麥麩的營養(yǎng)組分及功能性成分的提取

龍志禮，劉小郡，李堅強(qiáng)，吳駿威

（中糧（東莞）糧油工業(yè)有限公司面粉廠，廣東 東莞 532133）

隨著人們對美好生活的不斷向往，在解決了基本溫飽問題后，人們追求更加健康、合理的飲食方式，因此飲食結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大變化，對保健食品的需求量日漸增多。小麥麩皮是小麥加工中的副產(chǎn)物，其營養(yǎng)物質(zhì)含量豐富，富含蛋白質(zhì)、低聚糖、纖維素和半纖維素等成分，是制備保健食品的理想原料?，F(xiàn)階段諸多報道表明，對小麥麩皮進(jìn)行深加工和多層次開發(fā)利用，可以生產(chǎn)出不同的更好產(chǎn)品，從而大大提高小麥加工副產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)價值和企業(yè)市場競爭力[1]。

1 麩皮營養(yǎng)成分組成和功能特性

小麥被碾磨加工制成面粉和麩皮。麩皮主要包括果皮、種皮、珠心層和糊粉層。根據(jù)加工設(shè)備和技術(shù)的不同，麩皮的組成也有所不同。麩皮富含膳食纖維，其蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)和維生素量比胚乳豐富。小麥麩皮基本成分含量見表1[2-3】。

麥麩中還含有酚酸、木酚素、類黃酮等多種酚類物質(zhì)。這些酚類化合物具有強(qiáng)抗氧化性，能有效清除自由基，在癌癥預(yù)防中起著重要作用。小麥麩皮中還含有以戊聚糖為主的麩皮多糖，包括阿拉伯木聚糖、β-葡聚糖等，這些多糖類物質(zhì)可以維持餐后血糖水平，促進(jìn)血液中膽固醇的分解[2]。

1.1 麥麩蛋白

麥麩蛋白質(zhì)含量豐富，且麥麩蛋白中氨基酸構(gòu)成比例均衡，包含人體所有必需氨基酸，其營養(yǎng)價值和生理功能方面都高于小麥粉蛋白。將麥麩作為原料提取蛋白質(zhì)，在食品加工中可以直接用作濃縮蛋白添加劑。且麥麩蛋白的起泡性、乳化性均較好，可以作為發(fā)泡劑添加到烘焙產(chǎn)品中。麥麩蛋白可以制備成小分子麥麩多肽，麥麩多肽抗氧化活性較高，具有提高機(jī)體免疫力、抗疲勞的生物功效。另外，麩皮蛋白質(zhì)能夠防止食品老化，用于面包、蛋糕中，還能起到增加食品的保油性的作用[4]。麩皮蛋白中的氨基酸含量見表2。

表2 麩皮蛋白中的氨基酸含量

1.2 麥麩膳食纖維

膳食纖維是指一類不能被人體消化的多糖、碳水化合物和木質(zhì)素的總稱。麥麩中含有大量纖維類物質(zhì)，膳食纖維含量平均可達(dá)到40%以上，是制備膳食纖維的良好原料。研究表明，膳食纖維雖不能被人體消化吸收，但具有多種生理功能，可以抑制膽固醇的吸收，維持人體正常的血糖水平，降低血脂，控制體重，預(yù)防高血脂、高血壓等疾病的發(fā)生；腸道中的有益細(xì)菌還可以分解麥麩中的膳食纖維，生成短鏈揮發(fā)性脂肪酸（包括乙酸、丁酸等）。這些脂肪酸可以降低pH值、抑制腸道中致病菌的生長、減少致癌物的產(chǎn)生，從而減少腸道癌的發(fā)生[4-5]。麥麩需經(jīng)過一定的深加工，才能進(jìn)一步提高其適用品質(zhì)和營養(yǎng)活性，改善其感官品質(zhì)和功能性[1]。

1.3 麥麩低聚糖

小麥麩皮中富含纖維素和半纖維素，是制備低聚糖的良好資源。小麥麩皮中的低聚糖具有如下生物活性。

（1）具有良好的雙歧桿菌增殖效果,它在動物腸道內(nèi)不被有害菌等許多微生物利用，而只被雙歧桿菌屬的一些有益菌利用，可作為雙歧桿菌生長因子應(yīng)用于食品；

