雜糧生物活性物質及產品開發(fā)

杜凱欣，王鳳成

（河南工業(yè)大學糧油食品學院，鄭州 450001）

雜糧是指除小麥、大米以外的谷類或主要用于動物飼料和釀酒的谷類。這些谷物主要產地是亞洲和非洲的半干旱熱帶地區(qū)，采用雨水灌溉的耕作方式，糧食單位面積產量低（通常低于1 t/hm2）[1]。雜糧主要包括玉米、高粱、燕麥、大麥、小米、薏仁及籽粒莧等。它們富含膳食纖維、維生素、礦物質（特別是鐵和鋅等微量營養(yǎng)素）等具有抗氧化特性的植物化學物質[2]。鑒于這些營養(yǎng)特性，雜糧被標明為營養(yǎng)食品。一些流行病學研究表明，這些谷物有助于對抗缺血性中風、心血管疾病、癌癥、肥胖癥和II型糖尿病等多種慢性疾病[3-4]。雜糧口感粗糙，不能代替我們的主食谷物，但可以與大米和小麥按不同比例搭配，制成各種營養(yǎng)產品。由于雜糧蛋白質含量較高，氨基酸（蛋氨酸、胱氨酸和賴氨酸）組成平衡，它們在營養(yǎng)上與主要谷物（如小麥和大米）相當，甚至更優(yōu)[5]。近年來，隨著人們對糧食營養(yǎng)與安全的日益關注，國際國內市場對“多樣化、營養(yǎng)、健康、安全、方便”的雜糧食品的需求日益增強，使得各類雜糧有很好的發(fā)展前景，可以滲透到廣大消費者的食譜中，包括農村和城市、發(fā)達國家和發(fā)展中國家的消費者。對這些雜糧潛在用途的研究和開發(fā)，都表明了雜糧作為配方食品的潛力。這些雜糧除了用作食品外，還被用作飼料、糖漿、釀酒、生物燃料或生物聚合物[6]。

1 雜糧中的生物活性物質

雜糧的各種成分除了提供營養(yǎng)外，還具有生物活性。

其中酚類化合物包括酚酸、單寧、香豆素、黃酮和烷基間苯二酚。酚類物質對植物性食品的風味、質地、顏色和氧化穩(wěn)定性起著重要作用[7]。它們具有特殊的營養(yǎng)性能，通常位于麩皮中。酚酸有兩類：羥基肉桂酸和羥基苯甲酸。羥基苯甲酸包括對羥基苯甲酸、香草醛、丁香酸和原兒茶酸，而羥基肉桂酸包括香豆酸、咖啡酸、阿魏酸和芥子酸。

雜糧中含有高濃度的單寧，其主要功能是保護谷物免受霉菌的污染，以防止谷物變質，同時單寧也是使雜糧口感苦澀的原因之一。單寧降低蛋白質、碳水化合物和礦物質的消化率，具有保護腸胃、抗癌、抗?jié)兒徒档湍懝檀嫉奶匦?。龍爪稷是唯一含有單寧的小米。燕麥生物堿（Avenanthramides）是肉桂?；彴被郊姿岬孽０罚瑑H在燕麥中發(fā)現(xiàn)。它具有抗炎、抗動脈粥樣硬化和抗氧化特性[8]。各種植物、細菌和真菌產生的烷基間苯二酚是有益于人體健康的生物活性化合物，例如抗癌活性[9-10]。

黃酮類化合物包括花青素、黃烷醇、黃烷酮和黃酮堿類。谷物中含有多種黃酮類化合物，通常位于果皮中。在谷物中發(fā)現(xiàn)的6種常見花青素是矢車菊色素、錦葵色素、天竺葵素、飛燕草色素、矮牽牛素和芍藥色素苷。3-脫氧花青素是花青素組中一個獨特的成員，能在高pH環(huán)境下穩(wěn)定，這也是使高粱成為一種良好的天然食品著色劑的原因[11]。龍爪稷中的黃酮類化合物為葒草苷、異葒草素、牡荊黃素、異牡荊素、皂草苷和纈黃素，而珍珠粟中為牡荊素葡萄糖苷、葡糖牡荊素和牡荊素。燕麥中為芹菜素、糖基牡荊素、異牡荊素、小麥黃素和牡荊素。

