劉 念, 姜 鵬, 阮長(zhǎng)青, 張東杰,3, 王長(zhǎng)遠(yuǎn), 李志江,3*
(黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)食品學(xué)院1,大慶 163319)(黑龍江省雜糧加工及質(zhì)量安全工程技術(shù)研究中心2,大慶 163319)(國(guó)家雜糧工程技術(shù)研究中心3,大慶 163319)
雜糧廣義上是指除水稻、小麥、玉米、大豆和薯類以外的其他谷豆作物。谷類雜糧主要包括燕麥、高粱、蕎麥、小米等,豆類雜糧主要有綠豆、蕓豆、黑豆、紅小豆、豇豆等,具有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和藥理作用[1]。雜糧具有多種生物活性,在抗癌抗腫瘤、預(yù)防心血管疾病等方面有積極作用[2]。雜糧中的油脂不僅可以為人體生長(zhǎng)代謝提供能量,還可以提供人體本身不能合成、需從食物中獲取的必需脂肪酸[3]。脂肪酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)占油脂的95%~96%,其組成和性質(zhì)決定了油脂的營(yíng)養(yǎng)功能和生理活性,不同雜糧中所含的脂肪酸種類和含量各有異同[4]。主要對(duì)雜糧的脂肪酸組成和含量,不同加工處理方法對(duì)雜糧脂肪和脂肪酸的影響進(jìn)行綜述。
雜糧的脂質(zhì)組分主要積累在籽粒部分,其中的脂肪酸可以根據(jù)碳鏈長(zhǎng)度、雙鍵的存在、數(shù)量和位置等進(jìn)行分類,可分為短鏈脂肪酸、中鏈脂肪酸和長(zhǎng)鏈脂肪酸,飽和脂肪酸(SFA)和不飽和脂肪酸(UFA),單不飽和脂肪酸(MUFA)和多不飽和脂肪酸(PUFA),n-9、n-3和n-6系類不飽和脂肪酸等[5]。從營(yíng)養(yǎng)學(xué)角度看,最具價(jià)值的脂肪酸主要有兩類:一是n-3系列不飽和脂肪酸,如α-亞麻酸、二十碳五烯酸、二十碳六烯酸等。二是n-6系列不飽和脂肪酸,主要以亞油酸為代表。其中亞油酸和α-亞麻酸是人體自身不能合成必須通過食物供給的2種必需脂肪酸。
1.1.1 燕麥
燕麥不屬于油料作物,但脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值達(dá)到6.3%,主要存在胚中,質(zhì)量分?jǐn)?shù)80%以上,是大麥、蕎麥、高梁等幾大谷類雜糧之首,其脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)主要取決于基因型,受環(huán)境的影響較小[6]。燕麥的脂肪酸種類豐富,主要為亞油酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)36.63%)、油酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)36.25%)和棕櫚酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)16.63%),屬于油酸-亞油酸族[7]。此外還含有少量的硬脂酸、花生酸、亞麻酸以及微量的花生四烯酸和月桂酸等,其中UFA質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到75%[8]。各品種燕麥的SFA、MUFA和PUFA的比例非常相似,為0.5∶1∶1,與目前市場(chǎng)上調(diào)和營(yíng)養(yǎng)油0.7∶1∶1的脂肪酸比例相近,是一種脂肪酸組成合理、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較高的油脂[9]。
1.1.2 高粱
