谷物和豆類初級加工對其營養品質的影響

郭孝平，曾善榮，王玉財

（1.江西熙帝生物科技有限公司，江西贛州 341100；2.贛州市食品藥品檢驗檢測中心，江西贛州 341100）

幾個世紀以來，谷物和豆類因其豐富的營養成分，一直是人類獲得營養的重要來源之一。谷物在經過基本的清潔和分級后進一步加工，從而得到工業需要的最終產品。這些初級加工操作包括脫殼、研磨、精制、拋光，在不同程度上改變了所得產品的營養組成，有些還可以改變產品基質：營養物質嵌入谷物中，從而影響營養物質在體內的生物可及性。雖然一些谷物如大米會作為全谷物食用，但大多數谷物和豆類在使用前會加工為面粉。

碾磨被定義為研磨的行為或過程，尤其是指將谷物磨成面粉或粗粉[1]。這是糧食后期生產的重要中間步驟。碾磨過程的基本目的是去除果殼（有時也會去除麩皮層），并產生無雜質的可食用部分和具有不同粒度的粉末形式。必需營養素的濃度隨著研磨程度的加深而降低，餐前和餐后的能量密度會因為咀嚼過程而發生細微變化[2]。在結構上，所有谷物都由胚乳，胚芽和麩皮組成。胚乳占全谷物的80%，而不同谷物胚芽和麩皮成分占的百分比不同。碾磨過程可以分為兩種：（1）全谷物不損失任何部分的被轉化成面粉；（2）對谷物的不同結構進行差別碾磨，以將谷物分成不同的部分。例如：小麥可以作為全麥面粉進行碾磨，或者經過碾磨，以生產精制小麥粉、麩皮、胚芽和粗面粉等多種產品。

谷物的營養成分和植物營養素呈不均勻分布狀態，谷物外部含有大量營養成分，因此除淀粉外，研磨或精制會導致谷物中的營養成分流失[3]。谷物和豆類經過精細的研磨和精制后生成非常細的面粉。相比原料，這種面粉的營養成分減少。而谷物和豆類外層含有的抗營養素同樣通過去殼的操作而減少。全谷物經過碾磨后減少了所有存儲在谷物外層的營養物質，這些營養物質包括膳食纖維，纖維相關成分如植酸、單寧和多酚，酶抑制劑如胰蛋白酶抑制劑，礦物質，維生素[4-5]。在大多數研究中，植酸鹽、單寧和酚類元素的減少可以提高礦物質的可用性和生物可及性、蛋白質和碳水化合物的消化率。然而，這些植物營養素也有很強的抗氧化性，可以阻止自由基活動并減少人體內的氧化應激[6]。去殼后的全米粒在拋光步驟之前保留所有的營養成分，而拋光的米粒根據拋光程度失去不同程度的營養成分和植物營養素。米粒拋光程度越高，營養成分和植物營養素的損失就越多。另一方面，谷物的發芽與營養成分的改善以及抗營養素的減少有關，從而提高了消化率和生物可及性。

本綜述旨在探討初級加工對谷物和豆類中碳水化合物、蛋白質、礦物質和植物化學含量的影響及其消化率、生物可及性的變化。

1 谷物、豆類的初級加工及其營養素變化

谷物和豆類是人類最重要的食物來源之一，谷物食品是世界人口的主要能量、蛋白質、B族維生素和礦物質來源。許多科學研究表明，全谷物攝入可以預防糖尿病、肥胖、便秘、心血管疾病和其他疾病[7]。在碾磨過程中，谷物成分和基質的變化可以解釋為什么全谷物消費更為適宜。全谷物中與健康狀態相關的元素包括木脂素、生育三烯酚、酚類化合物和包括植酸、單寧和酶抑制劑的抗營養素。在精制谷物的過程中，由于麩皮的分離而導致膳食纖維、維生素、礦物質、木脂素、植物雌激素、酚類化合物和植酸的損失。因為大部分麩皮和一些胚芽在精制過程中被除去，所以精制谷物含有更高比例的淀粉。因此，食用不篩分的全谷物及其磨碎的面粉或分離谷物的不同部分更有益于健康[8]。