木脂素是在大麥、燕麥、小黑麥和黑麥中發(fā)現(xiàn)的一類植物雌激素。這些雜糧中木脂素的含量從8到299 μg/100 g不等[12]。植物甾醇是膽固醇類化合物，主要存在于麩皮中。雜糧中的植物甾醇多數(shù)以游離形式存在，少數(shù)如脂肪酸酯或羥基肉桂酸（通常是阿魏酸）可與糖（主要是葡萄糖）結合成苷。每100 g高粱含有46～51 mg的非結合植物甾醇[13]，玉米、大麥和燕麥分別含有70～88 mg/100 g、55～76 mg/100 g和35～46 mg/100 g[10]的植物甾醇。

膳食纖維是植物的可食用部分，不會被消化道的酶水解。據報道，低聚糖如乳果糖、低聚果糖、反式低聚半乳糖可有效促進人體大腸中雙歧桿菌和乳酸桿菌的生長。谷物中發(fā)現(xiàn)的幾種低聚糖是蔗糖、水蘇糖和棉子糖的半乳糖衍生物，以及蔗糖、低聚果糖的果糖基衍生物[12]。谷物不含維生素C、維生素B12、維生素A，β-胡蘿卜素[14]。然而，它們是大多數(shù)B族維生素的重要來源，尤其是硫胺素、核黃素和煙酸[15]。谷物也含有一定數(shù)量的維生素E。

雜糧中含有多種限制其營養(yǎng)成分的抗營養(yǎng)因子，主要是植酸和多酚[16-17]。據報道，植酸含量在萌發(fā)過程中受植酸酶活性的影響而顯著降低。在發(fā)芽的前兩天，減少的幅度最大，在發(fā)芽的第4天到第6天，減少的幅度較小[18]。在大麥、黑麥和燕麥的萌發(fā)過程中可以觀測植酸酶活性，它們將植酸水解為磷酸鹽和肌醇磷酸鹽。同樣，這些雜糧在發(fā)芽至第6天期間，觀察到多酚含量呈下降趨勢[19]。發(fā)芽谷物蛋白質含量的增加可能是由于抗營養(yǎng)因子（單寧、多酚和植酸）以及其它大分子物質（特別是碳水化合物）的數(shù)量減少而引起的。熱燙處理可顯著降低多酚含量（28%）和植酸含量（38%）。

2 雜糧產品研發(fā)

2.1 大麥制品

大麥是一種用途廣泛的谷物。在食品方面，大麥顆粒被磨碎以生產出大麥粉粒，大麥粉粒可以進一步加工成粗粒、薄片和面粉。它的外觀類似于小麥穎果，但顏色稍淺。發(fā)芽的大麥富含麥芽糖，麥芽糖可制成麥芽糖漿，在食品中常用作甜味劑。大麥發(fā)酵后用作啤酒和其他酒精飲料的原料。在西方國家，整粒、片狀或磨碎的大麥粉粒被用于早餐麥片、燉肉、湯、粥、面包粉和嬰兒食品中[20]。大麥粉還可以添加到小麥制品中，例如：面包、蛋糕、餅干、面條和擠壓零食。添加15%～20%大麥粉制成的小麥面包是可被接受的，但大麥粉比例的增加會導致面包體積收縮、質地變硬，顏色呈暗棕色[21]。添加12%～25%的大麥粉制成的小麥面條，具有可接受的面條制作特性[22]。大麥茶在亞洲被廣泛飲用，它是由烤大麥仁制成[23]。大麥的第二大用途是麥芽，用于生產啤酒、蒸餾酒精、麥芽糖漿、麥芽奶、調味品和早餐食品等。隨著世界營養(yǎng)保健食品生產的飛速發(fā)展，大麥食品的開發(fā)利用受到了國內外食品專家的關注，被認為是今后一定時期內新型食品的開發(fā)熱點。

