裸燕麥米和燕麥粉加工所得麩皮中β-葡聚糖和酚酸的分布

陳中偉，汪 玲，牛 瑞，趙芳芳，孫 俊，徐 斌

（1.江蘇大學食品與生物工程學院，江蘇 鎮江 212013；2.江蘇大學 農產品加工工程研究院，江蘇 鎮江 212013）

裸燕麥（Avena nuda）是一種發源于我國的重要功能性谷物，主要種植在華北、西北、東北、西南等地區的高寒、丘陵地帶[1]。與國外的皮燕麥相似，裸燕麥富含β-葡聚糖、不飽和脂肪酸、酚酸、燕麥堿等功能性組分[2-3]。研究證明，燕麥β-葡聚糖可覆蓋在小腸黏膜上，減緩糖類、脂肪和膽固醇的吸收[4]。同時，β-葡聚糖可與膽汁酸結合，促使其隨糞便排出體外，促進體內膽固醇的分解，降低血清膽固醇[5-6]。因此，燕麥是美國食品藥品監督管理局和世界衛生組織公認的具有降膽固醇、平穩血糖功效的功能食品[7]。

目前，燕麥已被開發出多種食品。除燕麥片、燕麥面包等西式食品外[8]，還包括莜面、燕麥掛面、燕麥米、燕麥全粉等傳統主食產品或原料。其中，燕麥米和燕麥全粉在國內市場上供不應求[9]。燕麥米的加工起源于20世紀80年代，可分為“非破皮”和“破皮”兩類[10]。原有燕麥米加工工藝無法破除果皮和種皮等疏水性結構，吸水性差，無法實現“同煮同熟”。因此，食用不便，推廣受限[11]。近幾年，已有生產單位在原有燕麥米工藝基礎上，加入研磨工序，去除燕麥籽粒疏水結構，極大改善了燕麥米煮制特性[12]。雖然新工藝加工的燕麥米可與大米“同煮同熟”，但研磨制米易損傷糊粉層，導致β-葡聚糖的大量流失；同時，易導致脂肪和脂肪酶接觸而導致哈敗，降低燕麥米的貯藏穩定性。因此，新工藝加工燕麥米的過程中是否保留了β-葡聚糖、酚酸等成分，成為優化加工工藝的關鍵。燕麥全粉是加工燕麥面條、燕麥面包和餅干等食品的原料，其品質直接決定著燕麥食品的營養品質。然而，由于富含葡聚糖的燕麥麩皮難以破碎，影響燕麥產品的適口性，多被舍棄，極大降低了燕麥全粉的營養性。如何在盡量保證燕麥全粉中營養性的前提下，去除木質化表皮，是燕麥全粉加工的關鍵。

總之，優化燕麥米和燕麥全粉的加工適宜度，需明確燕麥籽粒外緣結構（果皮、種皮、糊粉層）中β-葡聚糖、酚酸等營養組分的分布特征，并探明其在加工過程中的去向。為此，本實驗擬通過測定β-葡聚糖和主要酚酸在燕麥籽粒結構層中的分布，并分析燕麥碾磨制米和燕麥全粉的加工副產物中β-葡聚糖和酚酸的含量，確定其在加工過程中的主要流向，為燕麥主食產品和原料的適度加工評價提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

燕麥籽粒（壩莜1號、3號、5號和6號） 山西太原六味齋實業有限公司；β-葡聚糖測定試劑盒 愛爾蘭Megazyme公司；酸性品紅、純化瓊脂粉、25%戊二醛溶液、無水乙醇、磷酸二氫鈉、氫氧化鈉、乙酸鈉、冰醋酸、沒食子酸、福林-酚試劑、濃鹽酸、乙酸乙酯、氫氧化鈉、三氟乙酸、甲醇（色譜純）、乙腈（色譜純）國藥集團化學試劑有限公司；熒光增白劑（Fluent brighter 28）、3,4,5-三甲氧基肉桂酸、香豆酸、阿魏酸美國Sigma公司。

