麥胚的營養和功能活性及發酵對其影響的研究進展

李 欣 米生權，2 陳 文，2 張艷貞，2

(北京聯合大學生物化學工程學院食品科學系1，北京 100023)(北京市生物活性物質與功能食品重點實驗室2，北京 100191)

小麥胚芽又稱麥胚，約占小麥籽粒質量的2%～3%，含有豐富的優質蛋白、優質脂質、維生素礦物質以及其他多種營養成分和功能成分[1]，素有“生命之源”和“人類天然營養寶庫”的美稱。麥胚中不飽和脂肪酸和氧化、水解酶類的存在嚴重影響面粉的感官品質和貨架期，因此，現代制粉企業多選擇將麥胚除去或廢棄或作為飼料廉價出售而造成了極大的浪費[1，2]。酵母發酵可穩定甚至增強麥胚的一些營養特性，發酵還可將麥胚中的大分子分解成小分子，提高其生理活性[1,3,4]。本文對麥胚的營養成分、功能活性、以及發酵所帶來的成分、含量、功能活性方面的變化進行綜述，以期為麥胚深度開發和應用提供參考。

1 麥胚的營養成分和功能活性

1.1 營養成分

丹麥食品成分數據庫(2009)被認為是最完整的食品營養素數據庫之一，其公共數據庫中列舉了未加工麥胚的基本營養成分及含量(http://www.foodcomp.dk/v7/fcdb_default.asp)。但目前研究中麥胚材料多取自大型制粉企業，屬遺傳種質混合材料，營養品質參差不齊。徐斌等[5]研究表明不同廠家麥胚材料的蛋白質、賴氨酸、礦物質含量和脂肪酸組成等存在明顯差異。因此本文綜述用數據均限于文獻所用材料。

1.1.1 蛋白質肽類

麥胚蛋白質量分數可達30%～35%[6,7]，富含人體第一限制氨基酸賴氨酸以及蛋氨酸、蘇氨酸、精氨酸、天冬酰胺等[1,2,8]，其氨基酸組成模式接近FAO/WHO推薦模式，且總量高于FAO/WHO模式，是植物源優質蛋白和完全蛋白[4]。張艷貞等[9]對我國農業生產上大面積種植的5個小麥品種的麥胚蛋白分子量、等電點和蛋白含量進行比較研究，發現不同品種麥胚蛋白表現出相同或相似的分子量和等電點分布范圍，但不同品種間麥胚蛋白含量存在顯著差異，推測蛋白基因的表達調控和蛋白積累有一定的組織特異性。嚴斌等[10]比較分析了我國小麥主產區大型面粉企業2014年度12種麥胚樣品的氨基酸組成，結果顯示賴氨酸平均質量分數高達1.87%，占總蛋白的5.68%，高于FAO/WHO推薦的5.5%，且樣品間差異不大，但其與徐斌等[5]對9產地麥胚賴氨酸分析結果不同，推測可能與廠家提胚技術或產地主栽品種的遺傳背景有關。

谷胱甘肽是由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸縮合而成的活性三肽，還原型谷胱甘肽(GSH)具有保護細胞免受氧化及有毒物質損傷的作用[2]，臨床上還用它來降低癌癥病人化療或放療副作用。宋國輝等[11]報道脫脂麥胚水提液中的谷胱甘肽質量分數為8.8%。張艷貞等[9]研究發現5個品種麥胚谷胱甘肽含量差異顯著，以活性GSH計，為0.144%～0.581%，其中優良品種中優9507含量最高，推測品種間差異與谷胱甘肽合成關鍵酶基因序列、調控序列等遺傳變異有關，也可能與品種種植地的環境脅迫如氣候、土壤、水分等影響關鍵酶基因的表達有關，這或許是中優9507得以對抗我國北方極端氣候條件脅迫而成為廣受歡迎品種的一個因素。

