何偉俊,曾 榮,白永亮,蔡騰程,古 權
(佛山科學技術學院食品科學與工程學院,廣東佛山 528200)
蕎麥是蓼科(Polygonaceae) 蕎麥屬(Fagopyrum Mill.)雙子葉植物,別名烏麥、三角麥等,目前主要有2個栽培種,一是普通蕎麥(Fagopyrum esculentum Moench.),別名甜蕎(Buckwheat);二是韃靼蕎麥(Fagopyrum tataricum(L.)Gaertn.),別名苦蕎(Tartary buckwheat)[1]。蕎麥具有生長周期短(60~80 d就能成熟)、抗嚴寒、抗逆性強、生態(tài)適應性強等特性,一年可收獲多次,在農業(yè)生產中具有特殊的地位[2]。蕎麥起源于中國和北亞地區(qū),中國、烏克蘭、法國和波蘭等國家是世界上主要的蕎麥生產國,中國蕎麥種植面積和產量位居世界第2位。蕎麥在我國廣泛分布,但種植區(qū)域相對集中,主要集中在中國北部、西北部和東北部地區(qū),四川、云南、貴州等西南省份主要種植苦蕎麥[3]。
蕎麥不僅營養(yǎng)豐富,而且含有其他禾谷類糧食缺乏的黃酮類化合物(Flavonoids),因此被譽為五谷之王,是一種集保健、營養(yǎng)、治療于一體的健康食品,其中苦蕎麥藥用價值尤為顯著[4],其黃酮類化合物可用于治療炎癥性疾病[5]、高血壓[6]、白血病[7]和糖尿病[8]等疾病,是一種良好的功能性食品原料和日常膳食替代品。
近年來,隨著物質生活水平和健康意識的提高,人們越來越關注苦蕎及其制品的研究開發(fā),并逐漸將其視為重要的健康產品。目前,關于苦蕎麥制品的研究集中在苦蕎固體產品和苦蕎液體產品上,其中苦蕎固體產品有苦蕎芽、苦蕎粉、苦蕎面、苦蕎面包等,苦蕎液體產品包括苦蕎酒、苦蕎茶和苦蕎醋等產品。
目前,關于苦蕎麥蛋白質的有關研究集中于蛋白質含量、種類、功效、結構和提取方法等方面。苦蕎麥籽粒蛋白質含量在8.0%~25.3%[10-11],氨基酸比例適當、生物價高[12]。Guo X等人[13]對苦蕎蛋白的提取方法進行了研究,經過單因素試驗結合正交試驗確定了苦蕎蛋白提取的最佳工藝條件為堿水料液比1∶15(g∶mL),堿水pH值9,提取溫度35℃,提取時間4 h,該條件下的提取效率為6.22%。另外從脫脂苦蕎麥粉中提取蛋白質組分,得出苦蕎麥粉中白蛋白占據(jù)的比例最大(43.8%),其次是谷蛋白(14.6%)、醇溶蛋白(10.5%) 和球蛋白(7.82%)。
苦蕎麥蛋白質中氨基酸成分見表1[13]。
表1 苦蕎麥蛋白質中氨基酸成分/g·(100 g)-1蛋白質
苦蕎麥富含賴氨酸和精氨酸,其蘇氨酸為第一限制氨基酸,含硫氨基酸為第二限制氨基酸[14-15]。賴氨酸是其他谷類蛋白的第一限制性氨基酸,蘇氨酸和含硫氨基酸在其他谷類蛋白中含量卻十分豐富。因此蕎麥蛋白對其他谷類蛋白具有強大的補充作用,能有效改善膳食氨基酸平衡,從而有效降低膽固醇、抗高血壓、改善便秘和改善肥胖癥狀,進一步提高蛋白質的生物價[14]。
苦蕎麥蛋白雖然具有多種治療功效,但同時還具有一定的致敏性。Zheng B等人[16]證實了Fag t 2是苦蕎麥種子中大小為16 kDa蛋白質過敏原,具有免疫球蛋白結合活性、胃蛋白酶抗性和熱穩(wěn)定性。Wang Z等人[17]從苦蕎麥種子分離出一種大小為24 kDa的蛋白質,發(fā)現(xiàn)該蛋白質對蕎麥過敏患者具有相對特異性,是未來診斷蕎麥過敏的有力工具。
