小雜糧食醋營養(yǎng)功能及工藝研究進(jìn)展

杜津昊，季彬，彭軼楠，芮文君，葉澤，王治業(yè)*

1.甘肅省科學(xué)院生物研究所（蘭州 730000）；2.甘肅省微生物資源開發(fā)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（蘭州 730000）；3.甘肅省食品檢驗(yàn)研究院（蘭州 730000）

小雜糧食醋主要是以雜糧為原料，如高粱、蕎麥、小米等淀粉含量豐富的雜糧，經(jīng)過液化、糖化、酒精發(fā)酵、醋酸發(fā)酵等一系列發(fā)酵工藝和酶法相結(jié)合而制成的一種酸性調(diào)味劑[1]。小雜糧經(jīng)微生物發(fā)酵，合成了某些氨基酸，提高了B族維生素的利用率，從而提高了其營養(yǎng)價(jià)值。用小雜糧發(fā)酵出來的食醋含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，除醋酸外，還有琥珀酸、檸檬酸、蘋果酸、乳酸等多種有機(jī)酸[2-3]，氨基酸類、糖類、脂類、無機(jī)鹽類、維生素類以及鋅、鐵、鈣等礦物質(zhì)微量元素[4-5]。雜糧食醋作為一種酸性調(diào)味劑，不但具有獨(dú)特的風(fēng)味，還有抗氧化、殺菌、調(diào)節(jié)血糖、降血壓、降血脂等營養(yǎng)保健功效[6-7]。因此，研究小雜糧食醋的營養(yǎng)價(jià)值，優(yōu)化其生產(chǎn)發(fā)酵工藝具有極大的意義，同時(shí)也為小雜糧食醋的市場(chǎng)發(fā)展?jié)摿μ峁┮欢ǖ臄?shù)據(jù)支持。

1 小雜糧食醋原料的營養(yǎng)價(jià)值

1.1 高粱

高粱（Sorghum bicolorL.）是禾本科一年生草本植物，因其具有抗旱性強(qiáng)、適應(yīng)能力好、產(chǎn)量高等特點(diǎn)，在世界各地均有種植。作為我國主要的旱糧作物之一，因其營養(yǎng)豐富，在國民經(jīng)濟(jì)中占有極其重要的地位。高粱含有人體所需的多種營養(yǎng)成分，主要包括淀粉、蛋白質(zhì)、纖維素、礦物質(zhì)微量元素。此外，還含有多種功能活性成分，如多酚、花青素、植物固醇等，對(duì)人體健康十分有益[8-9]。每100 g高粱中含74.7 g碳水化合物、10.4 g蛋白質(zhì)、3.1 g脂肪、4.3 g膳食纖維，硫胺素、核黃素、鈣、鐵、鋅、鎂、硒分別為0.29，0.1，22，6.3，1.64，129和2.83 mg[10]。因?yàn)楦吡恢忻娼畹鞍缀枯^少，難以加工成面團(tuán)，目前高粱主要被用作發(fā)酵原料。高粱醋色澤黑潤，酸味醇厚、質(zhì)地濃稠，色香味俱佳，而且其多酚含量較高，所以其抗氧化能力也相對(duì)較強(qiáng)，具有一定的降血壓、降血脂、減肥等功效[11]。

1.2 小米

小米，俗稱谷子（PanicumitalicumL.），在我國有著悠久的種植食用歷史。作為我國傳統(tǒng)谷物，小米是一種藥食兩用的優(yōu)質(zhì)雜糧[12]，不但富含人體所必須的多種營養(yǎng)成分，易被人體消化吸收，還具有特殊的營養(yǎng)保健功效。除去60%左右淀粉等碳水化合物之外，小米中蛋白質(zhì)含量在11.42%以上，其17種氨基酸，主要包含谷氨酸、亮氨酸、丙氨酸、脯氨酸、天冬氨酸等8種人體必需氨基酸，占整個(gè)氨基酸總量的41.9%[13]。小米脂肪酸含量約為12 mg/g，其中油酸、亞油酸、α-亞麻酸的占比分別為42%，25%和4%，這些不飽和脂肪酸占總脂肪酸含量的80%，具有降低膽固醇及血脂等功效[14-15]。其次，小米還含有豐富的礦質(zhì)元素，其中鐵元素具有改善人體血紅蛋白能力，硒元素具有改善心臟病、動(dòng)脈硬化的功效。最后，小米中還富含VB1、VB2和煙酸等多種B族維生素[16]。

