谷物胚芽稳定化技术和功能性应用研究进展

欧朝接， 吴琼婧

（1.广西大学 轻工与食品工程学院，广西 南宁 530004；2.广西壮族自治区分析测试研究中心，广西 南宁 530022）

谷物主要由3 个部分组成，即谷壳、胚乳和胚芽，其中胚芽位于谷物的一端，质量仅占谷物的2%～3%，营养价值却为整个谷粒的70%～97%，被誉为“天赐营养源”，富含多种矿物质（如Mg，K，Zn，Fe等）、维生素（如维B1、维B2、维B6、维C、维E等）和大量的谷物胚芽素（如γ -氨基丁酸、凝集素、谷胱甘肽、二十八烷醇、植物甾醇、阿魏酸等）。

稻米胚芽中含有25%左右的糖类，是孕育稻米新生命的活的有机体。稻米胚芽中的蛋白质与FAD/WHD公布的蛋白质氨基酸组成比例的理想模型基本一致[1]，是一种优质植物蛋白。大米胚芽中富含的不饱和脂肪酸占总脂肪酸含量的40%以上，主要为亚油酸、亚麻酸等，能改善血液循环、减少“三高”（高血糖、高血压、高血脂）、预防心血管疾病等；同时，大米胚芽含有丰富的维E、胆碱、肌醇和其他抗氧化物质[2]。小麦胚芽富含小麦谷物的大部分营养成分，包括26%～30%的蛋白质、10%～15%的脂类、39%～45%的碳水化合物和4.0%～4.5%的矿物质，被称为“天然营养宝库”[3]。小麦胚芽脂肪是一种优质的植物脂肪，含有的不饱和脂肪酸（主要为亚油酸和亚麻酸）占80%。此外，小麦胚芽中还含有二十八烷醇、半胱氨酸、谷胱甘肽、植物甾醇、凝集素等生物活性物质[4]。玉米是世界三大粮食作物之一，也是我国农业发展的一大支柱，玉米胚芽质量虽只占籽粒的11%～14%，但营养价值比胚乳还要高，是一种获取蛋白的优质资源。玉米胚芽作为玉米淀粉加工的副产品，目前大多被废弃掉，利用率较低。

谷物胚芽富含油脂和高度活跃的内源性酶，在碾磨过程中，从谷物中分离出来并受到碾压，脂肪酶和脂肪氧化酶会被激活。脂肪酶迅速将脂肪分解为游离脂肪酸，导致酸值增加；在脂肪氧化酶的作用下，游离脂肪酸被进一步氧化和酸化，生成醇类、醛类、酮类、呋喃类物质，并加速多不饱和脂肪酸的流失。另外，谷物胚芽的高含水量使微生物容易繁殖和生长，造成谷物胚芽的结块、发霉、发酵和变酸，致使谷物胚芽胚酸败变质，严重影响谷物胚芽的深加工再利用。近年来，国内外学者采用各种技术处理谷物胚芽，提高其贮存稳定性，对延缓谷物胚芽的酸败、延长产品货架期，为谷物胚芽进一步的高值化加工利用和功能性成分的开发提供了依据。对谷物胚芽在食品、药品、保健品、化妆品、饲料、工业等行业的应用进行简要概述，分析了谷物胚芽资源开发利用存在的问题和应用前景。

1 谷物胚芽稳定化技术研究现状与比较

1.1 化学法稳定化技术

化学稳定处理通过使用酸、碱、盐和酶抑制剂在一定程度上抑制酶的活性。乙酸、盐酸、次氯酸钙、乙醇、抗坏血酸、SO2等化学试剂常用于化学稳定法中。化学稳定法的优点是操作简便，能达到较好的抑酶效果；缺点是化学法使用过程中存在不同程度的试剂污染，且化学试剂在实际应用中的效果需要在细胞破碎后才能发挥更大的作用，所以这种方法的推广受到一定的限制。目前，科学家倾向于使用（如茶多酚、维E、植酸等）天然抗氧化剂来处理谷物胚芽。

不同化学法稳定化技术比较见表1。

表1 不同化学法稳定化技术比较

1.2 物理法稳定化技术

1.2.1 干热法

干热法是通过控制物料水分含量从而保证其质量的稳定。当温度超过一定限度时，脂肪酶和脂肪氧化酶便失去了活力，同时在加热的作用下，谷物胚芽的水分含量降低，减缓脂肪酸败速度，从而达到延长保存期的目的。

