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粮食作物保健食品的研究进展

2019-09-09  食品研究...

摘 要:综述了三大主粮小麦、玉米、水稻和部分杂粮的营养功效及其生物活性物质的研究进展,分析了近年来三大主粮和杂粮相关保健功能性食品的研究现状与未来发展趋势。

关键词:粮食作物;营养功效;保健食品;现状;发展趋势

改革开放以来,人民生活水平大幅度提高,并由以前的满足温饱转变到健康营养保健的新理念、新高度,关于粮食作物的营养价值及相关保健食品加工工艺研究已深入到细胞分子水平[1-2],为粮食作物保健食品的深入研发提供科学依据,但目前深加工还处于基础阶段,关于这方面的研究技术及相关产品还未普及,仍需继续研究。

1 三大主粮的营养功效及食品开发现状

1.1 小麦

1.1.1 小麦的营养成分 小麦含有丰富的淀粉、蛋白质、脂肪、矿物质以及钙、铁、硫胺素、核黄素、维生素A和维生素C等,小麦胚芽中还含有多种生物活性物质,如麦胚凝集素、二十八烷醇、谷胱甘肽、黄酮类化合物等,是小麦的营养富集中心。G.Suresh Kumar等[3]对小麦麸皮油(WBO)和小麦胚芽油(WGO)营养成分进行研究,发现两种油都含有生育酚和类胡萝卜素,且都存在甾醇阿魏酸盐。小麦是人们日常生活不可缺少的粮食作物。随着生产技术和人们饮食水平的提高,河南中普农业科学技术研究所通过“远缘杂交”的育种方式选育出了彩色小麦[4],因其籽粒颜色有黑色、绿色、紫色、蓝色等不同色泽,命名为彩色小麦,尤以黑小麦和绿小麦为名。研究显示,其蛋白质、矿物质和氨基酸含量都高于普通白小麦,矿物质中,除人体必需的大量元素含量较高外,硒、铁、钙、锌、碘、锰等人体必需微量元素含量也远高于普通小麦。彩色小麦中的维生素A、B1、B2、C、E等含量也明显高于普通小麦,并且氨基酸各组分也更为平衡,含有大量膳食纤维。彩色小麦的色泽取决于其中含有一种被称作花色苷的类黄酮物质[5],花色苷具有很好的抗氧化能力,能清除机体内的自由基。因此,彩色小麦的保健功能较普通的小麦显著。近10年来,利用彩色小麦制成的保健食品也数不胜数,种类花样层出不穷。

1.1.2 小麦食品的开发现状 小麦种植在我国也有着悠久的历史,我国是世界上最早种植小麦的国家之一,因此,利用小麦制作出的产品也不计其数,比如馒头、面包、面条、营养饼干、饺子等,但这些都是传统的小麦制品,无论从加工贮存方面还是营养保健方面都已远远满足不了人们的生活需求,因此,近年来对小麦制品的研究又深了一步,重点从加工工艺改良、综合感官品质提升以及生物活性物质利用等方面研究。如小麦挂面,因其具有耐储存、食用方便等好处,需求量一直很大,但是由于传统制作挂面的工艺会受到很多不可控因素的影响,比如外界环境的温度及湿度,最终会导致成品效果不理想,再者彩色小麦制成的挂面虽然营养保健功能显著,但是综合感官品质不及普通小麦,因此近年来推出了彩色复合型挂面,即在彩色面粉中加入少许普通面粉和其他物质,如张俊颖等[6]将海带捣碎加入面粉中充分混合,研究制成了海带挂面。侯娟等[7]将少量麸皮粉加入紫麦面粉中,同时添加食用盐等其他成分,这样制成的挂面感官品质会提升许多,并且具有彩色小麦和其他原料的双重保健功效。近年来,人们对彩色小麦中的黑小麦也有颇多研究[4,8] 。继彩色挂面之后,相继推出的还有黑小麦面包、黑小麦麦片、黑麦馒头、黑麦复合面条、黑麦富硒醋、黑麦酱油等以黑小麦为主要原料的黑小麦类保健食品。

