小麥及制品的營養特性與營養化途徑

宋歸華 劉 銳 王旭琳 吳桂玲 孫君茂 魏益民

(農業農村部食物與營養發展研究所1，北京 100081) (河北金沙河面業集團產業技術研究院/河北省谷物食品加工技術創新中心2，邢臺 054400) (中國農業科學院農產品加工研究所3，北京 100193)

我國是世界上最大的小麥生產國和消費國，小麥產量占全球總產量的17%。近幾年來，我國小麥產量穩定在1.3億噸左右[1]，其中制粉消費占比70%，工業消費占比12%，飼用消費占比10%，種子用糧及損耗各占4%[2]。受我國傳統飲食習慣的影響，蒸煮類面制食品的加工是我國小麥粉消費的主要形式，其用量約占整個小麥粉消費的70%，其中面條約為35%，饅頭約為30%，餃子、餅約為5%。小麥及制品在我國主食消費和休閑食品消費中占據著重要地位。本文從小麥的籽粒、加工和制品3個層面，對其營養特性和營養化途徑進行論述，以期為中國小麥產業的營養化發展提供參考。

1 小麥籽粒結構及營養分布

小麥籽粒的植物學結構在解剖上主要分為三個部分：皮層、胚乳和胚(圖1)。其中皮層占籽粒的11%～15%，胚乳部分占比80%～85%，胚約占小麥籽粒3%。

圖1 小麥籽粒結構及營養分布[3]

1.1 皮層及其營養組分

小麥籽粒皮層由果皮、種皮、珠心層和糊粉層組成，皮層約占籽粒質量15%。糊粉層位于皮層與胚乳中間，占小麥籽粒質量的6%～9%。在制粉過程中，糊粉層隨同珠心層、種皮和果皮一同被去除，統稱麩皮，該部分富含膳食纖維、維生素、礦物元素、酚類等物質。

1.2 胚乳及其營養組分

胚乳由三層細胞組成：邊緣細胞、柱形細胞和中心細胞，占小麥籽粒質量的80%～85%。胚乳細胞又稱淀粉細胞，內含大小和形狀各異的淀粉粒。淀粉和蛋白質是胚乳的主要構成成分(表1)。

1.3 麥胚及其營養組分

胚由胚芽、胚軸、胚根和盾片組成，占籽粒質量3.0%。胚是雛形的植物體，在適宜的條件下能萌芽生長出新的小麥植株，一旦胚受到損傷，籽粒將不能發芽。麥胚中含有各類維生素、礦物元素、植物甾醇、脂類等豐富的營養素。

表1 小麥籽粒主要營養物質含量的基本統計量/%[4]

2 小麥粉加工精度與營養流失

2.1 小麥粉加工精度

小麥制粉是將小麥籽粒中的外層部分去除，包括皮層、糊粉層、胚芽等，然后將胚乳碾磨成小麥粉，但是在加工過程中不可避免地會在小麥粉中混入一部分麩皮。小麥粉中的麩皮含量越少，則加工精度越高，小麥粉質量等級越高；反之，麩皮含量越多，則小麥粉加工精度越低，質量等級越低。在小麥粉國家標準GB 1355—1986[5]中，將灰分含量作為加工精度的判定指標，并按照加工精度將小麥粉質量分為4個等級：特制一等、特制二等、標準粉和普通粉(表2)。

表2 GB 1355—1986按照加工精度對小麥粉進行質量分等

2.2 小麥粉加工過程中的營養流失

隨著制粉技術水平的提高，小麥粉的加工精度越來越高。高加工精度小麥粉的色澤、操作性和面制品口感較好，但其營養價值隨著加工精度的提高而降低。從表3可以看出，隨著小麥粉質量等級的提高，碳水化合物含量逐漸增加，但膳食纖維、維生素和礦物質含量逐漸減少。

3 小麥粉及面制品營養化途徑

隨著我國經濟水平的快速發展，居民對食物的需求已從吃飽轉向吃好，且更加關注食物的營養與健康；與此同時，由于過度加工，小麥、大米等口糧中的營養素嚴重流失，而人群中微量營養素缺乏和營養不良現象普遍存在?！吨袊用駹I養與慢性病狀況報告(2015)》指出，我國居民膳食能量供給充足，能量、蛋白質等攝入量已達到推薦標準，但膳食纖維、維生素、鈣等營養素的攝入量仍遠低于推薦值[7]。因此，提高主要糧食中的微量營養素含量，是解決我國居民營養健康問題的重要手段。目前強化小麥粉及面制品中的營養素含量，主要有4種途徑：1)小麥籽粒生物強化；2)小麥粉營養強化；3)開發全麥粉及全麥食品；4)面制品添加雜糧或果蔬。

