苦蕎功能性及食品開發(fā)研究進展

沈靈智，盛宇華，魯清峰，李靜，呂雨婷，李嘉嘉，曾榮，蔡成崗，蔡海鶯*

（1.浙江科技學院生物與化學工程學院，浙江 杭州 310023；2.浙江省農產品化學與生物加工技術重點實驗室，浙江 杭州 310023；3.浙江省農業(yè)生物資源生化制造協(xié)同創(chuàng)新中心，浙江 杭州 310023）

苦蕎（Fagopyrum tataricum），又名韃靼蕎麥、蕎葉七、野蘭蕎、萬年蕎、菠麥、烏麥、花蕎，屬雙子葉蓼科植物，是我國最古老的栽培作物之一，也是我國特有的、兼具藥食同源的一種小宗糧食作物。我國苦蕎的種植面積和產量均居世界第一，主要產區(qū)分布在山西、云南、四川、西藏、貴州、青海等地。苦蕎除含有一般蕎麥的營養(yǎng)物質外，還含有多種功能性成分，包括多糖、多酚、蛋白質、氨基酸、抗性淀粉等，因而具有降血脂、降血壓、降血糖、改善腸道微生態(tài)、抗氧化、抗癌抑瘤、抗炎、護肝等多重功效。苦蕎籽粒、葉、莖等組織中也含有大量的蘆丁、槲皮素、兒茶素等酚類化合物及其它營養(yǎng)物質，具有一定的保健功能。隨著人們生活水平的不斷提高，苦蕎保健功能受到越來越多的青睞，已廣泛用于加工生產各種具有獨特風味和健康功能的食品。

1 苦蕎的功能和營養(yǎng)成分

苦蕎中含有脂肪酸（2.1%～2.8%）和18種氨基酸，相對大米、小麥、玉米和高粱等大眾糧食作物營養(yǎng)價值較高。另外，苦蕎含有其它谷物中沒有的黃酮類物質（占干重的2.0%以上），其中主要是蘆丁（約占80%）；苦蕎中鈣、磷、銅、鋅等礦質元素的含量是稻米和小麥的2倍～3倍，苦蕎中的硒含量為0.43 mg/kg[1]。苦蕎具有的保健功能受到大眾青睞，除上述營養(yǎng)成分外，其含有的蛋白質、多糖、抗性淀粉、D-手性肌醇、蕎麥堿等活性物質也發(fā)揮著作用。

1.1 苦蕎蛋白質

蛋白質的含量是對營養(yǎng)品質評價的重要指標之一，蛋白質含量越多，氨基酸組成類型越豐富，營養(yǎng)價值越高。苦蕎中蛋白質的含量高于甜蕎，苦蕎蛋白約占苦蕎的15%～17%[2]。苦養(yǎng)蛋白主要由4種蛋白組成，分別是清蛋白、球蛋白、谷蛋白和醇溶蛋白；其富含18種氨基酸且比例平衡，其中包含人體所需的8種必需氨基酸及2種非必需氨基酸（精氨酸和組氨酸）。苦蕎蛋白的功能性多樣，吸引了研究者的關注。如國外研究者Tomotake H等[3]以苦蕎粉為原料，采用堿提等電沉淀法制備得到的苦蕎蛋白提取物中的蛋白質含量為46%，其氨基酸組成與普通蕎麥蛋白提取物相似。

1.2 苦蕎黃酮

黃酮是一類化合物，其中具有酚羥基的2個苯環(huán)通過中央3個碳原子彼此連接，屬于酚類化合物中的一大類。苦蕎中黃酮含量介于玉米須和荷葉之間[4]，與廣泛種植和使用的普通蕎麥相比，苦蕎往往含有更多的蘆丁[5]。提取苦蕎黃酮用的最多的方法是超聲輔助醇提法，如付麗紅等[6]研究確定了超聲輔助醇提法提取苦蕎黃酮的最佳工藝條件是乙醇質量分數77%、液料比 40∶1（mL/g）、溫度 50 ℃、浸提液 pH5.6，雁門苦蕎總黃酮的提取率為93%。Zhao等[7]在60°C下用72%甲醇提取21 min，得到的總黃酮提取率為4.0%。