小麦胚芽相关的保健制品也逐渐出现,如龙杰等[9]研究了发芽对小麦各营养成分变化及抗氧化活性的影响,结果表明,发芽小麦中的化学成分和生理活性物质浓度均有所增加,因此其保健功能更好,而且已有研究报道应用发芽糯小麦的糠麸和胚芽制备全麦面包[10-11] 。李冬文等[12]将小麦胚芽添加到传统的酥性饼干配方中并挑选4种不同的乳化剂,测试其对饼干硬度、酥脆度等品质的影响,增加了饼干的健康营养价值。刘然等[13]以小麦胚芽油、水果、可可粉、蔗糖等为原料,制成了一种胶丸状且富含高维生素E的新型保健食品,具有低脂、低糖、保健的特点,深受人们和市场欢迎。孙小凡等[14]以面包专用粉为主要原料,添加小麦胚芽粉、酵母、面包改良剂、白砂糖等辅料,采用一次发酵工艺生产面包,并通过单因素试验和正交试验,确定小麦胚芽粉保健面包的最佳配方。

1.2 玉米

1.2.1 玉米的营养成分 目前全世界生产的玉米籽粒约有70%~80%用作饲料,供人们食用的只占小部分,还有小部分用作工业原料,并生产出了玉米淀粉、玉米油、玉米糖浆、酒精等工业产品。玉米的蛋白质含量较高,但其中氨基酸配比并不平衡,因此能被人体消化吸收的也较低。玉米胚芽中含有丰富的脂肪,且多为不饱和脂肪酸酯,对人体的消化吸收有益。玉米富含多种维生素和矿物质,能够抗氧化延缓衰老。纤维素含量较高,能够促进消化和肠胃蠕动。研究表明,玉米中还含有一种抗癌因子谷胱甘肽,它能够与体内癌细胞因子结合并从消化道排出体外,在食品领域可提高产品品质并增强稳定性,制成保健食品还可增强机体免疫力[15] 。玉米须中还含有丰富的多糖、黄酮和皂苷等活性物质。综上所述,玉米具有多种保健功能,大力开发玉米保健食品将是人们生活水平提高的需要。

1.2.2 玉米食品的开发现状 早期人们开发的玉米食品多为方便食用的,主要有玉米片、玉米糊、玉米晶、玉米碴及多种玉米膨化食品。但是这些玉米食品在开发过程中并没有很好保留玉米的营养保健功效,因其在制作时为了改善产品口感而去掉了富含纤维素的表皮部分,又或者去掉富含不饱和脂肪酸的胚芽部分,只因胚芽会使产品产生苦涩口感,而且产品样式单一。随着技术的改良,温鲁[16]将全玉米和大豆混合在一起,通过膨化挤压粉碎等流程生产出新型玉米食品,此工艺既克服了之前的不足,又添加了大豆的营养成分,使产品拥有双重的保健功能。之后张飞俊[17]将玉米粉和人参粉混合后采用挤压技术等一系列步骤生产出具有双重保健功效的玉米人参米。王志鹏[18]研制出玉米发糕。郑华杰[19]将干玉米籽粒通过粉碎、挤压膨化、研磨等工艺后再加入糖等多种辅料最后进行发酵制成共生玉米基酸奶型功能食品。介绍玉米中花青素生物合成的最新进展,玉米花色苷在预防慢性疾病中的作用,以及最终产生花青素含量增加的玉米功能性食品的育种活动。Nuntaporn Aukkanit 等[20]将玉米须废物利用,磨成玉米须粉添加到低脂肪肉丸中,增加了肉丸的灰分和纤维素含量,能使人食用后产生饱腹感,有效减少能量的摄入。

近10年来,甜玉米产业发展迅速,以广东省最为突出,甜玉米的营养保健功效比普通玉米更胜一筹,并且在口感上更甜、脆、水,被称为“水果玉米”,颇受人们喜爱[21] 。甜玉米脆片、甜玉米啤酒、甜玉米罐头、甜玉米饮料、甜玉米肉肠等食品的加工技术已经比较成熟,但都处于浅加工。徐春丽[22]将鲜甜玉米与大豆混合,经乳酸菌发酵制成了具有保健和肠道消化双功能的甜玉米饮料。黄建初等[23]研究出对甜玉米的保鲜技术,包括冷藏保鲜、气调保鲜、涂膜保鲜、常温保鲜和辐照贮藏等,以及如速冻加工、真空包装等多种加工技术。王海棠等[24]以甜玉米为主要原料,配以蔬菜、水果、谷物等研制出新型甜玉米果蔬粥。

