元麥麩皮功能成分與產品開發的研究進展

劉 暢，張 欣，魏亞鳳，宋居易

（江蘇沿江地區農業科學研究所，江蘇 南通 226012）

元麥（Hordeum vulgareL. var.nudumHook.f.）是禾本科大麥屬作物，因其稃殼脫離于穎果，故又稱裸大麥，也名米大麥、青稞[1]。常見顏色有黃白色、黃棕色、藍灰色、紫紅色和黑色[2]。元麥穎果由籽實皮、胚乳和胚構成，經分級碾磨可得麩皮、元麥米、元麥粉等初加工產品（圖1），后兩者是元麥精加工的主要原料，利用率較高，而麩皮因感官品質和消化性能較差，多用于制作動物飼料或直接廢棄，不僅造成了資源的浪費，還會增加環境的壓力[3-4]。元麥麩皮的營養成分以淀粉、膳食纖維、蛋白質為主，還含有脂肪、礦物質等[5]（表1）。其功能成分主要為阿拉伯木聚糖、β-葡聚糖、酚類物質、植物甾醇，具有降血糖、降血脂、抗氧化、調理腸道等生理功效。隨著食品加工技術的發展和人們飲食需求的改變，對元麥麩皮的研究已不斷深入，在探索功能成分和研發新型產品方面也有了一定積累。因此，本文圍繞元麥麩皮的功能成分和相關產品就現有研究進行概括總結，以期為后續開展試驗、推進產業化進程提供思路。

圖1 元麥初加工產品（a.元麥麩皮 b.元麥米 c.元麥粉）Fig.1 Primary processed product of naked barley (a. naked barley bran, b. naked barley kernels, c. naked barley flour)

表1 文獻報道的元麥麩皮營養成分Table 1 Nutritional components of naked barley bran obtained from the literature %

1 元麥麩皮功能成分的研究進展

1.1 阿拉伯木聚糖

阿拉伯木聚糖是一種半纖維素多糖，存在于多種植物的細胞壁中，對于元麥而言，麩皮部位含量相對較高[12]。其基本結構是由D-吡喃木糖以β-1, 4糖苷鍵連接形成主鏈，α-L-阿拉伯呋喃糖在C2和/或C3位以側鏈形式取代主鏈糖單元[13]。經研究發現，阿拉伯木聚糖具有良好的吸水性、氧化凝膠性和獨特的溶解性，因此可用于改良面團品質，還能作為微膠囊壁材包埋蛋白質、益生菌等物質[14-16]。此外，阿拉伯木聚糖還具有降血脂、降血糖、改善礦物質吸收等生理功效[17]。徐中香[7]通過響應面法優化了元麥麩皮阿拉伯木聚糖的堿提工藝，得出在料液比1∶25（g/mL）、NaOH濃度15 g/L、溫度55 ℃條件下提取3 h，實際得率可達14.31%。Gong等[18]利用高效液相色譜分析得出，元麥麩皮的單糖組成為葡萄糖、木聚糖、阿拉伯糖、甘露糖、半乳糖，其中前三者的含量占比較高，經比色法測得三種元麥麩皮中阿拉伯木聚糖的含量分別為14.21%、18.18%、21.06%，阿拉伯糖與木糖的比值分別為0.83、0.76、0.58。Guo等[19]對該多糖進行了分級純化，得出其主要組分 HBAX-25占阿拉伯木聚糖總量的 37.1%（w/w），該組分中阿拉伯糖與木糖的比值為0.58，主鏈由β-1, 4糖苷鍵連接的D-吡喃木糖構成，六種不同的支鏈結構在部分糖單元的C3位單取代或在C2和C3位雙取代。

1.2 β-葡聚糖

β-葡聚糖廣泛存在于真菌（酵母、蕈菌等）和植物（大麥、燕麥等）中，酵母、蕈菌來源的β-葡聚糖的結構鍵型為 β-1, 3糖苷鍵和 β-1, 6糖苷鍵，而谷物來源的β-葡聚糖是葡萄糖殘基經β-1,3糖苷鍵和 β-1, 4糖苷鍵連接而成的無支鏈線性多糖[20]。元麥β-葡聚糖的生理活性主要為降血脂[21]、降血糖[22]、抗炎[23]、調節腸道菌群[24]，Song 等[25]還發現羧甲基化修飾的元麥麩皮β-葡聚糖純化組分 CMG-2可誘導金黃色葡萄球菌的細胞壁和細胞膜損傷，從而改變其通透性，達到抑菌效果。β-葡聚糖的分子量、黏度、溶解度等理化特性會因元麥來源和提純方法的不同而產生差異，其凝膠性、發泡能力、泡沫穩定性、乳化能力、乳化穩定性等也會受到外界環境（溫度、pH等）的影響[26-27]。賈曉麗[28]發現將元麥麩皮β-葡聚糖添加到雞塊的油炸外裹糊中，可使雞塊的保水性提高、含油量降低，進而在保證雞塊感官品質的同時滿足了低脂的需求。基于上述特性，β-葡聚糖在食品、醫藥、化工等多個領域都有著良好的應用前景。

