大麦芽的主要成分及其在食品工业中的应用

2017-02-04王波

麦类作物学报 2017年9期

关键词：葡聚糖麦芽大麦

王波

(西藏农牧科学院农业研究所，西藏拉萨 850032)

大麦芽的主要成分及其在食品工业中的应用

王波

(西藏农牧科学院农业研究所，西藏拉萨 850032)

大麦在发芽过程中能激活自身的合成和代谢系统，产生或激活一些酶，可以降低某些抗营养物质的含量，提高蛋白质和淀粉的可消化吸收率及必需氨基酸等物质的含量，故大麦芽具有很高的营养价值。本文综述了大麦芽的主要营养物质及其在食品加工中的应用和研究现状，以期为未来大麦芽产品的加工和应用提供借鉴和帮助。

大麦芽；主要成分；食品工业；应用

Abstract: During germination, the synthesis and metabolism system are activated and some enzymes can be activated. The content of some anti-nutrients can be reduced, and the digestion and absorption rate of starch and protein can be improved, as well as the content of essential amino acid, which enable barley malt with high nutritional value in food production. In this paper, the main components of barley malt and its international research on food processing were summarized, in order to provide some references for the processing and application of barley malt in the future.

Keywords: Barley malt; Main components; Food industry; Application

大麦属禾本科一年生草本植物，是世界上最主要、最古老的栽培作物之一[1]，中国大麦种植面积和总产量居水稻、小麦、玉米和粟之后，列第五位[2]。大麦作为一种重要的粮食作物，也是酿造啤酒的主要原料，大麦芽更是一味良药。研究发现，大麦在发芽过程中，可分解一些抗营养物质，产生新物质或增加已有营养物质的含量[1]，有助于大麦营养物质的富集，并且可以极大地提高各种酶的活性，使其保健功效发挥更充分[3]。Kanauchi等[4-6]研究表明，发芽大麦具有改善通便、防治腹泻功效，还对结肠炎有较好的预防和治疗作用。研究大麦芽不仅可有效拓宽大麦的应用范围，还可以增加大麦的产后附加值。本文对近年来国内外大麦芽的研究进展及其在食品工业中的应用进行了综述。

1 大麦芽的主要成分

大麦种子的水分含量较低时，生理活动很弱，其所含成分较为稳定。经过浸泡的大麦，其水分含量迅速上升，细胞代谢活动加速，产生植物激素，并激活一些水解酶，种子的新陈代谢逐渐旺盛，不仅导致功效成分及其含量发生变化，籽粒基本营养成分的含量也发生显著变化[7-8]。

1.1 蛋白质和氨基酸

发芽过程中，大麦中的总蛋白质含量基本保持不变，但球蛋白、谷蛋白和醇溶蛋白含量下降，清蛋白含量增加；部分高分子储藏类蛋白分解为肽和氨基酸，作为营养物质进入胚中，部分用于合成新的根芽和叶芽细胞[9]。白盼等[10]发现，发芽前后大麦的总蛋白质含量基本保持不变，但是不同蛋白组分的占比发生了较大变化。刘宝祥等[11]研究发现，大麦发芽过程中，蛋白质以降解为主，水溶蛋白质含量呈增加趋势。在大麦发芽过程中，热稳定蛋白含量呈减少趋势[12]。Perrocheau等[13]研究发现，大麦中热稳定蛋白大多是富含二硫键的蛋白，且参与植物对生物入侵者的防御。

大麦在发芽过程中，部分蛋白质因为受到蛋白酶的分解作用，形成低分子肽类和氨基酸，并在萌发过程中合成新的蛋白质；与未发芽的大麦相比，发芽大麦的总氨基酸含量显著增加[14]。Yun等[15]研究发现，急性缺氧后，麦芽中的蛋白质含量降低，氨基酸含量增加，其中，丙氨酸含量增加了2倍。