2.2 燕麥制品

燕麥有多種食用形式，可制作成各種食用制品。在國際上，燕麥片是最常見的燕麥食品，在我國燕麥產區(qū)，燕麥常被加工成燕麥粉，也稱莜面，進而制作各種燕麥面食。燕麥可直接食用，其主要用作粥，也可用于混合制作各種烘焙食品，如燕麥餅、燕麥曲奇和燕麥面包。燕麥含有豐富的膳食纖維，包括可溶性和不溶性膳食纖維。它還富含亞油酸和油酸等必需脂肪酸，有助于降低低密度脂蛋白膽固醇和高密度脂蛋白膽固醇，此外它還富含鎂、鉀和鈣等多種礦物質，是促進心血管健康所需葉酸的良好來源。燕麥生物堿是燕麥特有的抗氧化劑，它可抑制氧自由基的形成。由于燕麥粉油脂含量很高，因此粘性大，不易篩分處理，取而代之的是更常見的全麥燕麥產品——燕麥米和燕麥片。燕麥油的極性脂質部分適宜用作乳化劑[24]。燕麥粉被用作多種面包和烘焙產品的配料，因為它們除了提高這些產品的營養(yǎng)價值外，還具有獨特的風味和保濕特性。在傳統(tǒng)的小麥面包配方中，燕麥的添加量高達10%～20%。通過優(yōu)化烘焙技術，甚至可以添加更多的燕麥粉[25]。以燕麥為基質，可以制備乳酸菌、益生菌飲料。發(fā)酵劑、燕麥粉和蔗糖含量會影響發(fā)酵過程。在發(fā)酵和儲存期間，飲料中的β-葡聚糖含量保持不變。這種飲料可以在冷藏條件下儲存21 d[26]。用葡萄糖當量為8.1、粘度為1 620 MPa-s、熱值為597.7 kCal/100 g的燕麥糊精可以制備一種新型低脂蛋黃醬[27]。

2.3 高粱制品

高粱的不溶性纖維含量較高，這會導致糖的水解速率降低，因此高粱食品較適合糖尿病人群食用。例如，脫皮高粱制品和小麥制備相比，高粱制品已被證實可以使糖尿病患者血糖水平降低。用高粱粉制成的餅干適宜糖尿病人食用，餅干原料由40%的小麥粉和60%的高粱粉混合而成，纖維含量高。眾所周知，高粱的濕熱處理會降低其消化率。在處理過程中，淀粉會發(fā)生回生，從而形成抗性淀粉，提高膳食纖維含量[28]。單寧高粱在糖尿病食品中有潛在的應用。其特點是消化緩慢。非洲的飲食文化更偏向單寧高粱，因為與其它谷物相比，單寧高粱可以提供更長時間的飽腹感。高粱米是無麩質的，同時也是一種潛在的營養(yǎng)物質來源，如抗氧化酚和降膽固醇蠟[29]。

2.4 小米制品

谷子是一種重要的小雜糧作物，主要種植在印度大陸和非洲，是世界上最古老的栽培農作物之一。小米是谷子經碾制加工的主產品，是我國人們特別喜歡食用的一種傳統(tǒng)谷物制品。近年來，由于其營養(yǎng)特性，已變得越來越重要。小米除作為主食外，還可用于制作面條、軟糖等休閑食品。小米制品中礦物質含量較高，但植酸、多酚等抗營養(yǎng)物質影響蛋白質和淀粉的體外消化率。酸處理的小米制品比去皮的小米制品更易被人們接受。小米與大豆或其它富含蛋白質的產品（如豆類或花生）混合擠壓，可制成營養(yǎng)均衡的輔助食品。研究表明，與30%的谷類豆粕粉或15%的脫脂豆粕混合而成的擠壓小米產品的蛋白質含量分別為14.7%、16.0%[30]。面條、通心粉等面條制品可以用小米粉制成。將米粉、玉米粉或木薯淀粉和小米粉按不同比例制成的擠壓零食，其外觀、顏色和質地都可以被接受。小米富含油脂和亞油酸，占油脂總脂肪酸的4%，其n-3脂肪酸的比例比玉米高，而玉米中亞油酸僅占總脂肪酸的0.9%。n-3脂肪酸在血小板聚集、LDL膽固醇積累和免疫系統(tǒng)等生理功能中起著重要作用[31]。小米糠含有高比例的可溶性膳食纖維，具有降膽固醇和降血糖的作用。