麥胚蛋白還含有其他具有生物活性的氨基酸序列，在蛋白酶的作用下，可釋放出多種生物活性肽，如抗氧化肽、降血脂肽和降血壓肽等[12，13]。但從小麥胚芽提取谷胱甘肽等活性肽，多需結合溶劑法、酶解法和膜過濾技術，不僅操作復雜、得率低、成本高，而且受干擾因素多、提取體系難以穩定，極大地限制了其應用。

1.1.2 脂類

麥胚脂質含量9.4～9.7 g/100 g，飽和脂肪酸1.4 g/100 g、單不飽和脂肪酸1.1 g/100 g、多不飽和脂肪酸4.3 g/100 g。麥胚不飽和脂肪酸以人體必需脂肪酸亞油酸和α-亞麻酸為主[2]。麥胚中的優質脂質還有磷脂、甾醇、二十八烷醇等活性成分。二十八烷醇存在于許多植物蠟中，但含量甚微，而小麥胚芽油中含量較高，約100 mg/kg[2]，二十八烷醇具有如抗疲勞、抗腫瘤、改善心肌功能等功能。目前，從小麥胚芽萃取的小麥胚芽油不僅廣泛應用于化妝品領域，還可作為膳食補充劑來食用[14]。

1.1.3礦物質

麥胚含有豐富的礦物元素，約為4.4 g/100 g，幾乎為全麥的4倍，其在麥胚中的積累規律與其他營養成分相似，張艷貞等[9]研究報道同一品種內胚芽蛋白質、賴氨酸和谷胱甘肽含量通常高于胚乳，且差異顯著。嚴斌等[10]分析我國小麥主產區12種麥胚樣品，樣品總淀粉、粗脂肪、粗蛋白、礦物質平均質量分數分別為17.69%、9.99%、32.94%和5.00%，與丹麥數據庫和其他文獻有所不同，再次印證麥胚中各營養素含量因遺傳背景和種植環境等會在物質積累和存儲方面表現出一定的差異；樣品礦物質按平均含量從多到少依次為K、Mg、Ca、Mn、Zn、Na、Fe、Cu、Mo、Cr、Se、Co；含量變化最大的是Na和Se；麥胚必需特征礦物元素是Mg、Fe、Cu、Se、Co；有毒礦物質中As和Pb在限量范圍，但50%樣品Cd超標。深度開發麥胚這一優質營養源的實際應用中應充分關注重金屬污染情況。

1.1.4 維生素

麥胚維生素以B族和維生素E為主。其維生素E活性的α體、β體各約占60%和35%，是其他植物無法比擬的[9]。麥胚中維生素B1和B2含量遠高于一般谷物甚至是肉和蛋，維生素B5和B6含量也較豐富。B族維生素作為機體代謝關鍵酶的輔酶成分，與脂溶性維生素E互為協同，可極大提高其營養價值和營養平衡。其他具有生理調節功能的維生素還有類胡蘿卜素[15]，麥胚中最豐富的三種類胡蘿卜素是葉黃素、玉米黃素和β-胡蘿卜素。

1.1.5 多糖類

麥胚不溶性膳食纖維含量為13.8～15.6 g/100 g，遠高于可溶性膳食纖維2.8～3.6 g/100 g[16]。隨著世界超重、肥胖和慢性代謝性疾病嚴重井噴，膳食纖維因其多種健康益處越來越受關注，麥胚不失為一種營養平衡性膳食纖維來源食品。

當前對麥胚多糖的研究較少，單糖種類、數目、連接方式、分支多少的豐富性造就了多糖的復雜性，因此很難有一種“通用”的方法體系得到純度較高、結構較統一的某類多糖。為解決傳統熱水浸提得率低的問題，趙彬等[17]改用亞臨界水萃取麥胚多糖，其得率提高至7.26%。Yun等[18]優化麥胚多糖的水提法，將得率提高到8.89%。Hu等[19]結合水熱處理和蒸汽噴發方式，麥胚粗多糖得率為18.72%，純化后達到3.84%，核磁共振揭示麥胚多糖平均分子量為3.34×106u，單糖構成有葡萄糖32.62%、阿拉伯糖28.27%、木糖27.71%、半乳糖11.40%，糖苷鍵連接方式豐富。麥胚多糖有望成為功能性食品原料/材料。

