麦麸的营养组分及功能性成分的提取

龙志礼，刘小郡，李坚强，吴骏威

（中粮（东莞）粮油工业有限公司面粉厂，广东 东莞 532133）

随着人们对美好生活的不断向往，在解决了基本温饱问题后，人们追求更加健康、合理的饮食方式，因此饮食结构发生了很大变化，对保健食品的需求量日渐增多。小麦麸皮是小麦加工中的副产物，其营养物质含量丰富，富含蛋白质、低聚糖、纤维素和半纤维素等成分，是制备保健食品的理想原料。现阶段诸多报道表明，对小麦麸皮进行深加工和多层次开发利用，可以生产出不同的更好产品，从而大大提高小麦加工副产品的经济价值和企业市场竞争力[1]。

1 麸皮营养成分组成和功能特性

小麦被碾磨加工制成面粉和麸皮。麸皮主要包括果皮、种皮、珠心层和糊粉层。根据加工设备和技术的不同，麸皮的组成也有所不同。麸皮富含膳食纤维，其蛋白质、矿物质和维生素量比胚乳丰富。小麦麸皮基本成分含量见表1[2-3】。

麦麸中还含有酚酸、木酚素、类黄酮等多种酚类物质。这些酚类化合物具有强抗氧化性，能有效清除自由基，在癌症预防中起着重要作用。小麦麸皮中还含有以戊聚糖为主的麸皮多糖，包括阿拉伯木聚糖、β-葡聚糖等，这些多糖类物质可以维持餐后血糖水平，促进血液中胆固醇的分解[2]。

1.1 麦麸蛋白

麦麸蛋白质含量丰富，且麦麸蛋白中氨基酸构成比例均衡，包含人体所有必需氨基酸，其营养价值和生理功能方面都高于小麦粉蛋白。将麦麸作为原料提取蛋白质，在食品加工中可以直接用作浓缩蛋白添加剂。且麦麸蛋白的起泡性、乳化性均较好，可以作为发泡剂添加到烘焙产品中。麦麸蛋白可以制备成小分子麦麸多肽，麦麸多肽抗氧化活性较高，具有提高机体免疫力、抗疲劳的生物功效。另外，麸皮蛋白质能够防止食品老化，用于面包、蛋糕中，还能起到增加食品的保油性的作用[4]。麸皮蛋白中的氨基酸含量见表2。

表2 麸皮蛋白中的氨基酸含量

1.2 麦麸膳食纤维

膳食纤维是指一类不能被人体消化的多糖、碳水化合物和木质素的总称。麦麸中含有大量纤维类物质，膳食纤维含量平均可达到40%以上，是制备膳食纤维的良好原料。研究表明，膳食纤维虽不能被人体消化吸收，但具有多种生理功能，可以抑制胆固醇的吸收，维持人体正常的血糖水平，降低血脂，控制体重，预防高血脂、高血压等疾病的发生；肠道中的有益细菌还可以分解麦麸中的膳食纤维，生成短链挥发性脂肪酸（包括乙酸、丁酸等）。这些脂肪酸可以降低pH值、抑制肠道中致病菌的生长、减少致癌物的产生，从而减少肠道癌的发生[4-5]。麦麸需经过一定的深加工，才能进一步提高其适用品质和营养活性，改善其感官品质和功能性[1]。

1.3 麦麸低聚糖

小麦麸皮中富含纤维素和半纤维素，是制备低聚糖的良好资源。小麦麸皮中的低聚糖具有如下生物活性。

（1）具有良好的双歧杆菌增殖效果,它在动物肠道内不被有害菌等许多微生物利用，而只被双歧杆菌属的一些有益菌利用，可作为双歧杆菌生长因子应用于食品；

（2）具有低热值性能,属难消化糖,不被口腔中的产酸类和其它微生物利用，从而使牙齿上沉集的分解物减少，显示出抗龋齿功能，所以可利用其低热值性能，生产低聚糖产品作为糖尿病、肥胖病、高血脂等病人理想的糖源;

