黑小麥營養(yǎng)價值功能性物質(zhì)及其影響因素的研究進展

吳瑩晗，馬丹妮，李 華

（揚州大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇揚州 225127）

黑小麥?zhǔn)怯煤邴溑c小麥雜交成的新品種，籽粒呈黑、紫和黑紫色，蛋白質(zhì)含量通常在15%以上，包含17種氨基酸，其組成豐富，同時富含阿魏酸、花色苷等多種對人體有益的功能性物質(zhì)[1]?，F(xiàn)有運黑系列、冀紫439、冀資麥3號、河?xùn)|烏麥526和黑小麥76號等品種，是研發(fā)營養(yǎng)功能補劑、保健食品和醫(yī)療食品的優(yōu)質(zhì)資源。

1 黑小麥的營養(yǎng)價值

黑小麥含碳水化合物54%～72%[2-5]，脂肪1.9%～2.2%[2，5-7]，蛋白質(zhì)15.3%～20.5%[2-4，6-7]，富含鐵、鈣、硒、碘等礦物質(zhì)[2，8-10]。然而不同品種間，營養(yǎng)素的種類、含量差距較大。目前，黑小麥的基礎(chǔ)營養(yǎng)信息還不夠全面，需進一步加強這方面的研究。黑小麥蛋白含量（＞15%）高于白粒小麥（11%～13%），與白粒小麥相比，某些必需氨基酸含量更高，如對于谷物的第一限制性氨基酸——賴氨酸，河?xùn)|烏麥526[5]、運黑系列[6]和冀資麥3號[11]的含量分別為0.68%，0.44%，0.41%，均高于普通小麥[2]（0.38%），其必需氨基酸總量[5-6，8]（4.14%～6.09%）也高于普通小麥[12]（3.41%）。

2 黑小麥的功能性物質(zhì)

2.1 戊聚糖

戊聚糖主要存在于谷物的果皮、種皮和糊粉層，木糖構(gòu)成戊聚糖主鏈，側(cè)鏈連接阿拉伯糖殘基，阿魏酸以酯鍵與阿拉伯糖連接，為伸展的螺旋式棒狀結(jié)構(gòu)[13-14]。這種空間結(jié)構(gòu)決定了其高持水（可吸附自身質(zhì)量約10倍的水）、高黏度和氧化交聯(lián)等特性，對面團發(fā)酵和烘焙有重大影響，且它是一種天然食品甜味劑，可在結(jié)腸被微生物發(fā)酵，具有調(diào)節(jié)腸道菌群、控制血糖等生理作用[15-16]。

戊聚糖中單糖的不同構(gòu)成比、空間結(jié)構(gòu)會造成戊聚糖理化性質(zhì)和生物活性上的差異。采用不同方法提取黑小麥的面粉和麩皮，制備的戊聚糖在單糖組成和相對分子質(zhì)量上存在差異。面粉中水溶性戊聚糖Ara/Xyl值低于水不溶性戊聚糖，相對分子質(zhì)量卻高于水不溶性戊聚糖，表明2個組分的阿魏酸存在差異[17]。

黑小麥面粉、麩皮的戊聚糖分子特征見表1。

2.2 阿魏酸

黑小麥中的阿魏酸主要集中在麩皮位置，為結(jié)合態(tài)阿魏酸、阿魏酰低聚糖（Feruloylated oligosaccharides，F(xiàn)Os）是其主要存在形式[20]。結(jié)合態(tài)阿魏酸可以在人體內(nèi)緩慢持續(xù)釋放阿魏酸，具有更高的生物利用率和研究價值[21]。陳洲[22]發(fā)現(xiàn)FOs是一類阿拉伯木聚糖，包括阿魏酰阿拉伯糖基木四糖和阿魏酰阿拉伯糖基木三糖，與阿魏酸相比，F(xiàn)Os抗氧化能力更高。不同連接位點和取代基團，構(gòu)成了不同F(xiàn)Os，相同相對分子質(zhì)量下，支鏈越多，F(xiàn)Os就越易與周圍分子交聯(lián)，其溶液黏性越大，同時也可為其他物質(zhì)的取代提供更多的空間位點，這為人工合成更多品種FOs提供了可能性[23]。應(yīng)進一步深入研究黑小麥不同品種FOs的結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)，與抗氧化、抗腫瘤、降血糖等生物活性間的效能關(guān)系和作用機理。

