青稞的營養(yǎng)功能及其高值化利用研究進展

夏 虎，晏熙玥，盧利聃，曹亞楠，彭鐮心，鄒 亮，任遠航，趙 鋼

（農業(yè)農村部雜糧加工重點實驗室，四川省雜糧產業(yè)化工程技術研究中心，成都大學食品與生物工程學院，四川成都 610106）

青稞（L.var.Hookf），禾本科小麥族大麥屬一年生草本植物，又稱裸大麥，與大麥、小米、高粱、糜子等同屬于谷類雜糧。青稞主要種植于西藏、青海，以及四川、云南等地的高海拔地區(qū)，最高種植海拔可達4500 米。青稞栽培品種繁多，常依據(jù)其籽粒外形分為二棱、四棱和六棱，我國以四棱或六棱為主，相較于六棱青稞，二棱青稞的直鏈淀粉比例更低。籽粒中直鏈淀粉含量很低或為零的青稞也稱為糯青稞，其-葡聚糖含量相對較高，具有易糊化、粘度高、回生慢等潛在的加工優(yōu)勢。此外，根據(jù)成熟時青稞是否具有特殊顏色，又可將青稞分為普通青稞和有色青稞（黑色、藍色、紫色等），有色青稞含有更多的花色素和酚類物質，具有更強的抗氧化活性。青稞高蛋白、高膳食纖維、低脂肪的營養(yǎng)組成十分符合現(xiàn)代人的飲食結構需求，同時青稞中較高含量的-葡聚糖也賦予了青稞降血糖、降血脂等多種生理功能，因此青稞具有極高的科研價值和良好的產業(yè)化開發(fā)前景。本文從特色營養(yǎng)功能成分、生物活性、加工利用技術和高附加值產品開發(fā)現(xiàn)狀四個方面綜述了青稞的特殊價值及高值化利用情況，以期促進青稞的深入研究和應用，為青稞產業(yè)持續(xù)發(fā)展提供進一步支持。

1 青稞的營養(yǎng)功能成分

現(xiàn)代營養(yǎng)學與醫(yī)學研究證實，相較于常見谷類，青稞具有較高的蛋白質、膳食纖維和維生素含量，以及較低的糖類和脂肪含量（表1）。此外，青稞-葡聚糖在降血糖、降血脂、預防或輔助改善Ⅱ型糖尿病、預防結腸癌等方面具有不俗的效果。青稞的主要營養(yǎng)成分及功能活性物質見圖1。

圖1 青稞主要營養(yǎng)成分及功能活性物質Fig.1 Main nutritional components and functional active substances of hulless barley

表1 常見谷類營養(yǎng)成分表[10-17]Table 1 Nutritional composition of common cereals[10-17]

1.1 淀粉

淀粉是青稞籽粒的主要成分，其含量為49%～75%，平均含量65%左右。青稞中直鏈淀粉和支鏈淀粉的比例在20:80～34:66 之間。與其它作物淀粉相比，青稞淀粉表現(xiàn)出較高的糊化溫度，較好的非牛頓性質、回生能力、糊化能以及剪切稀化特性。青稞淀粉中快消化淀粉（RDS）、慢消化淀粉（SDS）、抗性淀粉（RS）占比分別為96.19%、1.54%和2.27%。青稞中的RS 在人體消化道內基本不被消化，主要是通過結腸內的微生物發(fā)酵，產生短鏈脂肪酸來發(fā)揮其生理功能，因此，可避免餐后的血糖升高和胰島素反應。研究表明，抗性淀粉能夠通過促進脂肪氧化，防止脂肪堆積以及減少能量攝入來控制體重；能夠調控、重塑人體腸道菌群；能夠影響血液和肝臟的相關指標以及機體的脂肪沉積從而影響脂質代謝，但其具體作用機制尚未完全揭示。

