发芽对小麦营养和加工品质影响研究进展

刘可欣 杨润强 顾振新 王 沛

(南京农业大学，南京 210095)

小麦是我国第二大粮食作物，种植面积占粮食作物总面积的25%，占粮食总产量的22%[1]，小麦的需求量在全世界范围内逐年增加，小麦粉可以用来制作多种食物，为人体提供蛋白质和淀粉等基本营养物质。近年来，小麦发芽逐渐成为了一个全球性问题，在新西兰[2]及加拿大[3]等地区均有发生。小麦发芽通常有两方面的原因，一是在南方梅雨季节，由于天气潮湿而使未收获的田间小麦产生穗发芽；二是在小麦收获后的储藏期间，未及时进行干燥处理，造成粮堆发热，导致小麦发芽。小麦在发芽过程中呼吸作用增强，激活了淀粉酶和蛋白酶的活性，使蛋白质和淀粉发生水解，小麦粉的加工品质发生劣变，主要表现为面团的拉伸特性、粉质特性及面粉的食用品质下降[4-5]。但发芽小麦中一些对人体有益的功能性成分会增加[6]，如多酚类物质、γ-氨基丁酸及阿拉伯木聚糖等，能对人体起到抗癌、抗衰老等保健功能。本文从发芽小麦功能性成分、加工组分及面粉加工品质等方面探索发芽小麦的应用前景，以期为发芽小麦的合理利用提供参考。

1 发芽小麦功能性成分变化

1.1 多酚类物质

多酚是一种对人体十分有益的功能性营养成分[7]，在植物性原料中分为水杨酸和羟基肉桂酸两类衍生物。近几年的研究中发现，小麦含有一定含量的多酚类物质，以结合酚的形式存在于小麦的麸皮中，如阿魏酸、香草酸、丁香酸、芥子酸、咖啡酸等[8]，它们可作为一种植物原料中的抗氧化剂，在小麦发芽过程中，多酚类的物质含量会有所增加。在Hung等[9]的研究中，在发芽36～48 h期间，游离酚含量明显增加，结合酚的含量则先下降后增加，这是由于在发芽过程中酚酸处于不断分解与合成的动态变化过程，两者含量的变化会导致小麦抗氧化能力的变化，其他研究学者也得出了类似的结论[10]。在Dziki 等[11]的研究中，发现小麦中的对羟基苯甲酸、丁香酸和对香豆酸的含量在发芽期间明显增加，相应的抗氧化能力及清除自由基能力也得到提高。

1.2 γ-氨基丁酸

γ-氨基丁酸(GABA)又称4-氨基丁酸或氨酪酸，是一种广泛存在于原核和真核生物体中的非蛋白质氨基酸，是哺乳动物脑和脊髓中的一种抑制性神经传导物质，可以起到镇静安神、降低血压及调节激素分泌等作用[12]。在高等植物中，GABA通过谷氨酸脱羧酶转化L-谷氨酸形成[13]，植物组织中GABA的含量通常在0.3～32.5 μmol/g之间[14]，在发芽过程中GABA含量会显著提高。在Hung等[6]研究发现，发芽48 h的小麦中的GABA含量从84 mg/kg增加到155 mg/kg，含量提高了1.84倍。在张钟[15]等的研究中，GABA含量随着发芽时间延长而升高，至发芽48 h 时达到最高，为71.1 mg/kg，是未发芽小麦的3.57倍。此外，植物在逆境发芽条件下，如低氧、低温、干旱、高H+、高盐浓度及机械损伤等，GABA会得到大量富集，这是由于植物细胞中的Ca2+在受到逆境胁迫后浓度增高，GAD酶活得到提高，促进GABA的积累。若植物长时间处于逆境条件下，细胞膜或液泡膜遭到破坏，细胞中H+增加，也同样会增加GABA的含量[16]。在谷物发芽过程中，蛋白质的水解作用会使可溶性蛋白和游离氨基酸的含量增加，为GABA的积累提供充足的底物来源[17]。关于发芽糙米[16]、粟谷[17]、大豆[18]等GABA富集机理已有大量研究报道，但目前于发芽小麦GABA富集机理研究较少。