（3）低聚糖还具有表面活性，可吸附肠道中有毒物质及病原菌，可提高机体抗病能力，激活免疫系统，用于医药工业和饲料工业[4]。

1.4 麦麸酚类

麦麸中的功能性酚类物质主要有类黄酮、木酚素和酚酸，其中含量最高的是阿魏酸，主要存在细胞壁中，因其生理活性较高而被广泛地应用到医药行业、食品行业和化妆品行业中。ALVES等[6]在可食用涂料配方中加入了阿魏酸，结果证明，阿魏酸可以提高鲜切苹果的保质期，说明阿魏酸在延长食品的保质期上有一定的应用市场。DUPOIRON等[7]开发了一种从麦麸中回收阿魏酸的方法，即以木聚糖热解菌、半纤维素为原料的混合酶水解法结合色谱纯化，从麦麸中提取出阿魏酸，回收率达到21.8%。超声辅助乙醇溶剂从麦麸中得到的黄酮再经过纯化，其清除DPPH自由基活性比维生素C高[8]。

1.5 麦麸植酸

植酸(PA)是种子中磷的主要储存物，主要分布于糊粉层的内溶物中，以植酸钙镁盐的形式存在，其抗营养效应主要表现在影响矿物质代谢、抑制体内消化酶和阻碍蛋白质的吸收。精制小麦粉与全麦粉相比，精制小麦粉中植酸的含量较低，但同时麦麸中的高营养成分也会在精制小麦粉加工过程中流失。全谷物食品中含有较多的抗营养因子植酸盐，长期食用会造成或加剧钙铁锌缺乏症。郭嘉[9]从机械、生物、物理化学角度研究发现，超声辅助水洗与齿辊碾磨结合可把麦麸糊粉层细胞富含的植酸盐内溶物去除，植酸的降解率达62.98%，通过诱导麦麸的糊粉层细胞使其发生程序性死亡，使得糊粉层细胞快速分泌自己合成的内源植酸酶，从而降低植酸盐，降解率可达70.09%;采用蒸汽爆破法水解麦麸中植酸盐可以使植酸盐的水解率达到86.76%[8]。

1.6 酶类物质

β-淀粉酶广泛存在于谷物中，尤其是小麦、大麦等作物中含量较高。小麦麸皮中含有大量的淀粉酶系，从麸皮中提取β-淀粉酶，代替或部分代替麦芽用于啤酒、饮料等生产中的糖化剂。不少饴糖厂就以小麦麸皮做糖化剂，直接加到淀粉糊化液中糖化。小麦麸皮也是提取植酸酶价廉易得的好原料[4]。

2 小麦麸皮营养成分的提取

小麦麸皮占麦粒重量的15%，其富含淀粉、蛋白质、脂肪、矿物质、维生素及多糖等营养成分[8]]。因麸皮粗纤维含量多，口感和味道不佳，影响面粉质量，其在小麦面粉加工中成为面粉生产企业的主要副产品。小麦麸皮在小麦加工中的产出率为20%～22%,是面粉加工企业的第二大销售产品。全国每年有2 000万t小麦麸皮资源可供利用，但是目前这些资源仍主要用作饲料、发酵培养基，潜在经济价值得不到充分体现[10]。随着小麦生产技术的成熟，全国小麦粉产品同质化趋势严重，由于面粉产品的同质化趋势,小麦麸皮的综合利用已成为粮食加工企业研究开发的热点。

2.1 小麦麸皮蛋白

Brier N D等[11]使用湿碱法制备麦麸蛋白，使用NaOH(pH值12.0）连续萃取3遍后，蛋白质得率可达到 55%，分子量约为 40 kDa。Raúl E Cian等[12]用胃蛋白酶水解小麦蛋白，发现水解液中含有55 kDa疏水性多肽，其表现出明显的降压及抗氧化能力。