Marti A 等人[11]用干热法稳定小麦胚芽，使其安全储存期超过20 周。在试验中，先将小麦胚芽匀浆，然后加热使其干燥，处理后的小麦胚芽被储存在聚乙烯包装中。Attia R S 等人[12]采用干热法对小麦胚芽进行稳定化处理，试验中将小麦胚芽在100 ℃条件下烘烤30 min，然后分别在-18 ℃和室温下贮存。4 周后，小麦胚芽油的酸值明显低于未经处理的小麦胚芽，说明烘烤后的低温储存可减缓脂肪酶和脂肪氧化酶的活性。有研究应用热风处理、烘烤和蒸煮3 种稳定化方法对米糠进行处理，并对比了效果。结果表明，3 种稳定化方法中，热风处理后的米糠油脂提取率、总酚和谷维素含量最高。

干热法在装备发展方面比较成熟，但处理时消耗能源较大，且干热处理后谷物胚芽的脂肪酶和脂肪氧合酶残留活性高，稳定化谷物胚芽贮藏稳定性较差，且高温处理易造成谷物胚芽中的热敏性营养物质损失，以上不足限制了热风干燥技术在谷物胚芽稳定化领域的推广。

1.2.2 湿热法

湿热法通常是在一定压力下，对材料进行蒸汽处理，增加材料的含水量，然后进行干燥和冷却，达到稳定化的目的。其原理为蒸汽能快速去除谷物胚芽中的自由巯基，从而达到延长谷物胚芽的贮藏期的效果。

吴艳博等人[13]研究比较了经微波干燥、热空气干燥、常压蒸汽和高压蒸汽处理后的小麦胚芽的贮存效果。结果表明，高压蒸汽钝化脂肪酶效果好于其他3 种，且处理后的麦胚脂肪酸含量与组成无明显变化，贮藏稳定性有所提高。许蓓蓓等人[14]研究了经微波、烘烤、高压蒸汽、臭氧4 种方法处理后麦胚的抗氧化活性。结果显示，经过酶解的小麦胚芽的抗氧化活性明显高于酶解前的抗氧化活性，而用不同稳定方法处理的小麦胚芽的抗氧化活性趋势基本一致。王君茹等人[15]研究表明，湿热法稳定化麦胚的效果优于干热法，能够有效地钝化麦胚中的脂肪酶活性，经过40 ℃加速贮藏试验后，处理后麦胚的酸值与过氧化值升高趋势显著低于未经处理的新鲜麦胚组。

在蒸汽加热过程中，谷物胚芽受热比较均匀，所以湿法热处理对谷物胚芽的稳定效果比干法热处理好，但蒸汽处理后的谷物胚芽含水量高，不利于脂质浸出，且容易结块，不能直接包装入库，需要二次烘干，费时费力，生产成本高。

1.2.3 微波法

微波法是基于微波的热效应和非热效应。热效应是指样品在吸收微波后温度升高，导致酶的活性下降，从而实现更长的储存期。非热效应则是指在外电磁场的作用下，微生物细胞的正常代谢遭到干扰，使其生长繁殖受到抑制，从而达到杀菌、消毒的目的。

胡春凤等人[16]在微波稳定小麦胚芽的试验中，对不同原始水分的小麦胚芽的微波灭活效果进行了系统比较。结果表明，水分较高的小麦胚芽的灭活效果相对较好，有利于提高小麦胚芽的储存稳定性。范广华等人[17]将微波协同紫外线技术用于稳定小麦胚芽，并应用于面粉厂的在线生产，效果良好。钟业俊[18]采用微波和热空气联合处理，利用其协同增效作用高效杀灭米粒中隐藏的虫卵和霉菌，钝化胚芽米中脂肪氧化酶和脂肪酶，抑制脂质氧化，从而延长胚芽米贮藏期。

微波法具有热穿透力强、效率高、营养损失少的优点。然而，微波加热过程中存在温度场分布不均匀的问题，易导致物料受热不均匀而出现“冷点”，且其较小处理量限制了在工业中的广泛应用。