1.2 儀器與設備

1260高效液相色譜儀、Eclipse Plus Phenyl-Hexyl柱（250 mm×4.6 mm，5 μm） 美國安捷倫科技有限公司；DMI4000B倒置熒光顯微鏡 德國徠卡公司；Cary100紫外-可見分光系統 美國瓦里安公司；氮吹儀安普科技有限公司；氣浴恒溫振蕩器、HH-S數顯恒溫水浴鍋 上海精宏實驗設備有限公司；RE-2000旋轉蒸發器 上海亞榮生化儀器廠；pH計 賽多利斯儀器有限公司；KQ-300DE數控超聲波清洗器 昆山市超聲儀器有限公司；HB43-S鹵素水分測定儀 梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；電熱恒溫鼓風干燥箱 上海一恒科技有限公司；6NS-33型金業牌碾米機 山西北晟機械制造有限公司；6F22型磨粉機 鄭州雙帆糧食機械有限公司。

1.3 方法

1.3.1 原料預處理

取約5 g的燕麥籽粒，將其在4 ℃去離子水中浸泡24 h，去除胚芽，利用鑷子輔助剝離燕麥果皮，然后在繼續浸泡至燕麥變軟。用小刀沿縱向腹溝將燕麥切開，將內部胚乳輕輕刮下，分別得到包含燕麥中間層-糊粉層的種皮。將得到的種皮放在去離子水中使胚乳浸濕，進一步刮去種皮上的胚乳。對干燥后的果皮、糊粉層＋種皮和胚乳分別于40 ℃烘干并稱質量，計算燕麥果皮、糊粉層＋種皮與胚乳的比例。最后，利用研缽將制得的樣品研磨成粉，過60 目篩，保藏在干燥器中備用。

燕麥米和燕麥全粉委托山西太原六味齋實業有限公司加工獲得。燕麥米的加工工藝流程：燕麥粒→清理打毛→著水→烘烤滅酶→烘干→脫皮→定量包裝，脫輥轉速250 r/min，進料速率10 kg/min；碾米兩次，收集所得麩皮為第1～2道麩皮。燕麥全粉的加工工藝流程：燕麥原糧清理→淘洗→炒制→碾磨制粉→機械篩分→燕麥粉和麩皮。制粉共5 輥，在不同輥末端篩分收集所得麩皮為第1～5道麩皮。

1.3.2 燕麥麩皮的微觀結構分析

表面微觀結構分析：取適量燕麥結構層置于載玻片上，加入2～3 滴去離子水，使樣品分散均勻，蓋上蓋玻片，置于顯微鏡下觀測，選取具有代表性的圖片。

截面結構切片的制備：取15 mL去離子水于25 mL燒杯中，加入1 g瓊脂后置于沸水浴中溶解。添加0.5 g燕麥結構層粉末，攪拌均勻，利用超聲脫氣（脫氣期間溫度不低于45 ℃）。脫氣后迅速將燒杯置于－18 ℃，待瓊脂凝固后切成1 cm見方小塊。將瓊脂塊置于1%戊二醛溶液中12 h，然后利用冷凍切片機切出厚度為8 μm薄片，置于載玻片上，晾干后，分別用1%酸性品紅-乙醇溶液和0.01%熒光增白劑-水溶液染色2 min，洗凈染色液（浸泡在去離子水中約2 min，重復3 次），晾干封片，然后進行熒光觀測。利用熒光顯微鏡（400～410 nm）進行觀測，選取具有代表性的樣品圖片。

1.3.3 樣品中水分、蛋白質、粗脂肪、淀粉和β-葡聚糖的測定

分別參照GB/T 5009.3—2010《食品中水分的測定》方法、GB/T 5009.5—2010《食品中蛋白質的測定》方法、GB/T 5009.6—2003《食品中粗脂肪的測定》方法和AACC Method 76.13[13]食品中淀粉的測定方法進行測定。β-葡聚糖含量參照試劑盒中附帶的操作方法進行測定。

1.3.4 燕麥籽粒結構中酚酸含量的測定

酚酸的提取方法[14]：稱量20 mg樣品置于瓶中，加入10 mL的2.0 mol/L的NaOH溶液，充入氮氣后，添加50 μL質量濃度為1.02 mg/mL的3,4,5-三甲氧基肉桂酸（50%甲醇溶液溶解）作為內標物，放入恒溫搖床中，在35 ℃、120 r/min的條件下黑暗中水解2 h；水解后利用6 mol/L的鹽酸調整溶液pH值為2，利用40 mL的乙酸乙酯在分液漏斗中萃取2 次，注意多次混勻使萃取充分。將萃取的乙酸乙酯提取液合并，在旋轉蒸發儀中濃縮至1～2 mL，利用氮氣吹干，加入0.8 mL的50%甲醇溶液溶解，并使用0.45 μm有機相過濾，密封冷藏。