1.2 蛋白質

蛋白質是青稞籽粒中含量僅次于淀粉的重要組成部分，其含量為6.10%～23.4%，平均含量11%左右。清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白是谷物中蛋白質的主要組分，在青稞蛋白質中，四種蛋白質組分較為齊全，平均含量分別為清蛋白20.48%、球蛋白10.99%、醇溶蛋白21.04%、谷蛋白31.91%，不同品種間差異顯著，總體來說，谷蛋白含量最高，球蛋白含量最低。

氨基酸組成及含量是蛋白質營養(yǎng)價值的重要評判依據(jù)。侯殿志等發(fā)現(xiàn)青稞中普遍存在8 種必需氨基酸和9 種非必需氨基酸，總氨基酸平均含量為9.18%，平均必需氨基酸含量占總氨基酸含量的32.21%，品種之間無顯著性差異。翟會生等對72 份青稞進行了氨基酸組成和營養(yǎng)價值評價，認為賴氨酸是青稞的第一限制氨基酸，其含量為3.64 mg/g DW。此外，青稞蛋白酶解后釋放的生物活性多肽具有多種生理功能，在抗血小板凝結、抗氧化等方面具有不俗的表現(xiàn)，其中Lunasin 多肽在動物實驗中被證實能夠有效抑制小鼠表皮細胞的增殖。

1.3 脂質

在青稞中，脂肪含量變化范圍為2.44%～4.48%，平均含量2.89%，品種之間差異顯著。青稞麩皮油中中性脂質含量最高（94.55%），其次為糖脂（4.20%）和磷脂（1.25%）。相比于其它谷類作物的脂肪含量，如小米（約4%）、玉米（約5.0%）等，青稞的脂肪含量相對較低。

亞油酸、棕櫚酸、油酸和亞麻酸為青稞中最主要的四種脂肪酸，具有較高的營養(yǎng)價值，其中以亞油酸（75.08%）為主的不飽和脂肪酸含量為77.27%，棕櫚酸（20.58%）為主的飽和脂肪酸含量為22.73%。青稞麩皮油中高含量的亞油酸和棕櫚酸能夠抑制-葡萄糖苷酶的活性，有效控制餐后血糖的升高從而達到降血糖的效果，亞油酸還能夠預防動脈粥樣硬化的發(fā)生。在動物試驗中，青稞麩皮油能顯著降低高脂癥大鼠甘油三酯水平、總膽固醇水平和動脈硬化指數(shù)，且青稞麩皮油劑量為2.5 mL/（kg·d）時干預效果強于劑量為0.028 g/mL 5 mL/（kg·d）的脂必妥。

1.4 β-葡聚糖

青稞中-葡聚糖含量在大麥中居于首位，通常為3.66%～8.62%。青稞-葡聚糖主要存在于籽粒細胞壁中，形式多為（1,3）（1,4）--D-葡聚糖，其獨特的分子結構讓-葡聚糖具有一定的親水性，高粘性和易成凝膠等特性。

研究表明，青稞-葡聚糖在降血糖、降血脂、預防或輔助改善Ⅱ型糖尿病、預防結腸癌等方面有著良好效果。青稞-葡聚糖能夠通過影響膽酸重吸收、調控膽固醇代謝從而加快血清中LDL-C 的清除，達到降低血脂的目的。臨床試驗證明，高-葡聚糖飲食可避免糖尿病患者餐后出現(xiàn)高血糖反應，降低血糖波動，在預防或輔助改善Ⅱ型糖尿病上有著良好的效果。另有研究表明，-葡聚糖能夠通過降低特定的腸道菌群，減少硫化氫的產生，從而降低產生結腸癌的風險。同時，利用改性青稞-葡聚糖包埋的黑枸杞花青素能夠顯著提高試驗小鼠肝糖原的儲備能力，具有明顯的抗疲勞效果。

1.5 多酚

多酚類物質是一類廣泛存在于自然界植物中的活性物質，具有多種生理功能。青稞籽粒中多酚類物質含量高達1200～1500 mg/kg，包括苯甲酸類、肉桂酸類、原花青素類黃烷醇以及氨基酚等。