1.2.4 挤压法

挤压法利用挤压过程中产生的高温、高压、剪切和摩擦的作用钝化，抑制谷物胚芽的脂肪酶和脂肪氧化酶活力，杀死表面附着的细菌，从而达到延长贮藏期的目的。

汪丽萍等人[19]的研究结果表明，挤压加工能有效钝化麸皮和胚芽中其所含的脂肪酶，有利于提高全麦粉的贮藏稳定性，同时很好地保持麦胚的营养价值。刘璐等人[20]对新鲜玉米胚芽采用紫外照射、短时微波和挤压法3 种工艺进行稳定化处理。研究结果表明，在3 种稳定化玉米胚芽中，挤压法在灭酶效果方面具有明显优势，稳定化处理后玉米胚芽的脂肪酶活性最低。

然而，挤压膨化作用过程温度较高，处理后的谷物胚芽淀粉糊化，蛋白质降解、变性，还会造成产品部分营养成分损失。

1.2.5 红外线法

红外技术作为一种新型、绿色的热处理技术，具有水分蒸发快、加热均匀、化学变化小、对谷物胚芽的损害小、没有热惯性等优点，已逐渐开始应用在干燥、加热、灭酶等食品加工过程中。

张兰月等人[21]研究红外烘烤处理对小麦胚芽水解和氧化酸败的影响。结果表明，在常温和4 ℃贮藏条件下，处理后小麦胚芽色泽的劣变速率明显延缓，且最大程度地保持小麦胚的商品性状和营养价值，并获得较好贮藏稳定性。于小禾等人[22]采用远红外处理麦胚20 min，麦胚中水分由11.8%降至4.8%，在35 ℃条件下贮藏10 d 后游离脂肪酸仅由14.69%增加到18.12%，研究表明采用远红外处理能够部分抑制脂肪水解酶活性，达到延长贮藏期的目的。

由于其稳定化谷物胚芽的机理尚不十分明确，不当的处理条件不仅不能完全达到抑制脂肪酶类的活性的效果，还会造成谷物胚芽焦煳，商品性状遭到破坏，营养物质损失。

2 谷物胚芽的功能性应用研究进展

2.1 在食品中的应用

谷物胚芽丰富的营养价值使其在食品行业中有较为广阔的应用。谷物胚芽提取的谷物胚芽油作为一种新型保健营养食用油，逐步深入到了人们的生活中。玉米胚芽油是一种常见的优质的食品加工油，用玉米胚芽油煎炸食品后，具有稳定性好、色泽金黄、味道纯正、保质期长等优点。玉米胚芽油含有丰富的必需脂肪酸和其他营养物质，被用作母乳奶粉的成分，对婴儿成长、视网膜和大脑皮层发育非常有益，一些品牌的奶粉成分中均加入了玉米胚芽油。目前，小麦胚芽油胶囊作为一种营养补充剂出现在市场上，由于可用来补充维E，而且便于携带，所以受到消费者的青睐。国内学者在用谷物胚芽制作饮料方面也取得了良好的效果。张占发[23]发明了一种能解酒的小麦胚芽茶，拥有广阔的市场前景。王领军[24]研究了大米胚芽饮料的最佳生产过程，并对其稳定性进行了研究。结果显示，首先在45 ℃条件下浸泡米胚芽，然后在含量为1.0 g/kg 的NaHCO3下浸泡120 min，就能获得品质最好的米胚芽饮料。

2.2 在药品、保健品中的应用

在药品和保健品行业中，由于谷物胚芽油本身特有的性质，使其应用越来越多。小麦胚芽中的生育酚可成为相关药物的良好来源，且有企业已经在使用小麦胚芽油生产抗生育药物。小麦胚芽油胶囊是小麦胚芽的一种常见产品形式，现在许多国内外企业都把它作为一种保健品来生产和销售，具有方便携带和食用的特点。该产品一般通过明胶、多糖等成膜物质包埋小麦胚芽油，保证营养价值不降低的同时延长了小麦胚芽油的贮藏期。欧阳五庆等人[25]发明了一种添加了小麦胚芽油的口服液，具有降低血脂的作用。