1.1.6黃酮類

麥胚黃酮是麥胚色素的主要成分，包括黃酮、異黃酮、黃烷醇及其苷等，含量約為222.39 mg/kg[20]。麥胚黃酮生物活性廣，可以清除自由基、防止動脈硬化、抑制誘變，提高免疫、抗癌等[9,21]。在谷類中，黃酮類主要以結合態存在，很難萃取，很難被人體腸道酶水解，人體利用率較低。牛麗亞等[20]利用黑曲霉發酵形成復合酶，將麥胚黃酮得率從未發酵的0.031%提高到0.163%。Zheng等[22]優化發酵后麥胚黃酮提取體系，采用冷凍過的酸化甲醇提取，得率較原來增加13.34%。李帑洛等[23]采用超聲輔助60%乙醇提取，最優體系下得率達1.52%。

1.2 功能活性

1.2.1 抗氧化

維持人體抗氧化劑和自由基清除劑水平可以延緩衰老。Zhang等[24]發現麥胚蛋白堿性酶解低分子肽(<1 ku)具有較高的抗氧化活性。陳思遠等[25]篩選鑒定出麥胚清蛋白酶解產物中DPPH自由基清除率和Fe2+螯合能力較高的抗氧化活性肽為AREGETVVPG。賈俊強等[26]發現麥胚蛋白酶解物的還原力隨濃度的增加而增加，清蛋白酶解物還原性最強。近些年關于麥胚抗氧化功效的研究，多采用酶解麥胚蛋白分離純化低分子量活性肽的方法，也有麥胚黃酮抗氧化功能的報道[27]。這些研究多為體外實驗，王才立等[28]通過動物體內研究顯示麥胚多肽可提高小鼠血清和肝臟抗氧化酶水平、降低脂質過氧化產物，其抗氧化活性受劑量和分子量影響。但麥胚肽在人體內的抗氧化作用、途徑及機制研究鮮有報道，而且麥胚肽的酶解制備和純化技術也面臨多重困難[12，13]。

1.2.2 降血脂

高膽固醇血癥是導致心血管疾病最重要的高危因素之一。麥胚調控動物和人體血清膽固醇水平的健康益處很早就得到了證實[29]，Mohammadi等[30]在2型糖尿病患者身上也證實了12周的麥胚輔食可降低患者血清膽固醇水平。研究者推測其降膽固醇作用可能與麥胚蛋白有關、可能與麥胚影響腸道膽固醇吸收和排泄有關、也可能與較低的Lys/Arg比值有關[31]。Zhang等[31]在高膽固醇HepG2細胞模型中發現，不同濃度麥胚蛋白作用不同時間可使胞內總膽固醇、游離膽固醇水平明顯下降，麥胚蛋白可能通過上調LXRα/CYP7A1的表達、促進膽固醇向膽汁酸轉化、最終促使膽汁酸運輸出細胞而起作用。麥胚降血清膽固醇功效明確，但對其作用成分和作用機制并不十分清楚。

1.2.3 降血糖

α-葡萄糖苷酶抑制劑能夠延緩食物碳水化合物水解、有效降低餐后血糖水平，是臨床重要的口服降糖藥。但它多有腹脹、腹瀉等胃腸道反應，采用食物源多肽有望避免這些副作用。顏輝等[32]經對麥胚蛋白進行胰蛋白酶酶解、糖尿病小鼠模型驗證和一系列分離純化，鑒定獲得7個降血糖活性小肽。這對開發麥胚新型功能性食品有一定參考，但程序繁瑣不易擴大生產的問題依然存在，而且起作用的是其中一種多肽還是復合多肽還需進一步深入研究。