1.2 酶类

干燥大麦籽粒中的酶含量很少，且大多以无活性的酶原存在；发芽后，一些水解酶、蛋白酶、淀粉酶、纤维素酶等的活性被激活，从而引起大麦种子的成分发生变化[16]。

Kristian等[17]利用质谱鉴定大麦发芽过程中α-淀粉酶的变化，发现α-淀粉酶主要集中在大麦芽的胚乳中，糊粉层中较少存在，胚芽中没有检测到α-淀粉酶；在发芽期间，α-淀粉酶丰度和片段数都有所增加。大麦在低温(16.5℃)下发芽，α-淀粉酶的活性较高[18]。大麦籽粒中含有活化和未活化的β-淀粉酶[19]，发芽期间，在蛋白酶作用下，未活化的β-淀粉酶得以活化，蛋白酶活力的增长先于β-淀粉酶[20]。程贺等[21]的研究结果表明，在大麦萌发过程中，蛋白酶活力呈波动上升的趋势，蛋白酶除了分解蛋白质，还会影响其他酶的活性。白盼等[10]的研究结果也表明，大麦萌发后各种水解酶活力增加，β-淀粉酶和蛋白酶活力增加尤其明显，且酶活力的变化和蛋白质含量的变化紧密相关，其中，α-淀粉酶活力与清蛋白含量呈负相关，β-淀粉酶和蛋白酶活力与清蛋白含量显著正相关。

孙丽华等[22]研究表明，多酚氧化酶在大麦中的活力较低，主要是在大麦发芽过程中形成的，而且多酚氧化酶活力变化不稳定。Paul等[23]和赵宁等[24]的研究均发现，发芽大麦中的超氧化物酶和过氧化物酶的比活均显著高于未发芽大麦。

大麦本身的β-葡聚糖酶活性很低，但在发芽过程中会显著提高[25]。钟正升[26]研究发现，浸麦水为中性或偏酸性、低温发芽均有利于大麦芽中β-葡聚糖酶的生成；在浸麦水中增加镁、锌、钾和钠离子可促进β-葡聚糖酶的生成，而铜离子会抑制β-葡聚糖酶的活性。

1.3 抗氧化物质

大麦芽中含有天然的抗氧化剂，能够清除氧自由基和防止氧化反应，可保持啤酒氧化性的稳定[27]。另外，大麦芽中的抗氧化物质对人体具有很好的保健功效，可以有效预防和消除与许多疾病相关的ROS[28]。大麦芽中的抗氧化物质主要为酚类、多糖和黄酮类等。

Franks等[29]研究发现，酚类物质含量在大麦不同生长时期变化较大；麦芽中的多酚含量及其对应的抗氧化活性显著高于大麦籽粒。多酚含量的变化被认为主要来自酚类化合物的改性或释放，但也有报道认为，多酚类物质含量的增加可能是来自新抗氧化剂的形成[30]。Yang等[2]的研究表明，大麦和大麦芽的提取物不仅在体外有显著清除自由基的作用，对生物大分子的氧化损伤同样有很好的保护作用，大麦芽提取物的作用比大麦提取物偏弱。朱丽丽等[31]研究表明，大麦的多酚含量与抗氧化能力高度相关。维生素E的水解产物为生育酚，是存在于大麦和麦芽中的单酚化合物[32]，可以消灭自由基，其抗氧化活性主要基于生育酚 - 生育酚醌氧化还原系统[33]。与大麦籽粒相比，大麦芽中的维生素E含量增加了38%，主要来自发芽过程中维生素E的合成[30]。

