麥麩營養(yǎng)成分的提取與應(yīng)用研究進(jìn)展

李 靜

（河南工業(yè)貿(mào)易職業(yè)學(xué)院，鄭州 451191）

小麥?zhǔn)侨祟愔匾募Z食作物之一，全球約有三分之一以上的人口以小麥為主糧[1]。中國是小麥的生產(chǎn)和消費(fèi)大國，據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局公布的數(shù)據(jù)顯示，我國小麥近五年平均年產(chǎn)量達(dá)13409.6 萬t，2021 年占全國全年糧食總產(chǎn)量的20.06%，播種面積高達(dá)23568.4 千公頃[2]。

麥麩是小麥在制粉過程中，經(jīng)過研磨和篩理，除去胚乳、胚芽后剩下的成分，主要由果皮、種皮和糊粉層組成，是小麥加工的主要副產(chǎn)品，約占小麥籽粒的15%，資源豐富且價(jià)格低廉，年產(chǎn)量約2010 萬t[3]。麥麩具有較高的營養(yǎng)價(jià)值，除含有豐富的膳食纖維、蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)、維生素等營養(yǎng)成分外，還含有阿魏酸、阿拉伯木聚糖、植酸等大量植物活性物質(zhì)，與降低肥胖、心血管疾病、2- 型糖尿病以及結(jié)腸癌的發(fā)生等生理功能存在密切關(guān)系[4-5]，是功能性食品的優(yōu)良原料。然而，我國麥麩85%以上僅用于釀造和飼料工業(yè)，其潛在價(jià)值未得到充分開發(fā)與利用，推進(jìn)其營養(yǎng)成分和功能性成分的提取及應(yīng)用，對(duì)于提高副產(chǎn)品麥麩的深加工和高值化利用具有重大意義。本文綜述麥麩營養(yǎng)成分的功能特性、提取方法和應(yīng)用進(jìn)展情況等，旨在為小麥副產(chǎn)品的深加工和高值化利用提供參考，延伸小麥產(chǎn)業(yè)鏈，推進(jìn)國家優(yōu)質(zhì)糧食工程。

1 麥麩蛋白的提取及應(yīng)用

蛋白質(zhì)在麥麩中含量豐富，占麥麩質(zhì)量的12%～18%。麥麩蛋白含有人體所必需的8 種氨基酸及嬰兒所必需的10 種氨基酸，是一種優(yōu)秀蛋白質(zhì)資源。

孫媛[6]等使用Osborne 法分離提取麥麩所含的四種主要蛋白，得出其相對(duì)含量為清蛋白48.06%、球蛋白25.12%、醇溶蛋白18.70%、谷蛋白8.12%。其中球蛋白具有較大的持水性和持油性；醇溶蛋白具有較好的乳化力、起泡性和泡沫穩(wěn)定性；球蛋白適宜添加在肉制品中，增加肉制品的嫩度；此外，麥麩蛋白有較高的抗氧化活性成分，有抗衰老和提升免疫力等生物功效。

陳曉磊[7]等采用超聲提取法提取麥麩蛋白，并利用風(fēng)味蛋白酶和堿性蛋白酶混合酶法進(jìn)行酶解反應(yīng)制備麥麩多肽，通過對(duì)麥麩多肽抗氧化性能測定，發(fā)現(xiàn)其具有一定的自由基清除能力，對(duì)ABTS 自由基清除能力與維生素C 相當(dāng)，且對(duì)亞油酸的自氧化有顯著的抑制作用。通過進(jìn)一步考察其保濕性能，證實(shí)麥麩多肽具有一定的吸濕保濕能力，尤其在高濕環(huán)境中展現(xiàn)出超強(qiáng)的吸濕和保濕能力，在化妝品保濕方面有較大的應(yīng)用前景。

麥麩蛋白的提取并在食品、飼料中的添加利用，以及酶解生產(chǎn)功能性多肽是實(shí)現(xiàn)麥麩資源高值化利用的有效方式。目前麥麩蛋白的提取方法主要有堿法、酶法、乙醇法和鹽法。其中堿液法提取效率高且相對(duì)簡單，但易有殘留；酶法較為安全、溫和但成本較高。蔡沙[8]等使用超聲波輔助堿法可有效提高麥麩蛋白的提取效果，當(dāng)料液比1∶20（g/mL）、超聲功率300 W、溫度為55 ℃、pH 12.0 時(shí)，麥麩蛋白的提取率可高達(dá)91.4%。

