黑小麦营养价值功能性物质及其影响因素的研究进展

吴莹晗，马丹妮，李 华

（扬州大学食品科学与工程学院，江苏扬州 225127）

黑小麦是用黑麦与小麦杂交成的新品种，籽粒呈黑、紫和黑紫色，蛋白质含量通常在15%以上，包含17种氨基酸，其组成丰富，同时富含阿魏酸、花色苷等多种对人体有益的功能性物质[1]。现有运黑系列、冀紫439、冀资麦3号、河东乌麦526和黑小麦76号等品种，是研发营养功能补剂、保健食品和医疗食品的优质资源。

1 黑小麦的营养价值

黑小麦含碳水化合物54%～72%[2-5]，脂肪1.9%～2.2%[2，5-7]，蛋白质15.3%～20.5%[2-4，6-7]，富含铁、钙、硒、碘等矿物质[2，8-10]。然而不同品种间，营养素的种类、含量差距较大。目前，黑小麦的基础营养信息还不够全面，需进一步加强这方面的研究。黑小麦蛋白含量（＞15%）高于白粒小麦（11%～13%），与白粒小麦相比，某些必需氨基酸含量更高，如对于谷物的第一限制性氨基酸——赖氨酸，河东乌麦526[5]、运黑系列[6]和冀资麦3号[11]的含量分别为0.68%，0.44%，0.41%，均高于普通小麦[2]（0.38%），其必需氨基酸总量[5-6，8]（4.14%～6.09%）也高于普通小麦[12]（3.41%）。

2 黑小麦的功能性物质

2.1 戊聚糖

戊聚糖主要存在于谷物的果皮、种皮和糊粉层，木糖构成戊聚糖主链，侧链连接阿拉伯糖残基，阿魏酸以酯键与阿拉伯糖连接，为伸展的螺旋式棒状结构[13-14]。这种空间结构决定了其高持水（可吸附自身质量约10倍的水）、高黏度和氧化交联等特性，对面团发酵和烘焙有重大影响，且它是一种天然食品甜味剂，可在结肠被微生物发酵，具有调节肠道菌群、控制血糖等生理作用[15-16]。

戊聚糖中单糖的不同构成比、空间结构会造成戊聚糖理化性质和生物活性上的差异。采用不同方法提取黑小麦的面粉和麸皮，制备的戊聚糖在单糖组成和相对分子质量上存在差异。面粉中水溶性戊聚糖Ara/Xyl值低于水不溶性戊聚糖，相对分子质量却高于水不溶性戊聚糖，表明2个组分的阿魏酸存在差异[17]。

黑小麦面粉、麸皮的戊聚糖分子特征见表1。

2.2 阿魏酸

黑小麦中的阿魏酸主要集中在麸皮位置，为结合态阿魏酸、阿魏酰低聚糖（Feruloylated oligosaccharides，FOs）是其主要存在形式[20]。结合态阿魏酸可以在人体内缓慢持续释放阿魏酸，具有更高的生物利用率和研究价值[21]。陈洲[22]发现FOs是一类阿拉伯木聚糖，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，与阿魏酸相比，FOs抗氧化能力更高。不同连接位点和取代基团，构成了不同FOs，相同相对分子质量下，支链越多，FOs就越易与周围分子交联，其溶液黏性越大，同时也可为其他物质的取代提供更多的空间位点，这为人工合成更多品种FOs提供了可能性[23]。应进一步深入研究黑小麦不同品种FOs的结构和理化性质，与抗氧化、抗肿瘤、降血糖等生物活性间的效能关系和作用机理。

