全麥粉和全麥食品研究進展

鄭靜潔，孫月，侯漢學

（山東農業大學食品科學與工程學院，山東泰安 271000）

小麥作為我國三大谷物之一的糧食資源，具有悠久的種植和食用歷史[1]。精白面粉的加工性能優良，其制品發酵性好、口感好。然而精白面粉的生產工藝存在粉路長、投資大、能耗高、出粉率低等問題。此外，精白面粉營養成分單一，不能滿足當今消費者對于天然健康食品的需求。研究表明，攝入全麥食品可以預防肥胖癥、高血脂、高血壓、心血管疾病并降低某些癌癥的發病率[2?3]。與精制小麥粉相比，全麥面粉富含膳食纖維、維生素、礦物質及功能性植物化學物質，但麩皮中膳食纖維與面筋網絡的競爭性吸水以及阿魏酸介導的纖維?面筋相互作用會破壞面筋網絡的連續性，降低了面粉的加工品質和相關食品的感官品質[4?5]。因此，開展全麥食品加工技術研究對于促進小麥資源綜合利用、改善國民健康水平都具有重要意義。本文從制粉方式、營養價值、應用現狀3 個方面對全麥粉及其食品進行綜述，以期為全麥食品的研究和生產提供參考。

1 全麥粉制粉方式

1.1 整粒研磨法

整粒研磨法是指將胚乳、麩皮和胚芽一起研磨，沒有除去麩皮、胚芽的過程，通過研磨工藝，直接將小麥磨成面粉。杜昱蒙等[6]采用沖擊磨制備不同粒徑的全麥粉，結果表明，全麥粉的保質期隨著粒徑的降低而縮短。張巖巖[7]的研究表明，微波處理可以延長整粒研磨全麥粉的儲藏期、改善全麥粉的加工品質和饅頭的感官品質。魏遠[8]采用蒸汽爆破法破碎小麥籽粒，結合濕法粉碎得到100～130 目全麥粉，最后通過烘干處理將含水量控制在5%～10%。高溫高壓條件下，小麥吸收蒸汽中的水分進而降低了麩皮的機械強度，并且蒸汽處理有利于麩皮中的脂肪氧化酶失活，增加產品的儲藏穩定性。周紅婷[9]利用磨、篩一體設備，使傳統的皮磨、心磨、渣磨及麩皮、次粉等不同系統物料分磨分篩，全麥粉產量提高了20%，同時能耗降低了40%，適用于批量生產，但是反復研磨過程會導致磨輥溫度升高，從而對全麥粉的營養品質造成不良影響。整粒研磨法制備的全麥粉保質期相對較短，需要進一步研究經濟、實用的全麥粉穩定化方法。

1.2 麩皮回添法

國外企業大部分采用輥式磨粉機、方篩和清粉機分離面粉、麩皮和胚芽，麩皮和胚芽經錘式磨、盤磨或球磨機研磨后按一定比例回添到面粉中，混合均勻后即可得到全麥面粉。麩皮回添法在我國應用較為廣泛，常采用輥式磨粉機分離面粉、麩皮和胚芽，再將經過穩定化和粉碎處理的小麥麩皮和胚芽如數回添，與面粉充分混合。譚斌等[10]對面粉加工過程中的麩皮、胚芽和胚乳進行單獨收集，并采用擠壓膨化的方式對麩皮和胚芽進行穩定化處理，干燥后進行粉碎或超微粉碎，所得胚芽和麩皮粉按一定比例與面粉充分混勻得到全麥粉。Ito 等[11]將小麥用輥式磨粉機以及撞擊式磨粉機處理后，得到粗粉和細粉，其中粗粉經濕熱穩定化處理后，被反復碾磨成粒徑150～200μm 的顆粒，然后與細粉混合，生產全麥粉。Haynes 等[12]將精白小麥粉與經過穩定化處理的麥麩混合以生產全麥粉，在降低麩皮中脂肪酶和脂肪氧合酶活性以及減小粒徑的同時，避免了熱處理及研磨處理導致的淀粉損傷和糊化。麩皮主要在蒸煮器中進行熱穩定處理，該操作可以在麩皮碾磨前或碾磨后進行，熱處理溫度優選為115～125 ℃，蒸煮時間優選為1～7 min，熱處理后需迅速冷卻至60 ℃，該產品在加速氧化條件下可儲存1～2個月。與整粒研磨法相比，麩皮回添法可對麩皮進行單獨處理，有利于延長全麥粉保質期，提高全麥食品的感官品質，但是增加了制粉步驟，產品成本增加。