高粱的脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.3%~5.7%,雖然不能作為油料來(lái)源,但其脂肪酸成分具有一些非典型的優(yōu)勢(shì),含有人體所需的飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸[10]。高粱中主要的脂肪酸為亞油酸、油酸和棕櫚酸,還包括亞麻酸、硬脂酸、肉豆蔻酸、棕櫚烯酸、花生酸、二十碳酸、山梨酸、芥酸等,在部分品種中發(fā)現(xiàn)了辛二酸和壬二酸2種不典型脂肪酸[11,12]。各品種高粱的脂肪酸含量基本一致,UFA高于SFA,大部分PUFA高于MUFA。MUFA主要由油酸組成,占總脂肪酸質(zhì)量的29.66%,PUFA主要由亞油酸組成,占總脂肪酸質(zhì)量的50.07%[13]。因此,高粱具有豐富的不飽和脂肪酸種類和較高含量,可以較好地滿足膳食需求。
1.1.3 蕎麥
蕎麥主要分為甜蕎麥和苦蕎麥,但二者脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)無(wú)顯著性差異存在,為2.4%左右[14]。蕎麥的脂肪酸主要是棕櫚酸、油酸、亞油酸,還有微量的硬脂酸、花生酸、山崳酸、二十碳烯酸等[15]。UFA質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75%~80%,顯著高于SFA含量,其中油酸占總脂肪酸質(zhì)量的36.98%~47.87%,亞油酸占32.75%~44.61%,大部分品種的油酸含量高于亞油酸含量,這與燕麥、高粱等雜糧不同[16]。蕎麥中的油酸含量與18碳原子脂肪酸含量呈高負(fù)相關(guān),亞油酸與所有脂肪酸均無(wú)相關(guān)性[17]。蕎麥的n-6和n-3脂肪酸比例較為接近2∶1,是n-6和n-3系類多不飽和脂肪酸均衡攝入的良好來(lái)源[18]。
1.1.4 小米
小米中脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.0%,脂肪酸主要由亞油酸、油酸、軟脂酸、亞麻酸和硬脂酸組成,其中亞油酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為47.50%,油酸為27.07%,還有微量的棕櫚烯酸、花生酸、二十烯酸、花生烯酸、芥酸等[15,19]。此外,在小米萃取物中新檢測(cè)出9-十六烯酸、順式-10-十七烯酸、8,9-亞甲基-十七烯酸、蓖麻油酸4種不飽和脂肪酸[20]。小米含有多種不飽和脂肪酸和必需脂肪酸,通過育種技術(shù)或栽培管理可獲得脂肪成分更優(yōu)良的小米[21]。
1.2.1 黑豆
黑豆的油脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15.5%,主要脂肪酸為棕櫚酸、油酸、亞油酸、亞麻酸及少量硬脂酸,其中亞油酸含量最高,質(zhì)量分?jǐn)?shù)為51.17%,其次為油酸26.17%,UFA達(dá)80%[15,22]。不同品種黑豆的脂肪酸含量顯著差別,其中亞麻酸變異系數(shù)最大,亞油酸變異系數(shù)最小[23]。黑豆的油脂含量和脂肪酸組成與黃豆極為近似,但人體必需脂肪酸亞麻酸的含量更高,且檢出了天然作物中少有的奇數(shù)碳原子脂肪酸,如十七烷酸、二十一烷酸、二十三烷酸等[24]。
1.2.2 綠豆
綠豆的脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.6%~7.2%,受種植環(huán)境和品種的影響[25]。綠豆的脂肪酸組成大致相同,主要是棕櫚酸、硬脂酸、油酸、亞油酸和亞麻酸5種脂肪酸,分別占總脂肪酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)25.30%、6.09%、4.20%、41.76%、22.81%[26]。此外,還檢測(cè)出少量的花生酸、山崳酸、木臘酸、二十碳烯酸[27]。不同品種綠豆之間各脂肪酸含量會(huì)存在顯著差異,但其不飽和脂肪酸組成模式為“高亞麻酸、低油酸”[28]。