3.1 小麥籽粒生物強化

3.1.1 遺傳生物強化

針對微量營養素攝入不足造成的“隱形饑餓”，在國際生物強化項目(HarvestPlus)的協助下，中國農業科學院于2004年啟動了“中國生物強化項目”(HarvestPlus-China, http://www.harvestplus-china.org/)。中國農科院作物科學研究所何中虎博士課題組通過傳統育種技術、分子標記輔助育種技術與營養科學相結合，篩選、培育出高鐵鋅品系“京冬8號”[8]、高鐵品系“中優9507”[9]和“中麥9號”[10]以及高蛋白、高鋅含量、中等鐵含量的小麥新品種“中麥175”[11]。張金磊等[12]比較普通小麥和生物強化小麥在籽粒和小麥粉含鐵量上的差異(表4)，其結果表明，富鐵小麥品種籽粒中的鐵含量比普通小麥多46%～134%；當出粉率為78%時，富鐵小麥粉比普通小麥粉的鐵含量多60%～228%。

第二組，弧半徑R=140mm傾角φ=32°峰間距h=18mm內流場速度、溫度、壓強分布圖及數據,見表3。

表3 小麥加工產品及副產品營養成分表[6]

表4 生物遺傳強化小麥和普通小麥含鐵量的比較[12]

由此可見，培育營養強化型小麥品種是提高小麥籽粒和小麥粉營養素含量的一個有效途徑。然而，小麥的生物強化育種仍存在一些問題。一是在傳統的小麥育種過程中，由于早代分離群體基數較大，通常在早代先進行農藝性狀的選擇，高代再進行營養素含量的篩選，這樣在早代選擇中就會丟失一些重要的營養素基因位點[13]。因此，還需要結合現代分子育種技術來解決這一問題。二是目前已有的營養強化型小麥品種數量較少，同時，復合營養強化型小麥品種的培育也是一個難點。三是在培育營養強化型品種時，還需要保證新品種在農藝性狀、產量和加工品質等方面均具有較好表現，這樣才有助于營養強化型品種的推廣。

3.1.2 農學生物強化

相對遺傳生物強化的長周期和復雜性，農學生物強化是快速實現籽粒營養強化的一種途徑。在小麥栽培管理中，可通過種子引發、土壤施肥和葉面施肥等栽培措施提高籽粒微量營養素的含量。通過一種或多種農學生物強化措施，均可顯著增加小麥籽粒中鋅[14]、鐵[15]等微量營養素含量。前人研究結果表明，增施鋅肥不僅增加了小麥產量，還提高了小麥籽粒鋅含量，且在土壤肥和葉面肥同時施用的情況下籽粒鋅含量增幅最大，可提高小麥籽粒鋅含量約3.5倍(表5)[16, 17]。

通過農學生物強化來提高籽粒營養，通常需要多種方式配套進行，比如需要同時土壤施肥和葉面施肥才能最大程度提高籽粒鋅含量，但這在農業生產中會增加生產成本，加大了該技術推廣應用的難度。

表5 不同鋅肥施用方法對小麥籽粒鋅含量和小麥產量的影響[16, 17]

3.2 小麥粉營養強化

在19世紀40年代，由于營養不良率的高發，美國制定了營養強化小麥粉的強制性法規，在小麥粉中添加了維生素B1(硫胺酸)、維生素B2(核黃素)、煙酸和鐵(在1998年又增加了葉酸)[18]。隨后，加拿大、歐洲、拉美、中亞等國家和地區均推動了小麥粉的營養強化。中國于1982年首次在法規中提到食品強化劑，1994年公布了GB 14880—1994《食品營養強化劑使用衛生標準》，表6列舉了小麥粉中可添加的強化劑種類及用量范圍。2002年底，中國國家公眾營養改善項目辦公室組織專家，參照國際營養強化標準，針對中國人群的特點確定了“7+1”營養強化配方[19]。其中，“7”為基礎配方，包括鐵、鋅、鈣、維生素B1、維生素B2、葉酸、煙酸；“1”為建議配方，即維生素A。2007年，國家出臺了GB 21122—2007《營養強化小麥粉》。