1.3 糜子（大黃米）

糜子（Panicum miliaceumL.）是禾本科黍?qū)俚囊活惞任锖惋暳献魑?，在我國華北、西北等干旱、半干旱地區(qū)廣泛種植。黃米是由糜子去皮后得到的產(chǎn)物，其中糯性黃米又稱大黃米，粘性大，主要作為黃酒、食醋釀造的主要原料。含有豐富的蛋白質(zhì)、脂類、維生素、礦質(zhì)元素等具有生理功能的活性物質(zhì)[17]，其中灰分含量2.86%，精纖維含量0.25%，粗蛋白含量15.86%，淀粉含量59.65%，油脂含量5.07%，糜子的不飽和脂肪酸主要包括油酸、亞油酸、異亞油酸。有研究表明，大黃米中碳水化合物含量約為80%，略高于大米、小麥等作物，水解后產(chǎn)生大量還原糖。因此，我國北方地區(qū)以大黃米作為黃酒、食醋等發(fā)酵食品的主要原料。另外，大黃米中含有8%左右的多糖、鞣質(zhì)、肌醇六磷酸等物質(zhì)，具有調(diào)節(jié)免疫、抗腫瘤、抗疲勞、抗氧化等生物活性[18]。

1.4 大麥

大麥（Hordeum vulgareL.），年產(chǎn)量約600萬 t[1-20]，僅次于小麥、稻谷、玉米。大麥主要作為糧食、食品工業(yè)的重要原料外，在醫(yī)藥、紡織、核工業(yè)、編織工藝等產(chǎn)業(yè)都有廣泛的應(yīng)用。大麥營養(yǎng)豐富，其中淀粉等碳水化合物含量在65%～68%之間，蛋白質(zhì)含量在10%左右，脂肪等脂類物質(zhì)含量約2.2%[21]，粗纖維含量6.5%。其中，氨基酸成分主要為賴氨酸、蘇氨酸、色氨酸、纈氨酸。所含脂肪主要為亞油酸、油酸、α-亞麻酸等不飽和脂肪酸[22]。大麥中B族維生素含量約為5.2～5.5 mg/g，包括VB1、VB2、尼克酸等，具有降低血脂和膽固醇等作用[23]，其β-葡聚糖和木聚糖的含量也很高，分別為4.0%～8.0%和6.0%～6.6%，具有凝固血膽固醇、減少食欲、控制糖尿病、降低膽固醇等效果，所以大麥醋在輔助食療糖尿病患者研究中有顯著功效[24]。

1.5 蕎麥

蕎麥（Fagopyrum esculentumMoench.）的營養(yǎng)物質(zhì)含量非常豐富，作為我國最主要的糧谷類食品之一，其營養(yǎng)價(jià)值遠(yuǎn)超其他雜糧，甚至超過小麥、玉米等主糧。蕎麥中含有多種人體所必需的營養(yǎng)物質(zhì)，其蛋白質(zhì)含量為10%～15%，高于小麥粉、大米、玉米粉和高粱，且蛋白質(zhì)的氨基酸種類齊全，富含一般谷物所缺乏的賴氨酸，而且精氨酸和組氨酸的含量也明顯高于一般谷物[25]。蕎麥的脂肪含量為2.1%～2.5%，其中不飽和脂肪酸含量非常豐富，普遍高于飽和脂肪酸[26]，淀粉和膳食纖維的含量分別為65%～80%和4.61%～40.95%，還含有VB1，VB2，VC，VP和煙酸等多種維生素，以及含量十分豐富的人體所必須礦物質(zhì)微量元素（鋅、鐵、鈣、硒、銅、鉀等）[27]。以苦蕎為主料生產(chǎn)的蕎麥醋，不但豐富了食醋原有的醇香口感，而且保留了苦蕎豐富的黃酮類化合物，因此蕎麥醋也具有抗氧化、調(diào)節(jié)血糖、降血壓等保健功效[28]。