2 全麥粉的營養價值

小麥籽粒的主要結構為麩皮、胚芽、胚乳。麩皮占小麥籽粒的13%～17%，從內到外依次包括糊粉層、透明層、種皮、內果皮和外果皮，其中，糊粉層富含小麥籽粒60%～70% 的微量營養素和功能性成分，包括膳食纖維、蛋白質、礦物質、維生素和酚類化合物等，含糊粉層全麥粉具有預防和改善便秘、調控血糖、改善心血管疾病等多種生理功能[13]。胚乳約占小麥籽粒的83%，主要由淀粉和少量的蛋白質組成。淀粉中支鏈淀粉約占70%，直鏈淀粉約占30%。分布在胚乳外層的蛋白質主要為清蛋白和球蛋白，加工性能較差，胚乳內部主要是麥谷蛋白與醇溶蛋白，在面筋功能特性中發揮重要的作用，其中，麥谷蛋白提供面團發育所需的黏度，醇溶蛋白提供強度和彈性。

研究表明，長期食用精制食品與慢性疾病風險升高密切相關[14]，而多吃粗糧可以有效預防慢性疾病，如肥胖、心血管疾病等[15]。全麥食品的有益成分主要包括膳食纖維、酚酸、類黃酮、膽堿、植物甾醇、類胡蘿卜素、維生素、礦質元素等。其中，膳食纖維具有較高的持水性，有助于增強飽腹感從而減少能量攝入，并且膳食纖維的高黏度使其可以與碳水化合物結合，降低碳水化合物在體內的消化和吸收。近年來，酚酸作為抵抗癌癥和心臟病的潛在保護因子，受到越來越多的關注，而小麥麩皮是植物酚酸的重要來源[16]。研究表明，全麥食品可以通過降低脂質和膽固醇積累，調節肝臟脂質代謝和膽汁酸穩態，降低胰島素抵抗，增強腸道微生物豐富度和多樣性，降低許多慢性疾病的風險。但是與精白食品相比，全麥食品具有較差的感官品質，包括深色、斑點外觀、粗糙和堅硬的質地、苦/酸的味道和麥芽味，消費者接受度較低。為改善這些缺陷，可對麩皮進行酶促處理、擠壓膨化處理、超微粉碎處理等[17?19]。

2.1 膳食纖維

膳食纖維（dietary fiber，DF）被定義為植物中不易消化但可被腸道菌群完全或部分發酵的可食用部分，與人體健康密切相關。麩皮的最外層，即果皮，主要由死細胞構成，細胞壁含有高度交聯的阿拉伯木聚糖和纖維素，這些膳食纖維在腸道中不能被微生物充分發酵，但是與水結合強烈，導致糞便體積增加，腸道運輸時間縮短，從而減少有害物質與結腸上皮細胞的接觸。糊粉層中的膳食纖維主要為阿拉伯木聚糖和β?葡聚糖，部分可被腸道微生物利用。宋華等[20]研究了小麥淀粉中添加不同膳食纖維后對Ⅱ型糖尿病患者餐后血糖的影響，結果表明，膳食纖維能夠顯著降低患者餐后血糖升高。Arufe 等[21]研究了可溶性膳食纖維（麥芽糊精、果膠和菊粉）單體及組合物對面團特性和面包品質的影響，發現添加可溶性膳食纖維可以增加面團的儲存模量和拉伸黏度，并且組合纖維的添加水平小于或等于30%時，面包密度和質地與對照接近。抗性淀粉是小麥中的另一種膳食纖維，高直鏈淀粉小麥通常含有較多的抗性淀粉。Rahim 等[22]的結果表明，與親本（動植物雜交時所選用的雌雄性個體）小麥相比，具有高直鏈淀粉含量的小麥突變體可將血糖指數降低25%，同時改善高脂飲食小鼠的葡萄糖耐受并增強胰島素敏感性，增加短鏈脂肪酸含量和改善腸道菌群。