1.2.3 蕓豆
蕓豆中脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0%~2.5%,甘油三酯是其主要的脂質(zhì)組分,其中主要脂肪酸為亞麻酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)48.5%~57.8%)和亞油酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)16.7%~25.8%),其次為棕櫚酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)8.3%~13.2%)和油酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)7.8%~13.8%)[29]。不同品種蕓豆外觀特征差異顯著,有小白蕓豆、白花蕓豆、紫花蕓豆、黑蕓豆、紅蕓豆等多種顏色花紋,但其脂肪酸組成相近[30]。脂肪酸含量依次為PUFA>SFA>MUFA,UFA與SFA的比率大于4,是不飽和脂肪酸的良好膳食來(lái)源[31]。
1.2.4 紅小豆
紅小豆是一種適口性較好、醫(yī)療保健價(jià)值較高的中國(guó)傳統(tǒng)豆類,脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.3%[32]。棕櫚酸、亞油酸和亞麻酸是其主要脂肪酸,質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為28.11%、32.46%和25.44%[33]。此外,紅小豆中還檢測(cè)到油酸、硬脂酸及低含量的長(zhǎng)鏈飽和脂肪酸山崳酸和木臘酸等。相比于黃豆、黑豆、豌豆、蠶豆等其他豆類,紅小豆中棕櫚酸相對(duì)含量較高,油酸含量較低,總不飽和脂肪酸含量較低,質(zhì)量分?jǐn)?shù)為69.28%[34]。
1.2.5 豇豆
豇豆脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.7%~3.0%,不同品種豇豆籽粒含油量差異不顯著,亞油酸和亞麻酸較高,質(zhì)量分?jǐn)?shù)為27.59%和26.48 %,棕櫚酸次之為23.59%,油酸為12.83%,其他脂肪酸,如月桂酸、豆蔻酸、肉豆蔻烯酸和棕櫚油酸含量均較少[35]。各脂肪酸含量受種植環(huán)境和品種的影響,棕櫚酸的主要受環(huán)境因素影響,亞油酸和亞麻酸主要由基因型因素決定[36]。
不同種類雜糧脂肪含量差異較大,谷類雜糧的脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.8%~6.3%,豆類雜糧的脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.3%~20.4%,除黑豆外其他雜糧均不作為油料作物。同種類雜糧脂肪含量會(huì)隨品種不同而有差異,但脂肪酸的組成相似。谷類雜糧主要脂肪酸為亞油酸、油酸和棕櫚酸,占到總脂肪酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的90%以上,其次為硬脂酸和亞麻酸,其他脂肪酸微量存在。豆類雜糧的脂肪酸組成與谷類雜糧并不相同。除黑豆外,其他豆類脂肪酸主要為棕櫚酸、亞油酸和亞麻酸,其次為油酸和硬脂酸。雜糧不飽和脂肪酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)占到總脂肪酸的70%~80%,含有人體所需的多種脂肪酸及必需脂肪酸。
