黑小麥營養價值功能性物質及其影響因素的研究進展

吳瑩晗，馬丹妮，李 華

（揚州大學食品科學與工程學院，江蘇揚州 225127）

黑小麥是用黑麥與小麥雜交成的新品種，籽粒呈黑、紫和黑紫色，蛋白質含量通常在15%以上，包含17種氨基酸，其組成豐富，同時富含阿魏酸、花色苷等多種對人體有益的功能性物質[1]。現有運黑系列、冀紫439、冀資麥3號、河東烏麥526和黑小麥76號等品種，是研發營養功能補劑、保健食品和醫療食品的優質資源。

1 黑小麥的營養價值

黑小麥含碳水化合物54%～72%[2-5]，脂肪1.9%～2.2%[2，5-7]，蛋白質15.3%～20.5%[2-4，6-7]，富含鐵、鈣、硒、碘等礦物質[2，8-10]。然而不同品種間，營養素的種類、含量差距較大。目前，黑小麥的基礎營養信息還不夠全面，需進一步加強這方面的研究。黑小麥蛋白含量（＞15%）高于白粒小麥（11%～13%），與白粒小麥相比，某些必需氨基酸含量更高，如對于谷物的第一限制性氨基酸——賴氨酸，河東烏麥526[5]、運黑系列[6]和冀資麥3號[11]的含量分別為0.68%，0.44%，0.41%，均高于普通小麥[2]（0.38%），其必需氨基酸總量[5-6，8]（4.14%～6.09%）也高于普通小麥[12]（3.41%）。

2 黑小麥的功能性物質

2.1 戊聚糖

戊聚糖主要存在于谷物的果皮、種皮和糊粉層，木糖構成戊聚糖主鏈，側鏈連接阿拉伯糖殘基，阿魏酸以酯鍵與阿拉伯糖連接，為伸展的螺旋式棒狀結構[13-14]。這種空間結構決定了其高持水（可吸附自身質量約10倍的水）、高黏度和氧化交聯等特性，對面團發酵和烘焙有重大影響，且它是一種天然食品甜味劑，可在結腸被微生物發酵，具有調節腸道菌群、控制血糖等生理作用[15-16]。

戊聚糖中單糖的不同構成比、空間結構會造成戊聚糖理化性質和生物活性上的差異。采用不同方法提取黑小麥的面粉和麩皮，制備的戊聚糖在單糖組成和相對分子質量上存在差異。面粉中水溶性戊聚糖Ara/Xyl值低于水不溶性戊聚糖，相對分子質量卻高于水不溶性戊聚糖，表明2個組分的阿魏酸存在差異[17]。

黑小麥面粉、麩皮的戊聚糖分子特征見表1。

2.2 阿魏酸

黑小麥中的阿魏酸主要集中在麩皮位置，為結合態阿魏酸、阿魏酰低聚糖（Feruloylated oligosaccharides，FOs）是其主要存在形式[20]。結合態阿魏酸可以在人體內緩慢持續釋放阿魏酸，具有更高的生物利用率和研究價值[21]。陳洲[22]發現FOs是一類阿拉伯木聚糖，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，與阿魏酸相比，FOs抗氧化能力更高。不同連接位點和取代基團，構成了不同FOs，相同相對分子質量下，支鏈越多，FOs就越易與周圍分子交聯，其溶液黏性越大，同時也可為其他物質的取代提供更多的空間位點，這為人工合成更多品種FOs提供了可能性[23]。應進一步深入研究黑小麥不同品種FOs的結構和理化性質，與抗氧化、抗腫瘤、降血糖等生物活性間的效能關系和作用機理。