目前，关于大麦多糖的研究主要集中在分子层面，包括多糖分子的来源和变化。Holtekjolen等[34]研究发现，大麦中多糖的含量和组份变化主要与颖壳的有无和淀粉类型有关。Lazaridou等[35]的研究结果表明，不同大麦品种细胞壁组份的组成和分子结构间的差异关乎其溶解度和酶消化率。 Jamar等[36]发现，(1-3,1-4)-β-葡聚糖和阿拉伯木聚糖是细胞壁的主要成分；(1-3,1-4)-β-葡聚糖是具有β-(1-3)键和β-(1-4)键的无支链的β-D-吡喃葡萄糖残基；(1-3,1-4)-β-葡聚糖的降解由(1-3,1-4)-β-葡聚糖酶、β-葡糖苷酶和β-葡聚糖外水解酶共同作用，可能也涉及(1-3)-β-葡聚糖酶；阿拉伯木聚糖主要被(1-4)-β-木聚糖内水解酶、阿拉伯呋喃糖苷酶和β-木糖苷酶分解。Izydorczyk等[37]的研究结果显示，浸提温度不同，则大麦芽提取物的成分及其含量有所差异，65 ℃时的提取物富含高分子物质，具有更高极限粘度值和更高含量的β-(1-4)键的β-葡聚糖群体。β-葡聚糖是多糖的一种，属结构性非淀粉多糖，主要存在于大麦胚乳和糊粉层细胞壁中，少量存在于谷皮中[26]。大麦β-葡聚糖有降低血浆胆固醇、血糖指数和结肠癌风险的功效[38]。大麦发芽时，受到胚上皮层细胞分泌的赤霉酸的刺激，胚乳糊粉层细胞逐步合成β-葡聚糖酶，导致β-葡聚糖的水解[26]。张端莉等[14]研究发现，大麦中的β-葡聚糖在发芽第1、2天下降最快。麦芽中β-葡聚糖含量更多取决于麦芽β-葡聚糖酶的活性，而不是大麦中β-葡聚糖的最初含量；麦芽中β-葡聚糖含量与糖化力、粘度等麦芽质量参数显著相关，而干燥籽粒中β-葡聚糖含量和这些质量参数关系相对较弱[39]。陈锦新等[25]报道，在发芽期间外施一定量的氮肥对β-葡聚糖的活性具有一定影响，活性高低与施氮时间和大麦品种有关。与β-葡聚糖相同，阿拉伯木聚糖也是大麦籽粒中重要的非淀粉多糖，其在麦芽中的含量主要与可溶性阿拉伯木聚糖有关[40]，阿拉伯木聚糖同时具备可溶和不溶性纤维的营养功效，与麦芽汁的粘度密切相关[38]。也有研究指出，较高的阿拉伯木聚糖含量不会增加麦芽汁和啤酒的粘度[41]，其具体关系仍需进一步探索。

赵春燕等[42]研究发现，发芽大麦的总黄酮含量高于未发芽大麦；发芽大麦中，二棱大麦的总黄酮含量高于多棱大麦；裸大麦的总黄酮含量高于皮大麦；未发芽籽粒中，黄色和紫色大麦的总黄酮含量高于其他浅色大麦。但曾亚文等[43]发现，大麦籽粒发芽前总黄酮含量较高，发芽后反而相对较低，此结果与Líková等[44]的研究结果相似。大麦发芽过程中总黄酮含量的变化趋势、机理有待更多探索与研究。

1.4 内源激素和有机酸

作为在植物体内执行细胞通讯功能的化学信息，植物激素在植物生长、代谢、形态构成等生理活动的各个方面均起着十分重要的作用[45]。植物通过多种植物激素相互协调、相互促进或相互抑制的作用方式促进自身生长。张笑等[45]研究发现，在大麦发芽过程中，赤霉素、生长素和脱落酸的含量均随发芽时间的推移呈上下波动的变化趋势；赤霉素对生长素和脱落酸的产生具有诱导作用，这与孙丽华[46]的研究结果一致。另外，孙丽华[46]还发现，在大麦发芽过程中，琥珀酸、柠檬酸和苹果酸的含量呈动态变化，且含量变化相对较高；苹果酸在大麦中含量较高，发芽过程中变化剧烈，对大麦芽的pH影响更大。

1.5 其他成分

Kihara等[47]研究发现，γ-氨基丁酸从大麦种子开始吸水便迅速增加；曾亚文等[43]却发现，大麦发芽初期γ-氨基丁酸的含量有所降低，随后快速增加；但二者均发现，大麦发芽后γ-氨基丁酸的平均含量显著高于发芽前。

