表明砂焙對燕麥的總酚和黃酮含量均有影響。說明膨化技術中溫度參數(shù)會影響總酚和黃酮含量。然而，薛朕鈺等[47]的研究結果也顯示，苦蕎黃酮提取物和燕麥的混合物經過擠壓膨化后，黃酮類物質有一定的損失，但并不十分顯著。因此，膨化技術對總酚和黃酮含量的影響與健康谷物的種類和樣品形態(tài)等有關，但關于膨化技術對抗氧化生物活性成分的影響機理還需進一步的研究。

膨化技術具有產品多樣化、營養(yǎng)成分保存率大、利用率高、生產設備簡單、無污染的特點。但是，設備的操作參數(shù)和原料加工工藝參數(shù)的優(yōu)化仍然是目前的研究熱點。而且隨著新技術和新工藝的出現(xiàn)及人們消費觀念的轉變。生產低油低脂和天然保健食品會受到消費者的青睞。因此，低溫、超聲膨化技術等都有可能在未來應用于實踐，開拓新的原料來源和新型膨化設備、技術及其他食品加工技術的有機結合也將是膨化技術發(fā)展的重點和熱點。

1.2.6 超高壓技術 超高壓技術是一種在室溫或溫和加熱條件下利用100～1 000 MPa的壓力處理物料的非熱加工技術[23]。在操作過程中溫度一直保持在恒定無熟化狀態(tài)，所以對小分子物質影響較小，能完好地保留原料中的營養(yǎng)成分、原有風味品質等。超高壓處理能引起非共價鍵(氫鍵、離子鍵和疏水鍵等)的破壞或形成，使酶、蛋白質、淀粉等天然高分子物質分別失活、變性和糊化，從而達到食品滅菌、保藏和加工的目的[48]。同時超高壓對維生素、色素等低分子物質的共價鍵無任何影響[49]，因而超高壓食品可以很好地保持其原有的營養(yǎng)價值、色澤和天然風味。而Tsironi等[50]研究表明超高壓技術中溫度參數(shù)為45 ℃時，蕎麥的抗氧化活性高于對照組未處理蕎麥。此種現(xiàn)象的產生有可能與酶的活性有關，因為Cho等[29]研究表明酶也可以清除自由基。王曉杰等[51]通過超高壓協(xié)同堿性蛋白酶制備玉米黃粉ACE抑制肽，結果表明不僅提高了ACE抑制率，而且酶解時間顯著縮短。說明超高壓技術可以作為一種生產玉米功能肽的綠色高效制備方法。但超高壓技術對不同健康谷物的抗氧化活性還需進一步研究。

超高壓技術作為當前比較熱門的技術之一，不僅有效地減少了加熱處理對產品本身營養(yǎng)成分的影響，而且超高壓技術還具有耗能低、無污染等優(yōu)點。不足的是經超高壓處理的食品必須進行密封包裝處理。

1.2.7 低溫等離子體技術 等離子體是一種電離氣體(也稱為物質的第四態(tài))[52]。在等離子體中，這些電離產生的電離氣體，包括離子、電子、自由基和激發(fā)態(tài)，以高能態(tài)的形式存在。根據(jù)等離子體的溫度和能級，可將其分為高溫等離子體和低溫等離子體(包括熱等離子體和冷等離子體)。高溫等離子體通常用于核應用，而低溫等離子體是制備和改性材料的有效工具。所以，在食品領域常用低溫等離子體加工谷物或改性等。低溫等離子體對糙米中酚類物質積累和抗氧化活性提高的積極作用，已有多篇報道[53-55]。而Zargarchi等[56]研究表明，低壓等離子體處理后的發(fā)芽秈米，種子吸水率、發(fā)芽率和GABA含量均有顯著提高。但酚類物質濃度和抗氧化活性下降可能是由于酚類物質的分解和苯丙氨酸裂解酶的失活或其他反應產生的自由基導致酚類化合物氧化所致。所以，低壓等離子體可以作為一種開發(fā)GABA功能組分的新方法應用于水稻。而關于低溫等離子體在健康谷物的抗氧化及酶活方面的影響還需要進一步探究。低溫等離子體初步涉入食品加工技術中的應用，所以低溫等離子體在健康谷物中的應用價值還需進行深層次的研究。

2 健康谷物及其制品在乳品中的應用

健康谷物應用在不同乳品中所需的加工方式不同。例如發(fā)酵技術使谷物中分子較大的淀粉和蛋白質被分解為相對來說分子更小的糊精、低聚糖、還原糖、多肽及氨基酸。而周雪松等[57-58]研究表明低聚糖有利于酸奶的水合作用，可以增加黏稠度；而肽有利于嗜熱鏈球菌的生長及產酸。這是因為牛奶本身只含有少量的非蛋白態(tài)氮，且嗜熱鏈球菌的蛋白水解能力非常弱。因而牛奶并非嗜熱鏈球菌生長的理想培養(yǎng)基，添加肽后，促進了嗜熱鏈球菌的生長和產酸能力，從而加速了發(fā)酵乳的發(fā)酵進程。而低聚果糖對益生菌也有促生長效果[59]。所以，健康谷物應用在乳品中，不僅滿足消費者對乳品種類和營養(yǎng)的需求，而且也優(yōu)化了乳品的加工特性。

