谷物胚芽穩定化技術和功能性應用研究進展

歐朝接， 吳瓊婧

（1.廣西大學 輕工與食品工程學院，廣西 南寧 530004；2.廣西壯族自治區分析測試研究中心，廣西 南寧 530022）

谷物主要由3 個部分組成，即谷殼、胚乳和胚芽，其中胚芽位于谷物的一端，質量僅占谷物的2%～3%，營養價值卻為整個谷粒的70%～97%，被譽為“天賜營養源”，富含多種礦物質（如Mg，K，Zn，Fe等）、維生素（如維B1、維B2、維B6、維C、維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%左右的糖類，是孕育稻米新生命的活的有機體。稻米胚芽中的蛋白質與FAD/WHD公布的蛋白質氨基酸組成比例的理想模型基本一致[1]，是一種優質植物蛋白。大米胚芽中富含的不飽和脂肪酸占總脂肪酸含量的40%以上，主要為亞油酸、亞麻酸等，能改善血液循環、減少“三高”（高血糖、高血壓、高血脂）、預防心血管疾病等；同時，大米胚芽含有豐富的維E、膽堿、肌醇和其他抗氧化物質[2]。小麥胚芽富含小麥谷物的大部分營養成分，包括26%～30%的蛋白質、10%～15%的脂類、39%～45%的碳水化合物和4.0%～4.5%的礦物質，被稱為“天然營養寶庫”[3]。小麥胚芽脂肪是一種優質的植物脂肪，含有的不飽和脂肪酸（主要為亞油酸和亞麻酸）占80%。此外，小麥胚芽中還含有二十八烷醇、半胱氨酸、谷胱甘肽、植物甾醇、凝集素等生物活性物質[4]。玉米是世界三大糧食作物之一，也是我國農業發展的一大支柱，玉米胚芽質量雖只占籽粒的11%～14%，但營養價值比胚乳還要高，是一種獲取蛋白的優質資源。玉米胚芽作為玉米淀粉加工的副產品，目前大多被廢棄掉，利用率較低。

谷物胚芽富含油脂和高度活躍的內源性酶，在碾磨過程中，從谷物中分離出來并受到碾壓，脂肪酶和脂肪氧化酶會被激活。脂肪酶迅速將脂肪分解為游離脂肪酸，導致酸值增加；在脂肪氧化酶的作用下，游離脂肪酸被進一步氧化和酸化，生成醇類、醛類、酮類、呋喃類物質，并加速多不飽和脂肪酸的流失。另外，谷物胚芽的高含水量使微生物容易繁殖和生長，造成谷物胚芽的結塊、發霉、發酵和變酸，致使谷物胚芽胚酸敗變質，嚴重影響谷物胚芽的深加工再利用。近年來，國內外學者采用各種技術處理谷物胚芽，提高其貯存穩定性，對延緩谷物胚芽的酸敗、延長產品貨架期，為谷物胚芽進一步的高值化加工利用和功能性成分的開發提供了依據。對谷物胚芽在食品、藥品、保健品、化妝品、飼料、工業等行業的應用進行簡要概述，分析了谷物胚芽資源開發利用存在的問題和應用前景。

1 谷物胚芽穩定化技術研究現狀與比較

1.1 化學法穩定化技術

化學穩定處理通過使用酸、堿、鹽和酶抑制劑在一定程度上抑制酶的活性。乙酸、鹽酸、次氯酸鈣、乙醇、抗壞血酸、SO2等化學試劑常用于化學穩定法中。化學穩定法的優點是操作簡便，能達到較好的抑酶效果；缺點是化學法使用過程中存在不同程度的試劑污染，且化學試劑在實際應用中的效果需要在細胞破碎后才能發揮更大的作用，所以這種方法的推廣受到一定的限制。目前，科學家傾向于使用（如茶多酚、維E、植酸等）天然抗氧化劑來處理谷物胚芽。

不同化學法穩定化技術比較見表1。

表1 不同化學法穩定化技術比較

1.2 物理法穩定化技術

1.2.1 干熱法

干熱法是通過控制物料水分含量從而保證其質量的穩定。當溫度超過一定限度時，脂肪酶和脂肪氧化酶便失去了活力，同時在加熱的作用下，谷物胚芽的水分含量降低，減緩脂肪酸敗速度，從而達到延長保存期的目的。