生物碱是一类含氮的碱性有机化合物，有显著的生物活性，是中草药重要的有效成分之一。曾亚文等[43]研究发现，发芽前后(0～9 d)大麦籽粒的生物碱含量变辐较大，发芽前生物碱含量高于发芽1～2 d，但明显低于发芽3～9 d的含量及发芽1～9 d的平均含量。

Kanauchi等[48]的研究结果表明，大麦芽可以明显改善结肠炎症状，可以用作抗生素治疗结肠炎的辅助药物，这可能与大麦芽中的谷胶酚胺和半纤维素等营养成分有关。

反式-2-壬烯醛是一种食用香料，可用于配制肉类和禽类香精。Svoboda等[49]发现，在大麦、麦芽和啤酒中均含有反式-2-壬烯醛，使用SPME和 SPDE方法在60 ℃下，加入1.5 g NaCl，提取20 min，再加入1.5 g NaCl，萃取15次，是从大麦、麦芽和啤酒中提取反式-2-壬烯醛的最佳提取条件。

2 大麦芽在食品工业中的应用

发芽处理能促使大麦的化学成分发生改变，营养价值和生理活性物含量提高，且能分解部分抗营养物质[1]，这极大拓展了大麦用途。目前，国内外有关大麦芽在食品工业中的应用已有较多研究。

2.1 大麦芽在啤酒酿造中的应用

啤酒是一种以大麦芽为主要原料，添加啤酒花、用啤酒酵母进行发酵而生产的一种低酒精度饮料。啤酒的生产主要包括麦芽制造、麦汁制备、啤酒发酵、啤酒包装与成品啤酒等环节[50]。

啤酒质量主要受生产工艺及麦芽质量的影响，研究发现，麦芽为啤酒直接或者间接地提供了丰富的营养物质，包括糖类、氨基酸、矿物质、维生素和膳食纤维等物质[51]。麦芽中的蛋白质对啤酒的浑浊度和泡沫有很大的影响[52]。较低蛋白质含量、富含多酚的大麦更适宜酿造良好风味的优质啤酒；选用生麦芽进行发酵，啤酒风味的稳定性可以得到明显的改善[53]。

相比于传统的麦芽酿造，使用100%的大麦酿造啤酒，生产效率良好，且最终产品呈浅色，具有轻微的稠度和口感、良好的泡沫稳定性，以及类似传统麦芽啤酒的感官品质[54]。

在啤酒的酿造过程中，镰孢-3-葡萄糖苷和镰孢毒素会通过大麦、麦芽进入啤酒[55-57]。其中，在原始大麦中含量并不多的镰孢毒素和镰孢-3-葡萄糖苷在麦芽中显著增加[55-56]，且在啤酒酿造过程中，二者含量会进一步增加[55]。Zachariasova等[57]研究发现，除最常见的脱氧雪腐镰刀菌酮-3-葡萄糖苷外，还在麦芽、啤酒中发现了具有高达四个结合己糖单元的寡糖基化脱氧雪腐镰刀菌烯醇，并首次记录了以工业糖苷为基础的酶制剂激活脱氧雪腐镰刀菌烯醇偶联物的变化过程，此研究的继续开展，将来会对麦芽和啤酒行业产生巨大的影响。

啤酒糟作为啤酒的副产品，具备很高的利用价值。啤酒糟主要由麦芽的皮壳、叶芽、不溶性蛋白质、半纤维素、脂肪、灰分及少量未分解的淀粉和未洗出的可溶性浸出物组成，富含蛋白质和膳食纤维[58-59], 可代替米糠用于鱼饲料的生产，与仅饲喂米糠的鱼相比，用含有米糠和30%BSG(啤酒糟)的饲料喂养鱼，其体重显著增加[60]。目前，针对啤酒糟的应用研究已涉及饲料[61-62]、休闲食品[63-64]、纤维素酶[65-66]、食品添加剂[67-68]、膳食纤维[59, 69]、工业[70]等多个方面，其研究的深入，可为麦芽在食品和工业等更多方面的应用和研究提供借鉴。