2 麥麩膳食纖維的提取及應(yīng)用

膳食纖維是麥麩的主要功能性成分之一，占麥麩質(zhì)量35%～50%，按照其水溶性可分為不溶性膳食纖維和可溶性膳食纖維兩類，兩者之間的比例約為9∶1[9]。膳食纖維對(duì)于維持腸道健康菌落環(huán)境、防止便秘、降低直腸癌風(fēng)險(xiǎn)，降低機(jī)體對(duì)膽固醇等的吸收、維持血糖水平，降低肥胖、糖尿病、高血脂、高血壓、冠心病等疾病的風(fēng)險(xiǎn)均具有重要的生理功能[10-11]，被稱為“第七大營養(yǎng)素”。我國居民膳食纖維的推薦攝入量是25 g/d，但由于消費(fèi)者對(duì)于精米精面的喜好和不均衡的膳食結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致我國成人膳食纖維的平均攝入量僅為13.3 g/d[12]，所以近年來我國的“富貴病”比例在攀升。培養(yǎng)居民健康飲食觀念，增加粗糧雜糧飲食是實(shí)現(xiàn)“健康中國”的關(guān)鍵。麥麩雖含有大量的膳食纖維，但由于其口感粗糙、味道苦澀、蒸煮困難等缺點(diǎn)，導(dǎo)致其直接添加至食品中具有很大的局限性，而提取麥麩膳食纖維并開發(fā)膳食纖維功能性食品則是解決此問題的重要途徑。

提取膳食纖維的主要方法有化學(xué)法、酶法、發(fā)酵法、物理法和多方法協(xié)同等。

化學(xué)法主要使用酸、堿水解和水提等，成本較低且提取率較高，但化學(xué)暫留、環(huán)境污染和產(chǎn)品品質(zhì)下降是其主要缺陷。李鵬沖[13]等用堿液作為提取溶劑進(jìn)行膳食纖維提取研究，發(fā)現(xiàn)影響提取率因素的順序?yàn)閜H、溫度、料液比、時(shí)間，最佳工藝為：pH 為9、浸提溫度85 ℃、料液比1∶20（g/mL）、堿解時(shí)間120 min。

酶法是指使用單一酶制劑或復(fù)合酶制劑分解物料中的淀粉、蛋白質(zhì)等非膳食纖維成分，制取高純度膳食纖維產(chǎn)品的方法。曹新志[14]等采用α- 淀粉酶、蛋白酶雙酶法制備膳食纖維，最佳提取條件為：α- 淀粉酶用量0.4%，酶解時(shí)間50 min，蛋白酶用量0.2%，酶解時(shí)間50 min，麥麩膳食纖維得率高達(dá)81.28%。酶法安全無毒且不需專用設(shè)備，污染小、收率高，制品質(zhì)量好，是制取膳食纖維的較為理想的方式，但耗時(shí)長、成本較高。使用酶法與化學(xué)法相結(jié)合是提高效率、降低成本的關(guān)鍵。

發(fā)酵法是指使用以真菌為主的微生物發(fā)酵所產(chǎn)生的酸性環(huán)境及本身合成的酶處理非纖維成分的方法，分為液體發(fā)酵法和固體發(fā)酵法。發(fā)酵法是提取膳食纖維的有效方法之一，其利于操作、得率高、質(zhì)量好，可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，但因微生物繁殖和代謝需要一定時(shí)間，所以周期長、耗時(shí)久，選擇合適的菌種是縮短生產(chǎn)周期的關(guān)鍵，工業(yè)菌種黑曲霉、真菌靈芝、綠色木霉、米曲霉、米根霉[15-16]等可分泌豐富的酶系，是優(yōu)良的細(xì)胞工廠。

物理法主要有粗分離法、膜分離法和篩分法，這些方法膳食纖維提取得率較低，超微粉碎、超聲波處理、擠壓膨化、過濾等機(jī)械處理方式通常用于輔助其他方法進(jìn)行，能夠有效地提高提取率和品質(zhì)。陳婷婷[17]等采用超聲預(yù)處理- 檸檬酸輔助并使用亞臨界水提法提取麥麩中的水溶性膳食纖維，當(dāng)超聲預(yù)處理功率為195 W，檸檬酸和麥麩液固比39∶1（mL/g），亞臨界水提取溫度179 ℃、時(shí)間30 min時(shí)，得率為（41.00±0.29）%。