1.3 叶酸

叶酸是维生素B的一种，主要存在于小麦的糊粉层中，是机体细胞生长和繁殖所必需的物质[19]，在人体内主要以四氢叶酸的形式存在，对细胞的分裂生长及核酸、氨基酸、蛋白质的合成起着重要作用。Koehler等[20]的研究结果显示，在发芽期间，叶酸含量会明显增加。当控制发芽温度为20 ℃，发芽时间为102 h时，叶酸的含量为200 μg/100g DW，是未发芽小麦叶酸含量的3.6倍。在植物生长过程中，5-甲基四氢叶酸会促进甲硫氨酸的生物合成，对植物细胞的增殖和生长起到关键作用。目前针对发芽小麦叶酸的研究较少，并且主要集中在含量变化方面，尚未深入探究叶酸的合成机理及代谢途径。

1.4 阿拉伯木聚糖

阿拉伯木聚糖(AX)可分为水溶性阿拉伯木聚糖(WEAX)和水不溶性阿拉伯木聚糖(WUAX)，AX在谷物中的含量受品种和环境的影响，约占谷物的6.5%～12.2%。AX主要存在于小麦籽粒的糊粉层和胚乳细胞壁中，是一种亲水性的非淀粉多糖[21]。面粉中AX的质量分数在2% 左右，其中WEAX质量分数约0.5～0.8%[22]。AX具有高黏度、高持水性等特征，可作为食品增稠剂、稳定剂；此外，WEAX还具有诸多生理活性，如降低血清胆固醇[23]、抗肿瘤[24]、增强免疫力[25]等。在Olarets等[26]的研究中发现，小麦发芽过程中的总AX含量没有明显变化，但WUAX含量明显下降，WEAX含量明显增加，说明WUAX在向WEAX进行转化。一般而言，WUAX向WEAX的转化对面粉品质的提升有促进作用，这是由于WEAX可增加面团与水结合时的黏度，增加面团吸水量，增加面团的稳定时间及延长焙烤时间等[27]。因此，发芽小麦中WEAX含量的增加，对面粉的品质的提高可能会有一定的促进作用。

2 发芽小麦基本营养组分的变化

2.1 淀粉

小麦发芽时会产生大量的α-淀粉酶，导致淀粉颗粒发生水解，产生损伤淀粉和可溶性糖类[28]。α-淀粉酶的活性与降落值成负相关，还与发芽条件有关，王若兰等[29]研究指出，发芽温度和发芽时间会对α-淀粉酶活性产生较为明显的影响，在发芽时间相同的条件下，随着发芽温度的升高，α-淀粉酶活性先增大后减小。淀粉酶活性的变化，会直接导致小麦中淀粉含量的变化[4]。此外，芽麦中淀粉颗粒的结构会发生改变，发芽后小麦的淀粉颗粒表面不光滑，类似遭到侵蚀[30]，芽麦中B型淀粉的含量较发芽前有所增加，含量明显高于A型淀粉，A型淀粉的表面则具有较明显的“赤道”槽，说明在发芽过程中，淀粉颗粒会受到淀粉酶的水解，破坏了淀粉的表面结构[31]。

2.2 蛋白质

小麦发芽期间蛋白酶的活性亦会增强，水解蛋白质生成短肽链和游离氨基酸。在Hung等[6]的研究中，发芽小麦中游离氨基酸的含量明显高于未发芽的小麦。发芽还会使蛋白质的结构发生变化，从而影响面粉品质特性。小麦面筋数量和质量的变化可通过SDS沉淀值来反映，苏东民等[32]的研究指出，随着发芽时间的延长，SDS沉淀值逐渐降低，说明在小麦发芽过程中，蛋白质发生降解。而强筋小麦在发芽过程中对蛋白酶的抵抗力较强。路茜玉等[33]的研究表明，小麦在发芽期间，粗蛋白含量及SDS沉降值均降低，说明面筋蛋白质数量和质量下降。从蛋白质分子量分布来看，小麦中的蛋白质可分为高分子量蛋白(HMW , Mw≈91 000～688 000)和低分子量蛋白(LMW，Mw<91 000)，小麦发芽后，LMW增加而HMW减少[26]，致使面团的黏弹性变差。