苦蕎麥富含微量元素和礦物質,如硒、鉻、銣、鋅、鐵、鈷、銻、鋇、鎳、銀、汞、錫等礦物質和微量元素[18]。由于產地和品種不同,苦蕎麥礦物質含量各不相同,如四川有些苦蕎麥含鎂量極高,是小麥和大米的3~4倍,含鈣量是大米的80倍[19]??嗍w麥不但能維持良好的心肌功能,減少血液中膽固醇的含量,預防動脈硬化、心肌梗塞等血管疾病,而且能補充人體所需的鈣質,維持強健的骨骼和體魄、促進兒童生長發(fā)育和預防成年人骨質疏松。其次,苦蕎麥中含有三價鉻,三價鉻是葡萄糖耐量因子的主要成分,可提高胰島素的利用效率,促進機體利用葡萄糖。
苦蕎麥含有維B1、維B2、維B6、尼克酸和維生素E等多種維生素,其中維B1、維B2、維B6的含量分別為0.40,0.28,0.18 mg/100 g,含量明顯高于玉米、小麥等谷類作物[11]。研究表明,苦蕎麥在萌芽過程中,體內的維C和維E含量顯著提升(p<0.05),萌芽7 d后苦蕎麥的維C含量是原來的14倍,α-生育酚含量高達 7.2 μg/g[20]。
苦蕎麥種子的主要成分是淀粉,占干質量的70%以上,其淀粉的質量決定了苦蕎麥加工食品的質量[21]。目前,有關苦蕎麥淀粉的研究集中于淀粉加工特性、淀粉理化特性、淀粉提取方法、淀粉改性加工、抗性淀粉等方面。研究表明,水提法是最適宜提取苦蕎麥淀粉的方法,制得的淀粉回聲值小、抗老化能力強、熱穩(wěn)定性好[22]??嗍w麥含有近39.0%的直鏈淀粉,淀粉顆粒的直徑為3~14 μm,呈典型的“A”型X射線衍射圖譜,制得的食品疏松可口;溶解度在70~90℃,淀粉峰值黏度較高,糊化時間短于普通蕎麥淀粉[23]??嗍w麥淀粉因其具有獨特的糊化性質、物理性質和化學性質,常用于食品加工中作為凝膠淀粉的原料。此外,改性加工可改善苦蕎淀粉的性質。周小理等人[24]采用超高壓工藝對苦蕎淀粉進行改性加工處理,試驗結果表明,超高壓處理可降低苦蕎淀粉的透光率、溶解度和膨脹度,改善凍融穩(wěn)定性。Liu H等人[25]采用退火工藝對苦蕎麥種子中的淀粉進行改性加工處理,改變了苦蕎麥種子中淀粉的性質,提高其熱穩(wěn)定性,使苦蕎具有更高的食用價值。
抗性淀粉(Resistant starch) 又稱抗酶解淀粉,是一種無法被健康的小腸消化吸收的淀粉??嗍w富含抗性淀粉,其含量遠高于小麥。陳燕[26]采用壓熱-酶法制備抗性淀粉,得出最佳工藝參數(shù)為酶添加量8.72 U/g(干淀粉),酶解時間16.00 h,壓熱溫度121.04℃,冷藏時間24.61 h,該參數(shù)下的抗性淀粉得率為29.58%。此外,苦蕎抗性淀粉具有良好的生理功能。研究表明,苦蕎抗性淀粉具有抑制高脂膳食引起的腸道菌群紊亂的作用[27]。周一鳴等人[28]通過動物試驗證明苦蕎抗性淀粉對小鼠餐后血糖具有一定的調節(jié)作用,對Ⅱ型糖尿病小鼠具有一定的治療功效。
膳食纖維是一種天然有機高分子化合物,指不能由人體消化道酶分解的植物源食物成分,可分為可溶性膳食纖維和不溶性膳食纖維。其一,不溶性膳食纖維可以吸收食品中的有毒物質,促進人體腸道蠕動、增加糞便體積、預防便秘和痔瘡,預防憩室炎和大腸癌等疾病。其二,攝入可溶性膳食纖維可延緩胃排空,減少食物攝入,防止血糖急劇上升,從而達到控制體重的目的。
