苦荞营养、功能和香气成分的研究进展

2018-01-28周冉冉李可心陈茂彬

中国酿造 2018年12期

周冉冉，李可心，陈茂彬，张玉*

（1.湖北工业大学生物工程与食品学院发酵工程教育部重点实验室，湖北武汉 430068；2.工业发酵湖北省协同创新中心，湖北武汉 430068；3.工业微生物湖北省重点实验室，湖北武汉 430068）

荞麦有甜荞（Fagopyrumesculentum）和苦荞（Fagopyrum tataricum）2个栽培种，苦荞麦是一年生的荞麦属植物，它是世界粮食作物中小宗作物之一，我国苦荞的种植面积和产量居世界第1位，贵州与四川（凉山）是两个最集中的产地[1-2]。我国对苦荞展开了研究及开发利用，并得了很大的进展，经过多个地区的收集、种植整理和鉴定分析，已经将目前已知的品种编目并贮存于国家种质资源库的有2 785份，其中苦荞有879份，甜荞有1 896份，野生荞有10份[2]。

苦荞中含有蛋白质（10%左右），脂肪酸（2.1%～2.8%）和19种氨基酸，营养价值远高于大米、小麦、玉米和高粱等大宗粮食作物；苦荞含有其他粮谷不具有的黄酮类物质（占干质量的2%以上），其中主要是芦丁（约占80%）；苦荞中钙、磷、铜、锌等矿物质元素的含量是稻米和小麦的2～3倍[4-5]。

该文对苦荞的营养、功能性成分和挥发性香气成分进行探讨，并对苦荞的深加工进行总结，为今后高营养附加值、优质风味苦荞食品的综合开发利用提供参考。

1 苦荞的主要功能性成分研究

1.1 苦荞黄酮

黄酮类化合物是植物经光合作用产生的一大类化合物，具有强大抗氧化性能的次生植物酚类物质，具有抗氧化、清除自由基、降血脂、抗菌抗病毒和抗肿瘤等多种药理作用[6]，广泛应用于医药和保健食品行业中。苦荞中的类黄酮化合物主要有芦丁、槲皮素、荭草苷、异荭草苷等，主要的成分是芦丁和槲皮素，其中芦丁的含量最高[7]。以山西黑丰1号苦荞为例，其芦丁含量达到5 718 mg/100 g，但目前大量的苦荞麦麸皮尚未得到充分利用[8]。郭刚军等[9]通过正交试验得出乙醇热浸提法提取苦荞黄酮的最佳条件为料液比 1∶15（g∶mL），乙醇体积分数 70%，浸提温度70 ℃，提取时间5 h，黄酮得率2.721%。杨海涛等[10]通过优化纤维素酶-超声辅助提取苦荞秆中总黄酮的工艺条件，总黄酮的提取率为2.30%。苦荞麦是一种有前途的功能性食品，具有强效抗氧化剂和抗糖尿病特性，即使苦荞麦黄酮消化后，也显示出明显的抗氧化和抗糖尿病特性[12]。目前已经有很多实验研究了不同加工方法对荞麦酚类物质或抗氧化活性的影响[13-14]，这为苦荞麦的进一步加工利用提供更好的方法，最大限度地降低苦荞麦中抗氧化活性物质的损失，从而使得苦荞制品能发挥作用。

1.2 苦荞蛋白

苦荞中蛋白质的含量比甜荞高[15]，苦荞蛋白是苦荞中主要的生物活性物质之一，约占苦荞的15%～17%，具有抗菌、抗肿瘤、降血压、抑制丝氨酸蛋白酶等生理活性[16]。苦养蛋白主要由清蛋白、球蛋白、谷蛋白及醇溶蛋白4种蛋白组成，且富含18种氨基酸，氨基酸比例平衡，包含人体所需的8种必需氨基酸。

苦荞蛋白的消化和吸收利用率较低，可到达肠道，作为肠道菌群的发酵底物[17]。周小理等[18]研究表明，苦荞蛋白能够增加肠道益生菌（乳酸菌、双歧杆菌、肠球菌）的数量，降低有害菌（大肠杆菌）的数量，而肠道菌群中益生菌数量的增多和有害菌数量的降低又对血脂代谢调节与抑制氧化应激有着一定促进作用，苦荞蛋白能促进胆酸排泄、调节肠道菌群平衡和改善氧化应激，从而对血脂代谢的具有调节作用。左光明等[19]研究发现，苦荞蛋白各组分均具有不同程度的降血脂及体内抗氧化功能，其中清蛋白最强，球蛋白次之，谷蛋白最弱。

