谷物和豆類(lèi)初級(jí)加工對(duì)其營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響

郭孝平，曾善榮，王玉財(cái)

（1.江西熙帝生物科技有限公司，江西贛州 341100；2.贛州市食品藥品檢驗(yàn)檢測(cè)中心，江西贛州 341100）

幾個(gè)世紀(jì)以來(lái)，谷物和豆類(lèi)因其豐富的營(yíng)養(yǎng)成分，一直是人類(lèi)獲得營(yíng)養(yǎng)的重要來(lái)源之一。谷物在經(jīng)過(guò)基本的清潔和分級(jí)后進(jìn)一步加工，從而得到工業(yè)需要的最終產(chǎn)品。這些初級(jí)加工操作包括脫殼、研磨、精制、拋光，在不同程度上改變了所得產(chǎn)品的營(yíng)養(yǎng)組成，有些還可以改變產(chǎn)品基質(zhì)：營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)嵌入谷物中，從而影響營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在體內(nèi)的生物可及性。雖然一些谷物如大米會(huì)作為全谷物食用，但大多數(shù)谷物和豆類(lèi)在使用前會(huì)加工為面粉。

碾磨被定義為研磨的行為或過(guò)程，尤其是指將谷物磨成面粉或粗粉[1]。這是糧食后期生產(chǎn)的重要中間步驟。碾磨過(guò)程的基本目的是去除果殼（有時(shí)也會(huì)去除麩皮層），并產(chǎn)生無(wú)雜質(zhì)的可食用部分和具有不同粒度的粉末形式。必需營(yíng)養(yǎng)素的濃度隨著研磨程度的加深而降低，餐前和餐后的能量密度會(huì)因?yàn)榫捉肋^(guò)程而發(fā)生細(xì)微變化[2]。在結(jié)構(gòu)上，所有谷物都由胚乳，胚芽和麩皮組成。胚乳占全谷物的80%，而不同谷物胚芽和麩皮成分占的百分比不同。碾磨過(guò)程可以分為兩種：（1）全谷物不損失任何部分的被轉(zhuǎn)化成面粉；（2）對(duì)谷物的不同結(jié)構(gòu)進(jìn)行差別碾磨，以將谷物分成不同的部分。例如：小麥可以作為全麥面粉進(jìn)行碾磨，或者經(jīng)過(guò)碾磨，以生產(chǎn)精制小麥粉、麩皮、胚芽和粗面粉等多種產(chǎn)品。

谷物的營(yíng)養(yǎng)成分和植物營(yíng)養(yǎng)素呈不均勻分布狀態(tài)，谷物外部含有大量營(yíng)養(yǎng)成分，因此除淀粉外，研磨或精制會(huì)導(dǎo)致谷物中的營(yíng)養(yǎng)成分流失[3]。谷物和豆類(lèi)經(jīng)過(guò)精細(xì)的研磨和精制后生成非常細(xì)的面粉。相比原料，這種面粉的營(yíng)養(yǎng)成分減少。而谷物和豆類(lèi)外層含有的抗?fàn)I養(yǎng)素同樣通過(guò)去殼的操作而減少。全谷物經(jīng)過(guò)碾磨后減少了所有存儲(chǔ)在谷物外層的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，這些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)包括膳食纖維，纖維相關(guān)成分如植酸、單寧和多酚，酶抑制劑如胰蛋白酶抑制劑，礦物質(zhì)，維生素[4-5]。在大多數(shù)研究中，植酸鹽、單寧和酚類(lèi)元素的減少可以提高礦物質(zhì)的可用性和生物可及性、蛋白質(zhì)和碳水化合物的消化率。然而，這些植物營(yíng)養(yǎng)素也有很強(qiáng)的抗氧化性，可以阻止自由基活動(dòng)并減少人體內(nèi)的氧化應(yīng)激[6]。去殼后的全米粒在拋光步驟之前保留所有的營(yíng)養(yǎng)成分，而拋光的米粒根據(jù)拋光程度失去不同程度的營(yíng)養(yǎng)成分和植物營(yíng)養(yǎng)素。米粒拋光程度越高，營(yíng)養(yǎng)成分和植物營(yíng)養(yǎng)素的損失就越多。另一方面，谷物的發(fā)芽與營(yíng)養(yǎng)成分的改善以及抗?fàn)I養(yǎng)素的減少有關(guān)，從而提高了消化率和生物可及性。