苦蕎麥含有豐富的膳食纖維,總膳食纖維含量變化的幅度為4.61%~40.95%,平均值為17.18%;不可溶性膳食纖維含量的變異幅度為3.36%~31.08%,平均值為9.65%;可溶性膳食纖維含量的變異幅度為0.92%~17.51%,平均值為7.53%[29]??嗍w麥中含有大量的膳食纖維,人們食用苦蕎制品后具有較強的飽腹感,減少食物攝入,有效降低高血壓、冠心病、糖尿病等疾病發(fā)生的風險。
苦蕎麥脂肪酸組成見表2[30]。
表2 苦蕎麥脂肪酸組成
苦蕎麥中脂肪含量為2.1%~2.5%,苦蕎麥含有大量的不飽和脂肪酸(74.5%),主要是由C18∶1,C18∶2,C18∶3,C20∶1構成,其中油酸高達35.2%,亞油酸高達36.6%。亞油酸具有防治高血脂及心血管疾病的保健功能,是人體無法直接合成的最重要的必需氨基酸?;ㄉ南┧嵊捎退岷蛠営退岷铣?,不僅可以促進處于生長期的幼兒生長發(fā)育,還能降低人體血脂,減少疾病發(fā)生[31]。因此,食用苦蕎麥能有效補充人體所需的不飽和脂肪酸,是一種良好的不飽和脂肪酸食品補充劑。
苦蕎麥富含黃酮類化合物。已有學者對苦蕎麥種子進行分離,確定11種黃酮類化合物:蘆丁、槲皮素、山奈酚、山奈酚-3-O-蕓香糖苷、異山奈酚、槲皮素-3-β-D-蕓香糖-3'-O-β-葡萄糖苷、槲皮苷、葒草素、異葒草素、牡荊素、異牡荊素[32]。國外學者認為,苦蕎麥黃酮類化合物含量遠高于普通蕎麥,苦蕎黃酮中蘆丁含量最高,占總黃酮含量80%以上??嗍w中蘆丁、槲皮素等黃酮類化合物具有抗糖尿病、抗炎活性、抗疲勞并且可用于治愈微血管病等多種生理功能[33],通過對苦蕎麥黃酮類化合物的提煉,可以為治愈和預防代謝性疾病提供新的食療方法。
高血壓可并發(fā)冠心病,血壓升高常誘發(fā)心絞痛,引發(fā)急性心肌梗塞,甚至導致死亡。高膽固醇也會引起冠心病,甚至有可能導致腦血栓。
研究表明,苦蕎麥能抑制人體內氧化應激反應,降低人體血壓值[34]。Sun X等人[35]對小鼠喂食燕麥和苦蕎麥(OF),結果表明,OF組能顯著降低血漿總膽固醇、低密度脂蛋白膽固醇含量,以及膽固醇酯和甘油三酯濃度。Zhang C等人[36]研究發(fā)現(xiàn)苦蕎蛋白是苦蕎麥粉降低血漿總膽固醇的成分之一。王敏等人[37]通過動物試驗得出苦蕎麩總黃酮能顯著降低大鼠血脂、肝脂水平(p<0.05),提高血清抗氧化酶活性,抑制血清脂質過氧化物產生的結論。
糖尿病是一種代謝性疾病,它的特征是患者的血糖長期高于標準值,如果不加以治療,則會引發(fā)糖尿病、心血管疾病、中風、慢性腎臟病等嚴重并發(fā)癥。
近年來,諸多學者在動物試驗和臨床試驗方面均已驗證了苦蕎麥具有降血糖、降血脂的功效。Wu W等人[38]對小鼠注入苦蕎麥中的主要糖醇(Fagopyritol B1),6周后小鼠體內的血糖含量顯著下降(p<0.05)。李雯等人[39]對小鼠灌入苦蕎麥水提物,結果表明苦蕎麥水提物各劑量組小鼠的血糖水平顯著下降(p<0.01)。范文今等人[40]發(fā)現(xiàn)苦蕎麥、桑葉提取物可顯著降低高血糖模型動物的空腹血糖水平。