2.2 阿魏酸

阿魏酸是一種具有多種生物活性功能的物質，既是抗氧化劑又是抗炎因子，具有降血脂、抗氧化、抗菌消炎的作用，已被美國食品藥品監督管理局（Food and Drug Administration，FDA）批準為優質功能成分[23]。阿魏酸是小麥中的主要酚酸，含量為269.2～744.7 μg/g，占小麥總酚酸的46%～67%，其中5%～50% 的阿魏酸可以與其他物質形成不同類型的共價二聚體，交聯、穩定和強化植物細胞壁結構，增加細胞壁降解抗性。Pe?kkinen 等[24]采用木聚糖酶和阿魏酸酯酶處理糊粉層，以阿魏酸標準品為對照，探究酶處理釋放的阿魏酸對高脂飲食小鼠尿液代謝產物的影響，結果表明酶處理會導致糊粉層中游離阿魏酸的釋放，從而導致包括硫酸阿魏酸和甘氨酸偶聯物在內的阿魏酸主要代謝產物的排泄增加。酶處理糊粉組小鼠在降低體質量和改善糖脂代謝方面的表現優于阿魏酸標準品組，表明引起這些生物活性的關鍵原因在于阿魏酸和其他糊粉層代謝產物的聯合作用。鐘正靈等[25]的研究表明，小麥阿魏酸對急性肝損傷具有一定的保護作用，其機制可能與阿魏酸的抗氧化作用有關。此外，阿魏酸還可以通過清除肝臟中的自由基和活性氧來保護肝細胞器和酶結構等。

2.3 植物甾醇

植物甾醇是一種多功能活性成分，具有免疫調節、抑制膽固醇吸收、抗氧化、降血脂和消炎退熱等生理功效[26]。張云煥等[27]指出小麥胚芽中甾醇的主要成分為谷甾醇。Awad 等[28]也證實，小麥谷甾醇能夠分別減少乳腺癌細胞的黏著和侵入。研究表明，植入前列腺癌細胞的老鼠在喂食植物甾醇后，癌細胞向肺部和淋巴腺部位的轉移均顯著減少。此外，攝入植物甾醇或甾醇還可降低人體血清中總膽固醇和低密度脂蛋白膽固醇的濃度[29?30]。植物甾醇可以在腸腔內與膽固醇競爭形成膠束，從而抑制膽固醇吸收[31]。因此，作為植物甾醇的重要來源，小麥胚芽在功能性食品和藥品應用方面具有較好的開發潛力。

2.4 類胡蘿卜素

類胡蘿卜素是自然界中最普遍的色素，作為一種天然抗氧化劑，受到了廣泛的關注。類胡蘿卜素分為碳氫化合物（胡蘿卜素）及其含氧衍生物（葉黃素）。全谷物中常見的類胡蘿卜素有葉黃素、玉米黃素、β?隱黃素、β?胡蘿卜素和α?胡蘿卜素等[32]。一般來說，葉黃素是小麥中含量最多的類胡蘿卜素，其次是玉米黃素、β?隱黃素。Lu 等[33]研究發現，不同小麥籽粒組分的類胡蘿卜素組成和含量不同?？偟膩碚f，胚乳中葉黃素含量最高，而玉米黃素和β?胡蘿卜素則集中在麩皮中[34]。

2.5 維生素和礦物質

全麥粉中的B 族維生素主要存在于麩皮和胚芽中，如維生素B1（硫胺素）、維生素B2（核黃素）、維生素B3（煙酸）、維生素B5（泛酸）、維生素B6（吡哆醇）、維生素B8（生物素）和維生素B9（葉酸）。與其他食物相比，全麥食品是硫胺素、煙酸、泛酸和生物素的重要來源。維生素E 主要存在于谷物胚芽部分，最重要的生物學功能是抗氧化活性和維持膜的完整性。Hao 等[35]在小麥中發現親脂性抗氧化劑——生育酚和生育三烯醇，其芳香環上的自由羥基具有抗氧化活性。維生素E也被證明在免疫功能、DNA 修復和其他代謝過程中發揮作用[36]。小麥籽粒中含有鎂、鐵、鋅、銅、磷、硒、鈣、鈉、鉀、錳等多種礦物元素，其中銅、鐵、錳、鋅是人體必需的微量元素，銅是多種氧化還原酶的組成成分，鐵是血紅蛋白的組成成分，酶主要是由錳和鋅組成，鈣有助于人體骨骼健康。這些礦物質主要富集于麩皮及麥胚中，其中，糊粉層礦物質含量最高，占小麥籽粒的50%以上。