Marti A 等人[11]用干熱法穩定小麥胚芽，使其安全儲存期超過20 周。在試驗中，先將小麥胚芽勻漿，然后加熱使其干燥，處理后的小麥胚芽被儲存在聚乙烯包裝中。Attia R S 等人[12]采用干熱法對小麥胚芽進行穩定化處理，試驗中將小麥胚芽在100 ℃條件下烘烤30 min，然后分別在-18 ℃和室溫下貯存。4 周后，小麥胚芽油的酸值明顯低于未經處理的小麥胚芽，說明烘烤后的低溫儲存可減緩脂肪酶和脂肪氧化酶的活性。有研究應用熱風處理、烘烤和蒸煮3 種穩定化方法對米糠進行處理，并對比了效果。結果表明，3 種穩定化方法中，熱風處理后的米糠油脂提取率、總酚和谷維素含量最高。

干熱法在裝備發展方面比較成熟，但處理時消耗能源較大，且干熱處理后谷物胚芽的脂肪酶和脂肪氧合酶殘留活性高，穩定化谷物胚芽貯藏穩定性較差，且高溫處理易造成谷物胚芽中的熱敏性營養物質損失，以上不足限制了熱風干燥技術在谷物胚芽穩定化領域的推廣。

1.2.2 濕熱法

濕熱法通常是在一定壓力下，對材料進行蒸汽處理，增加材料的含水量，然后進行干燥和冷卻，達到穩定化的目的。其原理為蒸汽能快速去除谷物胚芽中的自由巰基，從而達到延長谷物胚芽的貯藏期的效果。

吳艷博等人[13]研究比較了經微波干燥、熱空氣干燥、常壓蒸汽和高壓蒸汽處理后的小麥胚芽的貯存效果。結果表明，高壓蒸汽鈍化脂肪酶效果好于其他3 種，且處理后的麥胚脂肪酸含量與組成無明顯變化，貯藏穩定性有所提高。許蓓蓓等人[14]研究了經微波、烘烤、高壓蒸汽、臭氧4 種方法處理后麥胚的抗氧化活性。結果顯示，經過酶解的小麥胚芽的抗氧化活性明顯高于酶解前的抗氧化活性，而用不同穩定方法處理的小麥胚芽的抗氧化活性趨勢基本一致。王君茹等人[15]研究表明，濕熱法穩定化麥胚的效果優于干熱法，能夠有效地鈍化麥胚中的脂肪酶活性，經過40 ℃加速貯藏試驗后，處理后麥胚的酸值與過氧化值升高趨勢顯著低于未經處理的新鮮麥胚組。

在蒸汽加熱過程中，谷物胚芽受熱比較均勻，所以濕法熱處理對谷物胚芽的穩定效果比干法熱處理好，但蒸汽處理后的谷物胚芽含水量高，不利于脂質浸出，且容易結塊，不能直接包裝入庫，需要二次烘干，費時費力，生產成本高。

1.2.3 微波法

微波法是基于微波的熱效應和非熱效應。熱效應是指樣品在吸收微波后溫度升高，導致酶的活性下降，從而實現更長的儲存期。非熱效應則是指在外電磁場的作用下，微生物細胞的正常代謝遭到干擾，使其生長繁殖受到抑制，從而達到殺菌、消毒的目的。

胡春鳳等人[16]在微波穩定小麥胚芽的試驗中，對不同原始水分的小麥胚芽的微波滅活效果進行了系統比較。結果表明，水分較高的小麥胚芽的滅活效果相對較好，有利于提高小麥胚芽的儲存穩定性。范廣華等人[17]將微波協同紫外線技術用于穩定小麥胚芽，并應用于面粉廠的在線生產，效果良好。鐘業俊[18]采用微波和熱空氣聯合處理，利用其協同增效作用高效殺滅米粒中隱藏的蟲卵和霉菌，鈍化胚芽米中脂肪氧化酶和脂肪酶，抑制脂質氧化，從而延長胚芽米貯藏期。

微波法具有熱穿透力強、效率高、營養損失少的優點。然而，微波加熱過程中存在溫度場分布不均勻的問題，易導致物料受熱不均勻而出現“冷點”，且其較小處理量限制了在工業中的廣泛應用。