（2）具有低熱值性能,屬難消化糖,不被口腔中的產(chǎn)酸類和其它微生物利用，從而使牙齒上沉集的分解物減少，顯示出抗齲齒功能，所以可利用其低熱值性能，生產(chǎn)低聚糖產(chǎn)品作為糖尿病、肥胖病、高血脂等病人理想的糖源;

（3）低聚糖還具有表面活性，可吸附腸道中有毒物質(zhì)及病原菌，可提高機(jī)體抗病能力，激活免疫系統(tǒng)，用于醫(yī)藥工業(yè)和飼料工業(yè)[4]。

1.4 麥麩酚類

麥麩中的功能性酚類物質(zhì)主要有類黃酮、木酚素和酚酸，其中含量最高的是阿魏酸，主要存在細(xì)胞壁中，因其生理活性較高而被廣泛地應(yīng)用到醫(yī)藥行業(yè)、食品行業(yè)和化妝品行業(yè)中。ALVES等[6]在可食用涂料配方中加入了阿魏酸，結(jié)果證明，阿魏酸可以提高鮮切蘋果的保質(zhì)期，說明阿魏酸在延長食品的保質(zhì)期上有一定的應(yīng)用市場。DUPOIRON等[7]開發(fā)了一種從麥麩中回收阿魏酸的方法，即以木聚糖熱解菌、半纖維素為原料的混合酶水解法結(jié)合色譜純化，從麥麩中提取出阿魏酸，回收率達(dá)到21.8%。超聲輔助乙醇溶劑從麥麩中得到的黃酮再經(jīng)過純化，其清除DPPH自由基活性比維生素C高[8]。

1.5 麥麩植酸

植酸(PA)是種子中磷的主要儲存物，主要分布于糊粉層的內(nèi)溶物中，以植酸鈣鎂鹽的形式存在，其抗?fàn)I養(yǎng)效應(yīng)主要表現(xiàn)在影響礦物質(zhì)代謝、抑制體內(nèi)消化酶和阻礙蛋白質(zhì)的吸收。精制小麥粉與全麥粉相比，精制小麥粉中植酸的含量較低，但同時麥麩中的高營養(yǎng)成分也會在精制小麥粉加工過程中流失。全谷物食品中含有較多的抗?fàn)I養(yǎng)因子植酸鹽，長期食用會造成或加劇鈣鐵鋅缺乏癥。郭嘉[9]從機(jī)械、生物、物理化學(xué)角度研究發(fā)現(xiàn)，超聲輔助水洗與齒輥碾磨結(jié)合可把麥麩糊粉層細(xì)胞富含的植酸鹽內(nèi)溶物去除，植酸的降解率達(dá)62.98%，通過誘導(dǎo)麥麩的糊粉層細(xì)胞使其發(fā)生程序性死亡，使得糊粉層細(xì)胞快速分泌自己合成的內(nèi)源植酸酶，從而降低植酸鹽，降解率可達(dá)70.09%;采用蒸汽爆破法水解麥麩中植酸鹽可以使植酸鹽的水解率達(dá)到86.76%[8]。

1.6 酶類物質(zhì)

β-淀粉酶廣泛存在于谷物中，尤其是小麥、大麥等作物中含量較高。小麥麩皮中含有大量的淀粉酶系，從麩皮中提取β-淀粉酶，代替或部分代替麥芽用于啤酒、飲料等生產(chǎn)中的糖化劑。不少飴糖廠就以小麥麩皮做糖化劑，直接加到淀粉糊化液中糖化。小麥麩皮也是提取植酸酶價廉易得的好原料[4]。