谷類雜糧燕麥、高粱、蕎麥、小米的脂肪酸組成與大米、小麥等谷類主糧相似,但UFA的含量更高。這些谷物UFA質(zhì)量分?jǐn)?shù)從高到低依次是高粱(83.87%)、蕎麥(80.46%)、燕麥(78.99%)、小米(77.22%)、大米(73.36%)、小麥(72.27%)[7,11,16,19,37,38]。SFA是一類比較容易沉積在動(dòng)脈管壁的脂類,若攝入過多,會(huì)導(dǎo)致高血壓和心血管疾病的發(fā)生[39]。而UFA代替SFA攝入,血清中總膽固醇、低密度脂蛋白含量顯著降低,可改善高膽固醇血癥和高甘油三酯血癥,保持人體正常的血脂水平,預(yù)防動(dòng)脈粥樣硬化,降低冠心病的發(fā)病危險(xiǎn)[40]。
2000年中國(guó)營(yíng)養(yǎng)學(xué)會(huì)提出,SFA、MUFA和PUFA的合理攝入比例為1∶1∶1,單不飽和脂肪酸是人體不可或缺的一種脂肪酸[41]。油酸作為一種主要的單不飽和膳食脂肪酸,對(duì)人體健康有著重要作用。它可增加細(xì)胞內(nèi)抗炎因子分泌,抑制炎癥小體,在降血壓、降血糖等方面也有著積極作用[42]。小麥中的油酸含量顯著低于燕麥、高粱、蕎麥和小米,質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅為10.43%,谷類雜糧的脂肪酸組成更為合理[38]。不同種類谷類糧食脂肪酸對(duì)比總結(jié)如圖1所示。
圖1 不同種類谷類主糧和雜糧的脂肪酸含量對(duì)比圖
相比于綠豆、蕓豆、紅小豆、豇豆等其他豆類雜糧,黃豆與黑豆的脂肪酸組成更為接近,但黑豆的UFA含量更高。黑豆中UFA與SFA比值為5.72,而黃豆為3.28[22,43]。
亞麻酸是一種人體必需脂肪酸,可改善血管內(nèi)皮細(xì)胞、預(yù)防血栓形成,減弱胰島素抵抗、預(yù)防糖尿病,減少炎性介質(zhì)、具有免疫調(diào)節(jié)活性[5]。黃豆中亞麻酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅為0.49%,而豆類雜糧中亞麻酸含量最低的黑豆中質(zhì)量分?jǐn)?shù)都達(dá)到6.22%,綠豆、紅小豆、豇豆在20%左右,蕓豆中含量最高,質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)38.75%,豆類雜糧是亞麻酸攝入的良好來(lái)源,營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較黃豆更高[22,26,27,31,35,43]。不同種類豆類糧食脂肪酸對(duì)比總結(jié)如圖2所示。
圖2 黃豆和不同種類豆類雜糧的脂肪酸含量對(duì)比圖
此外,谷類雜糧和豆類雜糧的脂肪酸種類都很豐富,除棕櫚酸、硬脂酸、油酸、亞油酸、亞麻酸外,還包括月桂酸、肉豆蔻酸、花生酸、山崳酸、二十三碳酸、木蠟酸、棕櫚油酸、花生四烯酸等其他微量脂肪酸,這些脂肪酸對(duì)細(xì)胞和組織的代謝、功能以及信號(hào)的響應(yīng)也有著重要影響。月桂酸可引起乳腺癌和子宮內(nèi)膜癌細(xì)胞凋亡效應(yīng)[44];肉豆蔻酸參與n端肉豆蔻?;?參加多種信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑[45];花生酸、山崳酸、二十三碳酸、木質(zhì)酸、棕櫚油酸可減少Ⅱ型糖尿病的發(fā)病幾率[46];花生四烯酸是大腦和視網(wǎng)膜中主要的多不飽和脂肪酸,對(duì)胎兒和嬰幼兒的智力、視力發(fā)育起到關(guān)鍵作用[47]。