1.2.4 抗疲勞

人體疲勞發生的機制有能量物質耗竭、代謝產物堆積、內環境平衡失調三種學說。于長青等[33]研究確認麥胚具有提高體能、抗疲勞的功能，并推測該作用與麥胚中豐富的維生素B5和鋅有關。王才立[34]通過動物耐力實驗、耐缺氧實驗確定低分子量麥胚肽能夠提高小鼠常壓耐缺氧能力，具有明顯的抗疲勞效果。麥胚的抗疲勞功效也可能與其含有豐富的二十八烷醇有關。

1.2.5 免疫調節

麥胚蛋白的免疫調節功能也有不少報道。張慶華[35]用堿性蛋白酶水解麥胚蛋白灌胃小鼠，發現3 000 u以下的麥胚肽免疫活性最強、3 000 u以上的次之、麥胚蛋白最弱。Yun等[36]發現麥胚糖蛋白WGPII對環磷酰胺誘導的免疫抑制Balb/c小鼠具有保護作用，可增強巨噬細胞吞噬能力、促進淋巴細胞增殖、調節改善小鼠免疫功能。武文佳[37]通過體外細胞實驗證實麥胚清蛋白和球蛋白堿性蛋白酶解物可以作為良好的免疫調節劑。免疫調節作用可能是多種營養成分共同作用和平衡的結果，研究結果不同可能與麥胚蛋白的提取和酶解純化工藝有關。

1.2.6 降血壓

抑制血管緊張素轉換酶(ACE)活性，可減少血管緊張素Ⅱ的生成，降低對舒張血管的激肽的破壞，從而緩解高血壓。賈俊強等[26]以ACE抑制能力為評價指標，發現麥胚蛋白中的清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白的酶解組分均具有體外降血壓活性，其中球蛋白酶解物活性最強。辛志宏等[6]用8種不同蛋白酶水解麥胚蛋白制備得到了降血壓肽。麥胚降血壓肽的研究與抗氧化肽相似，當前均受制于酶解體系和分離純化體系的繁瑣和不穩定，而且人體內作用效果和作用機制也需進一步深入研究。

1.2.7 其他功能

Akool[38]研究發現小麥胚芽油對環孢素A(CsA)誘導的肝毒性具有潛在保護作用。Song等[39]發現麥胚水提物可通過降小鼠血清腫瘤壞死因子(TNF)-α、升IL-10而起到抗炎作用。Sui等[15]深入研究了麥胚肽YDWPGGRN通過抑制炎癥反應、促進膠質細胞和纖維母細胞增殖遷移促進傷口愈合的分子機制，有望在皮膚傷口治療中加以應用。

2 發酵對麥胚營養成分和功能活性的影響

麥胚中不飽和脂肪酸和氧化、水解酶類的存在，使其很容易酸敗。麥胚在線穩定化技術，有物理、化學和生物法三大類[16]，物理和化學法取得了一定的成效，也存在一定的弊端和潛在風險，Meriles等[40]發現175 ℃、20 min熱處理即可使蛋白變性程度達到77%，熱穩定過程還會顯著影響麥胚蛋白的溶解性和起泡穩定性。生物發酵法利用微生物天然存在的代謝活動，經生物轉化而降低、分解或鈍化易酸敗物質或酶活性，因其天然、安全、易接受，并可能產生新的健康益處而受到關注[3,4]。