雖然元麥β-葡聚糖在麩皮部位的含量低于其胚乳部位，但因麩皮為元麥加工的副產物，以其為原料提取β-葡聚糖仍具有重要的研究意義[29-30]。目前常見的提取方法可分為物理法、化學法和生物法三大類。Liu等[31]對比了超聲、熱水、微波、微波輔助超聲四種提取方法對元麥麩皮β-葡聚糖得率和理化特性的影響，經試驗得出微波輔助超聲提取法耗時較短且得率最高，得到的β-葡聚糖數均分子量和表觀黏度最高，發泡能力最弱但泡沫穩定性最強，且具有良好的乳化能力和乳化穩定性。Du等[32]得出以加速溶劑萃取法提取元麥麩皮β-葡聚糖的最優工藝參數為萃取壓力10 MPa、萃取溫度70 ℃、時間9 min、循環4次，該條件下粗β-葡聚糖的實際得率為16.39%，高于超聲提取、微波提取和傳統回流水提法。劉新琦等[33]通過發酵法提取元麥麩皮中的β-葡聚糖，得出最適發酵條件為料液比1∶6、高活性干酵母接種量0.05%、發酵溫度32 ℃、發酵時間34 h，以該條件提取的 β-葡聚糖較傳統水提法得率提高了60.8%。宋居易等[34]采用生物酶法提取元麥麩皮中的 β-葡聚糖，得出其最優提取工藝為料液比1∶15、堿性蛋白酶30 mg/g、酶解時間2 h，最優除蛋白工藝為中性蛋白酶∶胰蛋白酶=1∶2、酶用量1 mg/mL、酶解溫度45 ℃、時間2.5 h。此外，賈瑩等[35]研究了元麥麩皮β-葡聚糖粗品的脫色工藝，得出在樣品溶液溫度40 ℃、pH 6、流速0.5 mL/min時，使用XAD-7樹脂可使元麥麩皮β-葡聚糖的脫色率達72.9%，損失率為4.3%。

1.3 酚類物質

元麥麩皮中的酚類物質包括酚酸、黃酮、鞣質等。酚類物質是植物的次級代謝產物，具有很強的抗氧化性，能夠有效地清除體內自由基、調節身體機能。元麥由外層到內層，可溶性酚類物質總量呈逐級降低趨勢，抗氧化力與其呈高度正相關[36]。徐菲等[37]經優化得出以11.1%的硫酸為提取劑、料液比1∶17 g/mL、提取溫度75 ℃時，對元麥麩皮結合酚具有較好的提取效果。楊希娟等[38]經篩選得出AB-8大孔吸附樹脂對元麥麩皮結合酚有著良好的吸附-解吸作用，以最優工藝將其分離純化后，可檢測到的單體酚種類增加，且半數以上單體酚的含量顯著提高。

酚酸是具有羧酸性質的酚類物質。陳曉默[39]以60%丙酮為溶劑提取元麥麩皮，提取物中共鑒定出五種主要的酚酸類物質（咖啡酸、丁香酸、阿魏酸、對香豆酸、芥子酸），經研究得出這五種酚酸類物質對活性二羰基化合物的清除率均可達50%以上，對餅干模擬體系中的羧甲基賴氨酸均有不同程度的抑制作用。阿魏酸是谷物中最常見的酚酸類物質，多以結合態聚集于細胞壁中[40]。阿魏酰糖酯是由阿魏酸羧基與糖羥基酯化形成的低聚糖，由于酯鍵的存在，阿魏酰糖酯較游離的阿魏酸具有更強的抗氧化力，生理活性更加優越[41]。高汪磊[42]從元麥麩皮中分離純化出阿魏酰糖酯，通過構建體外非酶糖基化反應體系，證明了阿魏酰糖酯對晚期糖基化終產物（Advanced Glycation End Products，AGEs）具有良好的抑制作用，為更加安全、有效的AGEs抑制劑的研發奠定基礎。