在不同品種青稞中，多酚含量差異顯著，一般來說青稞顏色越深，多酚含量越高。紫色、黑色青稞結合酚平均含量分別為221.91 和241.62 mg/100 g DW，顯著高于藍色青稞結合酚（207.59 mg/100 g DW）。據(jù)有關報道，在青稞麩皮粉中游離酚共檢測出19 種，以丁香酸、阿魏酸、苯甲酸和藜蘆酸為主；結合酚共檢測出7 種，以阿魏酸、苯甲酸為主。大量研究表明，青稞中多酚的抗氧化活性與其含量呈正相關。據(jù)報道，青稞游離態(tài)提取物具有更強的ABTS·清除能力及FRAP 鐵離子還原能力，結合態(tài)提取物的DPPH·清除能力更強，且不同顏色的青稞多酚提取物的抗氧化活性差異顯著。青稞酚類提取物還具有調節(jié)糖代謝的作用，從青稞中提取的原花青素B1 與對香豆酸協(xié)同作用，通過靶向IR受體、影響SRS-1/P13K/Akt 通路調節(jié)糖代謝，恢復葡萄糖耐受量異常小鼠的葡萄糖耐受量和胰島素抵抗，促進糖原合成。

2 青稞全谷物的生物活性

2.1 抗癌作用

大量研究表明，青稞在細胞及動物水平上表現(xiàn)出潛在的預防或治療腫瘤活性。青稞中的-葡聚糖能夠通過改變腸道菌群，減少硫化氫的產生從而對結直腸癌起到預防效果。青稞多酚具有一定的抗癌功能。研究表明，青稞游離態(tài)、結合態(tài)提取物通過誘導細胞周期阻滯和細胞凋亡對HepG2、MDAMB-231 和Caco-2 細胞都表現(xiàn)出抗增殖活性，一種青稞的游離態(tài)提取物能夠通過p38/MAPK 信號轉導通路誘導Caco-2 細胞G1/S 期阻滯，同時通過外源體死亡受體通路誘導Caco-2 細胞凋亡。另有研究表明，一種青稞水溶性多糖組分（BP-1）對于免疫抑制小鼠骨髓細胞和周圍血液中白細胞數(shù)量的下降有顯著的抑制作用，并且通過TLR4、TRAF6、TAK1和NF-кB 炎癥通路，促進免疫抑制小鼠體內巨噬細胞的增殖和吞噬，同時抑制NF-B 從細胞質到細胞核的轉移，從而誘導人結腸癌細胞凋亡，起到預防結腸癌的效果。

2.2 抗肥胖

目前，全球已有19 億人超重，其中三分之一的人肥胖，預防肥胖、控制體重早已成為現(xiàn)代人的關注熱點。熊茉君等通過觀察227 名高血脂患者服用青稞炒面前后血脂和體重的變化，發(fā)現(xiàn)30 d 后治療組體重平均下降1.13 kg，對照組體重下降0.03 kg，證實青稞能夠有效降低血脂和體重。有研究表明，青稞全粉能抑制經高脂高糖飼喂大鼠體內脂肪的增加，顯著改善大鼠糖脂代謝，能夠有效控制大鼠的體重。相比于普通青稞，有色青稞-葡聚糖具有更高的分子量、粒徑和粘度，更強的脂肪結合能力、膽固醇結合能力、膽酸結合能力和胰脂肪酶抑制活性，在預防肥胖方面更具優(yōu)勢。

2.3 降血糖

青稞全谷物在控制血糖、調節(jié)糖代謝方面具有良好的效果。在對100 例空腹血糖受損患者為期3 個月的膳食干預實驗中，青稞麥片顯著降低了患者血糖水平，對糖脂代謝的改善作用強于燕麥片，研究人員認為青稞麥片優(yōu)秀的降血糖效果應當主要歸功于高含量的-葡聚糖。在以糖尿病小鼠為研究對象的動物實驗中，青稞全粉顯著降低了糖尿病小鼠的空腹血糖以及糖耐量曲線，并且進一步的糞菌移植實驗證明腸道菌群的改善在糖尿病小鼠的糖代謝改善過程中起到了至關重要的作用。