2.3 脂质

小麦中的脂质包括结合脂质和游离脂质，主要集中在胚和糊粉层中。在发芽过程中，胚乳中脂肪酶会水解脂肪形成脂肪酸和甘油，脂肪酸值上升，导致小麦品质劣变[34]，但另一方面，脂肪水解成易被人体吸收的短链脂肪酸后，小麦的营养价值会得到提高。根据Hung等[6]的研究结果，发芽48 h小麦中的结合脂质含量明显下降，游离脂肪酸的含量无明显变化，发芽过程不会影响游离脂肪酸和结合脂质的组成。张钟等[15]的研究表明，粗脂肪的含量随发芽时间的延长明显下降，不同发芽时间之间均有显著差异。脂质是影响面粉品质特性的重要因素，对面团形成过程中气泡的透入、面筋蛋白质的相互作用、发酵和醒发期间气泡的扩大都有很大影响。在面团形成的过程中，游离脂质会向结合脂质转化，并与面筋蛋白结合，形成复杂的面团体系。目前关于发芽小麦中脂质对面团的影响机理及作用机制鲜有探究。

3 发芽小麦粉加工品质的变化

3.1 磨粉品质的变化

小麦的籽粒特性包括形态结构及一般物理特性，通常用容重、千粒重、角质率等指标表示[35]。发芽小麦的籽粒结构发生变化，胚乳结构也会发生变化，影响后续磨粉工艺[32]。Dariusz等[36]的研究指出，发芽处理会对小麦的磨粉工艺产生很大的影响，最明显的变化是芽麦面粉中分布在200 μm以下的颗粒数目增加，这一变化会使小麦在磨粉过程中的研磨能量消耗减少，出粉率变低。随着发芽时间的延长，小麦的千粒重和容重也会显著下降，魏雪芹[30]在采取先浸泡后发芽的方式对小麦进行短时间发芽处理(6、11、16 h)后，发现发芽小麦的千粒重、容重及角质率明显下降，小麦的胚乳中淀粉颗粒与基间蛋白的结合程度下降，淀粉颗粒排列疏松，糊粉层变薄。若淀粉颗粒和蛋白质之间的结合过于松散，会对面团在发酵过程中的持气性产生不利的影响[37]。

3.2 面团特性的变化

3.2.1 黏弹性

小麦面筋蛋白中的醇溶蛋白属于单体蛋白，分子呈球状，分子量较小，通过分子内二硫键、氢键、范德华力等连接，具有紧密的三维结构，使面筋具有黏性；谷蛋白大多由非极性氨基酸组成，呈纤维状，分子量较大，醇溶蛋白和谷蛋白的相互作用也赋予了小麦面筋独特的黏弹性[38]。发芽小麦制作的面团会表现出较低的弹性和黏性，主要是由于在发芽过程中蛋白酶的活性增加，水解面筋蛋白中的肽键，并还原面筋蛋白和谷蛋白的二硫(SS)键，导致面筋软化、难以成团[39]，Singh等[40]的研究表明，小麦发芽后蛋白酶的活性升高，产生了还原二硫键的酶，使面筋网络变得松散，面团的弹性模量下降。不同类型小麦的面筋强度降低程度不同，随着发芽程度加深，强筋小麦降低程度较低，弱筋小麦降低程度较高[32]。此外，在芽麦的胚乳结构中，淀粉颗粒与基内蛋白的结合程度降低，蛋白质分子之间连接松散，而淀粉颗粒的排列也变得疏松，这也是芽麦粉黏弹性降低的一个重要原因[30]。

3.2.2 粉质特性

通过粉质仪可以测定在面团和面过程中的粉质特性，主要指标包括面粉吸水率、面团形成时间、面团稳定时间、弱化度及粉质质量指数。面粉吸水率主要与蛋白质、损伤淀粉的含量有关，蛋白质和损伤淀粉的含量越高，面粉吸水率就越高，但损伤淀粉的含量过高会使面团品质劣变，不易成团。面团形成时间和面团稳定时间与面粉的筋力有关，面筋含量越高，筋力越强，则面团形成时间和稳定时间越长。弱化度表示面团在过渡搅拌后面筋变弱的程度，弱化度大，面团容易变软变黏[41]。

