小麦糊粉层在食品加工中的应用与研究进展

刘 伟，刘倩楠，赵瑞璇，张 良，胡宏海

中国农业科学院农产品加工研究所 农业农村部农产品加工重点实验室，北京 100193

小麦糊粉层(Wheat Aleurone Layer)也称外胚乳，位于籽粒的最内层，与外种皮、中间层构成小麦麸皮[1]。在小麦加工成面粉的过程中，糊粉层伴随麸皮被剥离。糊粉层富含小麦籽粒中对人体健康有益的绝大部分营养成分和生物活性物质[2]，将糊粉层粉应用于面条、馒头、面包和饼干等食品加工，一方面，可以改善主食和休闲食品的营养结构，满足消费者对营养健康食品的需求；另一方面，可以提升麦麸的食品化利用率，减少粮食资源浪费。

1 糊粉层的营养与功能

糊粉层富含小麦籽粒60%～70%的营养和功能性成分，主要包括膳食纤维、蛋白质、矿物质、维生素和酚类化合物等，具有预防和改善便秘、调控血糖、改善心血管疾病等多种生理功能[1]。

1.1 膳食纤维

膳食纤维对人体的健康具有重要作用，摄入适量的膳食纤维可以预防或者缓解由代谢紊乱而产生的代谢综合征，如糖尿病、高血压、高胆固醇、结肠癌等[3]。相关研究表明，糊粉层中膳食纤维的含量最高(15.51～48.00 g/100 g)[4-7]，主要包括阿拉伯木聚糖、β-葡聚糖等可溶性膳食纤维，以及纤维素、半纤维素、木质素等不可溶性膳食纤维[2, 8]。Bagdi等[4]发现糊粉层中总膳食纤维含量为17.59 g/100 g，其中不可溶性膳食纤维含量较高，为16.17 g/100 g。另外，Bagdi等[9]进一步发现糊粉层中膳食纤维的主要组分为阿拉伯木聚糖，含量达11.02 g/100 g。阿拉伯木聚糖是以木聚糖为主链，阿拉伯糖为侧链连接而成的非淀粉多糖[10]，具有抗氧化、抗癌、调节肠道菌群、降血糖和免疫活性等功能特性，主要与阿拉伯糖和木聚糖的比例以及阿拉伯木聚糖中蛋白质、酚类化合物(阿魏酸、p-香豆酸等)、脂类化合物等有关[11-14]。β-葡聚糖是以吡喃型葡萄糖基单元通过β-(1→4)糖苷键重复连接，并被单一β-(1→3)糖苷键分隔而形成的一种线性无分支多糖。Pino等[15-16]研究发现，β-葡聚糖具有调节肠道菌群、降低胆固醇和血压、降低患心血管疾病风险和免疫活性等生理功能。另外，纤维素、半纤维素、木质素等不可溶性膳食纤维可以减少排泄物在肠道的停留时间，增加粪便的体积，起到润肠通便的作用[17-19]。

1.2 蛋白质

糊粉层粉中蛋白质含量较高，含有人体所需的8种必需氨基酸。Buri等[5,8]发现糊粉层中赖氨酸、苏氨酸含量丰富，是面筋蛋白中的2倍，分别可以达到5.5 g/100 g和4.4 g/100 g。因此，糊粉层粉可以补充小麦面筋蛋白的氨基酸组成。