2.4 降血脂

青稞主要通過影響膽固醇代謝對機體脂代謝起到調控作用。膽酸是由膽固醇在肝臟細胞中合成的一種膽汁酸，能夠通過在腸道內調節(jié)脂肪酶的活性影響機體脂代謝，青稞-葡聚糖能夠通過影響膽酸代謝起到降低血脂的效果。青稞全谷物能夠顯著降低高脂飲食大鼠血清中的總膽固醇、甘油三酯和低密度脂蛋白膽固醇水平，明顯減小大鼠肝臟細胞內脂肪滴的體積，其作用機理有以下幾點：通過肝臟AMPK、HMG-CoAr、LDL-R、LXR、PPAR、CYP7A1 的表達影響肝臟膽固醇代謝；上調ECH 的表達促進脂肪酸的-氧化；選擇性富集細菌以增加大鼠腸道發(fā)酵活性和腸道短鏈脂肪酸水平，調節(jié)腸道膽固醇代謝。青稞的營養(yǎng)成分及其功能見表2。

表2 青稞的營養(yǎng)成分及其功能Table 2 Nutritional components and functions of hulless barley

3 青稞營養(yǎng)功能成分的加工利用

3.1 淀粉的加工與利用

青稞淀粉顆粒表面光滑，形態(tài)、大小均勻，大顆粒淀粉為圓餅形，且表面附著有小顆粒淀粉，小顆粒多為圓球形。青稞淀粉粒徑都呈現(xiàn)雙峰分布，不同品種青稞淀粉粒徑分布差異顯著。青稞淀粉溶解度為3.21%～7.29%，膨脹度為5.89～8.74 g/g，糊化初始溫度、峰值溫度和終止溫度與粒徑呈正相關，糊化焓與粒徑呈負相關。不同品種青稞淀粉粒徑分布見表3，其中藏青320 淀粉粒徑最大，為52.29 μm，具有最低的糊化初始溫度、糊化焓和崩潰值，在5 種青稞淀粉中最易糊化。

表3 不同品種青稞淀粉顆粒的粒徑及糊化性質[66]Table 3 Grain size and gelatinization properties of starch granules in different varieties of hulless barley[66]

熱處理是青稞淀粉改性最常見的方式，半熟化能夠使谷物淀粉顆粒部分糊化從而改變谷物的理化性質和營養(yǎng)成分，令其更適宜儲存或者再加工。在121°C，0.1 MPa 的半熟化處理的過程中，青稞淀粉的值隨處理時間的增加而降低，值隨處理時間的增加而升高，淀粉顆粒在糊化后發(fā)生破碎，粒徑更小且更均勻，糊化溫度、糊化焓較未處理樣品顯著降低焓較未處理樣品顯著降低。研究表明，半熟化處理過程中，青稞淀粉分子鏈斷裂形成短的直鏈淀粉從而略微增加了直鏈淀粉含量，由于該過程中淀粉分子鏈重新排列形成更加有序的結構，具有更強的熱穩(wěn)定性和抗酶水解性，抗性淀粉含量得到一定程度的提高，青稞淀粉整體消化率降低。

糊化特性是青稞淀粉非常重要的理化指標，對青稞淀粉的加工和應用起著決定性作用。青稞淀粉的糊化溫度在46.83～79.85 ℃之間，糊化程度最大時，糊化溫度無顯著性差異。有研究表明，青稞淀粉的糊化易于小麥淀粉，難于蕎麥淀粉，具有較強的耐酸堿性，且添加NaCl 可以明顯改善青稞淀粉的糊化特性以及冷穩(wěn)定性。直鏈淀粉含量不僅對淀粉的糊化特性起著決定性的作用，而且對抗性淀粉的生成率呈顯著正相關，與淀粉的回生值和糊化黏度呈正相關，同時也是影響青稞蒸煮食品品質的重要指標。半熟化處理能夠提高青稞淀粉糊化溫度，降低粘度，通過增加直鏈淀粉的含量將快消化淀粉一定程度地轉化為慢消化淀粉和抗性淀粉，同時，這種加工方式對于風味和香氣具有一定程度的改善作用。