而在臨床應用上,Qiu J等人[41]把165名Ⅱ型糖尿病患者隨機分配到飲食對照組和苦蕎食用組,4周后收集血樣和飲食信息。結果發(fā)現(xiàn),患者食用苦蕎麥后,體內的空腹胰島素、總膽固醇和低密度脂蛋白膽固醇的含量均有所降低,說明苦蕎麥對防治糖尿病具有積極的作用。此外,Qiu J等人[42]把104名Ⅱ型糖尿病患者隨機分配到飲食對照組和苦蕎食用組,4周后收集血樣和飲食信息。結果表明,食用苦蕎后的Ⅱ型糖尿病患者體內的尿白蛋白肌酐比值和尿素氮顯著降低,說明以苦蕎麥作為主食可以改善Ⅱ型糖尿病患者的腎功能障礙。
苦蕎麥的抗癌和抗腫瘤作用也受到全球醫(yī)學界的關注。Li F等人[43]發(fā)現(xiàn)苦蕎麥麩皮的游離酚提取物對人乳腺癌MDA-MB-231細胞具有抗癌活性。Guo X等人[44]從苦蕎麥中分離出一種編碼為TBWSP31的蛋白質,發(fā)現(xiàn)該蛋白質對人乳腺癌細胞株Bcap37細胞有明顯的增殖抑制作用,且存在時間效應和劑量效應;通過聚丙烯酰氨凝膠電泳分析顯示TBWSP31蛋白由單個多肽組成,分子量約為57 kDa,因此苦蕎麥是一種可抗癌抗腫瘤的食品。
研究表明,苦蕎麥具有一定的抗疲勞作用。Fusheng M等人[45]對小鼠注入苦蕎麥黃酮化合物,結果顯示,苦蕎麥黃酮化合物延長了小鼠的最大活動時間,其機理是通過降低體內血乳酸和血清尿素氮的水平,以消除積累的新陳代謝產物;通過降低血清肌酸激酶水平以改善肌肉損傷;通過增加肝糖原含量,改善小鼠內源性細胞抗氧化酶、運動代謝控制,激活能量代謝。
此外,苦蕎麥還具有降低體重的作用。Nishimura M等人[46]把144名成年受試者隨機分配到苦蕎食用組和安慰劑食物對照組,發(fā)現(xiàn)苦蕎食用組的受試者在第4周時體脂百分比比安慰劑食物對照組的受試者要低,進一步研究發(fā)現(xiàn)苦蕎麥的強抗氧化性是受試者降低體重的原因。
3.1.1 苦蕎芽
苦蕎芽是苦蕎麥經過萌發(fā)后的產品,苦蕎麥經過適當?shù)拿妊刻幚砗?,其化學成分均有所改變,營養(yǎng)價值隨之提高并形成獨特的風味及口感,萌發(fā)后苦蕎芽總黃酮和D-手性肌醇含量顯著升高[47]。Zhou X等人[48]通過苦蕎麥萌芽試驗,發(fā)現(xiàn)苦蕎麥種子葉綠素A和葉綠素B的含量隨著萌發(fā)時間的延長而顯著升高,并在萌發(fā)第5天達到最大值。Molinari R等人[49]發(fā)現(xiàn)苦蕎麥在萌芽88 h后總酚類化合物含量顯著增加,并且表現(xiàn)出更強的抗氧化活性。Wang S等人[50]對苦蕎麥種子采用微波輻射處理后進行萌芽,結果表明經過微波輻射處理后的苦蕎麥種子萌發(fā)7 d后的發(fā)芽率是對照組的2倍。Qin P等人[51]發(fā)現(xiàn)在苦蕎麥萌芽過程中添加適量低質量分數(shù)的NaHCO3溶液(0.05%,0.10%,0.20%),不但增加苦蕎麥類黃酮、總酚類化合物和D-手性肌醇的含量,而且改善了DPPH自由基清除能力和α-葡糖苷酶抑制活性。總之,萌發(fā)后的苦蕎芽有益成分明顯升高,是一種良好的功能性食品原料,具有強大的市場開發(fā)潛力。
3.1.2 苦蕎粉