黑玉米作为玉米家族的一员,既有食用价值又有药用价值,且含有抗癌物质尼姑酸。目前已开发出的黑玉米保健食品有黑玉米绿豆复合饮料、黑玉米挂面、黑玉米苹果汁酸奶、黑玉米面包、黑玉米果冻、黑玉米香酥片等一系列方便食品。宋爽[25]以黑玉米为原料提取原花青素,并首次利用黑玉米原花青素提取残渣制作黑玉米糊,进行可食化利用。

1.3 水稻

1.3.1 水稻的营养保健成分 我国水稻播种量和总产量在世界上仅次于小麦。相关研究表明,胚是水稻中营养物质的富集部位,胚芽部分的体积虽只占水稻籽粒的2%~4%,但其营养成分约占水稻籽粒的60%[26]。水稻胚中含有优质的营养成分,如蛋白质、碳水化合物、脂肪、维生素B1、维生素B2、维生素B6、烟酸以及谷胱甘肽、维生素E、肌醇、黄酮类物质、水稻凝集素、植物甾醇、谷维素等多种生物活性成分[27] 。因此,深层次开发水稻相关保健功能性产品对人类生活水平的提高和水稻产业经济发展具有重要意义。

1.3.2 水稻食品的开发现状 近年来,人们从多方面研究了水稻的特性及此类保健制品,如富含稻米油的婴幼儿食品研究、水稻抗性淀粉研究、功能性稻米以及即食米饭的工艺改良等的研究。稻米油广泛应用于一些乳制品及婴儿食品中,稻米油是以米糠和米胚为主油料经压榨而来,营养丰富,据数据显示,其中日本的此类上市产品数量最多,其次是美国、韩国和泰国,这些国家对于稻米油的研究也比较发达[28]。据数据显示,稻米油中含量最高的3种脂肪酸棕榈酸、油酸和亚油酸恰恰和母乳中含量最高的3种脂肪酸一样,因此,有研究将稻米油应用于婴幼儿食品中,并调配出脂肪酸均衡的营养食品[29]。黄敏[30]基于近年来人们对于水稻中抗性淀粉的广泛关注,研究从稻米中制备抗性淀粉,在不同食用胶存在条件下,稻米淀粉凝胶物性的变化及其对抗性淀粉产量和形成机制的影响。结果表明,稻米淀粉的品质与稻米种类、食品胶种类、食品胶浓度都有关。吕宏斌[31]将一种功能性稻米和功能大麦以及功能大麦苗粉按一定比例混合制成了保健米线,既满足了人们在饮食上对健康、口感等方面的要求,又有效避免了米线中原有的单一的营养功效,改善了仅由大麦制得米线的不良口感。近年来,米制食品加工业中的即食米饭发展迅速,如保鲜米饭、冷冻米饭、速煮米等,但与家常大米相比感官品质仍有缺陷,在即食大米加工过程中可能引起产品风味和品质变化的机制仍困惑不解,L.Yu等[32] 分别从包括清洗和浸泡在内的预烹饪方法在过量水中烹饪,通过吸收和高压的烹饪方法以及包含冷却、冷冻、干馏、罐装、干燥和储存在内的后烹饪技术等加工步骤中研究如何影响即食大米的结构性能和感官特性,将帮助制造商专门设计产品以满足不断增长的消费者对即食便利稻米保健食品的需求。由于稻米种类繁多,因此确定不同稻米对即食米饭品质的影响至关重要,王莉等[33]运用因子分析和聚类分析方法对即食米饭进行原料适应性研究,从93个稻米品种中筛选出最适宜制作即食米饭的12种原料,并得到了这些稻米原料在即食食品加工时各项因素的最佳取值范围。

研究表明,水稻中含有一种具有多种保健功效的生理活性物质γ-氨基丁酸(GABA),在发芽的糙米中含量最多,采用高压技术可使GABA含量大大增多[34]。在富含GABA的功能性食品研发方面,日本居于榜首,近10年来,日本利用稻米胚芽为原料生产出了诸多保健产品,如茶、饮料、各类糕点、乳制品、调味品等[35] 。日本有研究利用含有谷氨酸脱羧酶(GAD)活性的乳酸菌来发酵稻米胚芽、米糠等,然后将其添加到果汁等相关饮料中,生产出富含GABA的功能性饮料[36] 。目前我国在这方面的研究还处于入门探索阶段,产品还未形成市场化规模,所做工作仍需很多。