2.1 發酵對營養成分的影響

2.1.1 對營養素主成分的影響

曹雪蓮等[41]將麥胚植物乳桿菌發酵物離心后分為發酵液和沉淀物兩部分，冷凍干燥后分別進行測定，發現發酵液凍干粉碳水化合物和灰分含量分別升高45.58%和57.45%；蛋白質、脂肪、總膳食纖維分別降低41.94%、39.73%和36.99%；以蘆丁醇計的總黃酮含量稍有升高6.67%。沉淀物凍干粉蛋白質、脂肪、總膳食纖維分別升高35.00%、47.95%和45.74%；碳水化合物和灰分分別降低36.46%和40.00%；以蘆丁醇計的總黃酮含量降低73.33%。推測發酵過程中，微生物優先利用大分子碳水化合物將其分解為小分子物質而溶解在發酵液中，同時轉化合成微生物增殖所需要的蛋白質、脂類等成分；灰分在天然麥胚中多以螯合態存在，發酵改變了與之螯合的大分子結構和狀態從而促使其游離出來溶解在發酵液中。

2.1.2 對蛋白質、肽和氨基酸的影響

侯銀臣等[42]研究發現，脫脂麥胚經嗜酸乳桿菌和植物乳桿菌(1∶1)復配發酵，肽含量隨發酵時間的延長逐漸增加，發酵32 h時肽含量最高；繼續發酵，肽會逐步分解成氨基酸導致其含量下降，這與Liu等[43]的報道基本一致。Rezello等[3,4,16]研究證實酵母發酵可提高麥胚總游離氨基酸和體外可消化蛋白的含量，魏一星等[44]指出，植物乳桿菌發酵麥胚，天冬氨酸、亮氨酸、γ-氨基丁酸以及蛋氨酸、賴氨酸含量顯著增加。

γ-氨基丁酸(GABA)是哺乳動物中樞神經系統中很重要的抑制性神經遞質， 具有改善睡眠、鎮靜、降血壓及提高肝、腎機能等多種生理功能[45，46]。伍娟等[47]研究發現乳酸菌發酵后，麥胚中GABA含量提高了3.4倍，發酵時間對GABA累積有顯著影響。產GABA乳酸菌菌株來源、 生長特性及發酵條件如碳源氮源等的不同，GABA產量也有較大差異[46]。利用乳酸菌發酵麥胚制備GABA著實可節約麥胚資源提高其附加值，但在菌株篩選、改造、發酵條件優化方面還需進一步研究。

2.1.3 對多酚類化合物的影響

麥胚中的多酚類化合物主要以結合態存在，很難被人體腸道酶水解[20]，其中，麥胚黃酮是典型代表。Liu等[43]研究發現發酵過的脫脂麥胚中的總酚含量顯著高于未發酵脫脂麥胚，發酵過程中游離酚含量增加(從總酚含量的15%增加到95%)，結合酚含量減少。發酵可改變多酚-蛋白質相互作用的方式，促進游離酚的釋放[16]，更有利于人體吸收。

2.1.4 對其他化合物的影響

魏一星等[44]研究發現植物乳桿菌發酵麥胚過程中植酸酶活性增強、抗營養因子植酸含量下降。Rizzello等[3，4]報道發酵可降低脂質氧化產生的揮發性物質、降低抗營養因子棉籽糖的量，氣相色譜-質譜分析結果顯示，存放40 d后發酵麥胚只有極微量的脂類酸敗產物。Rizzello等[48]報道麥胚經乳酸菌發酵可生成抗腫瘤物質2-甲氧基對苯醌(MBQ)和2,6-二甲氧基對苯醌(DMBQ)，鄭子懿[49]通過超聲輔助法和添加多種大量元素、微量元素和維生素，可將MBQ+DMBQ的產量較對照組提高65.2%，并縮短了發酵時間。針對某種(些)功能已知的發酵產物來優化生產特定用途麥胚產品可能是未來值得探究的領域。歐美市場麥胚發酵提取物Avemar?已上市多年，因其具有顯著的抗腫瘤功效被癌癥患者廣為接受[50]。