有研究表明，元麥的粒色與酚類物質有著密切聯系，深色品種較淺色品種的酚類物質含量更高，組成也更豐富[36]。黃白粒元麥中不含生物色素，黃棕粒元麥的種皮中含有原花青素，藍灰粒和紫紅粒元麥的粒色與花青素有關，而黑粒元麥的粒色與酚類物質的氧化和聚合產物、植物黑色素有關[43-45]。Zhang等[46]針對紫紅粒元麥優化了其麩皮花色苷的提取工藝，得出最優參數為料液比1∶40 g/mL、pH 1.0、超聲功率200 W、提取溫度80 ℃、提取時間10 min，其純化物具有良好的抗氧化和抗生物膜活性，經液相色譜-質譜聯用儀測定出六種花色苷，其中含量最高的為矢車菊-丙二酰葡萄糖苷。

1.4 植物甾醇

植物甾醇因其降膽固醇、抗氧化、抗炎等多種生理活性而被廣泛應用于食品、醫藥領域，同時也可作為乳化劑、分散劑、著色劑等用于合成化工產品[47]。谷物是人類膳食植物甾醇的重要來源，同種谷物不同部位的甾醇含量有著明顯差異，就元麥而言，麩皮部位的總量最高，其游離甾醇和阿魏酸甾醇酯的占比是元麥全谷物的2倍多[48]。元麥麩皮具有較高的產油率，Moreau等[49]以兩種元麥麩皮為原料提取油脂，測得其游離甾醇含量平均為1.10%，甾醇酯含量平均為1.65%。龔凌霄等[50]以正己烷為溶劑提取元麥麩皮油，經氣相色譜-質譜聯用（Gas Chromatography-Mass Spectrometry，GC-MS）分析得出游離甾醇總量為7 357.72 mg/kg，主要類型為β-谷甾醇和菜油甾醇，此外還檢測到了鏈甾醇、豆甾醇和巖藻甾醇。

2 元麥麩皮產品開發的研究進展

2.1 元麥麩皮油

元麥麩皮油中除含有豐富的植物甾醇外，還有優質的脂肪酸，其中不飽和脂肪酸占比高達77.27%（以亞油酸為主），飽和脂肪酸主要為棕櫚酸，經動物試驗得出元麥麩皮油可明顯抑制大鼠動脈硬化的形成及其高血脂癥[51]，此外元麥麩皮油對α-葡萄糖苷酶也具有良好的抑制活性，可在Ⅱ型糖尿病新型治療藥物的研發中發揮積極作用[52]。目前元麥麩皮油以正己烷、乙酸乙酯、石油醚等有機溶劑提取為主，羅龍龍等[52]在此基礎上輔以超聲處理，優化出最優工藝條件為超聲時間30 min、功率225 W、溫度30 ℃、浸提時間12 h，該條件下的元麥麩皮油得率為 3.62%。為了滿足更加安全、環保的工藝需求，有研究采用超臨界CO2萃取法提取元麥麩皮油，工藝參數為萃取壓力20 MPa、時間2 h、溫度40 ℃、CO2流量15 L/h，該條件下得率可達6.26%[53]。

2.2 元麥麩皮膳食纖維產品

膳食纖維是一類不能被人體小腸消化吸收、對人體健康有利的碳水化合物聚合物（聚合度≥3），主要存在于植物中，分為可溶性膳食纖維（Soluble dietary fiber，SDF）和不溶性膳食纖維（Insoluble dietary fiber，IDF），包括纖維素、半纖維素、果膠、菊粉等[54]。元麥麩皮中膳食纖維含量可達39.23%（表1），具有良好的加工利用前景。張倩芳等[55]分別采用擠壓膨化、蒸煮、烘烤、超微粉碎四種方式處理元麥麩皮，發現處理后麩皮的總膳食纖維含量均無顯著變化，但擠壓膨化改變了膳食纖維的組成比例（SDF含量升高、IDF含量降低），此外四種處理均提高了元麥麩皮的持水力、膨脹力和對膽固醇的吸附能力。王羲[11]優化了元麥麩皮IDF的提取和純化工藝，得出均質轉速為10 000 r/min，堿處理條件為氫氧化鈉濃度6%、溫度60 ℃、時間2 h、料液比1∶6，脫色條件為過氧化氫濃度5%、pH 11、時間2.5 h，除淀粉工藝為液化時間1 h、糖化時間2 h，再經胰蛋白酶除去粗品中的蛋白質，最終產品中IDF含量可達83.4%。Zhu等[56]提取了元麥麩皮的IDF，并對比了常規研磨和超微粉碎兩種處理方式對其的影響，經測定得出超微粉碎IDF的總酚含量和抗氧化力均顯著高于常規研磨。