表1 黑小麥面粉、麩皮的戊聚糖分子特征

2.3 色素

黑小麥色素主要存在于麩皮，由花青素和多糖構(gòu)成，屬于水溶性黃酮類花色苷色素[24]。研究表明，黑小麥中花色苷存在品種間差異。楊兆艷等人[25]檢測出河?xùn)|烏麥麩皮花色苷色素含有3個組分，梁茜茜[26]分離鑒定了黑小麥76號的色素，檢測出16種花色苷。趙節(jié)昌[27]發(fā)現(xiàn)黑小麥花色苷清除DPPH自由基、羥自由基和NaNO2的能力存在量效關(guān)系，花色苷濃度越高，清除效果越好。楊三維等人[28]也證實花色苷（農(nóng)大3753）具有較高的抗氧化能力，并且當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥40%時，抗氧化能力高于水溶性維E，并能抑制胃癌細(xì)胞HGC-27和MGC-803的侵染增殖。下一步的研究應(yīng)深入到基因位點與功能作用的關(guān)系。

3 黑小麥功能性物質(zhì)的影響因素

3.1 物理加工方式

王秋[29]發(fā)現(xiàn)超微粉碎可顯著提高谷物膳食纖維溶解度、蛋白質(zhì)及脂肪含量。研究表明，小麥麩皮經(jīng)超微粉碎處理后，膳食纖維含量增加，持水力和膨脹力呈上升趨勢，但陽離子交換能力下降[30]。郭怡琳[31]利用氣流膨化技術(shù)對黑小麥麩皮進行處理，SDF含量先下降后上升，而持油能力、陽離子交換能力都有所上升。

加熱、加壓等處理方式對黑小麥活性物質(zhì)的影響分為2個方面：一是色素的分解破壞，高溫（＞80℃）使花色苷分解褪色[31]；二是因麩皮性質(zhì)改變，釋放出更多生物活性物質(zhì)。孫元琳等人[19]發(fā)現(xiàn)高溫高壓（121℃，0.15 MPa）處理會促進膳食纖維的分解，產(chǎn)生低聚合FOs。趙霞[32]發(fā)現(xiàn)熱加工能顯著提高燕麥游離型總酚（34%～83%）、總黃酮（11%～61%），且高壓條件下多酚含量提高更顯著?？梢娢锢砑庸し绞侥苊黠@改善黑小麥麩皮理化性質(zhì)，可進一步研究聯(lián)合運用多種加工技術(shù)對麩皮改性的影響，人為控制其改性過程，深入探討不同理化性質(zhì)、生物活性的麩皮。

3.2 應(yīng)激保護與生長代謝

（1）應(yīng)激保護。干旱、鹽脅迫、鋅脅迫、輻射等環(huán)境能刺激黑小麥合成更多酚類物質(zhì)，以抵消環(huán)境對自身的損害。研究證明，一定強度的紅斑紫外線輻照會抑制黑小麥生長，造成植物細(xì)胞不同程度損傷，同時總酚含量增加[33]。宣毓龍等人[34]研究發(fā)現(xiàn)低濃度的鋅脅迫（50～100 mg/L）可以促進黑小麥發(fā)芽和生長。Hura T等人[35]發(fā)現(xiàn)干旱環(huán)境中黑小麥?zhǔn)`型多酚含量和葉綠體含量有相關(guān)關(guān)系。

（2）生長代謝。可以利用植物生長代謝機制，來提高谷物籽粒的植物化學(xué)物含量和生物活性。甘人友等人[36]發(fā)現(xiàn)黑小麥可溶性和結(jié)合性提取物的抗氧化活性和總酚含量都隨發(fā)芽時間的延長而增加，鐵還原能力、ABTS自由基清除能力和總酚含量分別提高了5倍，5倍和7倍左右，且結(jié)合型酚酸具有更高的抗氧化能力。

3.3 微生物發(fā)酵

微生物發(fā)酵可以提高谷物的活性物質(zhì)含量和抗氧化活性。孫盈乾[37]篩選出漢遜酵母（Hansenula）對紫粒小麥在30℃下進行固態(tài)發(fā)酵，4.5 d后總酚含量達到峰值（4.63 mg GAE/g），可溶性阿拉伯木聚糖提取率達到3.51%。Zwane E N等人用塔賓曲霉（Aspergillus tubingensis）在溫度50℃，pH值6下發(fā)酵黑小麥籽粒，與發(fā)酵前相比，麥粒中咖啡酸、ρ-對香豆酸的含量顯著增加，發(fā)酵后麥粒中阿魏酸的含量為8.86 mg/g。微生物發(fā)酵法，不涉及重金屬、強酸、強堿，是一種經(jīng)濟環(huán)保的生物加工技術(shù)。雖然還存在著菌株產(chǎn)酶量低、酶活不夠、酶對底物特異性選擇等種種問題，但生物技術(shù)是食品工業(yè)發(fā)展大勢所趨，目前各實驗室都在努力篩選產(chǎn)酶量及酶活高的優(yōu)勢菌種。