1.3 矿物质

小麦籽粒中80%以上矿物质集中于糊粉层，糊粉层中钾、磷、镁、锌等元素含量为小麦和全麦中的2～3倍，锰元素含量约为小麦和全麦中的30倍[2]。

1.4 维生素

小麦籽粒中主要维生素集中于糊粉层，糊粉层中维生素B2、维生素E含量是小麦中的2倍，维生素B1含量是小麦中的3倍，维生素B3含量是小麦中的4倍[2]。

1.5 酚类化合物

糊粉层中富含阿魏酸、对香豆酸、芥子酸、香草酸和对羟基苯甲酸等酚类化合物，相关研究表明，糊粉层酚类化合物具有抗氧化活性以及预防退行性疾病的生理功能[20-25]。Martín-garcía等[26]在糊粉层AF1组分中分别鉴定得到22种自由态酚类化合物和24种结合态酚类化合物。其中，阿魏酸是糊粉层中含量最高的酚类化合物，也是糊粉层细胞壁的重要组成成分，具有抗氧化、抗炎、抗癌以及清除自由基等多种生理功能[27-29]。Rosa等[30]发现通过超微粉碎和酶解处理可以提高糊粉层粉中阿魏酸的生物可利用度，糊粉层粉的粒径降至50 μm以下，其抗氧化活性提高1倍；糊粉层粉经过木聚糖酶和阿魏酸酯酶处理后，其抗氧化活性提高4倍。Bresciani等[31]研究了全麦和糊粉层面包中酚类化合物的吸收、代谢和生物利用度，发现与全麦面包相比，受试者对糊粉层面包中阿魏酸的生物利用率更高。同样，Dall’asta等[32]发现糊粉层面包中香豆酸、咖啡酸、阿魏酸和芥子酸等酚酸类化合物的生物利用度高于全麦面包，表明糊粉层中的酚类化合物更容易被人体消化吸收。

1.6 类胡萝卜素

糊粉层中富含叶黄素、玉米黄素等类胡萝卜素[33]。Masisi[34]比较了小麦糊粉层、胚乳和胚芽中类胡萝卜素的组成和抗氧化活性，发现胚芽中类胡萝卜素含量最高，为60 mg/kg，其次是胚乳(53.5 mg/kg)和糊粉层(46.5 mg/kg)；DPPH抗氧化试验表明，糊粉层中类胡萝卜素提取物的抗氧化活性最高，其次是胚乳和胚芽，可能与糊粉层中类胡萝卜素具有较高的生物利用度有关。而且，糊粉层中类胡萝卜素提取物可降低过氧化氢诱导的Caco-2、 HT-29和FHs 74 Int细胞系中的细胞内氧化应激。

1.7 糊粉层的生理功能

近年来，科研人员通过体外、体内和膳食干预试验发现小麦糊粉层具有良好的降血脂、抗氧化应激、抗炎、抗凋亡和抗肿瘤等生理功能，为研发具有保健功能的糊粉层食品提供了理论基础。朱晓振等[35]以高脂膳食大鼠为研究对象，研究糊粉层对大鼠血脂水平及胰岛素抵抗的影响，发现糊粉层能干预高脂膳食，起到降低血脂、缓解胰岛素抵抗、改善肝脏脂肪堆积的作用。Stein等[36]发现糊粉层发酵液可以诱导人结直肠腺癌细胞HT-29中CAT、GSTP1和SULT2B1 mRNA以及肠上皮细胞GSTP1 mRNA的表达，主要与糊粉层通过人体肠道菌群体外发酵生成短链脂肪酸(SCFA)有关。同时，糊粉层发酵液可以提高HT-29细胞中谷胱甘肽硫转移酶和过氧化氢酶的活性，对过氧化氢诱导造成的HT-29细胞DNA损伤具有保护作用。同样，Borowicki等[37-38]发现糊粉层发酵液可以诱导HT-29细胞中WNT2B和p21基因上调，从而将HT-29细胞阻滞在G0/G1期。另外，Borowicki等[39]研究了益生菌鼠李糖乳杆菌LGG和动物双歧杆菌Bb12对糊粉层粉的发酵作用，发现糊粉层粉的益生菌发酵液通过调控p21 和WNT2B基因，可以抑制HT-29细胞增殖，诱导细胞凋亡。Mateo等[40]分别采用TEAC(trolox equivalent antioxidant capacity)法和脂多糖诱导的巨噬细胞系U937炎症细胞模型评价糊粉层、麸皮和小麦粉的抗氧化及抗炎作用，发现三者之中小麦糊粉层抗氧化及抗炎效果最好。在4周的膳食干预试验中，Price等[41]发现食用糊粉层的谷物产品(糊粉层粉含量27 g/d)的受试者血液中C反应蛋白浓度较低，表明长期食用糊粉层粉可以在一定程度上改善心脑血管功能。