多元化的生產設備和加工技術可賦予膳食纖維產品不同的性狀和用途。王佳欣等[57]提出氣流沖擊磨技術可將元麥麩皮粒徑降至亞微米級，且不影響其膳食纖維的含量和組成，處理后元麥麩皮粉的沖調穩定性和感官品質均顯著改善，為富膳纖沖調產品的研發提供了技術支撐。趙萌萌[5]分別采用超微粉碎、酶解、擠壓膨化、氣流膨化、酶解復合擠壓膨化五種方式處理元麥麩皮粉，再用于食品加工，得出添加15%超微粉碎粉可使高纖面包的體積飽滿、外形勻整、可接受度更高，添加55%復合處理粉的曲奇餅干具有最高的感官評分和膳食纖維含量，添加25%復合處理粉的油茶風味獨特、膳食纖維含量最高。Pontonio等[58]利用木聚糖酶酶解元麥麩皮，并經植物乳桿菌T6B10和融合魏斯氏菌BAN8等比例混合發酵后得到麩皮面團，以其為原料制作面包可使總膳食纖維和蛋白質含量顯著增加，同時提高了蛋白質消化率、降低了預測血糖指數，感官特性也更加協調。

此外，元麥麩皮膳食纖維還可作為輔料改善肉制品的品質，郭年紅[59]以酶法提取了元麥麩皮膳食纖維并分別添加到豬肉火腿腸和豬肉香腸中，與未添加元麥麩皮膳食纖維的對照組相比，9.40%的添加量可使火腿腸的蛋白質含量增加6.38%、脂肪含量降低32.60%、熱量降低34.42%；8%的添加量可使香腸具有更好的質構、色澤、感官品質和營養特性。

2.3 元麥麩皮發酵產品

基于元麥麩皮降血脂的生理活性，蒲立檸[60]等結合了同樣具有降脂功效的薏仁和紅曲，研制出一款新型紅曲產品，以元麥麩皮和薏仁為底物，以紫色紅曲CICC 5046為發酵菌種，最適工藝為發酵溫度29 ℃、接種量8%、裝料量40 g（250 mL燒杯）、初始含水量 60%、發酵時間 12 d，該條件下新型紅曲中主要降脂成分Monacolin K的含量可達110.556 mg/kg。馬敬[61]分別以元麥麩皮和小麥麩皮為主料固態發酵兩種食醋，經對比發現元麥麩皮醋中總多酚、總黃酮、γ-氨基丁酸含量更高，ABTS和羥自由基清除能力更強，揮發性風味物質組成也更加豐富。黃月等[62]探究了元麥脫皮與否對其釀造黃酒揮發性風味物質的影響，經 GC-MS結合氣味活度值分析得出未脫皮元麥黃酒中的揮發性風味物質總量（71 134.67 μg/L）高于脫皮元麥黃酒，但脫皮元麥黃酒的特征性風味物質種類更加豐富；元麥麩皮的揮發性風味物質以烷烴和醛酮類為主，雖不直接影響黃酒風味，但可經微生物作用產生特定的揮發性成分，進而促進黃酒風味的形成。

3 展望

元麥是我國的特色農作物，具有“三高兩低”（高蛋白、高纖維、高維生素、低糖、低脂肪）的特性，是“大健康”理念下極具加工利用潛力的優質谷物。麩皮雖是元麥加工的副產物，但其豐富的營養成分和良好的功能活性仍不容忽視。目前已有不少針對元麥麩皮精深加工的研究，但大多還處于實驗階段，以其為原料提取的功能成分和加工產品并未形成工廠化、商品化的規模。其次，我國的元麥種質資源豐富，不同品種間存在著物質組成與含量的差異，進而影響其加工品質，但目前鮮有對不同品種的元麥麩皮進行對比分析的研究，也未確定出不同品種的最適加工方式和加工產品。此外，為進一步提高元麥麩皮的附加值，還需繼續加強技術創新、豐富產品種類，拓寬其在醫藥、化工等其他領域的應用，以創造出更好的經濟與社會效益。

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