2.3 在化妆品中应用

在化妆品行业，谷物胚芽也有广泛应用。小麦胚芽富含维E，是一种天然的抗氧化剂，用它制成的精油能有效地抚平皱纹和保湿。玉米胚芽油中含有γ -谷维素，用其制成的化妆品对慢性湿疹、黑斑和皮肤老化都有效果。国内一家日化公司申请了一项专利[26]，发明了一种具有多效修复功能的护肤霜，其配方的主要成分是小麦胚芽油。国外学者开发了一种含有大米胚芽油的手工香皂，对人体皮肤具有较好的保护作用。米糠油中的维E 可以滋润皮肤细胞，防止皮肤再生导致的毛孔堵塞，延缓衰老。在防晒化妆品配方中使用米糠油纳米乳剂有改善皮肤的水分和物理稳定性的作用。Sari Y P 等人[27]使用椰子油或棕榈油与米糠油（RBO）结合制备了水包油纳米乳液，并报告了含米糠油（RBO）的纳米乳液具有良好的稳定性，zeta 电位值＜-30 mV。

2.4 在饲料中的应用

谷物胚芽是一种优质的蛋白资源，在畜禽饲料行业中用于蛋白质补充饲料，具有营养丰富、适口性好、价格低廉等优点，应用前景广阔。研究表明[28]，在生长中的育肥猪日粮中使用玉米胚芽粉（添加量不超过15%）对生长性能、屠宰性能和肉质没有不利影响。有研究在泌乳牛的日粮中添加全脂玉米胚芽作为脂肪补充剂，牛乳中蛋白质和脂肪都有所下降，但不饱和脂肪酸含量有所增加。

2.5 在工业中的应用

谷物胚芽油具有高温稳定性、抗氧化性和耐低温性，可用于工业生产生物柴油。有研究表明，以玉米胚芽油和甲醇为原料，氢氧化钠为催化剂，在物料比3∶1，温度60 ℃，时间70 min 条件下，可获得产量高达95.33%的生物柴油[29]。

谷物胚芽油生物降解性、可再生性、低毒性和优异的润滑性能使其在生物润滑剂配方中得到了应用，并在未来获得了更多的考虑。科学家们研究了将米糠油应用于生物润滑油的可行性，发现与SAE 20W40 相比，米糠油具有更好的摩擦性能，但米糠油的磨损痕迹直径较大，可通过添加适当的抗磨损添加剂来改善。有研究通过米糠油（RBO）脂肪酸和多元醇的酯化反应合成了米糠油（RBO）基天然增塑剂，并研究了其在聚氯乙烯（PVC）中的初步应用。

3 结语

由于谷物胚芽含水量高，且含有丰富的油脂和活性物质，贮存过程中微生物很容易繁殖和生长，造成谷物胚芽的发霉、发酵和变酸，同时脂肪酶和脂肪氧化酶在制粉过程中被碾压而被激活，最终导致胚芽失去营养价值和加工价值。

由于不同的稳定化方法对谷物胚芽酶活性、水分含量及营养成分损失和保存期的影响不同，在选择谷物胚芽的稳定化方法时，应以特定谷物资源的应用方向为前提，综合考虑不同稳定化方法的优缺点和自身的实际情况，达到提高其贮藏稳定性的目的，为谷物胚芽进一步的高值化加工利用和功能性成分的开发提供有利条件。因此，当单一的稳定技术不能保证最佳的谷物胚芽质量时，可探索2 种或多种稳定技术的组合应用，不仅能尽量保持谷物胚芽原有的营养组成和使用价值，且能够提高谷物胚芽的贮藏稳定性。

随着人们生活水平的提高，国内外研究人员对谷物胚芽的研究越来越深入，人们对谷物胚芽的营养成分、有效成分和保健功能越来越了解，这为谷物胚芽产品的开发提供了巨大的潜力。目前，我国对谷类胚芽产品的研究和利用还不够，谷类胚芽加工商品的品种较少。谷物胚芽油是我国商业化程度最高、最知名的谷物胚芽产品，其他产品大都是生产研发阶段或认知度不高。今后需要对谷类胚芽加工利用进行更加全面深入的研究和探索，以充分发挥其在食品、医药、保健、饲料和工业等各个领域的应用。将来的消费市场中谷物胚芽产品，必将具有重要的开发应用价值和广阔的市场前景。