2 糊粉层分离技术研究

麸皮是小麦加工过程中的主要副产物，我国麸皮产量超过2 000万t[42]。糊粉层占麸皮的48%～52%，含有小麦籽粒中大部分的营养成分[43]。因此，以麦麸为原料实现糊粉层分离，可以提高麦麸的加工和利用水平，提升产品的营养价值和附加值。目前，糊粉层的分离方法主要包括干法分离和湿法分离。干法分离是在机械力作用下，通过挤压、剪切、冲击、摩擦等作用方式将麸皮粉碎至一定粒径范围，根据各组分的尺寸、形状、密度等性质差异进行分离[44]。Antoine等[45]采用针式冲击磨对麸皮进行连续粉碎，筛分200 μm以下组分，通过气流分级处理得到B3a (D50=83 μm) 和B3b (D50=7 μm) 组分，以p-香豆素和植酸作为标志物进行定量分析，发现B3b组分为糊粉细胞内容物，质量分数为66%。徐逸木等[44]对麸皮进行预粉碎及筛分处理，将大于425 μm的麸皮采用涡轮分级式冲击磨进行粉碎，以总磷含量作为糊粉层标志物，明确了最优工艺参数，发现B3组分为糊粉细胞内容物，质量分数为65.30%。田丰贺[46]通过设计不同齿纹、方向、粗糙程度的磨辊对精米机改造，研制糊粉层分离设备，明确了糊粉层分离工艺流程和相应的技术参数，糊粉层的碾剥率为3.52%，破碎率为0.16%。近年来，科研人员发现超微粉碎结合电场分离可以有效分离糊粉层。Hemery等[47]在超低温条件下将麸皮粉碎至50 μm左右，对糊粉细胞壁与糊粉细胞内容物进行静电分离，糊粉层富集物质量分数为84.9%。同样，陈中伟[48]以总磷作为糊粉层的定量标志物，与离心冲击破碎相比，振动破碎更有利于糊粉层结构破碎和内容物释放，采用静电场分离所得糊粉层富集物质量分数为83%。

湿法分离是在液态环境下，利用酸、碱、有机溶剂浸泡、酶解等方式减弱糊粉层与其他结构层作用力，再通过机械作用分离提取糊粉层。Barron等[23]将谷粒浸泡在50%乙醇溶液中16 h促使胚乳分离，然后采用实验室手工剥离的方式分离出高纯度的糊粉层。Kvist等[49]先用α-淀粉酶、木聚糖酶和β-葡聚糖酶等酶制剂去除麸皮中的淀粉，并削弱麸皮结构层间的连结；再通过湿磨、连续离心和超滤处理，获得糊粉层富集物。与干法分离相比，湿法分离过程有酸、碱或有机溶剂参与，容易造成环境污染，导致糊粉层营养物质流失，降低糊粉层粉分离提取的效率。因此，湿法分离不适合用于规模化分离、纯化糊粉层。由于糊粉层分离步骤复杂且受到机械设备限制，大部分糊粉层的分离和纯化研究还只停留在实验室阶段。近年来，中科院中俄研究所采用旋风涡流分层剥离技术实现从小麦麸皮中分离提取出高纯度的糊粉层，在山东泰安全面建成了全球第一条小麦糊粉层产业化示范线，突破了机械设备的制约，实现了工业化生产[50]。

3 糊粉层粉在小麦食品加工中的应用

糊粉层经过分离、粉碎、干燥、筛分等工序可制备糊粉层粉，它具有营养成分丰富、安全性较高、适口性较好等特点[48]。将糊粉层粉与小麦粉等原辅料按照一定比例复配，采用不同加工方式制作糊粉层食品具有良好的应用前景。如表1所示，目前国内外主要将糊粉层粉与小麦粉混合制作糊粉层食品，包括饼干、面条、馒头、面包等，科研人员主要研究了糊粉层粉添加对小麦粉品质、小麦面团品质、小麦食品食用品质和感官品质的影响。

表1 糊粉层粉在小麦食品加工中的应用Table 1 Application of aleurone-rich our in wheat food processing

表1 糊粉层粉在小麦食品加工中的应用Table 1 Application of aleurone-rich our in wheat food processing