3 全麥粉及其食品的發展現狀及趨勢

3.1 全麥粉及其食品目前存在的問題

3.1.1 加工性差

全麥粉中含有大量麩皮，容易使發酵面制品品質劣化[37]。和面過程中，麥谷蛋白和醇溶蛋白吸水溶脹發生交聯聚合反應，從而形成面筋網絡。這兩種蛋白質主要存在于胚乳，麩皮中含量極低。麩皮中含有大量的膳食纖維，其添入后會稀釋面粉中的蛋白，引起面筋網絡結構的疏散或弱化，導致面團流變學特性惡化，進而導致面團焙烤品質與面條烹煮品質的劣變[38]。膳食纖維含有很多親水基團，具有較強的吸水性，可與面粉主要成分（淀粉和蛋白質）競爭性吸水，阻礙面筋網絡的發展。此外，麩皮中與細胞壁阿拉伯木聚糖結合的阿魏酸可以與面筋網絡結合，導致膳食纖維與面筋相互作用，從而產生低蓬松性和延伸性的全麥食品。因此，改善全麥粉的加工性能，提升全麥食品的食用品質，是解決全麥食品發展難題的關鍵。

3.1.2 穩定性差

小麥胚芽脂肪含量高、酶活性高，導致全麥面粉的保質期短[39]。小麥胚芽和麥麩中的活性成分，如不飽和脂肪酸、高活性酶、內源性酶和麩皮表面的外源性微生物會影響全麥粉的貯藏、加工穩定性。參與小麥胚芽中不飽和脂肪酸氧化分解的酶一般為內源性脂肪水解酶和脂肪氧化酶。此外，微生物的污染也會加速油脂的酸敗變質及其他營養素的代謝消耗，導致其貨架期大幅度縮短。不飽和脂肪酸的化學性質在整個食物加工過程中較不穩定，容易發生氧化和水解反應，不僅使它們失去原有的生理功能，而且還會加速食品變質。因此，在全麥食品加工前進行適當預處理，即對這些生物活性物質的穩定處理和最大限度保留處理，將成為全麥食品加工需要重點關注的問題。

3.1.3 消費者可接受度低

全麥饅頭的顏色明顯深于普通小麥粉饅頭，主要是由于麩皮中含有大量色素，如葉黃素，導致產品呈黃褐色。到目前為止，還沒有充分研究全麥粉加工方法對全麥粉和全麥粉饅頭質量的影響[40]。麩皮中較高含量的膳食纖維使得全麥面團在加工過程中的穩定性、延展性及發酵流變性降低，也使得產品的口感更加硬實、粗糙和發澀。同時，隨著麩皮和胚芽的加入，全麥粉及全麥食品的色澤變暗，呈黃褐色。在全麥粉及麩皮粉的制粉過程中，因摩擦升溫造成所得全麥粉或麩皮粉呈焦褐色，此外，小分子醇類、醛類和呋喃類等揮發性物質也會導致異味的產生。

3.2 全麥粉及其食品的發展趨勢

3.2.1 采用合理的方法對麩皮進行預處理

影響全麥食品口感和加工品質的主要因素是麩皮，改善全麥食品的口感，關鍵在于對麩皮的處理方式。麩皮的主要成分是膳食纖維，可以通過擠壓改性的方法，實現膳食纖維的多功能轉化[41]，以此來改善全麥粉在面包等食品中的口感。將小麥籽粒或麩皮進行超微粉碎后，全麥粉的面筋含量和面筋指數增加，面團粉質參數中的吸水率、穩定時間和粉質指數增大，面團拉伸參數中的拉伸能量、阻力、拉伸比及全麥粉糊化黏度也有所增大[42]。同時隨著麩皮粒度的減小，全麥粉加工品質和產品感官品質得到明顯改善。采取剝皮制粉工藝將小麥籽粒最外層的1%～2% 的皮層去掉，不僅可以去除小麥表層的微生物、重金屬、嘔吐毒素等污染物[43]，還可以提升小麥粉的加工品質。最后，也可以采取全麥面粉和普通面粉混合使用的方式來改善產品質量，全麥面包原料中的全谷物粉的比例一般為51%～60%[44]。