人工添加營養強化劑存在的主要問題是消費者對存在添加劑產品的購買意愿較低[20]，這方面需要加大營養教育和消費引導，提高消費者對營養強化食品的認知程度[18]。

表6 小麥粉中可添加的營養強化劑種類及使用范圍

3.3 開發全麥粉及全麥食品

和普通小麥粉相比，全麥粉富含膳食纖維、維生素B族和維生素E、以及鈣、錳、鐵、鋅等礦物質元素[21]。研究結果表明，飲食中攝入一定量的全谷物食品可有效預防心血管疾病、Ⅱ型糖尿病、肥胖癥和部分癌癥，可降低多種慢性病的發病率[22-24]。歐美國家從20世紀末就對全谷物食品進行了大量研究[25-27]，近年來，對全谷物食品需求增長最快的是美國，全谷物食品的消費正處于快速發展階段[28]。全麥食品是全谷物食品中的重要組成之一，而我國全麥食品的發展起步較晚，我國全麥粉產量僅占小麥粉總產量的1%左右[29]。我國在《糧食加工業發展規劃(2011—2020年)》中明確指出，“推進全谷物健康食品的開發”“鼓勵增加全谷物營養健康食品的攝入，促進糧食科學健康消費”。2015年，我國首次發布了全麥粉的行業標準LS/T 3244—2015《全麥粉》[30]，該標準對全麥粉的定義是：以整粒小麥為原料，經制粉工藝制成的，且小麥胚乳、胚芽與麩皮的相對比例與天然完整穎果基本一致的小麥粉。

表7 常見雜糧及果蔬營養成分表(每100 g含量)[6]

3.4 面制品添加雜糧或果蔬

雜糧和果蔬富含營養素，在面制品中添加雜糧和果蔬，可彌補小麥及面制品中營養不均衡的缺陷。由表7可以看出，燕麥和大豆中的鈣含量是小麥的6倍；大麥、蕎麥、燕麥、大豆等的鎂含量是小麥的40倍以上；小麥及其他谷物中維生素A、C含量極低，而果蔬中維生素A、C含量較豐富。因此，在面制品中添加雜糧、果蔬，可以使面制食品的營養更豐富均衡。有研究表明，食物的搭配食用比單吃一種食物的營養價值要高，且有利于各營養素的吸收利用。如單吃大米，蛋白質的利用率只有58%，若與玉米混合食用，蛋白質的利用率則可提高到71%；單一食用小麥粉、小米、大豆和牛肉時，其營養成分利用率都在70%以下，而搭配食用，則可提高到99%[31]。目前市場上常見的雜糧掛面有蕎麥掛面、綠豆掛面、燕麥掛面等[32]。市場上的果蔬類掛面主要為嬰幼兒童開發，大多數采用果蔬粉的方式添加，比較常見的果蔬原料有菠菜、胡蘿卜、南瓜和西紅柿等[33]。

目前，我國雜糧、果蔬掛面是在依照現行LS/T 3212—2014《掛面》執行，而該標準主要針對以小麥粉為主要原料加工制成的掛面，以雜糧、果蔬等為原料的掛面產品并不適用現行標準，因此，亟需制定雜糧及果蔬類面制品的行業或團體標準。此外，雜糧、果蔬復配面制品與全麥食品在加工工藝上和產品適口性上存在同樣的問題。因此，在研究提高雜糧、果蔬添加比例同時，重點要保證產品具有良好的口感。