1.2.4 擠壓法

擠壓法利用擠壓過程中產生的高溫、高壓、剪切和摩擦的作用鈍化，抑制谷物胚芽的脂肪酶和脂肪氧化酶活力，殺死表面附著的細菌，從而達到延長貯藏期的目的。

汪麗萍等人[19]的研究結果表明，擠壓加工能有效鈍化麩皮和胚芽中其所含的脂肪酶，有利于提高全麥粉的貯藏穩定性，同時很好地保持麥胚的營養價值。劉璐等人[20]對新鮮玉米胚芽采用紫外照射、短時微波和擠壓法3 種工藝進行穩定化處理。研究結果表明，在3 種穩定化玉米胚芽中，擠壓法在滅酶效果方面具有明顯優勢，穩定化處理后玉米胚芽的脂肪酶活性最低。

然而，擠壓膨化作用過程溫度較高，處理后的谷物胚芽淀粉糊化，蛋白質降解、變性，還會造成產品部分營養成分損失。

1.2.5 紅外線法

紅外技術作為一種新型、綠色的熱處理技術，具有水分蒸發快、加熱均勻、化學變化小、對谷物胚芽的損害小、沒有熱慣性等優點，已逐漸開始應用在干燥、加熱、滅酶等食品加工過程中。

張蘭月等人[21]研究紅外烘烤處理對小麥胚芽水解和氧化酸敗的影響。結果表明，在常溫和4 ℃貯藏條件下，處理后小麥胚芽色澤的劣變速率明顯延緩，且最大程度地保持小麥胚的商品性狀和營養價值，并獲得較好貯藏穩定性。于小禾等人[22]采用遠紅外處理麥胚20 min，麥胚中水分由11.8%降至4.8%，在35 ℃條件下貯藏10 d 后游離脂肪酸僅由14.69%增加到18.12%，研究表明采用遠紅外處理能夠部分抑制脂肪水解酶活性，達到延長貯藏期的目的。

由于其穩定化谷物胚芽的機理尚不十分明確，不當的處理條件不僅不能完全達到抑制脂肪酶類的活性的效果，還會造成谷物胚芽焦煳，商品性狀遭到破壞，營養物質損失。

2 谷物胚芽的功能性應用研究進展

2.1 在食品中的應用

谷物胚芽豐富的營養價值使其在食品行業中有較為廣闊的應用。谷物胚芽提取的谷物胚芽油作為一種新型保健營養食用油，逐步深入到了人們的生活中。玉米胚芽油是一種常見的優質的食品加工油，用玉米胚芽油煎炸食品后，具有穩定性好、色澤金黃、味道純正、保質期長等優點。玉米胚芽油含有豐富的必需脂肪酸和其他營養物質，被用作母乳奶粉的成分，對嬰兒成長、視網膜和大腦皮層發育非常有益，一些品牌的奶粉成分中均加入了玉米胚芽油。目前，小麥胚芽油膠囊作為一種營養補充劑出現在市場上，由于可用來補充維E，而且便于攜帶，所以受到消費者的青睞。國內學者在用谷物胚芽制作飲料方面也取得了良好的效果。張占發[23]發明了一種能解酒的小麥胚芽茶，擁有廣闊的市場前景。王領軍[24]研究了大米胚芽飲料的最佳生產過程，并對其穩定性進行了研究。結果顯示，首先在45 ℃條件下浸泡米胚芽，然后在含量為1.0 g/kg 的NaHCO3下浸泡120 min，就能獲得品質最好的米胚芽飲料。

2.2 在藥品、保健品中的應用

在藥品和保健品行業中，由于谷物胚芽油本身特有的性質，使其應用越來越多。小麥胚芽中的生育酚可成為相關藥物的良好來源，且有企業已經在使用小麥胚芽油生產抗生育藥物。小麥胚芽油膠囊是小麥胚芽的一種常見產品形式，現在許多國內外企業都把它作為一種保健品來生產和銷售，具有方便攜帶和食用的特點。該產品一般通過明膠、多糖等成膜物質包埋小麥胚芽油，保證營養價值不降低的同時延長了小麥胚芽油的貯藏期。歐陽五慶等人[25]發明了一種添加了小麥胚芽油的口服液，具有降低血脂的作用。