1.3 苦荞淀粉

荞麦中淀粉的含量高低是判断荞麦品质的重要指标之一[20]，淀粉含量在60%～70%[21]，其中抗性淀粉的含量约为7.5%～35.0%，荞麦抗性淀粉颗粒无固定形状，颗粒直径约150 μm，不是结晶型颗粒，是玻璃体型[22]。抗性淀粉能由结肠中的大肠杆菌发酵分解，不能由小肠的消化淀粉降解，它具有和膳食纤维相似的作用，多食用可预防结肠癌发生、治疗便秘以及减肥的作用，也具有防止血糖血脂升高，增强免疫力的作用[23]。陈燕[24]通过比较超微粉碎与普通粉碎对苦荞抗性淀粉含量的影响，可知超微粉碎有助于提高抗性淀粉含量。较普通粉碎而言，超微粉碎能使抗性淀粉含量提高6%左右。荞麦淀粉与其他淀粉相比，在溶解度、膨胀度、抗酶解力、透明度、冻融稳定性、凝沉性、热力学性质及其黏度特性方面存在一定的差别[25]。湿热处理没有改变普通荞麦淀粉的A型结晶模式，促成了直链淀粉含量增高，表面光滑程度较低，但降低了膨胀力和溶解度，提高了热稳定性湿热处理是有效的改性方法，能够改善普通荞麦淀粉的理化性质和体外消化率[26]。

1.4 苦荞多糖

苦荞多糖对清除1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH）和羟自由基有很强的作用，是一种良好的天然抗氧化剂；苦荞多糖还具有抗癌、抗衰老的作用。李飞等[27]采用水浴摇床的方法提取苦荞粗多糖，既提高了苦荞与浸泡液的面积又使温度得到了控制，很大程度的增加苦荞多糖的得率，提取工艺条件经过优化后，苦荞多糖提取率达到13.716%。张季等[28]研究得到给铅中毒的小鼠喂食苦荞多糖，铅中毒小鼠组织和血浆中的铅含量明显出现降低，还提高铅中毒小鼠抗氧化酶活性，清除了自由基，并改善了因铅中毒而形成的损伤。

2 苦荞制品的开发利用

近十年来，人们的生活水平不断提高，对具有食疗作用的食品越来越重视，苦荞是我国药食同源文化的典型体现之一[29]，对苦荞食品的研究与开发也越来越受到人们的重视。

2.1 苦荞初加工食品的开发利用

王婷等[30]用苦荞、花生及脱脂乳粉为原料，通过对发酵工艺条件的研究，最后得到一种营养与风味俱佳的保健型苦荞花生酸奶，其具有苦荞清香味和花生香浓味，营养价值高，酸度为72.5°T，蛋白含量3.0%，总黄酮含量33.5mg/100mL。贾素贤等[31]以苦荞粉、谷朊粉、高筋粉等为主料生产颜色和风味口感较好的苦荞沙琪玛，且具有荞麦香味和特殊营养价值。黄利华等[32]用薏米与苦荞麦为原料制作薏米苦荞麦糊，最佳制作工艺条件：薏米苦荞麦配比为1∶4，粉颗粒为140～200目，20 g薏米苦荞麦混合粉木糖醇添加量为4g，在该工艺条件下复配糊的感官品质最好。

2.2 苦荞发酵食品的开发利用

2.2.1 苦荞酒

以苦荞为原料的发酵制品也有很多，目前运用最多的是苦荞酒以及苦荞醋。陈佳昕等[33]以苦荞为原料，采用液态发酵技术，优化发酵条件后，可得到酒精度为9%vol左右的苦荞酒。姜莹等[34]采用甜荞麦和苦荞麦作为原料，优化发酵工艺条件后，得到荞麦酒中酒精度为10.1%vol，总黄酮含量为103.30 μg/mL。徐国俊等[35]通过对大小曲混合发酵苦荞酒的酿造工艺进行研究，并与单独使用小曲对苦荞进行发酵相比，提高了出酒率。胡欣洁等[36-37]采用苦荞和糯米为主要原料混合发酵出营养丰富，具有较高的保健功能，风格独特的苦荞糯米酒和苦荞白酒。黄丹丹等[38]以苦荞和糯米为主要原料，采用红曲、酵母为发酵菌种，研制成苦荞红曲保健酒，结果表明，苦荞红曲保健酒有一定DPPH自由基清除率、2,2'-联氨-双-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸（2,2'-azino-bis（3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid，ABTS）自由基清除率和铁离子还原力。龙谋等[39]对苦荞红曲保健酒的酒糟运用超声辅助乙醇提取的方法提取总黄酮，在最佳条件下总黄酮得率为18.28 mg/g，实现了废物利用。

2.2.2 苦荞醋的研究

陈景等[40]在以苦荞为主料，百合精粉为辅料，液态发酵酿造出苦荞百合保健醋饮料，在最佳产品配方和酿造工艺条件下，醋饮料酸味柔和，具有醋香味和苦荞特有香气，并且含有一定的功能成分。张素云等[41]采用麸皮和糖化酶分别对苦荞碎米及皮粉进行糖化后酿造苦荞醋中总酸含量可达3.65 g/100 mL，总黄酮含量可达3.53 mg/g。孙元琳等[42]研究得到苦荞醋及其多糖物质均具有良好的抗氧化清除自由基能力，其中苦荞醋的抗氧化能力强于多糖物质。