2 小麥麩皮營養(yǎng)成分的提取

小麥麩皮占麥粒重量的15%，其富含淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪、礦物質(zhì)、維生素及多糖等營養(yǎng)成分[8]]。因麩皮粗纖維含量多，口感和味道不佳，影響面粉質(zhì)量，其在小麥面粉加工中成為面粉生產(chǎn)企業(yè)的主要副產(chǎn)品。小麥麩皮在小麥加工中的產(chǎn)出率為20%～22%,是面粉加工企業(yè)的第二大銷售產(chǎn)品。全國每年有2 000萬t小麥麩皮資源可供利用，但是目前這些資源仍主要用作飼料、發(fā)酵培養(yǎng)基，潛在經(jīng)濟(jì)價值得不到充分體現(xiàn)[10]。隨著小麥生產(chǎn)技術(shù)的成熟，全國小麥粉產(chǎn)品同質(zhì)化趨勢嚴(yán)重，由于面粉產(chǎn)品的同質(zhì)化趨勢,小麥麩皮的綜合利用已成為糧食加工企業(yè)研究開發(fā)的熱點。

2.1 小麥麩皮蛋白

Brier N D等[11]使用濕堿法制備麥麩蛋白，使用NaOH(pH值12.0）連續(xù)萃取3遍后，蛋白質(zhì)得率可達(dá)到 55%，分子量約為 40 kDa。Raúl E Cian等[12]用胃蛋白酶水解小麥蛋白，發(fā)現(xiàn)水解液中含有55 kDa疏水性多肽，其表現(xiàn)出明顯的降壓及抗氧化能力。

小麥飼料蛋白在復(fù)合飼料中較為稀缺，因此開發(fā)飼料蛋白具有較高的經(jīng)濟(jì)效益和市場競爭力。李林軒等[13]利用水解液經(jīng)微生物發(fā)酵和酵母培養(yǎng)過程可獲得優(yōu)質(zhì)飼料蛋白，采取的工藝為:麩皮(80%)、糖原 (20%)料液比為 1:7，于 pH 值 1.5～1.8，在溫度125～130℃條件下水解1～1.5 h，而后用氨水中和水解液，經(jīng)過濾后配成緩沖劑。酵母菌經(jīng)斜面培養(yǎng)、麥芽汁水解液擴(kuò)大培養(yǎng)，過濾后與上述緩沖液一起加入發(fā)酵罐，每小時通氣5 min，培養(yǎng)18 h后，離心分離、干燥、稱量即得飼料蛋白。胡燃[14]采用工業(yè)上普遍適用的堿法提取麥麩蛋白，并通過正交實驗對提取工藝進(jìn)行優(yōu)化，得出最佳提取條件為pH 9.5、溫度50℃、料水比1:30，經(jīng)過3.5 h處理后，麥麩蛋白提取率為53.12%。

2.2 小麥麩皮淀粉

麩皮淀粉是麩皮可利用主要成分之一。淀粉是葡萄糖的高聚體，其分子結(jié)構(gòu)為(C6H10O5)n,因此可以將麩皮淀粉水解成葡萄糖，并進(jìn)一步制備糊精、麥芽糖、葡萄糖、酒精等產(chǎn)品。趙瑞昌[15]將麩皮通過中性蛋白酶酶解、超聲、離心、干燥等處理得到了14.86%淀粉，與面粉相比，麩皮淀粉粒的結(jié)晶度降低，膨脹性提高，糊化值也降低了，且直鏈淀粉含量也減少。

2.3 膳食纖維

近幾年來，小麥麩皮膳食纖維的提取方法經(jīng)歷了直接利用法、物理法、化學(xué)法、單酶法、酶—化學(xué)法、復(fù)合酶法等發(fā)展過程，其中復(fù)合酶法為了適應(yīng)當(dāng)前食品工業(yè)發(fā)展的要求和趨勢，同時進(jìn)一步考慮食用的安全性，在提取工藝上多采用純生物的方法，用蛋白酶取代堿對蛋白的降解作用。

郭娜[16]首先采用酶解法和堿浸提法去除淀粉和蛋白質(zhì)等雜質(zhì)，并以鈷-60誘變篩選出的高產(chǎn)纖維素酶的綠色木霉，經(jīng)過發(fā)酵后制備小麥麩皮纖維，并優(yōu)化得出了纖維素酶發(fā)酵的最佳工藝條件：料液比1:7.5，發(fā)酵液初始pH 6.0，發(fā)酵時間4晝夜，接種量4%。在此條件下，發(fā)酵產(chǎn)物中纖維素的含量可達(dá)到 1.90 μg/mL。