酚酸的高效液相色譜測定方法：色譜柱：Eclipse Plus Phenyl-Hexyl柱（250 mm×4.6 mm，5 μm）；檢測器：紫外檢測器；波長：325 nm；進樣量：20 μL；流動相：A：1 mmol/L三氟乙酸溶液；B：乙腈-1 mmol/L三氟乙酸溶液（90∶10，V/V）；流速：1 mL/min；柱溫：45 ℃；流動相梯度：0～15 min：85% A；15～20 min：82% A；20～25 min：80% A；25～55 min：72% A；55～58 min：55% A；58～60 min：85% A[15]。

以阿魏酸、香豆酸作為標準品繪制標準曲線（R2均為0.999），利用標準曲線對色譜峰進行定量分析。

1.4 數據統計

采用SPSS 22軟件對實驗數據進行顯著性和方差分析，結果為3 次測定數據，以 ±s表示。

2 結果與分析

2.1 燕麥麩皮結構層的微觀特征和比例分析

2.1.1 燕麥麩皮結構層的微觀結構特征

在單子葉谷物中，麩皮一般由果皮、種皮和糊粉層組成[16]。燕麥麩皮結構層的微觀特征是定性判定燕麥加工程度的基礎。圖1a顯示，燕麥果皮由狹長纖維狀細胞構成，色澤淡黃，在顯微鏡下透光率高；而種皮＋糊粉層由多邊形細胞構成，易分辨（圖1b），色澤棕黃（源于種皮）。圖1c、1d為破碎后的燕麥果皮、種皮＋糊粉層結構層，在燕麥麩皮結構層細胞不被完全破碎的條件下，果皮和糊粉層也極易分辨。因此，利用光學顯微鏡可定性判定燕麥全粉或燕麥米加工所脫除組分的微觀結構，從而判定其營養組分損失。

圖1 燕麥麩皮結構層的表面微觀結構Fig. 1 Microstructure of oat bran layers

圖2 燕麥籽粒及麩皮的顯微結構（截面）Fig. 2 Microstructure of the cross section of oat kernel and bran on

從圖2a可以看出，燕麥籽粒最外層為極薄果皮，其次為亮綠色的糊粉層（被熒光增白劑染色后），內層的胚乳（淀粉和蛋白）為藍黑色，這與Chen Zhongwei等[17]對小麥籽粒的染色結果相似，由于所使用的顯微鏡為偽彩，所顯示的顏色不同（糊粉層的實際顏色為亮藍色）；糊粉層截面微觀結構在圖2b中更加明顯（已剝離果皮）。因此，從截面結構可以明確判定燕麥麩皮和胚乳的存在狀態，從而定性判定燕麥麩皮的研磨程度和營養組分損失情況。

2.1.2 燕麥麩皮的含量

表1 燕麥籽粒中麩皮與胚乳的質量分數Table 1 Proportion of oat bran and endosperm

燕麥米的加工程度也可通過分析所脫除的燕麥麩皮的比例來判定，這需分析燕麥麩皮及胚乳含量。如表1所示，胚乳與麩皮的質量比約為3∶1，麩皮所占比例介于22.3%～24.4%，質量分數平均值為23.4%；胚乳所占比例為75.3%～77.4%，質量分數平均值為76.3%（在手工剝離過程中會損失少量的胚乳）。從表1可看出，4 個燕麥品種中麩皮與胚乳質量分數接近，但具體品種間存在一定差異。

另外，與小麥不同，燕麥中糊粉層與胚乳的界限不十分明顯，因此一般的燕麥麩皮黏附著大量的次糊粉層[18]。因而，常規燕麥制粉所得燕麥麩皮質量分數遠大于23%[19-20]。表1中所列燕麥麩皮的質量分數一般作為判定麩皮完全剝離的臨界值，供判定燕麥米及燕麥制粉的加工程度。

2.2 燕麥籽粒結構及全粉中基本組分、β-葡聚糖和主要酚酸含量

2.2.1 4 個燕麥品種的基本成分分析

表2 4 個燕麥品種全粉的基本成分含量對比Table 2 Proximate composition of oat powder from four varieties