表1 黑小麦面粉、麸皮的戊聚糖分子特征

2.3 色素

黑小麦色素主要存在于麸皮，由花青素和多糖构成，属于水溶性黄酮类花色苷色素[24]。研究表明，黑小麦中花色苷存在品种间差异。杨兆艳等人[25]检测出河东乌麦麸皮花色苷色素含有3个组分，梁茜茜[26]分离鉴定了黑小麦76号的色素，检测出16种花色苷。赵节昌[27]发现黑小麦花色苷清除DPPH自由基、羟自由基和NaNO2的能力存在量效关系，花色苷浓度越高，清除效果越好。杨三维等人[28]也证实花色苷（农大3753）具有较高的抗氧化能力，并且当质量分数≥40%时，抗氧化能力高于水溶性维E，并能抑制胃癌细胞HGC-27和MGC-803的侵染增殖。下一步的研究应深入到基因位点与功能作用的关系。

3 黑小麦功能性物质的影响因素

3.1 物理加工方式

王秋[29]发现超微粉碎可显著提高谷物膳食纤维溶解度、蛋白质及脂肪含量。研究表明，小麦麸皮经超微粉碎处理后，膳食纤维含量增加，持水力和膨胀力呈上升趋势，但阳离子交换能力下降[30]。郭怡琳[31]利用气流膨化技术对黑小麦麸皮进行处理，SDF含量先下降后上升，而持油能力、阳离子交换能力都有所上升。

加热、加压等处理方式对黑小麦活性物质的影响分为2个方面：一是色素的分解破坏，高温（＞80℃）使花色苷分解褪色[31]；二是因麸皮性质改变，释放出更多生物活性物质。孙元琳等人[19]发现高温高压（121℃，0.15 MPa）处理会促进膳食纤维的分解，产生低聚合FOs。赵霞[32]发现热加工能显著提高燕麦游离型总酚（34%～83%）、总黄酮（11%～61%），且高压条件下多酚含量提高更显著。可见物理加工方式能明显改善黑小麦麸皮理化性质，可进一步研究联合运用多种加工技术对麸皮改性的影响，人为控制其改性过程，深入探讨不同理化性质、生物活性的麸皮。

3.2 应激保护与生长代谢

（1）应激保护。干旱、盐胁迫、锌胁迫、辐射等环境能刺激黑小麦合成更多酚类物质，以抵消环境对自身的损害。研究证明，一定强度的红斑紫外线辐照会抑制黑小麦生长，造成植物细胞不同程度损伤，同时总酚含量增加[33]。宣毓龙等人[34]研究发现低浓度的锌胁迫（50～100 mg/L）可以促进黑小麦发芽和生长。Hura T等人[35]发现干旱环境中黑小麦束缚型多酚含量和叶绿体含量有相关关系。

（2）生长代谢。可以利用植物生长代谢机制，来提高谷物籽粒的植物化学物含量和生物活性。甘人友等人[36]发现黑小麦可溶性和结合性提取物的抗氧化活性和总酚含量都随发芽时间的延长而增加，铁还原能力、ABTS自由基清除能力和总酚含量分别提高了5倍，5倍和7倍左右，且结合型酚酸具有更高的抗氧化能力。

3.3 微生物发酵

微生物发酵可以提高谷物的活性物质含量和抗氧化活性。孙盈乾[37]筛选出汉逊酵母（Hansenula）对紫粒小麦在30℃下进行固态发酵，4.5 d后总酚含量达到峰值（4.63 mg GAE/g），可溶性阿拉伯木聚糖提取率达到3.51%。Zwane E N等人用塔宾曲霉（Aspergillus tubingensis）在温度50℃，pH值6下发酵黑小麦籽粒，与发酵前相比，麦粒中咖啡酸、ρ-对香豆酸的含量显著增加，发酵后麦粒中阿魏酸的含量为8.86 mg/g。微生物发酵法，不涉及重金属、强酸、强碱，是一种经济环保的生物加工技术。虽然还存在着菌株产酶量低、酶活不够、酶对底物特异性选择等种种问题，但生物技术是食品工业发展大势所趋，目前各实验室都在努力筛选产酶量及酶活高的优势菌种。