大多數維生素和礦物質（44.45%）存在于谷物的胚芽和麩皮部分。谷物的碾磨導致硫胺素、生物素、維生素B6、葉酸、核黃素、煙酸和泛酸的大量減少，鈣、鐵和鎂元素也會大量損失[9]。當谷物被碾磨時，70%～80%的原始維生素會丟失。即去除的谷物部分越大，營養物質損失越大。當小麥被碾磨成小麥粉時，大約70%的維生素和礦物質（25%～90%）和纖維素損失，25%蛋白質損失，90%錳元素損失，85%鋅元素和亞油酸損失，80%的鎂、鉀、銅元素和維生素B6損失[10]。

精制降低了小麥粉中幾乎所有營養成分的含量。例如，Oghbaei等[11]發現，精制減少了小麥粉中的蛋白質、脂肪、灰分以及鈣、鐵、鋅等元素，可溶性和不溶性膳食纖維也顯著減少。相反，在有差別的研磨過程中，分離的麥麩在所有這些成分中更豐富。小麥面粉精制過程中硫胺素、核黃素和單寧含量的損失量分別為48%、38%和67%；相反，與全麥面粉相比，麥麩中這些成分的增加分量別為36%、110%和51%。

Prodanov等[12]研究了浸泡對蠶豆、鷹嘴豆和扁豆中維生素含量的影響。經過不同程度的浸泡，其硫胺素（6.2%～17.1%）、核黃素（2.5%～34.2%）和煙酸（2.0%～61.2%）均有所損失。豆類浸泡在堿性介質中的損失高于酸性介質或水中。這種損失顯然是由于浸泡介質中水溶性維生素的浸出導致的。

煮沸、膨化和剝落的過程導致米粒營養成分的改變。米粒經過熱水浸泡和輥壓過程之后，可以進行不同厚度壓片。片狀米可以原樣食用或用于制備以大米為原料的小吃或其他烹飪食品。片狀米中的磷、植酸磷和膳食纖維含量有所改變，變化程度與薄片厚度相關，厚度越小，成分越低，而鐵和鈣的含量不受影響。

2 初級加工對碳水化合物及其消化率的影響

碳水化合物是谷物和豆類的主要成分，是人體內主要的能量來源。脫殼和碾磨的過程改善了谷物的淀粉含量及其消化率[5]。研磨方法和粒度與面粉的淀粉含量有關。研究表明，隨著用于研磨的篩網尺寸減小，淀粉含量增加。這可能是由于隨著篩網尺寸減小，更多的纖維部分被分離，更高淀粉含量的面粉通過篩子。由于與具有較高淀粉含量的胚乳相比，纖維難以粉碎，因此將其分離為粗粒部分。Oghbaei和Prakash[13]報道了全麥和精制小麥粉的體外淀粉消化率分別為42%和51%。麩皮含有大量不溶性膳食纖維、抗單寧素和植酸鹽等抗營養素，能夠結合酶和蛋白質并降低其活性。在大米片中，不同厚度的薄片中淀粉消化率從78.1%到84.1%不等，米粉薄片程度對淀粉消化率的影響不顯著。

浸泡、脫殼、發酵、發芽和烹飪等操作有效地提高了豆類的營養價值。Ghavidel等[14]報道，豇豆、小扁豆和鷹嘴豆的發芽和脫殼顯著改善了淀粉的消化率（36.3%～39.2%）。抗營養素含量和淀粉酶活性的降低可分別解釋淀粉消化率的提高和總淀粉的減少。由于去殼，可溶性和不溶性膳食纖維、植酸和單寧顯著下降。根據Egounlety等[15]的研究，浸泡、脫殼和烹飪的綜合效果在很大程度上影響了低聚糖的水平。大約50%的棉子糖和超過55%～60%的蔗糖和水蘇糖都損失了，表明這些處理在豆類加工中的重要性。