随着发芽程度的增加，芽麦粉的吸水率减少，面团形成时间、稳定时间缩短，弱化度上升，评价值降低，说明小麦中面筋蛋白质降解比例升高，物理特性发生了很大改变，从而影响了小麦品质[32]，Ding等[42]的研究也得到了类似结论，发芽时间延长会导致芽麦粉吸水率下降，这可能与淀粉或蛋白质在发芽期间的水解有关[43]。不同品种的小麦在发芽后，面团形成时间并非都会下降，Ding等[42]发现红色硬质小麦在发芽8～10 h时，面团形成时间显著增加，这对面筋网络的形成有一定的积极意义。因此，可以考虑对适合的小麦品种进行控制性发芽，增加面团形成时间，进而改善面团的粉质性能。

3.2.3 拉伸特性

小麦粉的拉伸特性是评价面团在荷载情况下其延伸性和韧性的主要指标[41]，反映了面团的韧性和弹性。拉伸特性主要包括拉伸能量、延伸度、拉伸阻力、最大拉伸阻力、拉伸比和最大拉伸比等指标。在赵艳丽等[44]的研究中，选用强筋小麦进行控制性发芽，发现随着发芽时间的延长，拉伸能量、拉伸阻力、最大拉伸阻力、拉伸比和最大拉伸比均呈降低趋势，而延伸度变化趋势不明显。拉伸比例下降，会导致面团在醒发过程中变软易流散，不能形成致密的面筋网络结构。小麦发芽时间越长，其拉伸特性劣变程度越大。王丽娜[45]的研究表明，向原面粉中添加芽麦面粉(10%)后，面团的拉伸阻力和最大拉伸阻力均会下降，说明此时面团在变软，这种混合粉更适合制作质地较软的面包。

3.3 小麦粉食用品质的变化

3.3.1 烘焙特性

Lukow等[46]以加拿大强面筋小麦为材料，研究了发芽小麦的烘焙品质，认为较低程度发芽可改善小麦烘焙品质，深度发芽则造成烘焙品质下降，可能在小麦发芽期间，由于淀粉酶会水解淀粉生成大量的还原糖，在面包等制品的烘焙过程中促进了美拉德反应的发生[47]，而发芽时间过长则会导致干物质的大量损失。此外，烘焙品质也会受到小麦品种(强筋、中筋、弱筋)的影响。Finney[48]的研究发现，硬质小麦发芽时，由于淀粉水解，导致面团质地变黏，烘焙特性较差，并不适用于制作面包。在Marti等[49]的研究中，将少量芽麦粉(1.5%)添加到全麦粉中，可在一定程度上改善全麦面包的体积及质地。因此，可考虑使用芽麦粉制成饼干等低筋食物，或者采取将芽麦粉与全麦粉复配，改善全麦烘焙制品的食用品质。此外，芽麦烘焙品质的变差也与α-淀粉酶活性和蛋白质品质有关，蛋白质含量及结构的变化对烘焙品质的影响更大。

3.3.2 蒸制特性

馒头是我国面制品中特有的蒸制发酵食品，是国民的重要主食。目前国内外的研究普遍认为由发芽小麦制成的馒头食用品质较差，口感发黏，但在甘肃等地也有使用发芽处理的小麦磨粉制作芽面馒头的工艺[30]。在面团醒发过程中能被酵母利用，产生较多的CO2气体，使馒头比容增大。但芽麦馒头的咀嚼性和回复性下降，食用品质发生劣变。目前国内外关于使用芽麦粉制作馒头的研究大多集中在小麦原料及面粉品质等表观方面，包括籽粒特征、理化品质及面团特性等，而关于馒头制作过程中主要加工组分(如蛋白质)等的交联聚合行为、淀粉与蛋白质的相互作用及面筋蛋白品质变化机理方面研究较少，并未形成系统性的理论体系。

4 展望

目前关于发芽小麦的研究主要集中在基本营养成分变化、面团特性及改良方法等，对于功能性成分如GABA、叶酸、多酚等的合成机制及富集途径等方面尚未深究。此外，关于发芽小麦加工品质变化的研究多数停留在面团流变学特性、粉质特性及拉伸特性等方面，并未深入到主要加工组分的作用机制方面，如在小麦发芽过程中淀粉与蛋白质的相互作用、发芽小麦加工过程中面筋蛋白的行为变化机制等。发芽小麦作为一种新型功能性植物原料，通过一定技术手段，如控制性发芽、添加面粉改良剂或与未发芽小麦粉复配等，可以将其开发成功能性芽麦面粉，不但可以提高小麦粉的营养价值，还能减少粮食资源浪费。因此，发芽小麦具有广泛的应用前景及开发价值。

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