酶法提取膳食纖維操作簡單，無需任何專用設(shè)備，并且投資少、污染小、收率高，制得的膳食纖維成分受雜質(zhì)影響小，該法是從小麥麩皮中提取膳食纖維較理想的方法。酶法提取膳食纖維的工藝如下：將小麥麩皮進(jìn)行預(yù)處理后，然后向其中加入一定料液比的熱水(65～70℃)，同時加入混合酶制劑(主要為α-淀粉酶和糖化酶)用來降解淀粉。此步驟完成后，加入適量的堿水解蛋白質(zhì)，再經(jīng)水洗、離心脫水、高溫(100℃)滅活、干燥(105℃,2 h)處理后，制得粗膳食纖維，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行漂白處理，經(jīng)粉碎后可得到精制小麥麩皮膳食纖維[10]。

2.4 麥麩低聚糖

小麥麩皮中含有較多的碳水化合物，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)在50%左右，主要為細(xì)胞壁多糖。另外還含有10%左右的淀粉,主要是由于麩皮中粘連的胚乳所造成。小麥麩皮中的多糖主要是指細(xì)胞壁多糖(cell wall polysaccharides),有時又稱非淀粉多糖 (nonstarch polysaccharides),它是小麥細(xì)胞壁的主要組成成分。細(xì)胞壁多糖有水溶性和非水溶性之分，它主要由戊聚糖、(1→3,1→4)-β-D-葡聚糖和纖維素組成。用一般提取溶劑制備的細(xì)胞壁多糖主要為戊聚糖和(1→3,1→4)-β-D-葡聚糖,另外還含有少量的己糖聚合物。小麥細(xì)胞壁多糖主要集中在小麥的果皮、種皮及糊粉層中，即小麥的加工副產(chǎn)品-麩皮中，其在麩皮中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%左右，而胚乳中含量較少，在1%～3%左右。整粒小麥中細(xì)胞壁多糖的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在9%左右[7],其含量雖然不高,但對小麥的加工、品質(zhì)和營養(yǎng)等起著非常重要的作用。目前對細(xì)胞壁多糖的主要組分-戊聚糖的研究較多，主要集中于對小麥和黑麥中的戊聚糖進(jìn)行研究。

近幾年我國對低聚糖的研究主要集中在低聚糖的分離純化及理化性質(zhì)研究和麩皮蛋白生產(chǎn)應(yīng)用等方面。丁長河等[17]利用高溫酸水解法制備麩皮戊聚糖，180℃下用乙酸作用于25 min時，提取液中的可溶性戊聚糖濃度達(dá)到最高。李雪等[18]用不同的堿性試劑提取阿拉伯木聚糖，發(fā)現(xiàn)用氫氧化鈉提取木聚糖具有工藝簡單、成本較低等特點，更適合于工業(yè)化生產(chǎn)不溶性木聚糖。張梅紅[19]采用二次旋轉(zhuǎn)法從小麥麩皮中提取阿拉伯木聚糖，并得到最佳提取條件:NaOH 0.67mol/L、H2O20.88%、溫度 68℃，得率26.59%,產(chǎn)品純度為69.67%。包成龍等[20]在提取小麥麩皮中低聚糖時采用如下工藝:小麥麩皮→SDC(脫氧膽酸鈉)均質(zhì)處理→濕球磨處理→殘渣用PAW(苯酚/乙酸)提取→殘渣用 DMSO(二-甲基亞砜)處理→離心→不溶物→干燥→細(xì)胞壁物質(zhì)(CWM)→堿液提取→清液→中和→有機(jī)溶劑→沉淀→麩皮多糖。

2.5 β-淀粉酶

β-淀粉酶廣泛存在于糧食谷物中，尤其是在小麥麩皮中。因此從小麥麩皮中提取β-淀粉酶代替麥芽用作啤酒、飲料等生產(chǎn)的糖化劑，可節(jié)約糧食，也可實現(xiàn)糧食副產(chǎn)品的有效增值。麩皮中β-淀粉酶的制備工藝為:小麥麩皮→蒸餾水浸泡→鹽析→活化→β-淀粉酶制劑。β-淀粉酶制劑產(chǎn)品可以制成液態(tài),也可以經(jīng)冷凍干燥制成固體產(chǎn)品[10，21]。