1.3 苦蕎多糖

苦蕎多糖是苦蕎主要的生物活性成分之一，不少研究者以苦蕎為研究對象，對提取苦蕎多糖的工藝條件進行探究。如李飛等[8]研究結果表明：水浴搖床提取苦蕎粗多糖時，苦蕎多糖提取率在液料比50∶1（mL/g）、浸提溫度90℃和浸提時間5 h的條件下為14%。何曉梅等[9]以超聲輔助法提取苦蕎多糖，最終提取率達4.4%。相較而言，前者的提取率是后者的3倍多，但是相對于熱水浸提法和堿水提取法這兩種方法，超聲波輔助法提取苦蕎多糖縮短了提取時間并降低了成本，還提高了經濟效益。

1.4 苦蕎淀粉

苦蕎是一種傳統(tǒng)的谷類作物，其碳水化合物含量較高。苦蕎種子中淀粉含量在64%～72%之間，粒徑在3 μm～14 μm，多晶型呈 A 型，含有將近 39%的直鏈淀粉[10]，蕎麥的淀粉和膳食纖維的含量與大宗糧食比較見表 1[1，11]。

表1 蕎麥中淀粉和膳食纖維的含量與大宗糧食的比較Table 1 Comparison of starch and dietary fiber contents of buckwheat species with bulk grains

淀粉是蕎麥的主要成分，與其它谷物不同，蕎麥中含有7.5%～35.0%的抗性淀粉[12]。抗性淀粉因其顆粒小、無色、無味、高黏稠度、強凝膠形成能力、高糊化溫度等物理特性，被作為功能性原料添加到食品中以使產品擁有更好的品質。開發(fā)具有高附加值的功能性抗性淀粉將成為苦蕎開發(fā)利用的一大熱點。為了提高抗性淀粉產量，改良抗性淀粉的制備方法，陳艷[13]在試驗中對比了壓熱法、酶法、壓熱-酶法3種制備抗性淀粉的方式。結果表明，抗性淀粉的最佳提取工藝是酶添加量8.72 U/g（干淀粉），酶解時間16 h，壓熱溫度121.04℃，冷藏時間24.61 h，此工藝下的抗性淀粉獲得率達到30%。

2 苦蕎的功能性

2.1 抑菌及改善腸道微生態(tài)

腸內正常菌群在維持人體功能和腸道內環(huán)境穩(wěn)定的方面具有重要作用。苦蕎中的苦蕎蛋白、部分碳水化合物在抑菌及改善腸道微生態(tài)方面有著很好的活性。苦蕎蛋白可以看作一種具有類似于益生元作用的功能因子。苦蕎蛋白可以增加腸道中短鏈脂肪酸的含量，降低腸道環(huán)境的pH值，促進乳酸菌等益生菌群的增殖，抑制腸球菌等有害菌群的生長，改善腸道微生態(tài)[14]。苦蕎蛋白在抑菌方面表現(xiàn)出的優(yōu)勢，使不少研究者將目光轉移至通過酶解苦蕎蛋白、發(fā)酵等手段制備具有抗菌活性的肽類物質。如趙紅倩等[15]優(yōu)化中性蛋白酶酶解苦蕎蛋白制備抗菌肽的工藝條件后，將獲得的質量濃度為32.41 mg/mL的肽作用于大腸桿菌和金黃色葡萄球菌，發(fā)現(xiàn)該濃度的抗菌肽抑制了這兩種菌群的生長。

抗性淀粉和可溶性膳食纖維都具有不易消化的特性，也都表現(xiàn)出調節(jié)腸道微生態(tài)的功能活性。閆貝貝[16]的研究結果表明，苦蕎抗性淀粉可以調節(jié)高脂飲食引起的小鼠腸道菌群結構失衡。可溶性膳食纖維經體外酵解后可被人源性擬桿菌分解產生有益于腸道健康的短鏈脂肪酸（乙酸、丙酸、丁酸），有效地改善了人體腸道微生態(tài)[17]。

