小麦及制品的营养特性与营养化途径

宋归华 刘 锐 王旭琳 吴桂玲 孙君茂 魏益民

(农业农村部食物与营养发展研究所1，北京 100081) (河北金沙河面业集团产业技术研究院/河北省谷物食品加工技术创新中心2，邢台 054400) (中国农业科学院农产品加工研究所3，北京 100193)

我国是世界上最大的小麦生产国和消费国，小麦产量占全球总产量的17%。近几年来，我国小麦产量稳定在1.3亿吨左右[1]，其中制粉消费占比70%，工业消费占比12%，饲用消费占比10%，种子用粮及损耗各占4%[2]。受我国传统饮食习惯的影响，蒸煮类面制食品的加工是我国小麦粉消费的主要形式，其用量约占整个小麦粉消费的70%，其中面条约为35%，馒头约为30%，饺子、饼约为5%。小麦及制品在我国主食消费和休闲食品消费中占据着重要地位。本文从小麦的籽粒、加工和制品3个层面，对其营养特性和营养化途径进行论述，以期为中国小麦产业的营养化发展提供参考。

1 小麦籽粒结构及营养分布

小麦籽粒的植物学结构在解剖上主要分为三个部分：皮层、胚乳和胚(图1)。其中皮层占籽粒的11%～15%，胚乳部分占比80%～85%，胚约占小麦籽粒3%。

图1 小麦籽粒结构及营养分布[3]

1.1 皮层及其营养组分

小麦籽粒皮层由果皮、种皮、珠心层和糊粉层组成，皮层约占籽粒质量15%。糊粉层位于皮层与胚乳中间，占小麦籽粒质量的6%～9%。在制粉过程中，糊粉层随同珠心层、种皮和果皮一同被去除，统称麸皮，该部分富含膳食纤维、维生素、矿物元素、酚类等物质。

1.2 胚乳及其营养组分

胚乳由三层细胞组成：边缘细胞、柱形细胞和中心细胞，占小麦籽粒质量的80%～85%。胚乳细胞又称淀粉细胞，内含大小和形状各异的淀粉粒。淀粉和蛋白质是胚乳的主要构成成分(表1)。

1.3 麦胚及其营养组分

胚由胚芽、胚轴、胚根和盾片组成，占籽粒质量3.0%。胚是雏形的植物体，在适宜的条件下能萌芽生长出新的小麦植株，一旦胚受到损伤，籽粒将不能发芽。麦胚中含有各类维生素、矿物元素、植物甾醇、脂类等丰富的营养素。

表1 小麦籽粒主要营养物质含量的基本统计量/%[4]

2 小麦粉加工精度与营养流失

2.1 小麦粉加工精度

小麦制粉是将小麦籽粒中的外层部分去除，包括皮层、糊粉层、胚芽等，然后将胚乳碾磨成小麦粉，但是在加工过程中不可避免地会在小麦粉中混入一部分麸皮。小麦粉中的麸皮含量越少，则加工精度越高，小麦粉质量等级越高；反之，麸皮含量越多，则小麦粉加工精度越低，质量等级越低。在小麦粉国家标准GB 1355—1986[5]中，将灰分含量作为加工精度的判定指标，并按照加工精度将小麦粉质量分为4个等级：特制一等、特制二等、标准粉和普通粉(表2)。

表2 GB 1355—1986按照加工精度对小麦粉进行质量分等

2.2 小麦粉加工过程中的营养流失

随着制粉技术水平的提高，小麦粉的加工精度越来越高。高加工精度小麦粉的色泽、操作性和面制品口感较好，但其营养价值随着加工精度的提高而降低。从表3可以看出，随着小麦粉质量等级的提高，碳水化合物含量逐渐增加，但膳食纤维、维生素和矿物质含量逐渐减少。

3 小麦粉及面制品营养化途径

随着我国经济水平的快速发展，居民对食物的需求已从吃饱转向吃好，且更加关注食物的营养与健康；与此同时，由于过度加工，小麦、大米等口粮中的营养素严重流失，而人群中微量营养素缺乏和营养不良现象普遍存在。《中国居民营养与慢性病状况报告(2015)》指出，我国居民膳食能量供给充足，能量、蛋白质等摄入量已达到推荐标准，但膳食纤维、维生素、钙等营养素的摄入量仍远低于推荐值[7]。因此，提高主要粮食中的微量营养素含量，是解决我国居民营养健康问题的重要手段。目前强化小麦粉及面制品中的营养素含量，主要有4种途径：1)小麦籽粒生物强化；2)小麦粉营养强化；3)开发全麦粉及全麦食品；4)面制品添加杂粮或果蔬。