3 苦荞及其制品的香气成分研究

3.1 苦荞

苦荞挥发性物质是评价苦荞及其产品品质的重要指标之一，目前国内外已有大量有关苦荞及其产品中挥发性物质分析的研究报道。JANDS D等[43]通过提取来自不同样品（全种子、面粉和壳）的挥发物，并通过GC-MS分析，定量总共48种化合物并计算它们的气味活性值（odour activity value，OAV），结果表明，26种化合物的OAV＞10。OAV＞500的化合物为：（E,E）-2,4-癸二烯醛、（E）-2-壬烯醛、2-苯基乙醇、（E,E）-2,4-壬二烯醛、己醛、癸醛和壬醛，与普通荞麦的香气最重要的区别是没有水杨醛和萘的存在。余丽等[44]研究发现，采用不同方法萃取苦荞样品中挥发性物质存在差异。采用同时蒸馏萃取-气相色谱-质谱法可检测出23种挥发性成分；采用固相微萃取-气相色谱-质谱法检测出35种挥发性成分，这两种方法都检测出酯类、烃类、酮类、醛类和醇类，其中含量较多的是酯类和醛类物质，说明酯类和醛类物质对苦荞的风味影响较大。高沸点、低挥发性物质适合同时蒸馏萃取法进行分离检测；易挥发性化合物的分离检测适合固相微萃取法，其优势是时间短，简便、不使用溶剂和样品检测非破坏性。因此，结合这两种提取方法，能较全面地对苦荞挥发性物质进行提取。

3.2 苦荞茶

许青莲等[45]研究发现，苦荞茶香型及香气成分的差异受种植地的影响较大，云南、贵州、四川、山西和内蒙等五个种植地的苦荞中共检出91种香气成分，共有成分有14种。其中，贵州苦荞茶香气成分中醛类、碳氢化合物和含氮化合物的种类较丰富，相对含量较高；而其他四种植地苦荞茶香气成分中酯类、醛类化合物的种类多和相对含量高。QINP等[46]研究发现，对苦荞麦茶香气具有高贡献率的化合物分别是2,5-二甲基-4-羟基-3（2H）-呋喃酮、壬醛、2,3-二乙基-5-甲基吡嗪、苯乙醛、麦芽酚、2,5-二甲基吡嗪、2-乙基-5-甲基吡嗪、三甲基吡嗪。

经过不同加工工艺处理得到的苦荞茶，香气成分有差异。隋秀芳等[19]研究发现，焙炒苦荞茶风味较好于蒸煮米苦荞茶，原因是从挥发性香气物质来看，由蒸煮的工艺加工得到的苦荞茶香气主要是烷烃和烯类，而以焙炒工艺得到苦荞茶则以醛类和烷烃为主，苯酚、醇类、醚类、酮类和酯类的含量也较高。余丽等[47]从苦荞茶和苦荞糊中检测出挥发性香气成分分别是30种和41种，其中有15种是共有的香气成分，还含有较高的烃类、醛类和杂环类的物质，三者在苦荞茶和苦荞糊中含量分别为24.56%、35.04%、18.42%和46.97%、21.22%、7.22%。

3.3 苦荞发酵制品

徐国俊等[48]对大小曲混合发酵得到的苦荞酒经气相色谱及气相色谱-质谱联用分析，共分离鉴定出80种化合物。酯类有37种，占总风味物质的51.763%，其中，乙酸乙酯含量1.4 g/L，乳酸乙酯含量1.17 g/L。醇类有18种，占总风味物质的20.357%；酸类有11种，占总风味物质的18.231%；醛酮类有7种，占总风味物质的5.458%；缩醛类有2种，占总风味物质的3.124%；呋喃化合物有2种；占总风味物质的1.025%；酚类化合物有3种，占总风味物质的0.042%。

李园园[49]研究发现，不同条件下贮存的苦荞发酵酒中挥发性成分的种类虽有略微差异，但含量相差不大。苦荞发酵酒在常温条件下贮存，检测出的挥发性成分为16种，可检测出含量的物质有12种；苦荞发酵酒在4℃贮存，检测出的挥发性成分为19种，挥发性成分有醛类、醇类、酯类、酮类。由相对含量的对比可知，苦荞发酵酒在不同贮存条件下，挥发性成分主要为醇类，占挥发性物质含量的95%。醇类物质中含量最多的是乙醇和丙三醇，因此，对苦荞发酵酒香气成分影响较大的为醇类物质。

张素云等[50]研究发现，固稀及固态发酵工艺生产的苦荞醋挥发性化合物丰富，分别用砖曲固稀、曲精固稀、曲精固态、麸皮液态的方法发酵得到的4中不同的醋，采用固相微萃取-气相色谱-质谱法共检出78种成分，主要成分是酸、酯、醛、醇、酮、酚类和杂环类化合物。以砖曲和曲精进行固稀混合发酵的苦荞醋中均有52种化合物，其中有48种化合物相同；以曲精进行固态发酵苦荞醋中有50种化合物，液态苦荞醋仅有37种化合物。其中含量较多的是乙酸、乙酸乙酯、苯甲醛、糠醛和四甲基吡嗪，构成了苦荞醋的主体香气。