食品种类糊粉层粉添加量/%糊粉层粉添加对小麦食品的影响参考文献饼干10～40糊粉层粉添加可以提高饼干酥松口感,改善风味[51]挂面0～50糊粉层粉添加导致挂面的吸水率先降低后升高,蒸煮损失率显著增加; 与对照组相比,煮后的挂面随着糊粉层粉添加量的增加延伸性显著降低,弹性降低,硬度和咀嚼性增加; 随着糊粉层粉添加量的增加,挂面的L*显著降低[43]鲜湿面10～40糊粉层粉添加导致鲜湿面颜色加深,面条硬度和拉伸阻力增大,弹性、胶着性和拉伸距离降低,面条的感官评分下降[52]方便面0～25糊粉层粉添加导致方便面总酚和膳食纤维含量增加,蒸煮后方便面的硬度增加,弹性和凝聚力降低[53]意大利面15～75糊粉层粉添加导致意大利面的颜色变深、硬度增加、黏度降低、延展性和咀嚼性变差[4]馒头5～25糊粉层粉添加导致馒头品质评分呈逐渐下降趋势,馒头的口感变差、颜色发黄变暗;在馒头中添加不超过5%的小麦糊粉层粉较适宜,不会明显降低馒头的感官评价和内部品质[54]面包40～100糊粉层粉添加可以补充小麦面包中膳食纤维和蛋白质等营养成分,与全麦面包相比,硬度和弹性没有显著性差异,比容增加[6]

3.1 糊粉层粉添加对小麦粉品质的影响

糊粉层粉富含蛋白质、矿物质、维生素和膳食纤维等营养成分[55]，Bagdi等[4]发现糊粉层粉中粗蛋白、湿面筋、灰分、脂肪、膳食纤维含量显著高于全麦面粉。同样，李晓娅[52]发现随着糊粉层粉添加量逐渐增加，小麦粉中灰分、蛋白质、可溶性膳食纤维、不溶性膳食纤维、阿拉伯木聚糖含量逐渐增加，而湿面筋含量逐渐降低。因此，添加糊粉层粉可以丰富小麦粉的营养成分。但是，随着糊粉层粉添加量增加会对小麦粉面筋的质量产生不利影响。另外，Xu等[53]发现糊粉层粉添加量增加导致小麦粉降落值减小，主要与糊粉层粉中钙离子含量较高有关。钙离子对α-淀粉酶具有较好的亲和能力，能够使得酶分子保持适当的构象，从而维持其最大的活性与稳定性。

3.2 糊粉层粉添加对小麦面团品质的影响

糊粉层粉添加对小麦面团拉伸特性、吹泡性、热机械特性、流变特性、水分分布、微观结构等品质均有影响。李军辉等[51]发现随着糊粉层粉添加量逐渐增加，面团的吸水率和稳定时间呈现增加的趋势，而形成时间和弱化度呈现下降的趋势。可能与糊粉层粉中阿拉伯木聚糖、β-葡聚糖等可溶性膳食纤维富含亲水性基团，在面团混合过程中结合更多水分有关。当糊粉层粉的添加量为20%～30%时，面团具有良好的伸展性和柔韧度；当添加量为40%时，面团的伸展性、柔韧度有所下降[56-57]。同样，邬大江等[54]发现随着糊粉层粉添加量增加，面团的韧性变强，延展性变差，受到糊粉层粉中膳食纤维的影响，面筋网络的保气能力下降。Li等[58]发现随着糊粉层粉添加量逐渐增加，面团稳定时间呈现先增加后降低的趋势，糊粉层粉添加量为20%时稳定时间达到最大值，表明糊粉层粉添加可以增强面团的机械强度。同时，糊粉层粉添加导致面团的储能模量和损耗模量增加，而面团中水分的自由度降低，主要与糊粉层粉中可溶性膳食纤维的强吸水性有关。随着糊粉层粉添加量增加，面团中的面筋网络结构逐渐变成非连续性的丝状膜结构，未包裹的淀粉和不可溶性纤膳食纤维颗粒数量增加。总的来说，适量添加糊粉层粉的小麦面团可以保持良好的加工品质。