3.2 蛋白質的加工與利用

青稞蛋白質的提取主要采用堿溶酸沉法和生物酶法。吳桂玲等發(fā)現(xiàn)堿溶酸沉法影響青稞蛋白質提取率的因素依次為pH、料液比、提取時間、提取溫度，最佳工藝條件為：料液比1:25（g/mL），pH11，提取溫度40 ℃，提取時間20 min，提取率為70.71%。為提高青稞蛋白質的提取率，楊希娟等利用超聲波輔助堿溶酸沉法提取蛋白質，該方法提取率達到93.15%。微波同樣能夠作為堿溶酸沉法的輔助手段，使用該方法提取率可達81.94%，同時對蛋白質的吸水性、吸油性和溶解性均有不同程度的提高，但起泡性有一定程度的降低。生物酶法相對于堿溶酸沉法耗時較長，純度較低，但反應條件溫和，不易產生有害物質，是一種綠色安全的提取方法。李濤利用纖維素酶提取青稞蛋白質的最佳工藝為加酶量10 EGU/g，酶解時間4 h，酶解溫度45 ℃，pH 為6.5，該條件下青稞蛋白質提取率為69.4%。

蛋白質的功能特性主要指蛋白質的溶解性、起泡性、凝膠性和乳化性等在食品加工和應用方面具有重要作用的物理化學性質。和小麥蛋白一樣，青稞蛋白質的溶解度也受pH 和溫度影響。隨著pH 的增加，青稞蛋白的溶解度先降低后升高，在45～55 ℃范圍內，青稞蛋白的最高溶解度為92.77%；當pH 達到等電點時，溶解度、保留能力、乳化性和起泡性最差，但此時青稞蛋白的泡沫穩(wěn)定性最強，同時，青稞蛋白的起泡性和泡沫穩(wěn)定性與分子量成正相關。研究表明，超聲處理能夠減小蛋白質粒徑，從而顯著提高溶解度和膠體穩(wěn)定性，這種提升在堿性條件下尤其顯著，并且當pH 從堿性向中性轉變時，青稞蛋白膠體穩(wěn)定性顯著提高，原因可能是在堿性環(huán)境中，青稞的部分蛋白質展開，隨著pH 變化，展開的蛋白質部分重新折疊，形成了更加穩(wěn)定的特殊狀態(tài)。此外，鹽的添加會使青稞蛋白的乳化性和起泡性變差，而添加蔗糖能夠顯著增強青稞蛋白的泡沫穩(wěn)定性、乳化性和乳化穩(wěn)定性，但會降低青稞蛋白的起泡性。另外有研究表明，當青稞蛋白質濃度為14%，pH 超過8 時，青稞蛋白開始形成凝膠，凝膠在95 ℃加熱40 min 條件下硬度最大，且氯化鈉、丙二醇或尿素的添加會影響凝膠強度和儲能模量。

3.3 β-葡聚糖的加工與利用

青稞-葡聚糖相對分子量為9×10～12×10Da，易形成凝膠，形成速度隨質量分數(shù)的增加而加快。pH、蔗糖濃度及Ca等的加入，會影響青稞-葡聚糖凝膠的質構特性。在中性條件下，質量分數(shù)較高的青稞-葡聚糖所形成的凝膠具有優(yōu)良的質構特性，添加蔗糖或Ca可以顯著增加或降低青稞-葡聚糖的凝膠強度。低濃度的青稞-葡聚糖水溶液表現(xiàn)出明顯液態(tài)性質，三維網狀結構的交聯(lián)數(shù)較低；高濃度則表現(xiàn)出一定的固體性質，隨著剪切速率的增加，其黏度相應降低，該特點令其具有較強的保濕能力，在膏霜及化妝水體系中均有廣泛應用。青稞-葡聚糖還能降低淀粉消化率，隨青稞-葡聚糖濃度的增加、分子質量的增大，其溶液黏度增加，對-淀粉酶活性的抑制效果越明顯，青稞淀粉消化速率越慢。