麥麩膳食纖維具有較強(qiáng)的持水性、膨脹性和持油性，可作為食品的增稠劑、穩(wěn)定劑、脂肪替代物使用，可添加至饅頭、面條、面包、餅干等面制食品中，提高產(chǎn)品營養(yǎng)價(jià)值。同時(shí)麥麩膳食纖維還會(huì)影響面團(tuán)中淀粉特性，改善面制品的質(zhì)構(gòu)特性和感官品質(zhì)，適量的添加可幫助維持面團(tuán)中面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，增加其抗延伸性，具有限制淀粉糊化、延緩老化的作用。麥麩膳食纖維也可添至肉制品當(dāng)中，開發(fā)多纖維低脂肪的健康肉制產(chǎn)品?？沙洚?dāng)膠凝劑、保水劑和填充劑，形成均勻致密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，幫助增加肉制品的持水、持油能力和嫩度。

劉英麗[18]等研究表明麥麩膳食纖維可顯著改善肌原纖維蛋白的功能特性、改良肉制品風(fēng)味，隨麥麩膳食纖維添加量增加，豬肉肌原纖維蛋白的乳化性略升高，添加量5%時(shí)，其乳化性增加7.4%，乳化穩(wěn)定性降低，保水性、彈性模量、凝膠硬度增大。隨著麥麩膳食纖維粒徑減小，肌原纖維蛋白的保水性和凝膠硬度提高、蛋白彈性模量降低，微觀結(jié)構(gòu)更加致密。此外，麥麩膳食纖維還可以添加至飲料、果醬、保健品、膨化食品、方便食品等之中，麥麩膳食纖維顆粒大小、添加量和預(yù)處理方式都會(huì)影響到制品的質(zhì)量，例如在面條中過量添加會(huì)造成面條斷條率升高、感官品質(zhì)下降[19]，所以其添加量應(yīng)根據(jù)食物類型和烹飪方法進(jìn)行調(diào)整。

3 麥麩阿拉伯木聚糖的提取及應(yīng)用

阿拉伯木聚糖又稱戊聚糖，是一種非淀粉性多糖，在麥麩中含量較高，約占20%～26%，由β-1，4糖苷鍵鏈接的D- 吡喃木糖殘基構(gòu)成主鏈，以α-L- 呋喃阿拉伯糖在主鏈木糖殘基的C-3、C-2 位上單取代或雙取代，阿魏酸團(tuán)則靠酯鍵與C-5 位阿拉伯糖殘基相連[20]，根據(jù)其水溶性可分為水溶性阿拉伯木聚糖和水不溶性阿拉伯木聚糖，其比例約為1∶3。阿拉伯木聚糖具有益生元[21]，降血糖、降血脂、治療肥胖作用[22]，以及具有提高免疫、抗氧化、抗腫瘤[23]等多種生理活性成分。阿拉伯木聚糖具有較大的分子量、分支結(jié)構(gòu)多，具有持水力強(qiáng)，溶液粘度高，具有一定的氧化膠凝性[24]。

目前，對(duì)于阿拉伯木聚糖主要研究集中在生理活性、加工特性、以及提取方面，在食品中使用較少，主要用在面制品、飲料中。馬瑞杰[25]等研究表明，適量添加阿拉伯木聚糖能夠降改善饅頭的質(zhì)構(gòu)特性，降低其低黏性、硬度和白度，添加量0.2%時(shí)，饅頭結(jié)構(gòu)、比容、彈韌性和感官評(píng)價(jià)達(dá)到最優(yōu)值，過量添加時(shí)饅頭質(zhì)量下降。張久亞[26]等研制戊聚糖（阿拉伯木聚糖）泡騰奶片固體飲料，最佳配方為：戊聚糖、奶粉各24.39%，碳酸氫鈉、檸檬酸各24.39%，及少量的潤滑劑和甜味劑。

阿拉伯木聚糖的提取方法有水熱提取法、堿提取法、酶解提取法和機(jī)械輔助提取法。

水熱提法僅能提取水溶性阿拉伯木聚糖，提取得率較低；堿提法通過將麥麩浸泡在堿性溶液中，破壞細(xì)胞壁組分連接的次級(jí)鍵。魯振杰[27]等研究表明：不同的條件所提取得到阿拉伯木聚糖的性質(zhì)差異較大，其分子質(zhì)量隨提取溫度的升高而減小；溶液黏度隨NaOH 濃度增加增大，隨提取溫度及時(shí)間的增加而減??；在NaOH 濃度0.5 mol/L、提取溫度85 ℃和提取時(shí)間120 min 時(shí)，所得阿拉伯木聚糖的純度高達(dá)88.72%，提取得率32.8%。