2.6 植酸

小麥麩皮中大約含有8%的植酸鈣鎂。植酸鈣是一種食品抑制劑，它是金屬離子和蛋白質(zhì)的復(fù)合物，可降低金屬離子和蛋白質(zhì)的生物學(xué)效應(yīng)，大大提高提取物提取過程中受其它物質(zhì)的干擾度。借助于酸法從麥麩中提取植酸，可大大開發(fā)麩皮的生物利用價值，具體工藝如下:在室溫下用低質(zhì)量濃度的酸溶液浸泡6 h后，適當(dāng)攪拌(15 min)，用10%新鮮石灰乳調(diào)配酸浸液(最終pH為4.3～5.5)，靜置沉淀后棄去濾液即可得植酸[20]。

2.7 丙酮、丁醇

現(xiàn)代研究表明，小麥麩皮是一種優(yōu)質(zhì)氮源，富含8%～15%蛋白質(zhì)，因此在生產(chǎn)加工中可以用來代替玉米作為生產(chǎn)丁醇和丙酮的原料，在降低生產(chǎn)成本的同時，還可實現(xiàn)小麥資源的充分利用。此外，麩皮中還含有核黃素、硫胺素、煙酸等微生物在發(fā)酵過程中生長所必需的營養(yǎng)物質(zhì)，用麩皮代替玉米，不僅碳氮比適宜，保證發(fā)酵過程的順利進(jìn)行[22]，而且效果完全可以達(dá)到相同玉米添加量時的發(fā)酵速度。

2.8 小麥麩皮中抗氧化劑的提取

小麥麩皮中所含天然抗氧化劑 (主要成分為維生素E)在1%以上，與化學(xué)合成抗氧化劑比較，具有安全無毒、營養(yǎng)豐富及用量不受限制等特點，可廣泛用于日用化工及食品工業(yè)。其提取工藝：將麩皮裝入布袋,放入酒精容器中加熱，得到維生素E含量為0.7%以上溶液，同時還得到維生素B族混合溶液[15]。

2.9 麩皮抗氧化物的制備

谷物中含有較多的抗氧化物,這些物質(zhì)主要是一些酚酸類或酚類化合物,它們主要存在于谷物外層，總量可達(dá)500 mg/kg,其中最主要的是阿魏酸。小麥麩皮中主要的功能性抗氧化劑為阿魏酸、香草酸、香豆酸。小麥麩皮中游離堿溶阿魏酸含量在0.5%～0.7%左右,可以將這部分物質(zhì)富集出來,作為天然的抗氧化劑。

麩皮抗氧化物的制備工藝如下:

小麥麩皮→脫脂→95%乙醇提取→過濾→濾液真空蒸餾去除乙醇→高溫高壓處理 (115℃,1 500 kPa,15 min)→冷凍干燥→抗氧化提取物

該提取物具有非常好的抗氧化特性，是一種較好的天然抗氧化劑來源。另外，由于抗氧化提取物中酚酸的協(xié)同效應(yīng)，據(jù)報道含有酚酸的復(fù)合物有抗癌活性。

此外，還可從麩皮中制備植酸、植酸酶、木質(zhì)素等。如果能將小麥麩皮有效地進(jìn)行綜合利用和開發(fā)，定能產(chǎn)生較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益[21]。