本綜述旨在探討初級(jí)加工對(duì)谷物和豆類(lèi)中碳水化合物、蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)和植物化學(xué)含量的影響及其消化率、生物可及性的變化。

1 谷物、豆類(lèi)的初級(jí)加工及其營(yíng)養(yǎng)素變化

谷物和豆類(lèi)是人類(lèi)最重要的食物來(lái)源之一，谷物食品是世界人口的主要能量、蛋白質(zhì)、B族維生素和礦物質(zhì)來(lái)源。許多科學(xué)研究表明，全谷物攝入可以預(yù)防糖尿病、肥胖、便秘、心血管疾病和其他疾病[7]。在碾磨過(guò)程中，谷物成分和基質(zhì)的變化可以解釋為什么全谷物消費(fèi)更為適宜。全谷物中與健康狀態(tài)相關(guān)的元素包括木脂素、生育三烯酚、酚類(lèi)化合物和包括植酸、單寧和酶抑制劑的抗?fàn)I養(yǎng)素。在精制谷物的過(guò)程中，由于麩皮的分離而導(dǎo)致膳食纖維、維生素、礦物質(zhì)、木脂素、植物雌激素、酚類(lèi)化合物和植酸的損失。因?yàn)榇蟛糠蛀熎ず鸵恍┡哐吭诰七^(guò)程中被除去，所以精制谷物含有更高比例的淀粉。因此，食用不篩分的全谷物及其磨碎的面粉或分離谷物的不同部分更有益于健康[8]。

大多數(shù)維生素和礦物質(zhì)（44.45%）存在于谷物的胚芽和麩皮部分。谷物的碾磨導(dǎo)致硫胺素、生物素、維生素B6、葉酸、核黃素、煙酸和泛酸的大量減少，鈣、鐵和鎂元素也會(huì)大量損失[9]。當(dāng)谷物被碾磨時(shí)，70%～80%的原始維生素會(huì)丟失。即去除的谷物部分越大，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)損失越大。當(dāng)小麥被碾磨成小麥粉時(shí)，大約70%的維生素和礦物質(zhì)（25%～90%）和纖維素?fù)p失，25%蛋白質(zhì)損失，90%錳元素?fù)p失，85%鋅元素和亞油酸損失，80%的鎂、鉀、銅元素和維生素B6損失[10]。

精制降低了小麥粉中幾乎所有營(yíng)養(yǎng)成分的含量。例如，Oghbaei等[11]發(fā)現(xiàn)，精制減少了小麥粉中的蛋白質(zhì)、脂肪、灰分以及鈣、鐵、鋅等元素，可溶性和不溶性膳食纖維也顯著減少。相反，在有差別的研磨過(guò)程中，分離的麥麩在所有這些成分中更豐富。小麥面粉精制過(guò)程中硫胺素、核黃素和單寧含量的損失量分別為48%、38%和67%；相反，與全麥面粉相比，麥麩中這些成分的增加分量別為36%、110%和51%。

Prodanov等[12]研究了浸泡對(duì)蠶豆、鷹嘴豆和扁豆中維生素含量的影響。經(jīng)過(guò)不同程度的浸泡，其硫胺素（6.2%～17.1%）、核黃素（2.5%～34.2%）和煙酸（2.0%～61.2%）均有所損失。豆類(lèi)浸泡在堿性介質(zhì)中的損失高于酸性介質(zhì)或水中。這種損失顯然是由于浸泡介質(zhì)中水溶性維生素的浸出導(dǎo)致的。

煮沸、膨化和剝落的過(guò)程導(dǎo)致米粒營(yíng)養(yǎng)成分的改變。米粒經(jīng)過(guò)熱水浸泡和輥壓過(guò)程之后，可以進(jìn)行不同厚度壓片。片狀米可以原樣食用或用于制備以大米為原料的小吃或其他烹飪食品。片狀米中的磷、植酸磷和膳食纖維含量有所改變，變化程度與薄片厚度相關(guān)，厚度越小，成分越低，而鐵和鈣的含量不受影響。