2 小雜糧食醋的功能研究

小雜糧食醋主要以玉米淀粉、蕎麥、高粱等原料釀造而成，且含有多種生物活性物質(zhì)，例如：多糖（戊聚糖、β-葡聚糖、木聚糖等）、不飽和脂肪酸（油酸、亞油酸、α-亞麻酸、異亞油等）、多酚（水楊酸、阿魏酸、沒食子酸等）、蛋白質(zhì)、微量元素等，因此，小雜糧食醋對(duì)人體健康起著至關(guān)重要的作用，現(xiàn)已成為我國釀造和調(diào)味品行業(yè)重要的組成部分。

2.1 抗菌殺菌、抗病毒

食醋主要成分為醋酸，具有一定的消炎殺菌作用。此外，小雜糧食醋含有乳酸、琥珀酸等其他有機(jī)酸，也具有抑制有害微生物的生長的作用。食醋中乙酸、琥珀酸等有機(jī)酸可以使微生物的細(xì)胞膜蛋白質(zhì)變性，使其生理功能受到抑制。食醋中的酚類物質(zhì)可以穿透微生物細(xì)胞膜，使菌體蛋白凝聚沉淀。Sengun等[29]研究發(fā)現(xiàn)，食醋與檸檬汁的混合物可有效減少鼠傷寒沙門氏菌。Etsuzo等[30]研究發(fā)現(xiàn)，食醋對(duì)大腸桿菌O157∶H7等食源性致病菌具有殺菌作用，且在氯化鈉的配合作用下，其殺菌活性有明顯的協(xié)同作用。魏娟[31]通過對(duì)秸稈醋的測(cè)試表明，秸桿醋對(duì)白色念珠菌、黑曲霉、大腸桿菌、熱帶假絲酵母菌等微生物具有顯著的抑制作用。此外，食醋還可以有效抑制糞腸球菌、李斯特菌、金黃色葡萄球菌等食源性疾病相關(guān)的致病微生物的增殖。

2.2 促進(jìn)新陳代謝，調(diào)節(jié)酸堿平衡

小雜糧食醋具有促進(jìn)人體新陳代謝、調(diào)節(jié)酸堿平衡的作用。食醋中礦質(zhì)元素代謝后呈堿性，具有調(diào)節(jié)人體酸堿平衡的作用。Kishi等[32]研究發(fā)現(xiàn)，食醋可以提高小腸對(duì)鈣、磷元素的吸收，其原因大概是由于腸道微生物產(chǎn)生的含有乙酸的短鏈脂肪酸會(huì)增加小腸、結(jié)腸對(duì)鈣、磷元素的吸收，對(duì)調(diào)節(jié)人體酸堿平衡起到一定作用。此外，較低的pH可以促進(jìn)腸胃對(duì)鈣、磷等元素的吸收[33]。

食醋中富含多種有機(jī)酸，具有加速血液循環(huán)、殺滅有害微生物、增強(qiáng)人體各臟器功能、促進(jìn)消化吸收的功能。另外，小雜糧食醋具有提神、消除疲勞的作用，食醋中的有機(jī)酸參與三羧酸循環(huán)的過程，可以代謝減少體內(nèi)乳酸、酮酸等，并參與合成血紅素、固醇類等物質(zhì)。

2.3 降血糖、降血脂

研究表明，醋酸可以通過抑制腸道上皮細(xì)胞中的二糖酶，并刺激組織中葡萄糖的攝入能力，從而抑制餐后血糖的上升。Johnston等[34]通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在提前攝入食醋的情況下，可以有效抑制餐后血糖的上升，使人體餐后1 h的血糖含量較空白減少了54%，其原因可能是較低的pH降低了雙糖酶的活性，從而抑制了血糖的增長。

除此之外，小雜糧食醋富含多種氨基酸，具有促進(jìn)體內(nèi)脂肪分解、提高人體新陳代謝等能力。Kondo等[35]研究發(fā)現(xiàn)，每天攝入適量的食醋有助于減肥并預(yù)相關(guān)防代謝綜合征。研究表明[36]，在不限制飲食的前提下，食醋能夠降低體重及人體脂肪含量，其原因大概是醋酸降低了體內(nèi)脂肪酸合成酶、乙酰輔酶A羥化酶和蘋果酸酶等基因表達(dá)，從而抑制了體內(nèi)脂肪生成。醋酸能夠加速脂肪酸氧化，每天適量攝入食醋可以降低內(nèi)臟脂肪和皮下脂肪及血清甘油三酯水平，從而起到減肥功效。