苦蕎粉是目前苦蕎麥最普遍的加工產品,是多種苦蕎麥功能性食品開發(fā)的原料。研究發(fā)現(xiàn),不同研磨方式對苦蕎麥的影響各不相同。Fang L等人[52]比較超微、輥磨、石磨和濕磨4種研磨方式對苦蕎麥的影響,結果表明經過濕磨后的苦蕎粉總酚含量和抗氧化活性最高。何財安等人[53]發(fā)現(xiàn)苦蕎超微粉適合作為食品深加工原料,苦蕎濕磨粉適合冷凍食品加工,苦蕎石磨粉適合慢消化食品加工,鋼磨是苦蕎普通食品用粉的首選方式。高彩鳳等人[54]采用氣流分級式沖擊磨(ACIM)技術制得苦蕎微粉,能顯著改善苦蕎粉的加工特性和理化特性(p<0.05)。
3.1.3 苦蕎面
面條是我國的傳統(tǒng)主食之一。近年來,因苦蕎麥具有多種治療功效,苦蕎麥面條深受廣大群眾的喜愛。苦蕎面是一種營養(yǎng)價值高的膳食替代品,與普通蕎麥面條相比,苦蕎麥面條含有豐富的總酚和黃酮類化合物。Wu Na Na等人[55]用苦蕎麥粉代替小麥粉制備苦蕎麥面條,結果表明添加10%~60%苦蕎麥粉可使面條具有更高的烹飪品質、黃酮含量和抗氧化活性。劉玲玲等人[56]以馬鈴薯、苦蕎麥、小麥為原料研制出一款高感官品質的馬鈴薯全粉苦蕎麥面條,其最佳工藝參數(shù)為苦蕎麥粉20%,海藻酸鈉0.4%,加水量45%,食鹽含量0.6%。
3.1.4 苦蕎面包
近年來,我國烘焙行業(yè)發(fā)展迅猛,每年以12%增長率持續(xù)上升,烘焙食品已經成為消費者的日常生活中的必需品。苦蕎麥面包具有低熱量、高營養(yǎng)、富含黃酮和高抗氧化性等特點,因此深受人們喜愛。苦蕎麥面包在制作過程中,活性成分含量會出現(xiàn)不同程度上的變化。Vogrinc ic M等人[57]發(fā)現(xiàn)苦蕎麥面包經過焙烤后,蘆丁含量顯著降低而槲皮素含量保持不變。Luksic L等人[58]發(fā)現(xiàn)苦蕎麥面包在發(fā)酵過程中,苦蕎麥蘆丁轉化為槲皮素,經過高溫焙烤后的苦蕎麥面包仍能保留大部分槲皮素,具有一定的治療功效。
3.2.1 苦蕎茶
當代社會,隨著糖尿病、高血壓等疾病的快速蔓延,具有一定治療功效的苦蕎麥及其各種加工產品深受廣大消費者喜愛??嗍w茶是通過篩選、烘干、浸泡制成的一種飲品,近年來因其獨特的風味和強大的保健功能而越來越受人們歡迎。根據(jù)不同的原材料和加工方式,目前市場上主要有2種苦蕎麥茶,分別是造粒型苦蕎茶(以苦蕎麥麩和苦蕎粉為原料,添加其他成分,經擠壓等工序制成)和全麥苦蕎茶(完整脫殼苦蕎麥為原料,不添加任何成分)。趙鑫[59]發(fā)現(xiàn)造粒型苦蕎茶的蛋白質含量比全麥苦蕎茶高20.1%,總黃酮含量比全麥苦蕎茶高56.6%。趙琳等人[60]利用雙螺旋擠壓機生產苦蕎茶,并通過響應面分析得出最佳生產參數(shù)為模頭溫度79℃,螺桿轉速150 r/min,水分含量24%,制得的苦蕎茶富含黃酮和強抗氧化性。
3.2.2 苦蕎醋