2 初級(jí)加工對(duì)碳水化合物及其消化率的影響

碳水化合物是谷物和豆類(lèi)的主要成分，是人體內(nèi)主要的能量來(lái)源。脫殼和碾磨的過(guò)程改善了谷物的淀粉含量及其消化率[5]。研磨方法和粒度與面粉的淀粉含量有關(guān)。研究表明，隨著用于研磨的篩網(wǎng)尺寸減小，淀粉含量增加。這可能是由于隨著篩網(wǎng)尺寸減小，更多的纖維部分被分離，更高淀粉含量的面粉通過(guò)篩子。由于與具有較高淀粉含量的胚乳相比，纖維難以粉碎，因此將其分離為粗粒部分。Oghbaei和Prakash[13]報(bào)道了全麥和精制小麥粉的體外淀粉消化率分別為42%和51%。麩皮含有大量不溶性膳食纖維、抗單寧素和植酸鹽等抗?fàn)I養(yǎng)素，能夠結(jié)合酶和蛋白質(zhì)并降低其活性。在大米片中，不同厚度的薄片中淀粉消化率從78.1%到84.1%不等，米粉薄片程度對(duì)淀粉消化率的影響不顯著。

浸泡、脫殼、發(fā)酵、發(fā)芽和烹飪等操作有效地提高了豆類(lèi)的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。Ghavidel等[14]報(bào)道，豇豆、小扁豆和鷹嘴豆的發(fā)芽和脫殼顯著改善了淀粉的消化率（36.3%～39.2%）?？?fàn)I養(yǎng)素含量和淀粉酶活性的降低可分別解釋淀粉消化率的提高和總淀粉的減少。由于去殼，可溶性和不溶性膳食纖維、植酸和單寧顯著下降。根據(jù)Egounlety等[15]的研究，浸泡、脫殼和烹飪的綜合效果在很大程度上影響了低聚糖的水平。大約50%的棉子糖和超過(guò)55%～60%的蔗糖和水蘇糖都損失了，表明這些處理在豆類(lèi)加工中的重要性。

李倩楠等[16]報(bào)道了綠豆處理對(duì)淀粉消化率的影響，未經(jīng)處理的綠豆其水解和血糖指數(shù)分別為17.0%和49.1%，浸泡處理后為19.1%和50.2%，發(fā)芽后為26.8%和54.4%。Sinha等[17]研究了浸泡和脫殼對(duì)牛豌豆的影響，發(fā)現(xiàn)浸泡和去除干豆中植酸含量下降了16.3%和30.1%。對(duì)照樣品每100 g谷粒含有836 mg植酸，在谷物發(fā)芽72 h后觀察到植酸減少了47.8%。此外，在每100 g谷物中未處理樣品、浸泡樣品、去殼樣品和發(fā)芽樣中多酚的含量分別為517 mg、476 mg、254 mg和349 mg。脫殼后多酚的損失率最大，表明全谷物具有更高的抗氧化成分含量。

3 初級(jí)加工對(duì)蛋白質(zhì)及其消化吸收率的影響

谷物和豆類(lèi)價(jià)格低廉，是蛋白質(zhì)的主要來(lái)源之一。蛋白質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值取決于蛋白質(zhì)含量、氨基酸組成情況以及蛋白質(zhì)的生物可利用率。其中生物可利用率是指蛋白質(zhì)被消化、吸收利用的程度。谷物外層含有豐富的植酸鹽和多酚，可以結(jié)合作為輔助因子所必需的礦物質(zhì)從而干擾幾種必需代謝過(guò)程，尤其是蛋白質(zhì)的利用[18]。具有較高分子量結(jié)構(gòu)的酚類(lèi)化合物通常被稱(chēng)為單寧，這是指其與蛋白質(zhì)相互作用且不能被人體吸收的能力。單寧被定義為沉淀蛋白質(zhì)的水溶性酚類(lèi)聚合物[19]。

脫殼后不同品種的水稻經(jīng)歷不同程度的碾磨。與較小程度碾磨的大米相比，高度碾磨后大米的水分、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和灰分含量較低[20]。這可能是由于去除了具有高灰分、脂質(zhì)的固有層、糊粉層和亞石榴樹(shù)層。Kamaraddi等人[21]研究了水稻品種差異對(duì)膨化大米營(yíng)養(yǎng)特性的影響，發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)消化率的范圍是69.7%～76.2%。拋光度較高的大米具有更好的烹飪質(zhì)量，這是由于加工過(guò)程去除了膳食纖維，降低了蛋白質(zhì)的含量，從而導(dǎo)致大米質(zhì)地發(fā)生變化。而精制大米中的碳水化合物和蛋白質(zhì)的消化率均高于半精制大米。據(jù)Pedersen等[22]報(bào)道，雖然氨基酸組成和蛋白質(zhì)的利用沒(méi)有受到影響，但是高度精制的大米蛋白質(zhì)含量降低。在大米片中，剝落程度影響蛋白質(zhì)消化率，厚的大米片蛋白質(zhì)消化率百分比最低（39.2%），其次是中等大米片（43.2%）、薄大米片（55.2%）和非常薄大米片（66.2%）。