谷類雜糧燕麥、高粱、蕎麥、小米的UFA的含量比谷類主糧大米、小麥高,且較小麥相比,單不飽和脂肪酸油酸含量更高。豆類雜糧黑豆、綠豆、蕓豆、紅小豆、豇豆中的人體必需脂肪酸亞麻酸比五谷之一的黃豆更高。相較于大米、小麥、黃豆,雜糧的脂肪酸種類更豐富、脂肪酸組成更合理、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值更高,具有良好的應(yīng)用前景。
不同的加工方式和加工條件對(duì)雜糧脂肪及脂肪酸的影響不同,了解加工過程中各脂肪酸變化,為指導(dǎo)雜糧食用、加工和應(yīng)用提供參考。總結(jié)加工方式和條件對(duì)脂肪和脂肪酸變化情況如表1所示。
雜糧蒸煮后,小米、綠豆、蕓豆、扁豆等多種雜糧中脂肪含量降低,可能是由于在蒸煮過程中脂質(zhì)發(fā)生降解或形成了脂肪-蛋白質(zhì)、脂肪-淀粉復(fù)合物等[48]。蒸煮并沒有改變雜糧的脂肪酸組成,高粱、燕麥、豇豆經(jīng)蒸煮后脂肪酸種類沒有發(fā)生顯著變化,但脂肪酸的不飽和度降低[52,73,74]。在過熱蒸汽的無(wú)氧環(huán)境,可降低加熱過程中不飽和脂肪酸的氧化程度,但隨著時(shí)間的增加,會(huì)使脂鍵發(fā)生遷移和釋放[75]。蕎麥經(jīng)蒸煮后MUFA降低了7.30%,PUFA降低了6.09%,蕓豆中不飽和脂肪酸亞麻酸含量降低,藜麥中不飽和脂肪酸棕櫚油酸、亞麻酸含量降低,蕎麥中不飽和脂肪酸棕櫚油酸、油酸含量降低,飽和脂肪酸棕櫚酸、硬脂酸的含量升高,但蒸煮處理卻提高了燕麥中不飽和脂肪酸亞麻酸的含量[50,51,53,54,76]。
研究表明烘烤處理并不會(huì)改變雜糧的脂肪酸組成,甚至在此過程中可能產(chǎn)生具有抗氧化性能的美拉德反應(yīng)產(chǎn)物,抑制雜糧油脂的水解酸敗,改善其氧化穩(wěn)定性[56]。短時(shí)低溫的烘烤不會(huì)改變雜糧的脂肪總量和各脂肪酸含量,但隨著烘烤溫度的升高和時(shí)間的延長(zhǎng),脂肪含量下降,不飽和脂肪酸發(fā)生氧化分解。150 ℃烘烤燕麥20 min,其脂肪含量不變,170 ℃烘烤30 min,燕麥脂肪含量顯著降低[55,56]。蕎麥在60 ℃和100 ℃下烘烤20 h,各脂肪酸含量基本不變,在150 ℃烘烤14 h以上時(shí),油酸、亞油酸、亞麻酸、花生四烯酸含量逐漸減少,棕櫚酸和硬脂酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)從18.47%增加到26.90%。當(dāng)溫度繼續(xù)增加至200 ℃和250 ℃時(shí),其中的UFA含量繼續(xù)減少,而SFA的質(zhì)量分?jǐn)?shù)則增加到30%以上[57]。烘烤溫度對(duì)脂肪酸的影響大于烘烤時(shí)間。
微波加熱是使分子摩擦轉(zhuǎn)化為熱能進(jìn)而對(duì)物料進(jìn)行加熱,具有加熱均勻、用時(shí)短、效率高等特點(diǎn)[77]。微波處理能夠顯著降低雜糧中脂肪酶的活性,抑制油脂酸價(jià)增長(zhǎng),800 W功率微波處理莜麥45 s即可使其中98%~99%的脂肪酶失活,并且對(duì)食用品質(zhì)無(wú)顯著不良影響[78]。微波處理使雜糧的脂肪含量降低,脂肪酸組成不變,各脂肪酸所占總脂肪的比例輕微改變。微波后,綠豆、小米、鷹嘴豆脂肪含量顯著下降,蕎麥中SFA、MUFA、PUFA的含量均下降[53,58,59]。燕麥、高粱、綠豆經(jīng)微波后各脂肪酸的相對(duì)含量沒有顯著變[60,62,73]。