李倩楠等[16]報道了綠豆處理對淀粉消化率的影響，未經處理的綠豆其水解和血糖指數分別為17.0%和49.1%，浸泡處理后為19.1%和50.2%，發芽后為26.8%和54.4%。Sinha等[17]研究了浸泡和脫殼對牛豌豆的影響，發現浸泡和去除干豆中植酸含量下降了16.3%和30.1%。對照樣品每100 g谷粒含有836 mg植酸，在谷物發芽72 h后觀察到植酸減少了47.8%。此外，在每100 g谷物中未處理樣品、浸泡樣品、去殼樣品和發芽樣中多酚的含量分別為517 mg、476 mg、254 mg和349 mg。脫殼后多酚的損失率最大，表明全谷物具有更高的抗氧化成分含量。

3 初級加工對蛋白質及其消化吸收率的影響

谷物和豆類價格低廉，是蛋白質的主要來源之一。蛋白質的營養價值取決于蛋白質含量、氨基酸組成情況以及蛋白質的生物可利用率。其中生物可利用率是指蛋白質被消化、吸收利用的程度。谷物外層含有豐富的植酸鹽和多酚，可以結合作為輔助因子所必需的礦物質從而干擾幾種必需代謝過程，尤其是蛋白質的利用[18]。具有較高分子量結構的酚類化合物通常被稱為單寧，這是指其與蛋白質相互作用且不能被人體吸收的能力。單寧被定義為沉淀蛋白質的水溶性酚類聚合物[19]。

脫殼后不同品種的水稻經歷不同程度的碾磨。與較小程度碾磨的大米相比，高度碾磨后大米的水分、蛋白質、脂質和灰分含量較低[20]。這可能是由于去除了具有高灰分、脂質的固有層、糊粉層和亞石榴樹層。Kamaraddi等人[21]研究了水稻品種差異對膨化大米營養特性的影響，發現蛋白質消化率的范圍是69.7%～76.2%。拋光度較高的大米具有更好的烹飪質量，這是由于加工過程去除了膳食纖維，降低了蛋白質的含量，從而導致大米質地發生變化。而精制大米中的碳水化合物和蛋白質的消化率均高于半精制大米。據Pedersen等[22]報道，雖然氨基酸組成和蛋白質的利用沒有受到影響，但是高度精制的大米蛋白質含量降低。在大米片中，剝落程度影響蛋白質消化率，厚的大米片蛋白質消化率百分比最低（39.2%），其次是中等大米片（43.2%）、薄大米片（55.2%）和非常薄大米片（66.2%）。

有報道表明去殼和油炸谷物后，3種綠豆品種的平均體外蛋白質消化率從68.22%提高到74.72%[5]。分析4種不同品種脫殼豇豆的體外蛋白質消化率，發現脫粒谷物的單寧含量顯著降低，但并沒有發現4種脫殼豇豆（75.5%～78.0%）或去殼豇豆（77.4%～78.4%）存在顯著差異。胚乳是一種豐富的蛋白質來源，因此去除殼體部分可以增加蛋白質含量，并減少單寧和植酸鹽結合蛋白質消化所需的蛋白質和酶，導致更高的蛋白質消化率。陳安瑋等[23]也報道了未去殼的綠豆中蛋白質含量比去殼樣品高4.3%。

4 初級加工對礦物質及其生物利用度的影響

碾磨是影響谷物及其所制備食品中無機元素濃度的關鍵過程。與胚乳淀粉相比，籽粒的外部部分，尤其是糊粉層和胚芽，富含礦物質，傳統的研磨減少了其在面粉中的含量并將其濃縮在研磨殘渣中。甚至在外胚乳和內胚乳之間也存在礦物質含量的差異[24]。碾磨的顆粒形狀和質地以及技術條件，對礦物質的損失量起著重要作用。然而，當所有這些變量都是固定時，各種研磨餾分中礦物的分布最終取決于元素在核內的不均勻分布。雖然研磨減少了礦物質含量，但由于抗營養素含量降低，其可用性得到改善[11]。

植酸是谷物和豆類中磷的主要儲存形式，可以螯合礦物質，防止腸道吸收。浸泡、發酵、發芽、用植酸酶處理谷物等預處理可以降低谷物中的植酸含量[25]。多酚有可能結合帶正電的蛋白質、氨基酸以及食品中的多價陽離子如鐵、鋅和鈣等礦物質，從而降低了必需礦物質的生物利用度，通過降低多酚含量可以改善這些營養素的吸收。