2.2 抗氧化

自由基清除能力和抗氧化能力是最常被檢測的生物活性。苦蕎中主要發(fā)揮自由基清除和抗氧化能力的活性物質是蛋白、黃酮、多糖。苦蕎蛋白除了被用于制備抗菌肽外，它自身的制備也廣受研究者歡迎。苦蕎蛋白本身具有一定的抗氧化能力，其中DPPH自由基清除率和ABTS+自由基清除率最高分別為（71.91±2.23）%及（11.25±1.30）%，隨著水解程度的增加，苦蕎蛋白水解產物抗氧化能力逐漸增強，然而對不同自由基的清除能力卻是不同的，有的甚至對部分自由基沒有清除活力[18-19]。

有研究表明苦蕎黃酮對ABTS+自由基、DPPH自由基、羥基自由基、超氧陰離子自由基具有清除能力，具有很好的抗氧化活性[6，20-21]。苦蕎黃酮應用于人體產生的功效不斷地被研究者發(fā)掘。Bao等[21]體外模擬了胃腸消化苦蕎黃酮類化合物的試驗，結果表明，蘆丁和槲皮素均具有顯著的抗氧化能力，可以有效抑制細胞內氧自由基爆發(fā)，但在體外模擬消化后，苦蕎中黃酮類化合物含量略有降低，活性也隨之降低。

苦蕎多糖除了在抑菌、改善腸道微生態(tài)、降血糖方面發(fā)揮作用外，還具有抗氧化活性。張季等[22]用苦蕎多糖灌胃鉛中毒小鼠，采用原子分光光度法分別測定小鼠組織和血漿中的鉛含量，采用紫外分光光度法測定組織和血漿中超氧化物歧化酶、谷胱甘肽過氧化物酶活力和丙二醛含量，結果表明，苦蕎多糖可通過提高鉛中毒小鼠抗氧化酶活性，清除自由基，改善鉛中毒造成的損傷。胡圓圓等[23]純化了苦蕎粗提物之后，粗提物中D-手性肌醇的含量由0.13%升高至27.26%，對DPPH自由基、超氧陰離子自由基和羥基自由基均具有不同程度的清除作用，同時具有較好的還原性。還有研究發(fā)現(xiàn)富含D-手性肌醇的苦蕎提取物劑量依賴性地增加了肝臟總超氧化物歧化酶和谷胱甘肽過氧化物酶活性，降低了肝臟丙二醛水平，具有肝保護作用[24]。

2.3 降血糖

糖尿病是一種威脅人類健康的代謝疾病，而苦蕎黃酮、抗性淀粉、D-手性肌醇、蕎麥堿可緩解糖尿病癥狀，具有降血糖功能。目前有不少研究者對苦蕎黃酮降血糖的機理進行研究，如姜閃等[25]研究結果顯示，以乙醇回流提取得到的苦蕎黃酮提取物可通過抑制α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶活性，降低對糖分的攝取量，發(fā)揮降血糖的作用。Hu等[26]連續(xù)對高果糖喂養(yǎng)的小鼠給予苦蕎黃酮提取物，結果表明苦蕎黃酮提取物依賴性地提高了小鼠的胰島素敏感性和糖耐量。除此以外，苦蕎黃酮還可以通過促進細胞對葡萄糖的消耗以及細胞糖原的生成，調節(jié)能量代謝及氨基酸代謝途徑，來發(fā)揮降血糖作用。苦蕎麥中含量較低的蕎麥堿[27]，在降血糖方面也發(fā)揮著作用。通過進食含有蕎麥堿的復配米飯，餐后血脂有所降低[28]。