苦蕎醋具有風味獨特、營養(yǎng)價值高和功能成分豐富等特點,深受人們歡迎。申瑞玲等人[61]結合傳統(tǒng)酒精發(fā)酵和醋酸發(fā)酵工藝釀造出一款特色苦蕎醋,通過正交試驗得出最佳生產工藝參數(shù)為酒精發(fā)酵溫度32℃,苦蕎代替高粱占比為45%,大曲添加量5.5%;醋酸發(fā)酵初始酒精度5.0%,發(fā)酵溫度36℃,醋酸菌接種量5%。胡俊君等人[62]將苦蕎芽與山西老陳醋的傳統(tǒng)生產工藝結合,制得的苦蕎醋富含γ-氨基丁酸和D-手性肌醇。山西陳年苦蕎醋跟其他醋的不同點在于,需在85℃的環(huán)境下熱處理6 d,獨特的熱處理不僅有助于形成醋的特有香氣,還保留了醋的抗氧化能力。Aili W等人[63]利用采用氣相色譜-質譜法對山西苦蕎麥陳醋的主要香氣成分進行了分析,共檢測到45種化合物,研究發(fā)現(xiàn)苦蕎醋經熱處理后3 d內,大部分芳香族化合物顯著增加,但在第4天后逐漸減少。推測這些變化可能是由不同類型的反應引起的,如美拉德反應,氨基酸的溶解等。
苦蕎麥被廣泛應用于多類食品中??嗍w麥面團是一種富含蘆丁的功能性食品原料,研究表明,苦蕎麥粉在95℃下與水混合制得的苦蕎麥面團含有12 mg蘆丁/g干物質??禎嵉热薣64]以菊芋、苦蕎和山藥為原料研制出一種營養(yǎng)高、口感好的多功能復合膏。劉玉美等人[65]研發(fā)了一款無糖、高營養(yǎng)苦蕎芝麻酥,其最優(yōu)配方為苦蕎粉用量32 g,低筋粉用量68 g,植物油用量22 g,木糖醇用量38 g,菊粉用量18 g。在此條件下制得的苦蕎酥屬于中等血糖生成指數(shù)食品,適合三高人群和中老年人食用。另外,苦蕎麥是動物飼料的良好原料來源。研究表明,苦蕎麥提取物用于生產羔羊飼料成分,可改善其生長性能,增加肉的持水能力??嗍w麥因其抗疲勞的功效,被開發(fā)為苦蕎運動飲料,并通過動物試驗驗證了其抗疲勞功效。
近年來,隨著經濟的持續(xù)發(fā)展,人們的生活水平不斷提高,隨之催生了糖尿病、高血壓等一系列難以根治的“富貴病”??嗍w麥具有抗腫瘤、抗癌、降血糖、降血脂等保健功能,滿足了廣大消費者特別是“三高”人士對營養(yǎng)健康食品的需求。因此發(fā)展苦蕎麥產業(yè)勢在必行,也符合社會發(fā)展的趨勢。
苦蕎麥具有一定的致敏性,人體主要通過吸入、進食、皮膚接觸三種途徑誘發(fā)苦蕎麥過敏,進食苦蕎麥后半小時內會發(fā)現(xiàn)皮膚、呼吸道、消化道等器官的不適,甚至引起嚴重的過敏反應,危及生命。目前,對苦蕎麥致敏的應對方法尚處于理論研究的階段,沒有有效的方法對其進行“根治”。所以,培育非致敏的苦蕎麥新品種、開發(fā)苦蕎非致敏產品和從人體基因層面上分析苦蕎致敏的原因將是未來苦蕎行業(yè)的發(fā)展方向之一。
目前我國消費市場上的苦蕎麥產品種類單一,生產加工不成規(guī)模,開發(fā)程度較低,其精深加工產品類型較少。另外,由于苦蕎麥口感苦澀,加上地域性飲食習慣的影響,令大部分消費者對苦蕎麥及其產品失去購買欲望。因此,加大研發(fā)力度,不斷推出新產品,形成生產規(guī)?;訌妼嗍w麥精深加工的研究,研究脫苦工藝、培育和開發(fā)苦蕎麥脫苦產品是未來發(fā)展的方向之一。
為發(fā)展苦蕎麥產業(yè),首先,政府有關機構需加強對苦蕎麥種植人員的技術指導,包括如何進行品種篩選、良種繁育和規(guī)范種植等,以提高苦蕎麥產量和品質;第二,建立健全苦蕎麥原料和產品標準,完善產品可追溯體系,以法律法規(guī)保證食品安全;最后,加大科研投入,促進科研轉化,推動苦蕎麥種植業(yè)和苦蕎麥加工產業(yè)的發(fā)展,從而實現(xiàn)保障人民群眾健康的目的。