如表2所示，4 個燕麥品種的全粉水分質量分數介于11.47%～12.41%之間，平均值為11.92%。其中，壩莜3號的水分質量分數最高，為12.41%；壩莜1號水分質量分數最低，為11.47%。總體來講，4 個燕麥品種水分含量差別不明顯，但均在安全水分的下限；燕麥全粉的蛋白質質量分數介于15.62%～18.57%之間，平均值為17.24%。其中，壩莜3號蛋白質質量分數最高，為18.57%；壩莜1號蛋白質質量分數最低，為15.62%；粗脂肪質量分數為6.69%～7.91%，平均值為7.32%。壩莜1號粗脂肪含量最高，壩莜5號最低，質量分數為6.69%；而4 種燕麥品種的淀粉質量分數為42.85%～49.76%，其中壩莜1號含量最低，壩莜3號含量最高，淀粉質量分數平均值為44.83%。

2.2.2 燕麥籽粒結構及全粉中β-葡聚糖含量

采用基于AACC方法改良的試劑盒法對燕麥麩皮、胚乳及全粉中β-葡聚糖的含量進行分析，結果見表3。4 個品種燕麥的全粉中β-葡聚糖質量分數介于2.97%～4.02%，平均值為3.58%。郭麗娜[21]曾測定了31 種國內燕麥中β-葡聚糖的含量，其平均質量分數為4.56%，變幅為2.79%～5.63%，本實驗測定結果在其范圍內。

然而，燕麥麩皮β-葡聚糖含量明顯高于胚乳。如表3所示，4 個品種燕麥麩皮中β-葡聚糖的質量分數介于6.43%～10.32%之間，平均質量分數為85.7%；而燕麥胚乳中β-葡聚糖平均質量分數只有1.89%，總體介于1.77%～2.18%之間。由此可見，對于裸燕麥而言，β-葡聚糖主要富集在麩皮中，其質量分數約為胚乳中質量分數的4.5 倍，為全粉的2.1 倍。申瑞玲[22]曾分析過內蒙古、山西和河北等地的燕麥麩皮中的葡聚糖含量。其結果也顯示，燕麥麩皮中可溶性β-葡聚糖質量分數在6.7%～9.2%之間，而燕麥胚乳中β-葡聚糖質量分數為1.5%。也有研究表明，燕麥次糊粉層富含β-葡聚糖[23]，但與本實驗的目的不沖突。

表3 燕麥麩皮、胚乳及全粉中β-葡聚糖質量分數（干基）Table 3 Contents of β-glucan in oat bran, endosperm and whole oat flour (on a dry basis)

結合表1中麩皮、胚乳的比例可知，燕麥麩皮中β-葡聚糖總量約占燕麥全粉的40%，是燕麥全粉功能組分的重要來源。因此，應在燕麥加工中盡可能保留麩皮，尤其是糊粉層[24]。同時，本實驗數據也為燕麥加工適宜度判定提供了參考。

2.2.3 不同燕麥籽粒結構中的酚酸含量分析

采用高效液相色譜法測定燕麥籽粒結構中酚酸組成和含量。結果表明，燕麥麩皮與胚乳中酚酸以阿魏酸和香豆酸為主（出峰時間分別為11.82 min和14.77 min）。其中，阿魏酸含量最大，這與小麥等其他谷物中酚酸的組成相似[25]。主要酚酸的具體含量見表4。

表4 不同燕麥品種籽粒結構層中主要酚酸單體的含量Table 4 Contents of main phenolic acid monomers in oat seed tissues mg/g

從表4可知，4 種燕麥麩皮中阿魏酸含量介于0.73～1.24 mg/g之間，平均含量為1.00 mg/g。其中，壩莜3號的麩皮中含量明顯高于其他3 個品種。麩皮中p-香豆酸含量介于0.08～0.14 mg/g之間，其中，壩莜1號麩皮中酚酸含量最高。另外，通過分析燕麥麩皮的果皮、種皮＋糊粉層中所含酚酸可知，燕麥果皮中阿魏酸和p-香豆酸分別為3.27 mg/g和1.31 mg/g（表5），明顯高于其在種皮＋糊粉層中的含量，這與小麥等谷物中酚酸的分布相似[25]。

表5 壩莜3號果皮酚酸含量Table 5 Contents of phenolic acids in the pericarp of Bayou 3 cultivar mg/g

在胚乳中，4 種燕麥中胚乳阿魏酸和p-香豆酸平均含量分別為0.021 mg/g和0.004 mg/g，遠低于燕麥麩皮中的含量。麩皮中阿魏酸和p-香豆酸的含量分別約為胚乳中含量的48 倍和24 倍，這與郝杰等[26]的研究結果相似。