2.4 抗氧化、延緩衰老O2

-自由基、DPPH·自由基、OH·自由基、過氧化脂質(zhì)等物質(zhì)具有影響細(xì)胞膜功能、體內(nèi)蛋白活性、損傷DNA等不良作用，從而加速老化、誘發(fā)癌變，甚至引發(fā)糖尿病、老年癡呆及癌癥等疾病。高粱、蕎麥、大黃米等小雜糧中富含多酚、黃酮、糖苷、有機(jī)酸、維生素等活性物質(zhì)，因此小雜糧食醋具有抗氧化、抗衰老等作用。Shimoji等[37]研究發(fā)現(xiàn)，一種麩殼米醋中酚類化合物（阿魏酸、辛酸、二氫阿魏酸、二氫辛酸等）含量遠(yuǎn)高于其他食醋，其清除DPPH·自由基的能力是普通食醋的1.95倍。此外，研究人員還發(fā)現(xiàn)小雜糧麩皮、米糠、稻糠中含有阿魏酸、辛酸，在食醋釀造發(fā)酵的過程中轉(zhuǎn)化為二氫阿魏酸、二氫辛酸，其清除DPPH·自由基、抗氧化的活性均遠(yuǎn)高于阿魏酸、辛酸[37]。研究人員通過鳥禽試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，食醋能減輕鳥類飲用水中醋酸鉛誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激，并通過改善血清氧化系統(tǒng)，提高了鳥類的生產(chǎn)力和胴體品質(zhì)，調(diào)節(jié)了腸道組織形態(tài)特征[38]。

2.5 降低膽固醇、降血壓

蕎麥、高粱等小雜糧中富含維生素，其中維生素C及B族維生素中尼克酸具有促進(jìn)腸道排出膽固醇、加速體內(nèi)脂肪、糖類代謝等作用。大麥中β-葡聚糖和木聚糖較其他谷物較高，具有凝固血膽固醇、減少食欲、降低膽固醇等效果[39]。由于食醋發(fā)酵過程對(duì)維生素、β-葡聚糖和木聚糖的影響很小，小雜糧食醋也具有降低血液及組織中膽固醇和血糖含量的作用。其次，食醋中有機(jī)酸、氨基酸及礦質(zhì)元素能夠增加三羧酸循環(huán)作用，提高人體代謝水平，減少體內(nèi)脂肪積累。

高血脂是導(dǎo)致高血壓、動(dòng)脈硬化等心腦血管疾病的重要原因。大麥、高粱小雜糧中亞油酸、油酸、α-亞麻酸等不飽和脂肪酸含量較高，具有降低血脂、調(diào)節(jié)血糖等生物活性[39]。

3 小雜糧食醋的生產(chǎn)工藝研究

食醋發(fā)酵主要分為三部分[40]，分別為糖化過程、酒精發(fā)酵過程和醋酸發(fā)酵過程，即原料中淀粉經(jīng)曲霉菌、根霉菌等微生物代謝產(chǎn)生的淀粉酶轉(zhuǎn)化為葡萄糖，再經(jīng)酵母菌產(chǎn)生的酒化酶轉(zhuǎn)化為低度乙醇，最后由醋酸菌產(chǎn)生脫氫酶代謝后產(chǎn)生醋酸。其發(fā)酵過程如圖1所示。

圖1 食醋發(fā)酵關(guān)鍵過程圖

傳統(tǒng)小雜糧食醋發(fā)酵一般采用全固態(tài)發(fā)酵釀造法或混合發(fā)酵釀造法。

3.1 全固態(tài)發(fā)酵工藝（固態(tài)-固態(tài)發(fā)酵）

固態(tài)發(fā)酵食醋是小雜糧釀造食醋的傳統(tǒng)方法，其優(yōu)勢(shì)在于釀造的食醋口感醇厚、風(fēng)味多樣。釀造中糖化、酒化、醋化過程同步進(jìn)行，緩和了淀粉、乙醇對(duì)酵母菌、醋酸菌的干擾，促進(jìn)有益微生物的生長，降低釀造過程中產(chǎn)生的不良風(fēng)味，是我國傳統(tǒng)食醋的發(fā)酵方法。其缺點(diǎn)是生產(chǎn)周期長，勞動(dòng)強(qiáng)度大，出醋率低。其具體工藝流程如圖2所示。