3.1 小麦籽粒生物强化

3.1.1 遗传生物强化

针对微量营养素摄入不足造成的“隐形饥饿”，在国际生物强化项目(HarvestPlus)的协助下，中国农业科学院于2004年启动了“中国生物强化项目”(HarvestPlus-China, http://www.harvestplus-china.org/)。中国农科院作物科学研究所何中虎博士课题组通过传统育种技术、分子标记辅助育种技术与营养科学相结合，筛选、培育出高铁锌品系“京冬8号”[8]、高铁品系“中优9507”[9]和“中麦9号”[10]以及高蛋白、高锌含量、中等铁含量的小麦新品种“中麦175”[11]。张金磊等[12]比较普通小麦和生物强化小麦在籽粒和小麦粉含铁量上的差异(表4)，其结果表明，富铁小麦品种籽粒中的铁含量比普通小麦多46%～134%；当出粉率为78%时，富铁小麦粉比普通小麦粉的铁含量多60%～228%。

第二组，弧半径R=140mm倾角φ=32°峰间距h=18mm内流场速度、温度、压强分布图及数据,见表3。

表3 小麦加工产品及副产品营养成分表[6]

表4 生物遗传强化小麦和普通小麦含铁量的比较[12]

由此可见，培育营养强化型小麦品种是提高小麦籽粒和小麦粉营养素含量的一个有效途径。然而，小麦的生物强化育种仍存在一些问题。一是在传统的小麦育种过程中，由于早代分离群体基数较大，通常在早代先进行农艺性状的选择，高代再进行营养素含量的筛选，这样在早代选择中就会丢失一些重要的营养素基因位点[13]。因此，还需要结合现代分子育种技术来解决这一问题。二是目前已有的营养强化型小麦品种数量较少，同时，复合营养强化型小麦品种的培育也是一个难点。三是在培育营养强化型品种时，还需要保证新品种在农艺性状、产量和加工品质等方面均具有较好表现，这样才有助于营养强化型品种的推广。

3.1.2 农学生物强化

相对遗传生物强化的长周期和复杂性，农学生物强化是快速实现籽粒营养强化的一种途径。在小麦栽培管理中，可通过种子引发、土壤施肥和叶面施肥等栽培措施提高籽粒微量营养素的含量。通过一种或多种农学生物强化措施，均可显著增加小麦籽粒中锌[14]、铁[15]等微量营养素含量。前人研究结果表明，增施锌肥不仅增加了小麦产量，还提高了小麦籽粒锌含量，且在土壤肥和叶面肥同时施用的情况下籽粒锌含量增幅最大，可提高小麦籽粒锌含量约3.5倍(表5)[16, 17]。

通过农学生物强化来提高籽粒营养，通常需要多种方式配套进行，比如需要同时土壤施肥和叶面施肥才能最大程度提高籽粒锌含量，但这在农业生产中会增加生产成本，加大了该技术推广应用的难度。

表5 不同锌肥施用方法对小麦籽粒锌含量和小麦产量的影响[16, 17]

3.2 小麦粉营养强化

在19世纪40年代，由于营养不良率的高发，美国制定了营养强化小麦粉的强制性法规，在小麦粉中添加了维生素B1(硫胺酸)、维生素B2(核黄素)、烟酸和铁(在1998年又增加了叶酸)[18]。随后，加拿大、欧洲、拉美、中亚等国家和地区均推动了小麦粉的营养强化。中国于1982年首次在法规中提到食品强化剂，1994年公布了GB 14880—1994《食品营养强化剂使用卫生标准》，表6列举了小麦粉中可添加的强化剂种类及用量范围。2002年底，中国国家公众营养改善项目办公室组织专家，参照国际营养强化标准，针对中国人群的特点确定了“7+1”营养强化配方[19]。其中，“7”为基础配方，包括铁、锌、钙、维生素B1、维生素B2、叶酸、烟酸；“1”为建议配方，即维生素A。2007年，国家出台了GB 21122—2007《营养强化小麦粉》。