3.3 糊粉层粉添加对小麦食品食用品质的影响

糊粉层粉添加对小麦食品的营养成分、风味、色泽、蒸煮、质构等品质有影响。Bagdi等[4, 9]发现糊粉层粉添加可以提高面包和意大利面中粗蛋白、粗脂肪、灰分、总膳食纤维等营养成分的含量。随着糊粉层粉添加量增加，糊粉层食品的颜色变深，主要与糊粉层粉中的色素物质有关[52-53]。另外，糊粉层粉中含有多酚氧化酶和酚类物质，在糊粉层食品的制作过程中容易发生酶促反应，生成色素物质，导致产品色泽变深[59]。随着糊粉层粉添加量的增加，可以赋予糊粉层食品更多麦香风味[54]，而对其蒸煮和质构品质产生不利影响。李晓娅[52]发现糊粉层粉添加导致鲜湿面硬度增大，弹性、内聚性、胶着性和咀嚼性减小，蒸煮损失增加；Xu等[53]发现糊粉层粉添加对于方便面的质构品质具有同样的影响，主要与糊粉层面团中面筋含量降低有关。另外，糊粉层粉中阿拉伯木聚糖等可溶性膳食纤维与面筋蛋白发生不同程度交联作用，一定程度上抑制了面筋网络形成。同样，Bagdi等[9]发现糊粉层粉添加导致面包的比容、高度、咀嚼性和弹性降低，硬度增加。总的来说，适量添加糊粉层粉可以丰富小麦食品的营养成分，赋予产品更多的小麦风味；随着糊粉层粉添加量增加，小麦食品的色泽逐渐变深，蒸煮、质构等食用品质逐渐降低。

3.4 添加糊粉层粉的小麦食品的感官评价

感官评价是利用科学客观的方法，通过视觉、嗅觉、味觉、触觉和听觉对食品的感官品质进行评定，进而了解消费者对产品的接受程度[60]。科研人员通过一系列感官评价实验，研究了不同糊粉层小麦食品的感官品质。李晓娅[52]参考SB/T 10137—93中面条质量评分方法对糊粉层粉鲜湿面进行感官评价，发现与全麦鲜湿面相比，20%糊粉层粉鲜湿面的接受度更高；随着糊粉层粉添加量增加，产品的色泽、表观状态、适口性、弹性、黏性、光滑性等感官评价得分显著降低，表明糊粉层粉添加导致鲜湿面感官品质降低。Bagdi等[4]依据 ISO 8589∶ 2007国际标准对糊粉层粉意大利面的外观、颜色、风味、质构、滋味等感官指标进行评价，并参照ISO/DIS 11136对糊粉层粉意大利面的接受度进行测评。感官评价结果表明，糊粉层粉添加导致意大利面的颜色变深、硬度增加、黏度降低、延展性和咀嚼性变差，与相关仪器的检测结果一致；而接受度测评结果表明，添加15%～100%糊粉层粉对于意大利面的外观、颜色和滋味没有显著的影响，糊粉层粉添加与意大利面的质构、风味和总体接受度呈负相关。另外，Bagdi等[9]依据ISO 13299∶ 2003国际标准对糊粉层粉面包的外观(面包皮的颜色、均一性、平整度、亮度等)，切片面包品质(面包皮厚度、面包芯的颜色、空洞大小和均一性等)、风味(面包芯风味强度、酸味和甜味)、质构(易撕性、弹性、硬度和黏结性)、滋味(甜味、酸味、苦味和后味等)等感官品质进行评价，结果表明糊粉层粉添加导致面包的光泽度降低，弹性变差，均一度和平整度增加；切片面包的空洞变大，空洞分布变得不均匀；甜味变淡，咸味、酸味、苦味和后味增强，整体滋味与黑麦接近。对小麦面包、添加40%糊粉层粉面包和100%糊粉层粉面包的硬度、黏结性等质构品质的评分没有显著差异。

4 糊粉层食品的品质改良

糊粉层粉营养成分丰富，不溶性膳食纤维、脂肪酶、脂肪氧化酶含量较高，导致其质地粗糙、适口性和储藏稳定性较差；同时，糊粉层粉中缺少面筋蛋白，将其与小麦粉混合影响面筋蛋白网络形成，导致面团加工性能降低。因此，通过适量添加乳化剂、酶制剂，或采用不同方法对糊粉层粉及糊粉层食品进行品质改良，可以提高糊粉层粉的可食用性、营养价值及食品化利用率。