堿提法使用范圍較廣，但存在耗堿量大、時(shí)耗長、廢水處理困難等缺點(diǎn)。

酶法提取也是常用的提取方法，采用單一酶或復(fù)合酶水解，較為溫和、對(duì)其結(jié)構(gòu)破壞較小，功能性得以較好保留，但酶制劑的成本較高。適宜酶制劑的選擇也關(guān)乎提取質(zhì)量，超聲波、蒸汽爆破、超高壓、酸處理等輔助提取方式也逐漸被用于提取工藝中。付元芳[28]等研究得出提最佳工藝為：木聚糖酶量39.99 mg，超聲功率150 W、超聲時(shí)間90.20 min、超聲溫度56.13 ℃，提取得率4.83%，堿提殘?jiān)寐蕿?1.21%；纖維素酶提取得率為2.33%，后堿提殘?jiān)寐蕿?5.98%；酶提所得殘?jiān)偈褂脡A處理可有效提高得率，四種方法提取的阿拉伯木聚糖均具有一定的抗氧化性。

4 麥麩阿魏酸的提取及應(yīng)用

麥麩中含有天然多酚類物質(zhì)，其中以阿魏酸含量最高，約為0.02%～1.5%。阿魏酸是幾年來國際公認(rèn)的防癌物質(zhì)，具有較強(qiáng)的抗氧化能力，可以清除體內(nèi)活性氧自由基，同時(shí)具有調(diào)節(jié)機(jī)體生理機(jī)能的作用，抑制機(jī)體產(chǎn)生自由基的酶，消除自由基酶的活性；此外，阿魏酸還具有抗菌消炎、降低血脂、降低血壓、預(yù)防血栓、防治冠心病、抑制肝損傷、改善腎功能、治療糖尿病、保護(hù)神經(jīng)、治療阿爾茲海默癥、提高免疫力等功效[29-32]。阿魏酸易被人體吸收，又可從尿液代謝排出，使用較為安全，鑒于其獨(dú)特的功效，被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥領(lǐng)域。在功能性飼料中能夠起到部分或者完全替代抗生素的作用，解決抗生素殘留、耐藥性、機(jī)體微生態(tài)紊亂等問題[33]。阿魏酸具有能夠改善皮膚品質(zhì)、減少色斑、美白和延緩皮膚衰老等特性，在化妝品行業(yè)同樣應(yīng)用廣泛。由于阿魏酸具有促進(jìn)機(jī)體的機(jī)能、抗氧化的特點(diǎn)，其可被應(yīng)用于功能性食品的開發(fā)與應(yīng)用，也可作交聯(lián)劑用于食品膠和可食性包裝膜的制備[34]。

麥麩阿魏酸的制備方法主要有堿水解法和酶解法。堿水解后再酸化制備阿魏酸的方法因成本低且產(chǎn)量較高，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)，但其廢液、廢渣易造成環(huán)境污染，所以工藝技術(shù)有待進(jìn)一步優(yōu)化。酸解法條件溫和、不需要復(fù)雜設(shè)備且工藝簡單，但穩(wěn)定性較差，且微生物在生產(chǎn)阿魏酸的同時(shí)易產(chǎn)生水解阿魏酸的酶，導(dǎo)致其提取率不高，也有待研究輔助優(yōu)化方法。趙文紅[35]采用均勻設(shè)計(jì)法優(yōu)化麥麩阿魏酸酶法提取工藝，最佳工藝為：底物濃度25 g/L、酶添加量4 g/L、酶解時(shí)間5 h、pH 7.5、溫度55 ℃，阿魏酸提取量可達(dá)3.64×10-5mol/g。

楊徐寧[36]等采用超聲輔助堿醇法提取阿魏酸，最佳提取工藝為：超聲功率240 W、料液比1∶12（g/mL）、堿液4.56%、堿醇比2.3∶1、超聲時(shí)間30 min、溫度為57 ℃，此時(shí)提取率達(dá)85.68%。

5 麥麩其他成分的提取及應(yīng)用

麥麩中還含有其他營養(yǎng)成分，如淀粉、植酸等。麥麩植酸含量約5%～8%，主要以植酸鈣鎂鹽的形式存在，是種子中磷的主要儲(chǔ)存物，能夠影響礦物質(zhì)的代謝、抑制消化酶、阻礙蛋白質(zhì)的吸收，是一種抗?fàn)I養(yǎng)因子。由于全谷物食品中含有較多的鹽，長期食用會(huì)造成鈣鐵鋅的缺乏，所以常被脫除處理。采用酸浸法提取的植酸可應(yīng)用于果蔬保鮮[37]。此外，還可從麥麩中提取β- 淀粉酶，用以代替麥芽作生產(chǎn)啤酒、飲料的糖化劑，充分利用可節(jié)約糧食、實(shí)現(xiàn)糧食副產(chǎn)品的有效增值[38]。