人工添加营养强化剂存在的主要问题是消费者对存在添加剂产品的购买意愿较低[20]，这方面需要加大营养教育和消费引导，提高消费者对营养强化食品的认知程度[18]。

表6 小麦粉中可添加的营养强化剂种类及使用范围

3.3 开发全麦粉及全麦食品

和普通小麦粉相比，全麦粉富含膳食纤维、维生素B族和维生素E、以及钙、锰、铁、锌等矿物质元素[21]。研究结果表明，饮食中摄入一定量的全谷物食品可有效预防心血管疾病、Ⅱ型糖尿病、肥胖症和部分癌症，可降低多种慢性病的发病率[22-24]。欧美国家从20世纪末就对全谷物食品进行了大量研究[25-27]，近年来，对全谷物食品需求增长最快的是美国，全谷物食品的消费正处于快速发展阶段[28]。全麦食品是全谷物食品中的重要组成之一，而我国全麦食品的发展起步较晚，我国全麦粉产量仅占小麦粉总产量的1%左右[29]。我国在《粮食加工业发展规划(2011—2020年)》中明确指出，“推进全谷物健康食品的开发”“鼓励增加全谷物营养健康食品的摄入，促进粮食科学健康消费”。2015年，我国首次发布了全麦粉的行业标准LS/T 3244—2015《全麦粉》[30]，该标准对全麦粉的定义是：以整粒小麦为原料，经制粉工艺制成的，且小麦胚乳、胚芽与麸皮的相对比例与天然完整颖果基本一致的小麦粉。

表7 常见杂粮及果蔬营养成分表(每100 g含量)[6]

3.4 面制品添加杂粮或果蔬

杂粮和果蔬富含营养素，在面制品中添加杂粮和果蔬，可弥补小麦及面制品中营养不均衡的缺陷。由表7可以看出，燕麦和大豆中的钙含量是小麦的6倍；大麦、荞麦、燕麦、大豆等的镁含量是小麦的40倍以上；小麦及其他谷物中维生素A、C含量极低，而果蔬中维生素A、C含量较丰富。因此，在面制品中添加杂粮、果蔬，可以使面制食品的营养更丰富均衡。有研究表明，食物的搭配食用比单吃一种食物的营养价值要高，且有利于各营养素的吸收利用。如单吃大米，蛋白质的利用率只有58%，若与玉米混合食用，蛋白质的利用率则可提高到71%；单一食用小麦粉、小米、大豆和牛肉时，其营养成分利用率都在70%以下，而搭配食用，则可提高到99%[31]。目前市场上常见的杂粮挂面有荞麦挂面、绿豆挂面、燕麦挂面等[32]。市场上的果蔬类挂面主要为婴幼儿童开发，大多数采用果蔬粉的方式添加，比较常见的果蔬原料有菠菜、胡萝卜、南瓜和西红柿等[33]。

目前，我国杂粮、果蔬挂面是在依照现行LS/T 3212—2014《挂面》执行，而该标准主要针对以小麦粉为主要原料加工制成的挂面，以杂粮、果蔬等为原料的挂面产品并不适用现行标准，因此，亟需制定杂粮及果蔬类面制品的行业或团体标准。此外，杂粮、果蔬复配面制品与全麦食品在加工工艺上和产品适口性上存在同样的问题。因此，在研究提高杂粮、果蔬添加比例同时，重点要保证产品具有良好的口感。

4 小麦副产品利用

在小麦粉生产中被剥离的麦胚和麦麸，除了可以在磨成粉后回添到小麦粉中制作营养面制品外，还可以从麦胚、麦麸中提出营养、功能性成分进行开发利用。

4.1 胚芽产品的开发

胚芽仅占小麦籽粒的2%～3%，但其含有丰富的蛋白质、不饱和脂肪酸、矿物元素、维生素E、膳食纤维、必需氨基酸、黄酮、植物甾醇等营养素[34]。麦胚中含有8%～11%的脂肪，其中不饱和脂肪酸占比70%左右，特别是富含人体不能合成的亚油酸[35]。食用油中含有具有抗自由基、改善心脑血管系统等作用的维生素E，而小麦胚芽油中的维生素E含量最高[36]。由于小麦胚芽油含有丰富的营养物质和生理活性物质，被广泛应用于保健品、化妆品等行业[37]。小麦胚蛋白占麦胚质量的30%左右[38]，含有人体必需的八种氨基酸，其必需氨基酸的组成比例与FAO/WHO颁布的理想模式值基本接近，是一种近完全蛋白[39]。李涛等[40]、肖玫等[41]以麦胚为原料，开发出了保健、功能性植物蛋白饮料。麦胚蛋白中还富含谷胱甘肽，具有提高人体免疫力、清除自由基等功效，经提纯后常用于保健品开发[42]。