2.2 大麦芽在饮料生产中的应用

麦芽经糖化制得的麦芽汁中，除了含丰富的糖类、氨基酸和核酸等物质外，还含有丰富的人体所需的微量元素，被广泛用于开发除啤酒以外的其他麦芽汁发酵饮料[71]。

目前，市场上的麦芽汁发酵饮料主要有乳酸菌发酵饮料、酵母菌发酵饮料及乳酸菌和酵母菌共发酵饮料三种。肖连东等[72]利用全麦芽汁进行乳酸菌发酵，得到富含多种氨基酸、维生素等营养成分的澄清乳酸饮料； Zannini 等[73]在研究乳酸菌发酵麦芽汁的过程中，发现在麦芽汁发酵过程中添加蔗糖，Weissella cibaria MG1(食窦魏斯氏菌MG1)能够产生胞外多糖和低聚糖，具有很好的营养价值。李丽等[74]用葡萄酒酵母制作了红枣麦芽汁发酵饮料，不仅色泽呈透亮枣红色，组织均匀细腻，而且具有麦芽和红枣的复合香味。庄仲荫等[75]则开创性的以啤酒麦芽汁制造技术为基础，研发了啤酒风味麦芽汁饮料，具有啤酒风味但不含酒精，是啤酒的理想替代产品。

除此之外，也有开展单一乳酸菌发酵、多种谷物复合作为底物的发酵研究。Rathore等[76]通过使用大麦、麦芽以及大麦麦芽混合物料进行乳酸菌的发酵试验，发现底物的改变，可以显著影响发酵汁的功能和感官性状。

目前，复合麦芽汁发酵饮料的研究也较多，如岳春等[77]采用大麦芽为原料，加入豆浆，以藏灵菇菌作发酵剂，发酵生产出了麦芽汁藏灵菇菌发酵饮料，具有借鉴意义。张新华等[78]以花卉汁和麦芽汁为原料，研究了麦芽最佳糖化条件以及花卉浸提液与麦芽汁最佳配比，为花卉麦芽汁饮料的开发提供了参考依据。还有白灵菇麦芽汁乳酸菌发酵饮料[79]、草莓麦芽汁复合发酵饮料[80]，产品各具特色。以其他原料和麦芽汁复合生产发酵饮料也是未来发展的趋势之一。

2.3 大麦芽在其他食品工业中的应用

为进一步开发利用大麦资源，陈海华等[81]利用大麦芽粉和面粉研制了大麦芽营养原麦片，并对加工工艺进行了研究。董海洲等[82]以大麦芽粉为主要生产原料，添加活力钙，制作的活力钙大麦芽片营养丰富，氨基酸含量种类齐全，色、香、味俱佳，并具有一定的消积散瘀，提神消胃和增强人体活力等营养保健功能。祁妤琳[83]分别采用干燥箱干燥和微波炉加热进行大麦芽茶的加工，制作出的大麦芽茶不仅具有其本身的麦香、焙烤时的焦香、并夹杂着类似咖啡的焦糖香，且香味浓郁持久，其汤色金黄明亮，久放仍能保持清亮不变。为更好地利用大麦资源，更多有关的大麦营养功能的研究及相关保健食品的开发、研制还有待加强。

3 展望

综上所述，大麦芽的营养功能较原有大麦有所增加，是一种很具潜力的天然食材。发展大麦芽类食品，不仅符合未来人类对食品营养价值和保健效能的需求，而且可以获取更高的经济附加值，属于高潜力发展食材。目前，大麦芽产品相对比较单一，主要集中在啤酒和饮料等方面，将大麦芽用于其他食品如面制品、奶制品、速食产品等的前景非常广阔，要与实际生产中相接轨，还需更多相关研究工作。

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