-葡聚糖的提取主要采用堿提醇沉法，由于該法耗時長，提取率低，常用微波、超高壓等作為輔助手段以縮短提取時間、提高提取率。羅燕平等采用微波輔助法提取-葡聚糖，最佳工藝條件為：微波功率800 W，處理時間160 s，pH10.5，粉碎粒度60 目，該條件下-葡聚糖的得率為5.92%。王謙等采用超高壓提取方法從青稞中提取-葡聚糖，得出最佳工藝為壓力400 MPa、處理時間4.5 min、固液比1:10（g/mL）、溶液pH10.5，該條件下–葡聚糖得率為3.72%。

3.4 多酚的加工與利用

多酚的抗氧化活性及抗腫瘤活性往往呈現(xiàn)出劑量依賴性，故多酚的加工利用很大程度上取決于提取率。不同干燥方式對青稞多酚提取率影響顯著，在不同干燥方式中，微波干燥的多酚含量最高，但破壞了青稞的細胞結構，減少了其他成分的含量，冷凍干燥效果最佳，但受限于較高的成本難以適用于實際生產，熱泵干燥既能較好地保留青稞的化學成分，又能減少對青稞物料的破壞，具有較高的應用價值。另有研究表明，超微粉碎在一定程度上能夠提高青稞麩皮中多酚含量、體外抗氧化活性及淀粉消化酶抑制率，可作為青稞麩皮食品的一種有效前處理加工手段。此外，在青稞結合酚與結合黃酮的提取中，酸法提取含量高于堿法提取，因此，酸水解法更適合青稞結合態(tài)多酚及結合態(tài)黃酮的提取。

4 青稞高附加值產品開發(fā)現(xiàn)狀

青稞在食品方面的應用具有悠久的歷史。糌粑，即青稞炒面，是藏族的傳統(tǒng)主食，營養(yǎng)豐富，熱量高，能夠充饑御寒，攜帶方便，尤其適合游牧民族。以青稞釀造的青稞酒同樣是藏區(qū)人民的傳統(tǒng)飲品。隨著時代變遷以及食品加工技術的發(fā)展，目前以青稞為主要原料的食品品類繁多，如青稞麥片粥、米卷、面包、魚面、脆片、青稞格瓦斯等。人們對青稞的認知度以及市場喜好度提升，也帶動了青稞加工企業(yè)的蓬勃發(fā)展，以青海省為例，2020 年全省從事青稞加工企業(yè)58 家，青稞加工產品包含7 大類30 多個品種，開發(fā)出-葡聚糖、-氨基丁酸、黃酮等高端保健產品，加工轉化率達到60%。

除日常的大眾食品外，青稞獨特的功能效用也越來越受到保健食品行業(yè)的青睞。據(jù)統(tǒng)計，目前市面上現(xiàn)有以青稞或青稞提取物作為原料的保健食品有十余種，主要功效包含通便、降血脂、調節(jié)體液免疫、增強免疫力以及提高缺氧耐受力等（表4）。

表4 以青稞為主要原料的保健食品Table 4 Health food with hulless barley as the main raw material

5 結語

我國擁有豐富的青稞種植資源，前期研究也證明青稞中豐富的營養(yǎng)成分及多種功能活性物質有著獨特的保健功能，因此青稞具有良好的開發(fā)前景。然而為了青稞產業(yè)的持續(xù)發(fā)展，我們目前仍需關注以下幾點：首先，進一步提高青棵的附加值、經濟效益以及商品率，擴大青稞的接受度，大力開發(fā)青稞營養(yǎng)、保健、藥用和工業(yè)等多種用途，向多品種、系列化、精深加工方向發(fā)展，滿足多樣化市場需求，最大限度地挖掘青稞的增值潛力。其次，雖然諸多現(xiàn)代化的加工技術已經在青稞的高值化利用中發(fā)揮重要作用，但是還需進一步研究這些加工方式對青稞營養(yǎng)功能成分影響的機制，才能充分發(fā)揮青稞的營養(yǎng)功能價值，促進青稞高附加值產品的開發(fā)與生產。