小麦饲料蛋白在复合饲料中较为稀缺，因此开发饲料蛋白具有较高的经济效益和市场竞争力。李林轩等[13]利用水解液经微生物发酵和酵母培养过程可获得优质饲料蛋白，采取的工艺为:麸皮(80%)、糖原 (20%)料液比为 1:7，于 pH 值 1.5～1.8，在温度125～130℃条件下水解1～1.5 h，而后用氨水中和水解液，经过滤后配成缓冲剂。酵母菌经斜面培养、麦芽汁水解液扩大培养，过滤后与上述缓冲液一起加入发酵罐，每小时通气5 min，培养18 h后，离心分离、干燥、称量即得饲料蛋白。胡燃[14]采用工业上普遍适用的碱法提取麦麸蛋白，并通过正交实验对提取工艺进行优化，得出最佳提取条件为pH 9.5、温度50℃、料水比1:30，经过3.5 h处理后，麦麸蛋白提取率为53.12%。

2.2 小麦麸皮淀粉

麸皮淀粉是麸皮可利用主要成分之一。淀粉是葡萄糖的高聚体，其分子结构为(C6H10O5)n,因此可以将麸皮淀粉水解成葡萄糖，并进一步制备糊精、麦芽糖、葡萄糖、酒精等产品。赵瑞昌[15]将麸皮通过中性蛋白酶酶解、超声、离心、干燥等处理得到了14.86%淀粉，与面粉相比，麸皮淀粉粒的结晶度降低，膨胀性提高，糊化值也降低了，且直链淀粉含量也减少。

2.3 膳食纤维

近几年来，小麦麸皮膳食纤维的提取方法经历了直接利用法、物理法、化学法、单酶法、酶—化学法、复合酶法等发展过程，其中复合酶法为了适应当前食品工业发展的要求和趋势，同时进一步考虑食用的安全性，在提取工艺上多采用纯生物的方法，用蛋白酶取代碱对蛋白的降解作用。

郭娜[16]首先采用酶解法和碱浸提法去除淀粉和蛋白质等杂质，并以钴-60诱变筛选出的高产纤维素酶的绿色木霉，经过发酵后制备小麦麸皮纤维，并优化得出了纤维素酶发酵的最佳工艺条件：料液比1:7.5，发酵液初始pH 6.0，发酵时间4昼夜，接种量4%。在此条件下，发酵产物中纤维素的含量可达到 1.90 μg/mL。

酶法提取膳食纤维操作简单，无需任何专用设备，并且投资少、污染小、收率高，制得的膳食纤维成分受杂质影响小，该法是从小麦麸皮中提取膳食纤维较理想的方法。酶法提取膳食纤维的工艺如下：将小麦麸皮进行预处理后，然后向其中加入一定料液比的热水(65～70℃)，同时加入混合酶制剂(主要为α-淀粉酶和糖化酶)用来降解淀粉。此步骤完成后，加入适量的碱水解蛋白质，再经水洗、离心脱水、高温(100℃)灭活、干燥(105℃,2 h)处理后，制得粗膳食纤维，在此基础上进行漂白处理，经粉碎后可得到精制小麦麸皮膳食纤维[10]。

2.4 麦麸低聚糖

小麦麸皮中含有较多的碳水化合物，其质量分数在50%左右，主要为细胞壁多糖。另外还含有10%左右的淀粉,主要是由于麸皮中粘连的胚乳所造成。小麦麸皮中的多糖主要是指细胞壁多糖(cell wall polysaccharides),有时又称非淀粉多糖 (nonstarch polysaccharides),它是小麦细胞壁的主要组成成分。细胞壁多糖有水溶性和非水溶性之分，它主要由戊聚糖、(1→3,1→4)-β-D-葡聚糖和纤维素组成。用一般提取溶剂制备的细胞壁多糖主要为戊聚糖和(1→3,1→4)-β-D-葡聚糖,另外还含有少量的己糖聚合物。小麦细胞壁多糖主要集中在小麦的果皮、种皮及糊粉层中，即小麦的加工副产品-麸皮中，其在麸皮中的质量分数为30%左右，而胚乳中含量较少，在1%～3%左右。整粒小麦中细胞壁多糖的质量分数在9%左右[7],其含量虽然不高,但对小麦的加工、品质和营养等起着非常重要的作用。目前对细胞壁多糖的主要组分-戊聚糖的研究较多，主要集中于对小麦和黑麦中的戊聚糖进行研究。