2 部分杂粮粮食作物的营养功效及食品开发现状

2.1 杂粮的营养价值

杂粮俗称小宗粮食,主要包含小米、燕麦、黑麦、大麦、高粱、绿豆、黑豆、荞麦、甘薯、马铃薯等,其产量比小麦、玉米、水稻等大宗粮食作物低,但其营养价值却不可小觑[37] 。除都含有基本的营养因子蛋白质、脂肪、碳水化合物、维生素、膳食纤维、硫胺素、核黄素、钙、铁、钾、锌、镁、硒等外,荞麦中还含有其他的生物活性物质,如:(1)生物类黄酮物质芦丁,能够很好地预防和控制高血压、糖尿病、高血脂等慢性疾病,含有植物类蛋白质,能预防肥胖症[38];(2)柠檬酸、草酸、苹果酸等有机酸,其营养指标超出小麦约10%~12%,超出水稻约30%~42%[39] 。高粱中的植物化学素对基体的自由基具有抗氧化作用,含有如酚类化合物(如表皮中的抗营养因子单宁)、植物甾醇、高级烷醇等多种生理活性物质,对癌症及心血管疾病等有很好的预防和改善作用,现代医学研究证明,高粱中的多酚物质有抗癌、抗氧化、抗菌等作用[40] 。燕麦中含有能降血液中胆固醇和血脂的β-葡聚糖,以及γ-氨基丁酸、植酸酶等[41] 。甘薯中含有的脱氢表雄酮(DHEA)能够抑制乳腺癌和结肠癌发生发展,延长寿命,含有的黏蛋白能够保护人体黏膜组织,起到润滑、消炎的作用,以及β - 胡萝卜素和叶酸等对人体有用的保健成分[42-43] 。绿豆含有多种功能活性成分并且绿豆皮中还有单宁、水溶性多聚糖等物质[44],绿豆还有降血脂、降胆固醇、降甘油三酯的作用,可预防动脉粥样硬化、脑血栓等慢性疾病,研究了绿豆种子中原花青素的抗氧化性并证实了其与酪氨酸酶形成的一种新的酪氨酸酶抑制剂,为其在制药和食品加工中的应用奠定了科学基础[45] 。杂粮品种很多,在粮食作物中占有一席之地,但目前粗放式管理和人们普遍意识的滞后等诸多因素使得杂粮的生产及相关功能性产品开发并不乐观。

2.2 杂粮食品的开发现状

目前,杂粮保健食品的研发尚属于初加工阶段。在杂粮挂面方面,目前我国还没有一个确切的行业标准。谭斌等[46]通过学习日本对杂粮挂面的标准现状,对我国杂粮挂面的标准制定及发展方向进行了探讨。四川濠吉集团玖玖爱食品有限公司[47]以荞麦、玉米、马铃薯淀粉、红薯淀粉、大米、小麦等6种粮食作物为原料,采用二次挤压——缓速二次热风蒸干的非油炸脱水工艺制成了六粮方便面,以青稞为主要原料,外加其他营养素,制成了低脂型营养杂粮方便面。柴松敏等[48]在小麦馒头中加入杂粮粉研究其对面团留学特性、馒头品质及体外消化速率的影响,结果表明,添加20%以下杂粮粉后对馒头品质影响不大,且明显降低了体外消化速率,此研究可推动杂粮主食化的进展并给糖尿病患者的健康饮食提供参考依据。邓丽琼[49]对无菌杂粮方便米饭的加工工艺参数进行了调整优化及保质期测试,从而减弱了以往米饭中的偏酸口感。胡克坚等[50]将富含膳食纤维的大豆粉、玉米粉、荞麦粉加入传统的饼干配方中,并运用单因素正交试验和响应面法优化杂粮饼干的工艺参数及各原料的最佳配比,使得杂粮饼干的感官评分更高市场销量更好。魏春红等[51]通过添加汤种和发酵次数两个方法来研究杂粮面包老化速率的快慢和面包品质的好坏,结果表明,在汤种制作过程中由于面粉加水后加热使得淀粉糊化,从而吸水量增加导致面包松软,将汤种法与二次发酵和三次发酵结合起来,由于酵母在繁殖过程中会产生次级代谢产物,从而使面包感官品质及风味更佳,由于糖类、蛋白质、淀粉三者间的相互作用阻碍淀粉分子的重结晶,因此能减慢老化速率,且贮存中硬度不会增加,此优化工艺给杂粮面包的推广生产提供了科学依据。倪萍等[52]将绿豆、红豆等杂豆经预糊化(浸泡、蒸煮)加入到大米中,开发出杂豆同熟米,改善了单一大米食品中缺乏赖氨酸的问题。