綜上，燕麥所含酚酸以阿魏酸為主，主要富集在麩皮中，此結果與燕麥籽粒熒光顯色的結果一致。

2.3 燕麥米及燕麥全粉加工所得麩皮中β-葡聚糖、酚酸及總酚含量分析

2.3.1 燕麥米及燕麥全粉加工所得麩皮中β-葡聚糖含量分析

以壩莜3號加工燕麥米所得的1道和2道麩皮，以及加工燕麥全粉所得1～5道麩皮，分析其所含β-葡聚糖和酚酸的含量。

表6 燕麥制米及磨粉過程中所得麩皮的β-葡聚糖質量分數對比Table 6 Contents of β-glucan in oat brans obtained from the processing of oat rice and flour

如表6所示，燕麥米加工所得第1、2道麩皮中β-葡聚糖質量分數分別為1.75%和1.71%，對比表3結果可知，所采用的脫皮制米工藝可能只脫除了部分果皮，未破壞糊粉層細胞，β-葡聚糖損失不多。王超[27]的研究也證明，最新的燕麥米脫皮工藝主要目的在于減少糊粉層的損失。

在燕麥粉加工所得麩皮中，β-葡聚糖的含量隨著研磨的程度逐漸升高，第4、5道麩皮中β-葡聚糖質量分數分別達6.73%和7.80%，與手工剝離燕麥麩皮中β-葡聚糖的含量相近。該結果表明，此時燕麥糊粉層細胞已破損，β-葡聚糖損失嚴重。楊金枝等[28]對比機械破碎和常規磨粉工藝的區別也發現，常規磨粉所得燕麥粉中葡聚糖的損失較大。因此，在燕麥粉加工過程匯總，應將第4道及第5道燕麥麩皮回填至燕麥粉中，以減少其功能組分的損失。

2.3.2 燕麥米及燕麥全粉加工所得麩皮中酚酸的含量分析

表7 燕麥制米及磨粉所得麩皮中主要酚酸含量對比Table 7 Contents of main phenolic acids in oat bran obtained from the processes of oat rice and flour mg/g

由表7可知，制米過程中所得的第1道麩皮和2道麩皮中香豆酸含量差異較明顯；第1道麩皮中香豆酸的含量為0.264 mg/g，而第2道麩皮中僅為0.050 mg/g；第1道麩皮中阿魏酸含量為1.193 mg/g，第2道麩皮含量為0.347 mg/g。以上結果表明，在制米過程中香豆酸、阿魏酸等主要酚酸的損失也較多。由于果皮中p-香豆酸和阿魏酸的含量最高（表5），因此可推斷，研磨法加工燕麥米可能主要去除了大量果皮。

在燕麥制粉過程中，隨著燕麥粉加工精度增加，香豆酸和阿魏酸的含量從0.068 mg/g和0.227 mg/g分別逐漸增加至0.103 mg/g和0.475 mg/g；該結果表明，在燕麥粉制粉過程中香豆酸和阿魏酸等酚酸的損失量較大，這與鄭俊等[29]的研究結果相似。應該適當減少燕麥麩皮的去除程度，保留第3～5道的燕麥麩皮，從而獲得富含酚酸的燕麥粉[30]。

3 結 論

在裸燕麥籽粒中，β-葡聚糖主要富集在麩皮中，麩皮中β-葡聚糖平均質量分數為8.57%，約為胚乳中含量的4.5 倍。4 種裸燕麥全粉中β-葡聚糖平均質量分數為4.00%，種間無顯著差異；燕麥籽粒所含主要酚酸為阿魏酸和p-香豆酸，尤其是阿魏酸，且主要富集在麩皮中。而在麩皮中，果皮中p-香豆酸和阿魏酸的含量遠高于種皮＋糊粉層中；在燕麥米脫皮加工中，研磨所去除的麩皮中β-葡聚糖質量分數為1.71%，遠小于糊粉層中含量，阿魏酸與香豆酸的損失均較多，結合兩者的結果，表明燕麥米去除大部分的果皮，保留了大部分β-葡聚糖，加工工藝適當；而在燕麥制粉過程中，從第3道麩皮開始，所去除的麩皮中β-葡聚糖質量分數高達5.6%，阿魏酸等酚酸的損失也較大，這表明燕麥制粉過程中損失了較多β-葡聚糖。因此，為保留燕麥中的葡聚糖，應該在第3道后的燕麥粉進行研磨制粉并回填，以保留更多的有益功能性成分。

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