虽然麦胚的营养价值较高，但市场上麦胚产品数量较少，主要存在两个问题。一是麦胚中脂肪含量较高，且富含高活性的脂肪酶和脂肪氧化酶，麦胚产品保质期短，易酸败变质。二是高纯度、高活性的谷胱甘肽等活性成分的提取工艺复杂、导致生产成本居高不下。

4.2 麦麸产品的开发

小麦麸皮含有丰富的膳食纤维，主要包括纤维素、抗性糊精、抗性淀粉、低聚糖等。1980年，国际谷物科技协会(ICC)指出，在一般可能取得的膳食纤维中，小麦麸皮为最浓、有效且适合人体。膳食纤维的摄入有利于促进排便、降低胆固醇等。此外，膳食纤维还能延缓糖分的吸收，可调节糖尿病人的血糖水平。在实际生产中，主要通过碱提取法、单一酶法、复合酶法等方法从小麦麸皮中提取膳食纤维。膳食纤维在面制品中的应用较为广泛，例如高膳食纤维含量的面包、饼干、面条等。有研究表明，在不影响产品的加工和感官特性时，面包中膳食纤维的最佳添加量为4%[43]，饼干中的最佳添加量为20%[44]，挂面中的最佳添加量为10%[45]。此外，膳食纤维还可以应用到饮品、肉制品中。

小麦麸皮作为膳食纤维源之一，对人体的营养保健作用在众多研究中早已得到肯定。一般情况下，膳食纤维的摄入量不会影响体内的矿物质代谢，但过多摄入膳食纤维会妨碍机体对Fe、Zn等矿物质的吸收。中国营养学会推荐的膳食纤维每日摄入量为25～35 g。小麦麸皮中，可溶性膳食纤维(SDF)与不溶性膳食纤维(NDF)比例为1∶9，两者对人体的功效不同。前者可有效降低胆固醇、控制血压等[46]；后者可减少排泄物在肠道的停留时间，预防结肠癌等[47]。将小麦麸皮和其他来源的膳食纤维(如大豆、燕麦、果蔬等膳食纤维)复配，使SDF与NDF的比例达到最佳，可强化膳食纤维的生理保健功效。

5 结论与展望

我国既存在失衡型营养不良的问题，又存在营养摄入量不足的问题，营养缺乏和营养失衡严重影响了我国居民的健康水平。小麦及其制品作为我国重要的食物消费，增加及平衡其营养素含量是改善我国居民营养健康水平的重要手段之一。小麦及面制品的营养强化途径是多样的：1)通过育种或农学管理可以显著提高小麦籽粒中的一种或多种微量营养素含量；2)在小麦粉中有针对性地添加营养强化剂，可直接提高小麦粉及面制品中的微量营养素含量；3)全麦粉及全麦产品的开发，可保留小麦籽粒中丰富的营养素；4)杂粮或果蔬面制品的开发，可充分发挥不同谷物及果蔬间的营养互补，从而弥补精制小麦粉的营养失衡。此外，麦麸、胚芽副产品中的营养物质经提取纯化并食品化利用，是小麦营养化利用的另一种方式。

我国的小麦及其制品营养化的研究已取得一定成果，但在营养型小麦生产、营养面制品加工以及消费者教育和引导方面还需加强。一方面，需进一步加强营养素强化型品种的培育，并结合相应的栽培措施，强化小麦籽粒中营养素的含量和种类。其次，在小麦营养面制品的开发过程中，相关标准已不能满足当前市场要求，亟需开展相关标准的研究和制定。最后，加强居民营养健康科普教育，引导消费者更多地关注食物营养和健康，主动改善饮食结构和消费习惯。