表1 黑小麥面粉、麩皮的戊聚糖分子特征

2.3 色素

黑小麥色素主要存在于麩皮，由花青素和多糖構成，屬于水溶性黃酮類花色苷色素[24]。研究表明，黑小麥中花色苷存在品種間差異。楊兆艷等人[25]檢測出河東烏麥麩皮花色苷色素含有3個組分，梁茜茜[26]分離鑒定了黑小麥76號的色素，檢測出16種花色苷。趙節昌[27]發現黑小麥花色苷清除DPPH自由基、羥自由基和NaNO2的能力存在量效關系，花色苷濃度越高，清除效果越好。楊三維等人[28]也證實花色苷（農大3753）具有較高的抗氧化能力，并且當質量分數≥40%時，抗氧化能力高于水溶性維E，并能抑制胃癌細胞HGC-27和MGC-803的侵染增殖。下一步的研究應深入到基因位點與功能作用的關系。

3 黑小麥功能性物質的影響因素

3.1 物理加工方式

王秋[29]發現超微粉碎可顯著提高谷物膳食纖維溶解度、蛋白質及脂肪含量。研究表明，小麥麩皮經超微粉碎處理后，膳食纖維含量增加，持水力和膨脹力呈上升趨勢，但陽離子交換能力下降[30]。郭怡琳[31]利用氣流膨化技術對黑小麥麩皮進行處理，SDF含量先下降后上升，而持油能力、陽離子交換能力都有所上升。

加熱、加壓等處理方式對黑小麥活性物質的影響分為2個方面：一是色素的分解破壞，高溫（＞80℃）使花色苷分解褪色[31]；二是因麩皮性質改變，釋放出更多生物活性物質。孫元琳等人[19]發現高溫高壓（121℃，0.15 MPa）處理會促進膳食纖維的分解，產生低聚合FOs。趙霞[32]發現熱加工能顯著提高燕麥游離型總酚（34%～83%）、總黃酮（11%～61%），且高壓條件下多酚含量提高更顯著。可見物理加工方式能明顯改善黑小麥麩皮理化性質，可進一步研究聯合運用多種加工技術對麩皮改性的影響，人為控制其改性過程，深入探討不同理化性質、生物活性的麩皮。

3.2 應激保護與生長代謝

（1）應激保護。干旱、鹽脅迫、鋅脅迫、輻射等環境能刺激黑小麥合成更多酚類物質，以抵消環境對自身的損害。研究證明，一定強度的紅斑紫外線輻照會抑制黑小麥生長，造成植物細胞不同程度損傷，同時總酚含量增加[33]。宣毓龍等人[34]研究發現低濃度的鋅脅迫（50～100 mg/L）可以促進黑小麥發芽和生長。Hura T等人[35]發現干旱環境中黑小麥束縛型多酚含量和葉綠體含量有相關關系。

（2）生長代謝。可以利用植物生長代謝機制，來提高谷物籽粒的植物化學物含量和生物活性。甘人友等人[36]發現黑小麥可溶性和結合性提取物的抗氧化活性和總酚含量都隨發芽時間的延長而增加，鐵還原能力、ABTS自由基清除能力和總酚含量分別提高了5倍，5倍和7倍左右，且結合型酚酸具有更高的抗氧化能力。

3.3 微生物發酵

微生物發酵可以提高谷物的活性物質含量和抗氧化活性。孫盈乾[37]篩選出漢遜酵母（Hansenula）對紫粒小麥在30℃下進行固態發酵，4.5 d后總酚含量達到峰值（4.63 mg GAE/g），可溶性阿拉伯木聚糖提取率達到3.51%。Zwane E N等人用塔賓曲霉（Aspergillus tubingensis）在溫度50℃，pH值6下發酵黑小麥籽粒，與發酵前相比，麥粒中咖啡酸、ρ-對香豆酸的含量顯著增加，發酵后麥粒中阿魏酸的含量為8.86 mg/g。微生物發酵法，不涉及重金屬、強酸、強堿，是一種經濟環保的生物加工技術。雖然還存在著菌株產酶量低、酶活不夠、酶對底物特異性選擇等種種問題，但生物技術是食品工業發展大勢所趨，目前各實驗室都在努力篩選產酶量及酶活高的優勢菌種。