3.2.2 新品種培育

通過轉基因、雜交、細胞工程等技術來培育適宜全麥粉加工的小麥品種。采用黑麥全麥粉制作的面條富有彈性、口感較軟[45]，加工性能優于傳統全麥粉。紫糯小麥全麥粉經擠壓膨化后，可以加工成即食沖調類食品[46]。發展全麥食品，應當充分考慮不同地區小麥品種的差異性，深入研究我國不同地區的面制食品品質特征，建立我國特色小麥品種資源庫，為開發不同特征全麥食品提供原料。

3.2.3 利用酶制劑改進全麥食品發酵性與口感

酶制劑是一種具備生物催化反應能力的蛋白，具備高效性和特異性。食品工業比較常見的酶制劑有葡萄糖氧化酶、漆酶、轉谷氨酰胺酶、胃蛋白酶、α?胰蛋白酶和木聚糖酶等，恰當的使用酶制劑可以提高食品品質。添加酶制劑可以提高全麥粉的起發性能、改善其口感[45]，如葡萄糖氧化酶、戊聚糖酶均可顯著改善全麥饅頭的比容、硬度及感官品質[47]。林金劍等[48]研究表明，葡萄糖氧化酶對多谷物饅頭的表皮白度和饅頭芯硬度改善效果最明顯，使多谷物饅頭具有較好的抗老化性。Keskin 等[49]研究發現一定量的脂肪酶能夠增大面包的比容，同時改善面包的質構特性，提高面包松軟度，使面包芯孔隙更均勻并有絲樣光澤。李國龍[50]研究發現，谷氨酰胺轉氨酶（glutamine transaminage，GT）可較好地作用于小麥面筋蛋白，使面團具有更好的流變學特性。谷氨酰胺轉氨酶可以替代乳化劑和氧化劑，提高烘焙食品的品質，提升面包白度，賦予其均勻的內部結構[51]。Shi 等[52]研究發現在全麥面粉中添加脂肪氧合酶可以提高面團的穩定性和抗拉伸性。Van Hung 等[53]研究發現纖維素酶能降低全麥糯性小麥面包的硬度，但不影響其體積。在全麥面包配方中加入木聚糖酶可以獲得更大的面包體積，更淺的外殼顏色，更理想的風味和口感，儲存期間面包的水分更高，硬度更低，產品的保質期更長[54]。

3.2.4 采用發酵技術對全麥食品進行改良

發酵小麥粉產品是應對未來食品生產挑戰的主要手段[55]。酵母發酵是制作面食最傳統的生物技術，可以提高蛋白質的消化率，改善發酵后麩皮的營養和功能特性，而不會對產品質量產生負面影響[56]。除此之外，酵母發酵還具有抑制谷物胚芽脂肪酶活性的潛力，可部分抵消全麥面團生產過程中出現的儲能模量和損失模量升高[57]，可以降低面團硬度，提高面團的抗拉強度和延展性[58]。酸面團發酵能夠顯著提升全麥食品的感官品質和營養品質，是一種很有前景的全麥食品加工方法[59]。食藥用真菌是一類兼具食用和藥用價值的真菌，在生長過程中通過代謝產生水解酶與基質發生相互作用，改變基質的結構組成和化合物種類，降低纖維素類物質的含量，優化發酵基質的營養成分和口感。利用食藥用真菌對小麥麩皮進行固態發酵，可顯著改善麩皮的營養價值和加工性能，顯著提升全麥食品的質量[60]。此外，還要做好營養知識的普及宣傳以及產品的推廣工作，才能有效促進產業的發展。

4 結語

隨著人們生活水平的提高和對健康的重視，越來越多的消費者開始選擇全麥食品。全麥食品在提高了面粉出粉率的同時，最大程度上保留了小麥中的天然營養素，具有良好的發展前景。但我國全麥粉和全麥食品還存在著加工品質差、儲藏性能差、口感差等問題，只有通過多學科的聯合攻關，開發出適合我國消費者特色的全麥食品，增加全麥食品的花色品種，給消費者更大的選擇空間，才能促進我國全麥食品的健康、快速發展。