2.3 在化妝品中應用

在化妝品行業，谷物胚芽也有廣泛應用。小麥胚芽富含維E，是一種天然的抗氧化劑，用它制成的精油能有效地撫平皺紋和保濕。玉米胚芽油中含有γ -谷維素，用其制成的化妝品對慢性濕疹、黑斑和皮膚老化都有效果。國內一家日化公司申請了一項專利[26]，發明了一種具有多效修復功能的護膚霜，其配方的主要成分是小麥胚芽油。國外學者開發了一種含有大米胚芽油的手工香皂，對人體皮膚具有較好的保護作用。米糠油中的維E 可以滋潤皮膚細胞，防止皮膚再生導致的毛孔堵塞，延緩衰老。在防曬化妝品配方中使用米糠油納米乳劑有改善皮膚的水分和物理穩定性的作用。Sari Y P 等人[27]使用椰子油或棕櫚油與米糠油（RBO）結合制備了水包油納米乳液，并報告了含米糠油（RBO）的納米乳液具有良好的穩定性，zeta 電位值＜-30 mV。

2.4 在飼料中的應用

谷物胚芽是一種優質的蛋白資源，在畜禽飼料行業中用于蛋白質補充飼料，具有營養豐富、適口性好、價格低廉等優點，應用前景廣闊。研究表明[28]，在生長中的育肥豬日糧中使用玉米胚芽粉（添加量不超過15%）對生長性能、屠宰性能和肉質沒有不利影響。有研究在泌乳牛的日糧中添加全脂玉米胚芽作為脂肪補充劑，牛乳中蛋白質和脂肪都有所下降，但不飽和脂肪酸含量有所增加。

2.5 在工業中的應用

谷物胚芽油具有高溫穩定性、抗氧化性和耐低溫性，可用于工業生產生物柴油。有研究表明，以玉米胚芽油和甲醇為原料，氫氧化鈉為催化劑，在物料比3∶1，溫度60 ℃，時間70 min 條件下，可獲得產量高達95.33%的生物柴油[29]。

谷物胚芽油生物降解性、可再生性、低毒性和優異的潤滑性能使其在生物潤滑劑配方中得到了應用，并在未來獲得了更多的考慮?？茖W家們研究了將米糠油應用于生物潤滑油的可行性，發現與SAE 20W40 相比，米糠油具有更好的摩擦性能，但米糠油的磨損痕跡直徑較大，可通過添加適當的抗磨損添加劑來改善。有研究通過米糠油（RBO）脂肪酸和多元醇的酯化反應合成了米糠油（RBO）基天然增塑劑，并研究了其在聚氯乙烯（PVC）中的初步應用。

3 結語

由于谷物胚芽含水量高，且含有豐富的油脂和活性物質，貯存過程中微生物很容易繁殖和生長，造成谷物胚芽的發霉、發酵和變酸，同時脂肪酶和脂肪氧化酶在制粉過程中被碾壓而被激活，最終導致胚芽失去營養價值和加工價值。

由于不同的穩定化方法對谷物胚芽酶活性、水分含量及營養成分損失和保存期的影響不同，在選擇谷物胚芽的穩定化方法時，應以特定谷物資源的應用方向為前提，綜合考慮不同穩定化方法的優缺點和自身的實際情況，達到提高其貯藏穩定性的目的，為谷物胚芽進一步的高值化加工利用和功能性成分的開發提供有利條件。因此，當單一的穩定技術不能保證最佳的谷物胚芽質量時，可探索2 種或多種穩定技術的組合應用，不僅能盡量保持谷物胚芽原有的營養組成和使用價值，且能夠提高谷物胚芽的貯藏穩定性。

隨著人們生活水平的提高，國內外研究人員對谷物胚芽的研究越來越深入，人們對谷物胚芽的營養成分、有效成分和保健功能越來越了解，這為谷物胚芽產品的開發提供了巨大的潛力。目前，我國對谷類胚芽產品的研究和利用還不夠，谷類胚芽加工商品的品種較少。谷物胚芽油是我國商業化程度最高、最知名的谷物胚芽產品，其他產品大都是生產研發階段或認知度不高。今后需要對谷類胚芽加工利用進行更加全面深入的研究和探索，以充分發揮其在食品、醫藥、保健、飼料和工業等各個領域的應用。將來的消費市場中谷物胚芽產品，必將具有重要的開發應用價值和廣闊的市場前景。