有報(bào)道表明去殼和油炸谷物后，3種綠豆品種的平均體外蛋白質(zhì)消化率從68.22%提高到74.72%[5]。分析4種不同品種脫殼豇豆的體外蛋白質(zhì)消化率，發(fā)現(xiàn)脫粒谷物的單寧含量顯著降低，但并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)4種脫殼豇豆（75.5%～78.0%）或去殼豇豆（77.4%～78.4%）存在顯著差異。胚乳是一種豐富的蛋白質(zhì)來(lái)源，因此去除殼體部分可以增加蛋白質(zhì)含量，并減少單寧和植酸鹽結(jié)合蛋白質(zhì)消化所需的蛋白質(zhì)和酶，導(dǎo)致更高的蛋白質(zhì)消化率。陳安瑋等[23]也報(bào)道了未去殼的綠豆中蛋白質(zhì)含量比去殼樣品高4.3%。

4 初級(jí)加工對(duì)礦物質(zhì)及其生物利用度的影響

碾磨是影響谷物及其所制備食品中無(wú)機(jī)元素濃度的關(guān)鍵過(guò)程。與胚乳淀粉相比，籽粒的外部部分，尤其是糊粉層和胚芽，富含礦物質(zhì)，傳統(tǒng)的研磨減少了其在面粉中的含量并將其濃縮在研磨殘?jiān)?。甚至在外胚乳和?nèi)胚乳之間也存在礦物質(zhì)含量的差異[24]。碾磨的顆粒形狀和質(zhì)地以及技術(shù)條件，對(duì)礦物質(zhì)的損失量起著重要作用。然而，當(dāng)所有這些變量都是固定時(shí)，各種研磨餾分中礦物的分布最終取決于元素在核內(nèi)的不均勻分布。雖然研磨減少了礦物質(zhì)含量，但由于抗?fàn)I養(yǎng)素含量降低，其可用性得到改善[11]。

植酸是谷物和豆類(lèi)中磷的主要儲(chǔ)存形式，可以螯合礦物質(zhì)，防止腸道吸收。浸泡、發(fā)酵、發(fā)芽、用植酸酶處理谷物等預(yù)處理可以降低谷物中的植酸含量[25]。多酚有可能結(jié)合帶正電的蛋白質(zhì)、氨基酸以及食品中的多價(jià)陽(yáng)離子如鐵、鋅和鈣等礦物質(zhì)，從而降低了必需礦物質(zhì)的生物利用度，通過(guò)降低多酚含量可以改善這些營(yíng)養(yǎng)素的吸收。

Luo等人[26]研究了浸泡和發(fā)芽?jī)煞N初級(jí)處理下，綠色和白色蠶豆中鐵和鋅的有效性，發(fā)現(xiàn)與對(duì)照組（32.2%）相比，浸泡和發(fā)芽時(shí)綠豆中鐵的有效性增加，分別為50.5%和51.2%；而在白豆中，浸泡和發(fā)芽谷物的相應(yīng)值分別為58.8%和58.9%，而對(duì)照組為28.6%。在鋅的供應(yīng)中，觀察到綠豆增加百分比為38.4%和49.3%，白豆增加44.2%和58.7%，而對(duì)照值分別為31.6%和33.4%。

研磨全綠豆以獲得富含蛋白質(zhì)部分、富含纖維部分以及富含蛋白質(zhì)和纖維部分的直磨面粉，將其用于面包配方。直磨面粉的蛋白質(zhì)含量為25.7%，富含蛋白質(zhì)的部分蛋白質(zhì)含量增加至29.8%。類(lèi)似地，直磨面粉的纖維含量為8.2%，而在富含纖維的部分中增加至68.5%。因此，差異研磨既可根據(jù)需要分離顆粒的特定成分，又可用于產(chǎn)品配方。