2.2 發酵對功能活性的影響

2.2.1 對抗氧化功能的影響

2.2.2 對內源酶活性的影響

脂肪酶和脂氧合酶的存在導致脂質水解和氧化產生酸敗。植物乳桿菌發酵麥胚，與發酵前相比，脂肪酶活力降低 55.31%、脂氧合酶降低 76.32%；室溫貯藏60 d，發酵麥胚氧化酸敗程度明顯低于未發酵麥胚[44]。Rizzello等[4]發現發酵麥胚做成面包與未發酵麥胚面包和普通面粉面包相比，植酸酶活力最高，植酸含量下降。麥胚發酵后，可能多數內源酶被抑制或被鈍化，不過這種抑制是不完全的[46]，因此依靠發酵來延長或保證貨架期依然受限制。

2.2.3 對降血脂功能的影響

Cara等[29]報道每日30 g麥胚連續補充食用4周可顯著降低家族性高膽固醇患者血清膽固醇和低密度脂蛋白膽固醇水平。曹雪蓮等[41]研究證實，發酵麥胚降大鼠血清膽固醇效果明確，且存在時間-劑量效應關系，推測可能是發酵麥胚中多糖類物質多被降解為單糖或寡(聚)糖，某些寡糖具有較強的潤腸通便和降膽固醇能力，此外，高膳食纖維和/或高蛋白可能也會影響膽固醇的吸收、促進膽汁酸的排放從而起到降膽固醇的作用。 該研究有效灌胃劑量有低劑量221 mg/(kg·d)和中劑量442 mg/(kg·d)，是按Avemar?的人體推薦有效發酵麥胚提取物劑量1.105 g/(kg·d)換算的，而未發酵麥胚每日30 g的攝入量經相同方法換算要達到5 g/(kg·d)，可以初步認定，發酵麥胚的降血脂功能活性大約是未發酵麥胚的5倍。

2.2.4 對抗腫瘤功能的影響

誘導腫瘤細胞凋亡是抑制腫瘤細胞生長的重要方式之一。Khrystyn等[52]系統回顧了近年來有關麥胚發酵提取物對惡性腫瘤細胞體外活性的研究，確認麥胚發酵提取物可對抗多種癌細胞，表現為細胞毒性、細胞周期改變、抗增殖和誘導細胞凋亡等作用。Koh等[53]研究發現，酵母發酵麥胚乙醇提取物對人卵巢癌細胞(SK-OV-3、 OVCAR-3)有明顯的抗增殖作用，通過誘導半胱氨酸天冬氨酸蛋白水解酶3/7/9介導的細胞凋亡、下調ROS介導的NF-κB和NK細胞活性發揮作用。張家艷等[54]研究結果表明，乳酸菌發酵麥胚提取物(LFWGE)對人結腸癌HT-29荷瘤裸鼠具有顯著的抑瘤作用，其機制可能與增加免疫因子表達、減少肝臟和脾臟損傷以及增加肝臟抗氧化能力等有關。

現代醫學認為腫瘤之本是基因調控的失常，與機體免疫功能紊亂有密切關系。發酵麥胚提取物被證實是一種很有前途的輔助抗癌食療產品[50]，不過，還需深入的體外、體內研究以證明其對人體的有效性和安全性以及其確切的作用機制。

3 總結與展望

麥胚具有豐富的營養成分和功能活性。當前，由于麥胚的穩定性、安全性和功效性，有關研究和開發利用大多仍停留在實驗室階段。已有的穩定化技術都不同程度地影響到麥胚的營養價值和功能特性，純生物的發酵方法更顯優勢。但發酵是一個復雜的生物學過程，如何更加有效地控制和改善發酵效果滿足食品貨架期期望值的同時降低非目標副產物的產生仍需要進一步研究。近些年發酵麥胚提取物抗腫瘤活性的發現，使得發酵麥胚有望成為增強免疫力、延緩衰老和防治某些疾病的藥源成分，但其在人體的有效性和安全性證據還不足?？梢灶A見，隨著對麥胚發酵體系和機理的深入研究，可將麥胚發酵開發成具有一定功能活性的新型飲品或作為原料/配料制作成其他產品形式，但麥胚自身特有的口感、風味以及物性變化也是在開發中需要注意的問題。