抗性淀粉比其它淀粉更難降解，在體內被緩慢消化，吸收和進入血液較為緩慢，在人體內緩慢釋放出葡萄糖，因此它可以控制血糖平衡，減少饑餓感，特別適合糖尿病患者。王灼琛等[29]利用優(yōu)化壓熱法制備苦蕎淀粉，將抗性淀粉得率提高到了14%。肖兵[24]進行了小鼠動物實驗，結果表明抗性淀粉可以有效緩解糖尿病小鼠血糖持續(xù)上升的現(xiàn)狀，減少肝糖原的消耗。苦蕎麥中含有的另一種重要的功能性多糖——D-手性肌醇，具有類胰島素生物活性[30]。高果糖飲食導致小鼠高血糖和肝損傷，小鼠在攝入富含D-手性肌醇的苦蕎提取物之后，高果糖飲食引起的高血糖癥狀得到了有效的緩解[31]。

2.4 降血脂和降血壓

與小麥粉和米粉相比，苦蕎粉更能降低血漿總膽固醇、非高密度脂蛋白膽固醇和肝膽固醇濃度[32]。苦蕎具有更強的降血脂活性，這主要歸功于其含有的苦蕎蛋白、苦蕎黃酮。苦蕎蛋白是一種低消化率的蛋白質，可以促進膽酸排泄、調節(jié)腸道菌群平衡、改善氧化應激，這些方面的作用途徑與苦蕎蛋白的血脂調節(jié)作用有著密切的關系[33]。左光明等[34]研究發(fā)現(xiàn)苦蕎蛋白各組分都具有不同程度的降血脂及體內抗氧化功能，由強到弱依次是清蛋白、球蛋白和谷蛋白。與高脂模型組相比，苦蕎蛋白干預組在改善氧化應激的同時還降低了高脂血癥小鼠血清中總膽固醇、甘油三酯、低密度脂蛋白膽固醇含量，提高了高密度脂蛋白膽固醇含量，起到降血脂作用。Zhou等[35]分別以苦蕎蛋白、酪蛋白喂飼高脂飲食小鼠，結果發(fā)現(xiàn)前者小鼠的血漿總膽固醇和甘油三酯水平明顯低于后者小鼠，同時苦蕎蛋白還促進了乳桿菌、雙歧桿菌和腸球菌的生長，抑制大腸桿菌的生長。苦蕎黃酮中富含的蘆丁，它可以增加毛細血管的通透性，抑制脂肪合成酶活性，最終實現(xiàn)降血脂的目的。楊帥[36]采用高效液相色譜法檢測到苦蕎葉醇提物中主要成分是蘆丁和槲皮素，醇提物各劑量組倉鼠血清、肝臟中總膽固醇、甘油三酯和丙二醛含量都有非常顯著的降低，在降血脂方面起到明顯作用。

林汝法等[37]試圖通過酶法水解苦蕎麩皮蛋白并研究其降血壓作用，但此項研究對目標產物的分離純化方法和條件的要求很高，降血壓活性肽的分離純化是一項非常復雜且艱巨的工作。Hou等[38]從苦蕎黃酮類化合物入手，研究結果表明：苦蕎黃酮類化合物通過降低血管胰島素抵抗和氧化應激對高血壓起到保護作用。

2.5 抗癌和抑腫瘤

苦蕎黃酮、多糖、凝集素通過不同的作用手段在抗癌方面都發(fā)揮著各自至關重要的作用。苦蕎黃酮類化合物，如槲皮素、異槲皮素和蘆丁，也在抗癌方面發(fā)揮著重要的作用。國內外研究者都在不斷探索苦蕎黃酮類化合物抗癌的作用機理，并在抗癌領域不斷突破。苦蕎黃酮的作用機理主要是調節(jié)信使核糖核酸（messenger ribonucleic acid，mRNA）的表達和細胞周期蛋白表達，阻礙細胞周期的進程，從而抑制癌細胞的增殖及遷移[39-40]。

苦蕎多糖的抗癌活性也是不容忽視的。李姍姍等[41]探究了純化的苦蕎多糖對Hep G2細胞增殖和細胞核的影響，結果表明，多糖對Hep G2細胞增殖具有明顯的抑制作用，并可以使細胞核形態(tài)聚縮，染色質DNA斷裂，這些現(xiàn)象表現(xiàn)為苦蕎多糖抑制腫瘤細胞的增殖作用。另外，有研究報道，一類兼具核糖體失活蛋白N-糖苷酶活性和蘆丁水解酶活性的糖蛋白——苦蕎凝集素，能夠有效地抑制結腸癌細胞HCT116的增殖，且呈劑量依賴效應，但對正常細胞和其它類型癌細胞的增殖沒有明顯的影響[42]。