雜糧在萌發(fā)過程中可增加其功能成分,提高生物利用率,消除抗?fàn)I養(yǎng)因子,因此發(fā)芽加工方式在食品開發(fā)中受到普遍關(guān)注[49]。發(fā)芽期間,雜糧的脂肪含量大幅度降低,主要是由于脂肪氧化為種子萌發(fā)提供能量或參與碳水化合物和蛋白質(zhì)等其他物質(zhì)的合成用于幼芽生長(zhǎng)[52]。不同雜糧在發(fā)芽過程中脂肪酸含量變化有很大差異。發(fā)芽后,蕓豆的硬脂酸、油酸含量減少,棕櫚酸、亞麻酸、亞油酸的含量增加,而同為豆類雜糧的扁豆中硬脂酸含量無(wú)明顯變化,油酸含量增加,亞油酸含量降低[51,61]。高粱的硬脂酸、亞油酸、亞麻酸含量升高,油酸含量下降,但藜麥中油酸含量增加,棕櫚酸、亞油酸含量降低,而大麥中的硬脂酸、油酸和亞油酸含量均有所增加[62-65]。青稞中SFA和UFA含量都有減少,蕎麥MUFA含量下降,PUFA含量增加,燕麥MUFA含量變化不大,PUFA有所上升[66-68]。此外,脂肪酸含量的變化可能與發(fā)芽時(shí)間有關(guān),綠豆在發(fā)芽1~2 d時(shí),棕櫚酸、硬脂酸、油酸含量下降,亞油酸、亞麻酸含量升高,而3~5 d時(shí),棕櫚酸、硬脂酸含量升高,油酸、亞油酸、亞麻酸含量下降[69]。
發(fā)酵可以提高食品的風(fēng)味、質(zhì)地、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值及保質(zhì)期,是一種古老且經(jīng)濟(jì)制備和保存食品的方法。發(fā)酵處理會(huì)顯著降低高粱中總油脂含量,可能是由于發(fā)酵過程中脂多酶將油脂水解。經(jīng)酵母菌發(fā)酵的小米,則可顯著提高脂肪含量,這可能與酵母菌株的產(chǎn)脂作用有關(guān)[52]。不同菌種對(duì)雜糧發(fā)酵后脂肪酸含量也有著重要影響。經(jīng)乳酸菌發(fā)酵后小米多不飽和脂肪酸有所下降,亞油酸由135.37 mg/g下降到128.66 mg/g,而有酵母菌參與發(fā)酵的小米除花生酸外,其他脂肪酸含量均顯著增高,亞油酸從141.21 mg/g增長(zhǎng)到166.44 mg/g[70]。高粱經(jīng)酵母菌發(fā)酵后亞麻酸、亞油酸含量升高,大麥經(jīng)酵母菌發(fā)酵后硬脂酸、油酸和亞麻酸含量有所增加[63,71]。燕麥加入甜酒曲進(jìn)行發(fā)酵后亞油酸和油酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別增加了26.82%和32.95%。乳酸菌在發(fā)酵過程中還會(huì)產(chǎn)生短鏈脂肪酸,低等絲狀真菌能夠?qū)⒍喾N谷物基質(zhì)轉(zhuǎn)化為n-6和n-3 PUFAs[79]。
不同的加工方式對(duì)雜糧的脂肪酸組成影響較小。在適當(dāng)?shù)恼糁?、烘烤、微波加熱條件下可以提高脂質(zhì)的氧化穩(wěn)定性,但隨著蒸煮和烘烤加熱溫度的升高和時(shí)間的延長(zhǎng),不飽和脂肪酸發(fā)生氧化含量降低。發(fā)芽和發(fā)酵可以提高雜糧中不飽和脂肪酸含量,發(fā)芽雜糧種類和發(fā)酵菌種的不同對(duì)各脂肪酸影響不同,可以根據(jù)產(chǎn)品的需求選擇最有利的加工方式和加工條件。
雜糧的脂肪含量會(huì)隨種類不同而有差異,但同類雜糧的脂肪酸組成相似。谷類雜糧主要脂肪酸為亞油酸、油酸和棕櫚酸,豆類雜糧除黑豆外的脂肪酸主要為棕櫚酸、亞油酸和亞麻酸。相比于大米、小麥、黃豆等主要糧食作物,雜糧的脂肪酸種類更豐富、脂肪酸組成更合理、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值更高,具有良好的應(yīng)用前景。加工方式幾乎不會(huì)影響雜糧的脂肪酸組成,在適當(dāng)?shù)恼糁蟆⒑婵?、微波加工條件下可以提高脂質(zhì)的氧化穩(wěn)定性,發(fā)芽和發(fā)酵可以提高不飽和脂肪酸含量,可以根據(jù)產(chǎn)品的需求,選擇最有利的加工方式和加工條件。