Luo等人[26]研究了浸泡和發芽兩種初級處理下，綠色和白色蠶豆中鐵和鋅的有效性，發現與對照組（32.2%）相比，浸泡和發芽時綠豆中鐵的有效性增加，分別為50.5%和51.2%；而在白豆中，浸泡和發芽谷物的相應值分別為58.8%和58.9%，而對照組為28.6%。在鋅的供應中，觀察到綠豆增加百分比為38.4%和49.3%，白豆增加44.2%和58.7%，而對照值分別為31.6%和33.4%。

研磨全綠豆以獲得富含蛋白質部分、富含纖維部分以及富含蛋白質和纖維部分的直磨面粉，將其用于面包配方。直磨面粉的蛋白質含量為25.7%，富含蛋白質的部分蛋白質含量增加至29.8%。類似地，直磨面粉的纖維含量為8.2%，而在富含纖維的部分中增加至68.5%。因此，差異研磨既可根據需要分離顆粒的特定成分，又可用于產品配方。

解舒樂等人[27]研究了5種水稻基因型的未拋光、拋光和麩皮部分的鐵生物利用度。發現在所有5種基因型中，拋光的樣品與未拋光的和麩皮部分的樣品相比具有最高的鐵可用性。鐵的有效性與糙米和麩皮部分中的總可萃取酚含量顯著相關，而與拋光谷物中的含量無顯著相關。在高度精制的米中，糙米的鋅含量減少一半，礦物質含量達到相應水平的23%。

5 初級加工對植物化學物質的影響

植物化學物質是有助于植物性食物的抗氧化活性和健康益處的成分。有些是常見的植物性食物，有些是谷物產品專有的[28]。全谷物特別富含植物化學物質，其中一些與膳食纖維一起存在。在消化過程中，由于酶的作用，它們從纖維復合物中釋放出來。消化酶處理的富含纖維的谷物和谷物面粉部分表現出比未經處理的對應物更高的抗氧化成分和活性，表明谷物和小米可能含有纖維結合的酚類物質，它們在消化過程中釋放出來[23]。碾磨和精煉可以提高抗氧化劑化合物的可用性及活性，因為碾磨可以破壞細胞壁和谷物基質，并改善消化酶對與食物基質結合的成分的可及性。

其中谷氨酸含量高的植酸一直被認為是一種抗營養素。然而，最近的研究表明其對健康有益，可有效預防冠狀動脈疾病以及結腸癌、肝癌、肺癌和皮膚癌等，已被證明可以防止超氧化物的產生并增強免疫能力。多酚已被公認為人們飲食中最豐富的抗氧化劑來源。植物性食品中存在的多酚數量和質量可能因植物遺傳、土壤成分、生長條件、成熟狀態以及收獲后條件等因素而有很大差異。食品中多酚和單寧的含量和數量受加工的影響，因為其具有高反應性，可能影響其抗氧化活性和食品的營養價值[29]。多酚不均勻地分布在植物組織中，在加工過程中會因食物分餾而導致一些酚類化合物的損失或富集。小麥籽粒中的多酚主要包含在外層中，如糊粉層細胞、種皮，并在面粉精制過程中損失。

6 展望

對谷物和豆類進行不同的初級加工，為其進一步的產品生產和烹飪提供了方便。一些初級加工產品同時也是即食形式，例如膨化大米產品。通常，加工會改變谷物營養質量，全谷物可以保留所有營養素和植物營養素，谷物任一部分的丟棄都會減少營養成分。所有谷物中的營養物質和植物營養素都分布不均，谷物外部往往含有更多營養物質和纖維含量。碾磨對谷物營養質量有雙重影響：一方面，碾磨使谷物的細胞壁破裂從而改善營養基質中結合的營養素的生物可及性；另一方面，在碾磨期間麩、殼的分離減少了營養成分，但提高了消化率或生物可及性。通過篩分面粉、分離麩皮部分等機械方法也可以降低篩分面粉的營養含量。谷物的浸泡和發芽等過程會降低抗營養素含量，并增加營養素特別是礦物質的生物可及性。谷物的營養質量受到預處理過程的影響，這些處理和過程會影響到全谷物中所有對健康有益成分的保留程度，因此不鼓勵消費高度精制的產品。