2.6 抗炎

研究發(fā)現(xiàn)，苦蕎提取物可以降低促炎因子的mRNA表達水平，減少一氧化氮的產生，起到抗炎作用，同時改善脂質代謝[43]。將苦蕎固態(tài)發(fā)酵后，苦蕎中的蘆丁和槲皮素依然保持較好的抗氧化以及抗炎活性，能夠抑制一氧化氮釋放和一氧化氮合酶的轉錄表達[44]。另外，絲狀真菌發(fā)酵的苦蕎發(fā)酵液同樣具有較強的抗炎效果，可顯著抑制脂多糖誘導的原始RAW264.7細胞中一氧化氮的產生和誘導型一氧化氮合酶的mRNA水平[45]。

2.7 其它功能性

苦蕎提取物對阿爾茲海默病（Alzheimer disease，AD）有緩解功效。Choi等[46]探究從苦蕎中提取的正丁醇組分和蘆丁對淀粉樣蛋白β誘導的AD小鼠模型學習記憶障礙的有益影響，研究表明從苦蕎中提取的正丁醇組分和蘆丁對AD具有保護作用，并有可能用于治療AD。除此之外，苦蕎還具有緩解腦損傷[47]、增強免疫力的功效[48]。

3 苦蕎的開發(fā)應用

苦蕎中含有蛋白質、酚類化合物和多糖等營養(yǎng)成分與功能性物質，可被開發(fā)出多種保健食品，具有廣闊的市場前景和良好的發(fā)展機會。

3.1 苦蕎飲品

3.1.1 苦蕎茶

苦蕎茶是一種通過篩選和烘烤苦蕎麥種子制成的飲品。譚萍等[49]以苦蕎麥為基本原料，研究活性肽蕎茶飲料配方。研究發(fā)現(xiàn)飲料最佳的配方：苦蕎麥活性肽添加量為1.5%、苦蕎茶添加量為5.0%、蜂蜜添加量為5.0%，105℃滅菌20 min，檢測得飲品DPPH自由基清除率達到65%，說明活性肽蕎茶飲料具有較強的抗氧化能力。苦蕎茶因其層次不一的功能性，選擇性地進入了保健行業(yè)，與此同時，苦蕎茶的沖泡特性也限制了苦蕎茶的行業(yè)選擇。米茶型苦蕎茶在沖泡時，總黃酮溶出率高于造粒型苦蕎茶，相比較而言，造粒型苦蕎茶具有更好的耐泡性，更適合餐飲行業(yè)選用[50]。

3.1.2 苦蕎酸奶

酸奶具有潤腸通便的作用，可增強身體的免疫力，促進消化吸收，牛奶不耐受人群可以通過飲用酸奶來補充牛奶中含有的大部分營養(yǎng)。不少研究者以苦蕎為原料研制苦蕎酸奶，如孫亞利等[51]在苦蕎麥添加量1.5%，雪蓮果添加量10%，蔗糖添加量7.0%，雙歧桿菌接種量0.10%，44℃發(fā)酵7 h的工藝條件下研制出了一種茶香純正、奶味濃郁、口感細膩潤滑的苦蕎-雪蓮果酸奶。長期飲用此酸奶對身體健康有益，有助于提高身體的免疫力。

3.1.3 苦蕎飲料

苦蕎具有獨特的保健功效，生產一種具有保健功效、口感好、受消費者喜歡的苦蕎飲料是一種市場引導下的必然趨勢。奶茶因其獨特的風味和口感，在年輕人中備受歡迎。仝令君等[52]以黑苦蕎、鮮牛奶、白砂糖為原料制出一種具有特別的奶茶香氣的黑苦蕎奶茶，并鑒定出了57種揮發(fā)性成分，包括3種醇類、3種酯類、3種酸類、3種酚類及45種其它種類。苦蕎飲料功能多元，有研究者用苦蕎提取物研制一種具有抗疲勞功能的苦蕎運動飲料[53]。