3 麥麩在實際應(yīng)用中存在的問題及解決方案

3.1 口感差

麥麩本身附帶的細(xì)菌和所含的植酸酶經(jīng)發(fā)酵會產(chǎn)生異味，且未加工前的麥麩顆粒較大，麥麩韌性較強(qiáng)不容易粉碎，咯牙且有澀味，質(zhì)構(gòu)粗糙，不被消費(fèi)者所接受。如何降低麥麩對麥麩產(chǎn)品品質(zhì)的不良影響是改善全麥產(chǎn)品品質(zhì)的關(guān)鍵。通常對蒸煮過的麥麩進(jìn)行烘炒,麥麩物料水分急速下降,不但會改變麥麩的組織結(jié)構(gòu),還可以增加成品麥香味。姚慧慧等[23]綜合粉質(zhì)、拉伸、糊化和質(zhì)構(gòu)特性各指標(biāo)的變化情況得出:添加超聲波-酸解改性的麥麩粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%～9%，可以使面團(tuán)的硬度、彈性、咀嚼性及回復(fù)性等質(zhì)構(gòu)特性得到不同程度地提高。

3.2 色澤暗

人們通常比較關(guān)注食品的色澤，追求色香味俱全的食品，偏愛顏色比較白且亮的主食，而對于泛黃或色澤暗的主食可接受度較差。在面制品中添加過多麥麩會產(chǎn)生粗糙感且會使產(chǎn)品的色澤變暗，觀感體驗較差，難以被消費(fèi)者所接受;過少又體現(xiàn)不出麥麩獨(dú)特的風(fēng)味和膳食纖維等營養(yǎng)物質(zhì)含量不足。為了解決這一問題，HU等[24]采用過熱蒸汽滅活麥麩過氧化物酶和脂解酶。過熱蒸汽處理使麥麩表現(xiàn)出明亮的顏色，這與水分含量減少以及類胡蘿卜素降解有關(guān)，并且這種處理方法對酚類化合物的含量不會有顯著影響，有利于麥麩在面制品中的應(yīng)用以提高營養(yǎng)價值。高海飛等[25]通過汽爆耦合不同酶/微生物對麥麩進(jìn)行組合預(yù)處理研究發(fā)現(xiàn)，處理后麥麩粉苦味值最低，酸味適中，色澤為深紅棕色，接近咖啡色，理化指標(biāo)和感官品質(zhì)得到了顯著提高和改善[7]。

3.3 溶解性差

麥麩富含纖維素，而纖維素和半纖維素不利于人體消化吸收，除此之外，麥麩中不溶性膳食纖維含量較高，可溶性膳食纖維含量較低，其口感較差,限制了麥麩類食品的生產(chǎn)及消費(fèi)，應(yīng)采用多種不同方法改變麥麩膳食纖維在水中的溶解性。張偉博等試驗指出雙擠壓膨化處理可以改善麥麩的口感，添加適量的玉米可以提高可溶性麥麩纖維的含量，以及促進(jìn)半纖維素向水溶性纖維轉(zhuǎn)化。SUI等[26]采用水蒸汽爆炸法(SE)對麥麩的理化性質(zhì)進(jìn)行了改性，研究了SE對麥麩面團(tuán)結(jié)構(gòu)和流變性能的影響。結(jié)果表明，SE改性麥麩可促進(jìn)可溶性膳食纖維的溶解。ZHAO等[27]為改善麥麩的營養(yǎng)、物理和風(fēng)味特性，采用酵母和乳酸菌對麥麩進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵后，總膳食纖維和可溶性膳食纖維增加，超過20%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的植酸被降解，提高了發(fā)酵麥麩的持水能力[28]。

4 結(jié)語

小麥麩皮具有極高的營養(yǎng)價值，具有來源廣、價格低廉等特點，而且麥麩越來越多地應(yīng)用到谷物類食品(面包、餅干、早餐麥片、意大利面、零食及蛋糕等)中?？蒲泄ぷ髡咝枰獙ふ倚碌难芯渴侄危纳菩←滬熎た酀⒖诟写植诘葐栴}[6]，挖掘麩皮潛在價值，同時也要加大推廣力度，讓人們知道麥麩具有豐富的營養(yǎng)特征和較好生理效果。在今后的研究中，如何進(jìn)一步提高麥麩的品質(zhì)和加工特性，開發(fā)出滿足消費(fèi)者需求的產(chǎn)品是研究的重點。對小麥麩皮的綜合開發(fā)和利用，不僅可以保障人們的飲食健康，還可以提高麩皮的價值，為企業(yè)創(chuàng)造更高經(jīng)濟(jì)效益[7]。