2.5 玉米制品

玉米除了用作人類食物和動物飼料外，還是大量工業(yè)產品的重要來源。食品添加劑類包括玉米纖維油、玉米纖維膠、纖維凝膠、低聚木糖，阿魏酸、香蘭素和木糖醇也是有用的副產品。玉米膠可用作塑料中的粘合劑、增稠劑或添加劑，玉米淀粉可用于生產玉米糖漿、麥芽糊精、葡萄糖和淀粉[32]。精制玉米油99%的成分為三酰甘油，其中包括59%的多不飽和脂肪酸 （PUFA）、24%的單不飽和脂肪酸（MUFA）和13%的飽和脂肪酸（SFA）。Mendonca等人發(fā)現(xiàn)，將玉米麩皮以150～320 g/kg的比例加入擠壓零食中，可以顯著降低成品的徑向膨脹率、外觀和一般可接受性[33]。Holguin Acuna等人發(fā)現(xiàn)，加入300 g/kg和400 g/kg的玉米麩皮的斷裂強度最低，擠壓加工可以改善烘焙食品中玉米麩皮的不良性能。以玉米麩皮為原料制備的纖維素凝膠可作為脂肪模擬物推廣應用。玉米麩皮和纖維也可作為生產木糖醇的基質，木糖醇是一種低熱量、非致癌甜味劑[34]。

3 雜糧在其它工業(yè)中的用途

高粱顆粒聚合物在制備可生物降解、可食用的生物塑料薄膜和涂層方面的潛在性能正在研究中。高粱醇溶蛋白是制備生物塑料的選擇之一，因為它是醇溶蛋白中疏水性最強的[35]。單一雜糧或結合兩種及以上雜糧已被用于生產各種啤酒。甜高粱可用于制作糖、酒精、糖漿、麻醬、飼料、燃料、床上用品、圍欄和造紙。

4 研究結論與發(fā)展建議

國內現(xiàn)階段由雜糧開發(fā)出的制品仍存在口感粗糙、外型不美觀、色澤不鮮艷等缺陷，這是制約雜糧制品消費的一個重要因素。同時，雜糧富含生物活性物質，充分利用雜糧資源開發(fā)各種功能性食品與保健品又是雜糧開發(fā)的一個重要方向。因此，需要我們把食品加工特性、營養(yǎng)特性與消費者的喜好綜合考慮進行研究，讓制品既保留雜糧特有的風味特征，又能滿足人們的口感要求[36]。根據不同雜糧的原料特性與人們的消費習慣，將雜糧原料深加工轉化為方便食品、休閑食品、食品配料等，如擠壓蒸煮方便面、直接沖調食用的單一或復配式雜糧膨化粉、谷物基質益生食品等[37]。

在經濟效益方面，雜糧極具加工開發(fā)潛力，加工增值幅度大。例如：谷子加工成優(yōu)質米能夠增值1～3倍，小米加工為初級產品如小米酥等能夠增值的幅度在5倍以上。深加工精細產品則會增值更多，利潤也將更高。國際經驗表明，經過精深加工的雜糧產品與原糧比較，其增值幅度達到數(shù)倍至數(shù)十倍，增值潛力巨大。隨著消費發(fā)展和加工業(yè)科技進步，功能食品成為全球食品工業(yè)發(fā)展重要方向，而功能食品中又以保健功能最受關注，涉及的產品種類也最多。大部分雜糧本身就具有保健功能，如果再同一些營養(yǎng)素、活性物質、新資源食品等相結合，可生產研制更多種營養(yǎng)保健品。

國內目前雜糧開發(fā)總體處于初始階段，對先進食品加工技術的研發(fā)和運用有待加強。提高雜糧食品感官水平、開發(fā)多種形態(tài)產品是當前有待解決的重要任務。綜上，需深入加強雜糧的基礎與應用開發(fā)研究，加強新型雜糧健康食品開發(fā)及其綜合利用研究，以及復配式雜糧制品的加工研究，從而開發(fā)出適應市場需求和消費者喜愛的雜糧食品。