圖2 全固態(tài)發(fā)酵小雜糧食醋工藝流程圖

原料先經(jīng)粉碎，加水充分潤料后，經(jīng)蒸煮、冷卻，接入曲霉、根霉、釀酒酵母等進(jìn)行糖化、酒化過程，添加麩皮、谷殼等輔料，再接入醋酸菌或火醅（發(fā)酵10～15 d的醋醅）等。待發(fā)酵完成后，鹽壓、淋醋、陳釀、滅菌、包裝后，制成成品。

3.2 混合釀造發(fā)酵法（液態(tài)-固態(tài)發(fā)酵）

原料先經(jīng)粉碎，加水充分潤料，蒸煮過程加入高溫淀粉酶和糖化酶等使其充分糖化。制備好的糖液冷卻后，接入釀酒酵母或成熟的酒母，經(jīng)充分酒化發(fā)酵，制成醪液。將發(fā)酵好的醪液接入麩皮、谷殼等輔料，再加入醋酸菌或火醅等制成醋醅，發(fā)酵過程中保證物料的含氧量、溫度等條件。待發(fā)酵完成后，鹽壓、淋醋、陳釀、滅菌、包裝，制成成品。其具體工藝流程如圖3所示。

圖3 混合釀造發(fā)酵小雜糧食醋工藝流程圖

混合釀造發(fā)酵法釀造食醋過程中酒精發(fā)酵階段為稀醇發(fā)酵，醋酸發(fā)酵階段為固態(tài)發(fā)酵。由于原料糖化過程、乙醇發(fā)酵過程充分反應(yīng)，其原料利用率、出醋率大大提高，成品也較好地保留了小雜糧原料的風(fēng)味、營養(yǎng)，但此方法對(duì)生產(chǎn)設(shè)備、衛(wèi)生條件、生產(chǎn)成本等方面較全固態(tài)發(fā)酵法相比，均有一定的要求。

4 展望

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，消費(fèi)者的消費(fèi)能力及消費(fèi)品味逐漸提高，促進(jìn)了食醋市場(chǎng)由過去的中低端產(chǎn)品轉(zhuǎn)向以健康高端產(chǎn)品為主導(dǎo)。近年來，發(fā)酵工程、生物工程等學(xué)科及食醋發(fā)酵工藝的發(fā)展，使我國傳統(tǒng)釀造行業(yè)的規(guī)模、產(chǎn)量和需求等方面都進(jìn)入了高速發(fā)展階段。另外，由國家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局發(fā)布的GB 2719—2018《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食醋》[42]代替了GB 2719—2003《食醋衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》[41]，與原標(biāo)準(zhǔn)相比[70]，新標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定釀造的食醋適用于本標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)調(diào)配勾兌的不再適用于本標(biāo)準(zhǔn)。由此可見，傳統(tǒng)釀造食醋在食品中的重要性和必要性。

小雜糧食醋作為對(duì)我國傳統(tǒng)食醋釀造行業(yè)的繼承，不僅保留了釀造食醋原有的風(fēng)味，還使其具備了抗氧化、調(diào)節(jié)血糖、降血壓等功效。小雜糧食醋釀造行業(yè)的發(fā)展，不僅增加了蕎麥、糜子等小雜糧農(nóng)產(chǎn)品附加值，更重要的是促進(jìn)了我國農(nóng)產(chǎn)品高質(zhì)量發(fā)展，提升了我國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)社會(huì)地位，實(shí)現(xiàn)了我國農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化的發(fā)展。

5 結(jié)語

近些年，隨著對(duì)小雜糧食醋保健功能的研究進(jìn)展，促進(jìn)了食醋發(fā)酵生產(chǎn)過程中現(xiàn)代生物科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步。此外，消費(fèi)者對(duì)新型保健食醋關(guān)注度的提升，將對(duì)食醋行業(yè)廣闊的市場(chǎng)和發(fā)展前景產(chǎn)生一定的影響。