4.1 乳化剂对糊粉层食品品质的影响

乳化剂是食品工业中常用的食品添加剂，主要包括多元醇脂肪酸脂类、磷脂及其衍生物、盐类[61]。大豆卵磷脂和硬脂酰乳酸钙广泛应用于面制品加工，大豆磷脂可以促进面粉成分与水分作用，加强面筋蛋白交联作用，提高面筋蛋白质网络的延展性；而硬脂酰乳酸钙可作为交联剂促进蛋白质聚集、缩短面团形成时间、降低面团的黏度，改善面制品品质[62]。李晓娅[52]发现这两种乳化剂可以显著提高糊粉层鲜湿面的硬度、内聚性，并且改善其感官品质。

4.2 酶制剂对糊粉层食品品质的影响

与乳化剂等改良剂相比，酶制剂具有天然、绿色、安全、高效、专一性强等特点，符合消费者对于食品清洁标签的追求。目前，应用在面制品加工的酶制剂主要包括谷氨酰胺转胺酶(transglutaminase, TGase)、木聚糖酶、戊聚糖酶、α-淀粉酶、葡萄糖氧化酶以及不同酶的复合酶等[63-67]。TGase可以催化蛋白质分子之间发生交联，改善面团的流变特性[68]；木聚糖酶可以将木聚糖降解为低聚木糖，改善面团的机械加工特性[69]。李晓娅[52]研究了这两种酶对糊粉层粉鲜湿面品质的影响，发现TGase可以改善糊粉层粉面团的面筋网络结构，提高鲜湿面的硬度、胶着性和拉伸特性，对糊粉层粉鲜湿面食用品质的改善效果较好。Yang等[70]比较了单一木聚糖酶、葡萄糖氧化酶或纤维素酶与复合酶对于糊粉层粉面团品质的影响，发现与单一酶相比，木聚糖酶和葡萄糖氧化酶复合或木聚糖酶、葡萄糖氧化酶和纤维素酶复合可以有效改善糊粉层粉面团的延展性、黏性和稳定性，形成更加完整和连续的面筋网络结构。

4.3 物理改性对糊粉层食品品质的影响

小麦糊粉层靠近小麦籽粒的外种皮，导致糊粉层粉中含有脂类、脂肪酶和脂肪氧化酶，容易发生氧化酸败导致货架期缩短[71]。基于水分、热量、压力、剪切或辐射的物理改性技术可以起到钝化酶的作用，挤压膨化、微波、高压、超微粉碎和蒸汽爆破等物理技术已广泛应用于小麦制品品质改良。靳灿灿等[72]研究了不同物理改性方法对糊粉层粉品质的影响，发现微波处理可以显著降低糊粉层粉中脂肪酶和脂肪氧化酶酶活，减少微生物菌落总数，主要与微波的热效应有关；另外，靳灿灿等[73]发现挤压处理可以有效降低糊粉层粉脂肪酶活力、脂肪氧化酶活力、植酸含量和微生物菌落总数，提高总膳食纤维、可溶性膳食纤维、总酚含量、总抗氧化能力，改善糊粉层粉的持水力和膨胀力，主要与挤压处理过程中水分、高压、高温和机械剪切对于糊粉层粉的综合作用有关。

5 总结与展望

小麦糊粉层作为麸皮的主要组分，具有较高的营养价值和生理活性。近年来，随着生活水平日益提高，营养与健康逐渐成为食品行业的发展主旋律，越来越多的消费者愿意为营养健康食品支付溢价。基于小麦麸皮的广泛来源，研发营养丰富且具有良好感官品质的糊粉层食品具有广阔的市场前景。然而，目前以糊粉层为主成分的产品在消费市场上占比不足，其潜在价值尚未充分发挥，需要进一步拓展糊粉层及其产品的开发和利用以满足消费市场的需求。首先，研发高效糊粉层分离提取和稳定化技术，提高糊粉层内容物的提取纯度以及产品的货架期，开发工业化规模的连续化、自动化生产设备；其次，研发绿色环保的糊粉层调质改良技术，改善糊粉层在不同类型食品(如发酵类食品和非发酵类食品)加工过程中的适应性，提高糊粉层食品的感官品质；最后，针对不同类型的糊粉层产品，建立相应的加工工艺、技术参数以及生产标准。