3 讨论与展望

3.1 主粮

对于三大主粮粮食作物,目前虽已开发出很多相关保健型食品,但大都处于单一加工层次,对于深加工的研究力度还不足,因此,未来需大力学习并引进国内外先进加工技术,着重开发具有较高技术水平和较强市场竞争力的新型保健食品。(1)大力推进对主粮中生物活性物质及其保健产品的研发,提高对活性物质的提取利用率,如小麦胚芽、玉米生物活性肽、玉米花青素的生物合成、水稻胚等,因其具有特殊的保健功效,在不久的将来,市场需求量会逐渐增加,发展前景光明。目前虽有这方面的相关研究,但研究力度和深度都不足。比如玉米肽的制备方式单一[53-54],大都处于基础研究阶段。(2)加大对主粮中其他部位的利用。如因玉米皮中富含活性物质和膳食纤维,可利用玉米皮生产相关功能性产品,且由于口感不佳原因必须得先优化工艺,使得产品的感官品质提高;对玉米须的深加工利用等。

3.2 杂粮

杂粮营养丰富,保健功效突出,但由于其口感不佳且分布地区集中等因素使得杂粮相关保健食品始终不能大规模发展。目前基本都是和主粮搭配开发产品,且都处于初层次利用,因此总结出可从以下几点着手推动杂粮产业规模化发展:(1)加大对杂粮的深加工,目前市场上的杂粮产品大都为初加工,且都以米、面、豆为主,产品形式单一,因此可通过进一步深加工有效提取杂粮中植物活性物质,并生产出其他富含保健因子的产品,如通过提取杂粮中的黄酮类物质,生产出相关富含黄酮类物质可抑制癌症的杂粮功能性饮料;提取杂粮中如维生素E、酚类物质等天然抗氧化剂,生产出种类多样的功能性杂粮产品等。(2)要想达到杂粮的深加工层次,得具备先进生产技术及设备,需学习国外如日本对杂粮深加工的方法技术,提高我国大型加工设备的工艺技术和精准调控,大力发展杂粮等全谷物的健康保健食品。(3)不光要研究加工技术,在杂粮基础研究方面也要继续研究,如研究加工、贮藏、运输以及人体消化等过程对于杂粮食品的营养成分和活性功效影响,以达到更全面的了解,确保杂粮产业的可持续深入发展。(4)开发杂粮生产基地,实现杂粮生产、杂粮产品开发、杂粮产品宣传推广、杂粮生产基地的休闲旅游观光的产业链模式,推进杂粮的市场化和规模化。

3.3 常规食品与保健食品的差异分析

明确粮食作物的常规食品与保健食品的差异,是粮食作物保健食品能够长期稳定发展的基础。(1)功效上的差异:保健食品一般都具有一定的功效成分,能够调节人体各方面机能,并具有特定的保健功能,突出其营养健康作用,而常规食品不太强调这点。(2)加工技术上的差异:保健食品中生物活性物质的提取需经过复杂的加工步骤和严格的技术调控,因此对活性物质的利用率比常规食品要高出许多,保健功效更为突出。(3)市场竞争上的差异:目前市场上的保健食品种类繁多,价格参差不齐,加之有假冒伪劣的混杂,导致消费者不知信谁,无从选择,最终更愿选择常规食品。因此,未来可着重研究:(1)更多有保健作用的保健食品的功效成分,达到既定量又定性。(2)研究影响粮食作物及其保健食品品质的原因并提出相关防治技术,达到更安全健康的高水准。◇

参考文献:略

周 飘,陈庆富,黄 娟  贵州师范大学荞麦产业技术研究中心,贵阳 550001 )

作者简介:周 飘(1994— ),女,在读硕士研究生,研究方向:植物学。

文章来源微信公众号:食品研究

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