2.1 健康谷物及其制品在奶粉中的應用

奶粉是以生鮮乳為主要原料，添加或不添加輔料，經殺菌、濃縮、噴霧干燥制成的粉狀產品[9]。健康谷物奶粉是以健康谷物和新鮮奶為原料而制成的沖調食品[60]。健康谷物奶粉在營養(yǎng)上不僅做到了全面、均衡，在原材料上也解決了奶源緊張的問題。而沖調產品最重要的是穩(wěn)定性和溶解性。健康谷物可以通過超微粉碎和擠壓膨化等技術解決其在奶粉中的穩(wěn)定性和溶解性。而且，乳品中含有相當比例的干酪素膠束，這些膠束是兩親性的、多孔的[61]。乳品這種兩親性、多孔的膠束結構可使健康谷物中的營養(yǎng)物質更好地保存在乳品中。同時，Mahmoodani等[62]的研究結果顯示脂質氧化產物與維生素D3含量呈負相關。而健康谷物中的營養(yǎng)因子甾醇是維生素D3的前體。即隨著甾醇含量增加，脂質氧化反應會減少。因此，富含甾醇的健康谷物應用于乳制品中，還可延長乳品的貨架期。

2.2 健康谷物及其制品在發(fā)酵乳制品中的應用

發(fā)酵乳是以生乳為原料添加乳酸菌，經發(fā)酵而制成的飲料或食品[9]。通過乳酸發(fā)酵生產的乳飲料，不僅延長了產品的貨架期，而且還具有促進消化酶的分泌和腸道的蠕動、提高食物消化吸收率、機體免疫等功效。黏度是評價發(fā)酵乳質地的主要參數(shù)。而Nemska等[63]研究表明酪蛋白膠束的形成是由于蛋白質顆粒間交聯(lián)次數(shù)的增加和結構強度的增加而形成的，這會導致凝膠的持水能力、硬度和黏度的增加。而不同的健康谷物中的蛋白以不同的速率改變微凝膠結構中蛋白基質的密度，從而影響發(fā)酵乳的黏度。另外，乳品中的蛋白質和多肽還能提高健康谷物中礦物質和微量元素的生物利用度，如鈣、鎂、錳、鋅、硒和鐵等，而健康谷物中復雜的碳水化合物(纖維、持久淀粉和低聚糖)還包含細菌的生長因子和益生元成分。

2.3 健康谷物及其制品在冰淇淋中的應用

冰淇淋是由冰晶、分散的脂肪球和空氣、蛋白質—水膠體結構和連續(xù)的未凍水相組成的復雜的食品乳狀液體系[64]。因其冰爽口感而深受消費者喜愛。但是隨著人們生活水平的提高和消費觀念的轉變，消費者要求冰淇淋產品滿足口感的同時還要具有一定的保健功效。而健康谷物因其豐富的營養(yǎng)價值和多樣的加工特性也受到了消費者的青睞。因此，研制一款含健康谷物的冰淇淋將會具有廣闊的市場前景。如Moriano等[65]研究冰結合蛋白(也稱為抗凍蛋白)對冰淇淋的結構和質地的影響，結果表明，用冬黑麥的冰激肽制成的冰淇淋含有大量的冰晶，這些冰晶將冰淇淋混合物包裹在一個剛性的網絡中，使冰淇淋硬度降低，產品光滑，整體可接受性較高。另外，健康谷物中較高程度的脂肪可以穩(wěn)定空氣相，從而有助于優(yōu)化冰淇淋的物理特性，如質地和融化特性。

3 展望

健康谷物應用在乳品中，不僅豐富了乳品的營養(yǎng)種類，而且也拓展了乳品的風味和健康谷物的利用途徑。健康谷物在乳品中應用的優(yōu)點是：① 與牛奶相比，含健康谷物的乳品具有低熱量、營養(yǎng)素含量高的特點[65]。② 含健康谷物的乳品彌補了純植物奶缺乏鈣、核黃素和酪蛋白等多種天然營養(yǎng)素的缺點。③ 健康谷物或加工之后的健康谷物的質構接近乳脂[66]。因此，含健康谷物的乳品使其口感質地更濃厚且具有谷物天然的香味。此外，由于健康谷物本身一般都具有天然甜味，不需另加甜味劑。而市場上關于健康谷物乳品不足的是：① 健康谷物品種單一。單谷物產品較多，尤其是燕麥產品。但是多種谷物混合產品較少，如藜麥、糙米和薏米等。② 健康谷物的呈現(xiàn)形式較局限。目前，市場上較常見的是燕麥以顆粒的形式在酸奶中呈現(xiàn)。但是其他真實大顆谷粒的乳品很少。③ 特定消費人群的產品種類較少。隨著時代的發(fā)展，消費者在選擇產品時會更加注重其營養(yǎng)保健功能，尤其是肥胖和糖尿病人群。④ 跨界產品少。如代餐類奶昔等。目前，代餐類奶昔有蒙牛的慢燃纖維奶昔牛奶和娃哈哈的纖細佳人藜麥奶昔等。⑤ 產品升級少。市場上無論是純奶還是酸奶，口味大多還是以水果口味為主，而谷物口味的如青稞、藜麥等很少。因此，如何研制出具有口感細膩、風味獨特的健康多谷物保健乳品是目前較為重要的研究內容。