4 小麥副產品利用

在小麥粉生產中被剝離的麥胚和麥麩，除了可以在磨成粉后回添到小麥粉中制作營養面制品外，還可以從麥胚、麥麩中提出營養、功能性成分進行開發利用。

4.1 胚芽產品的開發

胚芽僅占小麥籽粒的2%～3%，但其含有豐富的蛋白質、不飽和脂肪酸、礦物元素、維生素E、膳食纖維、必需氨基酸、黃酮、植物甾醇等營養素[34]。麥胚中含有8%～11%的脂肪，其中不飽和脂肪酸占比70%左右，特別是富含人體不能合成的亞油酸[35]。食用油中含有具有抗自由基、改善心腦血管系統等作用的維生素E，而小麥胚芽油中的維生素E含量最高[36]。由于小麥胚芽油含有豐富的營養物質和生理活性物質，被廣泛應用于保健品、化妝品等行業[37]。小麥胚蛋白占麥胚質量的30%左右[38]，含有人體必需的八種氨基酸，其必需氨基酸的組成比例與FAO/WHO頒布的理想模式值基本接近，是一種近完全蛋白[39]。李濤等[40]、肖玫等[41]以麥胚為原料，開發出了保健、功能性植物蛋白飲料。麥胚蛋白中還富含谷胱甘肽，具有提高人體免疫力、清除自由基等功效，經提純后常用于保健品開發[42]。

雖然麥胚的營養價值較高，但市場上麥胚產品數量較少，主要存在兩個問題。一是麥胚中脂肪含量較高，且富含高活性的脂肪酶和脂肪氧化酶，麥胚產品保質期短，易酸敗變質。二是高純度、高活性的谷胱甘肽等活性成分的提取工藝復雜、導致生產成本居高不下。

4.2 麥麩產品的開發

小麥麩皮含有豐富的膳食纖維，主要包括纖維素、抗性糊精、抗性淀粉、低聚糖等。1980年，國際谷物科技協會(ICC)指出，在一般可能取得的膳食纖維中，小麥麩皮為最濃、有效且適合人體。膳食纖維的攝入有利于促進排便、降低膽固醇等。此外，膳食纖維還能延緩糖分的吸收，可調節糖尿病人的血糖水平。在實際生產中，主要通過堿提取法、單一酶法、復合酶法等方法從小麥麩皮中提取膳食纖維。膳食纖維在面制品中的應用較為廣泛，例如高膳食纖維含量的面包、餅干、面條等。有研究表明，在不影響產品的加工和感官特性時，面包中膳食纖維的最佳添加量為4%[43]，餅干中的最佳添加量為20%[44]，掛面中的最佳添加量為10%[45]。此外，膳食纖維還可以應用到飲品、肉制品中。

小麥麩皮作為膳食纖維源之一，對人體的營養保健作用在眾多研究中早已得到肯定。一般情況下，膳食纖維的攝入量不會影響體內的礦物質代謝，但過多攝入膳食纖維會妨礙機體對Fe、Zn等礦物質的吸收。中國營養學會推薦的膳食纖維每日攝入量為25～35 g。小麥麩皮中，可溶性膳食纖維(SDF)與不溶性膳食纖維(NDF)比例為1∶9，兩者對人體的功效不同。前者可有效降低膽固醇、控制血壓等[46]；后者可減少排泄物在腸道的停留時間，預防結腸癌等[47]。將小麥麩皮和其他來源的膳食纖維(如大豆、燕麥、果蔬等膳食纖維)復配，使SDF與NDF的比例達到最佳，可強化膳食纖維的生理保健功效。

5 結論與展望

我國既存在失衡型營養不良的問題，又存在營養攝入量不足的問題，營養缺乏和營養失衡嚴重影響了我國居民的健康水平。小麥及其制品作為我國重要的食物消費，增加及平衡其營養素含量是改善我國居民營養健康水平的重要手段之一。小麥及面制品的營養強化途徑是多樣的：1)通過育種或農學管理可以顯著提高小麥籽粒中的一種或多種微量營養素含量；2)在小麥粉中有針對性地添加營養強化劑，可直接提高小麥粉及面制品中的微量營養素含量；3)全麥粉及全麥產品的開發，可保留小麥籽粒中豐富的營養素；4)雜糧或果蔬面制品的開發，可充分發揮不同谷物及果蔬間的營養互補，從而彌補精制小麥粉的營養失衡。此外，麥麩、胚芽副產品中的營養物質經提取純化并食品化利用，是小麥營養化利用的另一種方式。

我國的小麥及其制品營養化的研究已取得一定成果，但在營養型小麥生產、營養面制品加工以及消費者教育和引導方面還需加強。一方面，需進一步加強營養素強化型品種的培育，并結合相應的栽培措施，強化小麥籽粒中營養素的含量和種類。其次，在小麥營養面制品的開發過程中，相關標準已不能滿足當前市場要求，亟需開展相關標準的研究和制定。最后，加強居民營養健康科普教育，引導消費者更多地關注食物營養和健康，主動改善飲食結構和消費習慣。