3.1.4 苦蕎糊

糊類食品方便食用且易消化，深受消費者喜愛。黃麗華等[54]在薏米苦蕎麥質量比1∶4，粉粒大小140目～200目，在20 g薏米苦蕎麥混合粉中加入4 g木糖醇的工藝條件下，得到感官品質良好的復配糊。隨著人們生活節(jié)奏的加快，對快餐的偏愛，使食品行業(yè)更趨向于生產便于食用的產品。如吉義平[55]以小米和苦蕎米為主要原料，研究一種營養(yǎng)且方便的速食型方便粥。結果表明，當小米蒸煮20 min，中高火微波干燥20 min，苦蕎米蒸煮12 min，140℃焙烤20 min時，方便粥復水率和黃酮含量最高。方便粥的最佳配方為每百克小米中添加30 g苦蕎米，10 g麥芽糊精，10 g魔芋膠，8 g蔗糖，20 g紅棗，此方法制得的方便粥具有良好的感官品質，而且還擁有較高的黃酮含量。

3.1.5 苦蕎酒

在苦蕎酒釀造中，不少研究者采用多種酒曲混合發(fā)酵或者加入糯米或甜蕎以改善苦蕎酒酒質。黃丹丹等[56]以苦蕎、糯米為原料，原料質量比為 1∶1.5，添加0.60%的甜酒曲，28℃糖化2 d，再添加酵母1.0%和紅曲12%，28℃發(fā)酵6 d后，再經壓榨、煎酒得富含黃酮和多酚且具有抗氧化能力的苦蕎紅曲保健酒。胡欣潔[57]以苦蕎和糯米為主要原料，通過正交試驗制出一種營養(yǎng)豐富，口感醇厚，風味獨特，符合人們健康理念的苦蕎酒。研究結果表明，最佳工藝條件是蒸煮40 min，糖化時間7 d，28℃酒精發(fā)酵6 d。

3.2 苦蕎面制品

苦蕎粉比苦蕎米易于加工，苦蕎面制品大多選用苦蕎粉作為制作原料。如今國內外都在研究苦蕎粉的加工處理，如國內研究者發(fā)現(xiàn)不同磨粉方式對苦蕎粉性質的影響不一[58]，而國外有研究者發(fā)現(xiàn)熱濕處理、退火法處理苦蕎淀粉可以使慢消化淀粉和抗性淀粉含量顯著增加[59-60]。左蕾蕾等[61]以經超微粉碎處理后的苦蕎粉為原料，制出一種具有獨特的苦蕎麥香，口感細膩、酥化的苦蕎餅干。研究表明：最佳配方為苦蕎超微粉5.1%，低筋粉58%，蔗糖11%，植物油10%，泡打粉0.13%，水15%。

3.3 苦蕎調味品

醬油、醋等是人們生活必不可缺的調味品,研究者們也在不斷探尋使用不同的原料研制品質更佳的調味品，為人們提供了更多選擇。如申瑞玲等[62]研究表明苦蕎醋的最佳發(fā)酵工藝為酒精發(fā)酵溫度32℃，苦蕎與高粱質量比為1.22∶0.77，大曲用量5.5%，發(fā)酵溫度36℃，醋酸菌接種量5.0%。此工藝條件下得到的苦蕎醋符合國標，既有傳統(tǒng)食醋的品質，又有苦蕎特有的保健功效。

4 展望

隨著我國人民生活水平的不斷提高,苦蕎作為一種藥食同源的健康食品原料備受青睞。另外,苦蕎富含各種活性成分,如蘆丁、槲皮素、蛋白質、抗性淀粉、多糖、D-手性肌醇、蕎麥堿等。如何進一步有效提取這些活性成分,并解析這些成分的功效及其作用機制將成為苦蕎食品的重要研究方向,同時為苦蕎功能性產品研發(fā)以及構建功能性食品體系提供重要依據。