解舒樂(lè)等人[27]研究了5種水稻基因型的未拋光、拋光和麩皮部分的鐵生物利用度。發(fā)現(xiàn)在所有5種基因型中，拋光的樣品與未拋光的和麩皮部分的樣品相比具有最高的鐵可用性。鐵的有效性與糙米和麩皮部分中的總可萃取酚含量顯著相關(guān)，而與拋光谷物中的含量無(wú)顯著相關(guān)。在高度精制的米中，糙米的鋅含量減少一半，礦物質(zhì)含量達(dá)到相應(yīng)水平的23%。

5 初級(jí)加工對(duì)植物化學(xué)物質(zhì)的影響

植物化學(xué)物質(zhì)是有助于植物性食物的抗氧化活性和健康益處的成分。有些是常見(jiàn)的植物性食物，有些是谷物產(chǎn)品專(zhuān)有的[28]。全谷物特別富含植物化學(xué)物質(zhì)，其中一些與膳食纖維一起存在。在消化過(guò)程中，由于酶的作用，它們從纖維復(fù)合物中釋放出來(lái)。消化酶處理的富含纖維的谷物和谷物面粉部分表現(xiàn)出比未經(jīng)處理的對(duì)應(yīng)物更高的抗氧化成分和活性，表明谷物和小米可能含有纖維結(jié)合的酚類(lèi)物質(zhì)，它們?cè)谙^(guò)程中釋放出來(lái)[23]。碾磨和精煉可以提高抗氧化劑化合物的可用性及活性，因?yàn)槟肽タ梢云茐募?xì)胞壁和谷物基質(zhì)，并改善消化酶對(duì)與食物基質(zhì)結(jié)合的成分的可及性。

其中谷氨酸含量高的植酸一直被認(rèn)為是一種抗?fàn)I養(yǎng)素。然而，最近的研究表明其對(duì)健康有益，可有效預(yù)防冠狀動(dòng)脈疾病以及結(jié)腸癌、肝癌、肺癌和皮膚癌等，已被證明可以防止超氧化物的產(chǎn)生并增強(qiáng)免疫能力。多酚已被公認(rèn)為人們飲食中最豐富的抗氧化劑來(lái)源。植物性食品中存在的多酚數(shù)量和質(zhì)量可能因植物遺傳、土壤成分、生長(zhǎng)條件、成熟狀態(tài)以及收獲后條件等因素而有很大差異。食品中多酚和單寧的含量和數(shù)量受加工的影響，因?yàn)槠渚哂懈叻磻?yīng)性，可能影響其抗氧化活性和食品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[29]。多酚不均勻地分布在植物組織中，在加工過(guò)程中會(huì)因食物分餾而導(dǎo)致一些酚類(lèi)化合物的損失或富集。小麥籽粒中的多酚主要包含在外層中，如糊粉層細(xì)胞、種皮，并在面粉精制過(guò)程中損失。

6 展望

對(duì)谷物和豆類(lèi)進(jìn)行不同的初級(jí)加工，為其進(jìn)一步的產(chǎn)品生產(chǎn)和烹飪提供了方便。一些初級(jí)加工產(chǎn)品同時(shí)也是即食形式，例如膨化大米產(chǎn)品。通常，加工會(huì)改變谷物營(yíng)養(yǎng)質(zhì)量，全谷物可以保留所有營(yíng)養(yǎng)素和植物營(yíng)養(yǎng)素，谷物任一部分的丟棄都會(huì)減少營(yíng)養(yǎng)成分。所有谷物中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和植物營(yíng)養(yǎng)素都分布不均，谷物外部往往含有更多營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和纖維含量。碾磨對(duì)谷物營(yíng)養(yǎng)質(zhì)量有雙重影響：一方面，碾磨使谷物的細(xì)胞壁破裂從而改善營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)中結(jié)合的營(yíng)養(yǎng)素的生物可及性；另一方面，在碾磨期間麩、殼的分離減少了營(yíng)養(yǎng)成分，但提高了消化率或生物可及性。通過(guò)篩分面粉、分離麩皮部分等機(jī)械方法也可以降低篩分面粉的營(yíng)養(yǎng)含量。谷物的浸泡和發(fā)芽等過(guò)程會(huì)降低抗?fàn)I養(yǎng)素含量，并增加營(yíng)養(yǎng)素特別是礦物質(zhì)的生物可及性。谷物的營(yíng)養(yǎng)質(zhì)量受到預(yù)處理過(guò)程的影響，這些處理和過(guò)程會(huì)影響到全谷物中所有對(duì)健康有益成分的保留程度，因此不鼓勵(lì)消費(fèi)高度精制的產(chǎn)品。