近几年我国对低聚糖的研究主要集中在低聚糖的分离纯化及理化性质研究和麸皮蛋白生产应用等方面。丁长河等[17]利用高温酸水解法制备麸皮戊聚糖，180℃下用乙酸作用于25 min时，提取液中的可溶性戊聚糖浓度达到最高。李雪等[18]用不同的碱性试剂提取阿拉伯木聚糖，发现用氢氧化钠提取木聚糖具有工艺简单、成本较低等特点，更适合于工业化生产不溶性木聚糖。张梅红[19]采用二次旋转法从小麦麸皮中提取阿拉伯木聚糖，并得到最佳提取条件:NaOH 0.67mol/L、H2O20.88%、温度 68℃，得率26.59%,产品纯度为69.67%。包成龙等[20]在提取小麦麸皮中低聚糖时采用如下工艺:小麦麸皮→SDC(脱氧胆酸钠)均质处理→湿球磨处理→残渣用PAW(苯酚/乙酸)提取→残渣用 DMSO(二-甲基亚砜)处理→离心→不溶物→干燥→细胞壁物质(CWM)→碱液提取→清液→中和→有机溶剂→沉淀→麸皮多糖。

2.5 β-淀粉酶

β-淀粉酶广泛存在于粮食谷物中，尤其是在小麦麸皮中。因此从小麦麸皮中提取β-淀粉酶代替麦芽用作啤酒、饮料等生产的糖化剂，可节约粮食，也可实现粮食副产品的有效增值。麸皮中β-淀粉酶的制备工艺为:小麦麸皮→蒸馏水浸泡→盐析→活化→β-淀粉酶制剂。β-淀粉酶制剂产品可以制成液态,也可以经冷冻干燥制成固体产品[10，21]。

2.6 植酸

小麦麸皮中大约含有8%的植酸钙镁。植酸钙是一种食品抑制剂，它是金属离子和蛋白质的复合物，可降低金属离子和蛋白质的生物学效应，大大提高提取物提取过程中受其它物质的干扰度。借助于酸法从麦麸中提取植酸，可大大开发麸皮的生物利用价值，具体工艺如下:在室温下用低质量浓度的酸溶液浸泡6 h后，适当搅拌(15 min)，用10%新鲜石灰乳调配酸浸液(最终pH为4.3～5.5)，静置沉淀后弃去滤液即可得植酸[20]。

2.7 丙酮、丁醇

现代研究表明，小麦麸皮是一种优质氮源，富含8%～15%蛋白质，因此在生产加工中可以用来代替玉米作为生产丁醇和丙酮的原料，在降低生产成本的同时，还可实现小麦资源的充分利用。此外，麸皮中还含有核黄素、硫胺素、烟酸等微生物在发酵过程中生长所必需的营养物质，用麸皮代替玉米，不仅碳氮比适宜，保证发酵过程的顺利进行[22]，而且效果完全可以达到相同玉米添加量时的发酵速度。

2.8 小麦麸皮中抗氧化剂的提取

小麦麸皮中所含天然抗氧化剂 (主要成分为维生素E)在1%以上，与化学合成抗氧化剂比较，具有安全无毒、营养丰富及用量不受限制等特点，可广泛用于日用化工及食品工业。其提取工艺：将麸皮装入布袋,放入酒精容器中加热，得到维生素E含量为0.7%以上溶液，同时还得到维生素B族混合溶液[15]。

2.9 麸皮抗氧化物的制备

谷物中含有较多的抗氧化物,这些物质主要是一些酚酸类或酚类化合物,它们主要存在于谷物外层，总量可达500 mg/kg,其中最主要的是阿魏酸。小麦麸皮中主要的功能性抗氧化剂为阿魏酸、香草酸、香豆酸。小麦麸皮中游离碱溶阿魏酸含量在0.5%～0.7%左右,可以将这部分物质富集出来,作为天然的抗氧化剂。

麸皮抗氧化物的制备工艺如下:

小麦麸皮→脱脂→95%乙醇提取→过滤→滤液真空蒸馏去除乙醇→高温高压处理 (115℃,1 500 kPa,15 min)→冷冻干燥→抗氧化提取物

该提取物具有非常好的抗氧化特性，是一种较好的天然抗氧化剂来源。另外，由于抗氧化提取物中酚酸的协同效应，据报道含有酚酸的复合物有抗癌活性。

此外，还可从麸皮中制备植酸、植酸酶、木质素等。如果能将小麦麸皮有效地进行综合利用和开发，定能产生较好的经济效益和社会效益[21]。

3 麦麸在实际应用中存在的问题及解决方案

3.1 口感差

麦麸本身附带的细菌和所含的植酸酶经发酵会产生异味，且未加工前的麦麸颗粒较大，麦麸韧性较强不容易粉碎，咯牙且有涩味，质构粗糙，不被消费者所接受。如何降低麦麸对麦麸产品品质的不良影响是改善全麦产品品质的关键。通常对蒸煮过的麦麸进行烘炒,麦麸物料水分急速下降,不但会改变麦麸的组织结构,还可以增加成品麦香味。姚慧慧等[23]综合粉质、拉伸、糊化和质构特性各指标的变化情况得出:添加超声波-酸解改性的麦麸粉质量分数为6%～9%，可以使面团的硬度、弹性、咀嚼性及回复性等质构特性得到不同程度地提高。

3.2 色泽暗

人们通常比较关注食品的色泽，追求色香味俱全的食品，偏爱颜色比较白且亮的主食，而对于泛黄或色泽暗的主食可接受度较差。在面制品中添加过多麦麸会产生粗糙感且会使产品的色泽变暗，观感体验较差，难以被消费者所接受;过少又体现不出麦麸独特的风味和膳食纤维等营养物质含量不足。为了解决这一问题，HU等[24]采用过热蒸汽灭活麦麸过氧化物酶和脂解酶。过热蒸汽处理使麦麸表现出明亮的颜色，这与水分含量减少以及类胡萝卜素降解有关，并且这种处理方法对酚类化合物的含量不会有显著影响，有利于麦麸在面制品中的应用以提高营养价值。高海飞等[25]通过汽爆耦合不同酶/微生物对麦麸进行组合预处理研究发现，处理后麦麸粉苦味值最低，酸味适中，色泽为深红棕色，接近咖啡色，理化指标和感官品质得到了显著提高和改善[7]。

3.3 溶解性差

麦麸富含纤维素，而纤维素和半纤维素不利于人体消化吸收，除此之外，麦麸中不溶性膳食纤维含量较高，可溶性膳食纤维含量较低，其口感较差,限制了麦麸类食品的生产及消费，应采用多种不同方法改变麦麸膳食纤维在水中的溶解性。张伟博等试验指出双挤压膨化处理可以改善麦麸的口感，添加适量的玉米可以提高可溶性麦麸纤维的含量，以及促进半纤维素向水溶性纤维转化。SUI等[26]采用水蒸汽爆炸法(SE)对麦麸的理化性质进行了改性，研究了SE对麦麸面团结构和流变性能的影响。结果表明，SE改性麦麸可促进可溶性膳食纤维的溶解。ZHAO等[27]为改善麦麸的营养、物理和风味特性，采用酵母和乳酸菌对麦麸进行固态发酵后，总膳食纤维和可溶性膳食纤维增加，超过20%(质量分数)的植酸被降解，提高了发酵麦麸的持水能力[28]。

4 结语

小麦麸皮具有极高的营养价值，具有来源广、价格低廉等特点，而且麦麸越来越多地应用到谷物类食品(面包、饼干、早餐麦片、意大利面、零食及蛋糕等)中。科研工作者需要寻找新的研究手段，改善小麦麸皮苦涩、口感粗糙等问题[6]，挖掘麸皮潜在价值，同时也要加大推广力度，让人们知道麦麸具有丰富的营养特征和较好生理效果。在今后的研究中，如何进一步提高麦麸的品质和加工特性，开发出满足消费者需求的产品是研究的重点。对小麦麸皮的综合开发和利用，不仅可以保障人们的饮食健康，还可以提高麸皮的价值，为企业创造更高经济效益[7]。