青稞营养成分研究进展及其应用现状

陆 培，安明哲，李 茂，张伟建，赵佳伟

（五粮液股份有限公司技术研究中心，四川宜宾 644000）

青稞在植物学上属于禾土科大麦的变种，因其籽粒内外稃与颖果分离，籽粒裸露，又称为裸大麦，青藏高原地区称其为青稞，米麦、元麦、淮麦等均是它的别名。我国青稞种植基地分布广泛，但大面积集中当作粮食来种植的主要还是青藏高原及其周边地区，即西藏自治区、青海、四川、甘肃、云南等地，约有27 万公顷栽培地。2018 年，西藏和青海两省青稞产量占全国88 %以上，其产值分别为777200 t 和95200 t。青稞具有抗寒耐低温、生长周期短、产率高、生长适应性强等特点，鉴于此，青稞成为了在海拔4200 m 以上生活的藏族人民的主要粮食作物。随着研究的深入，发现青稞中除了粮食特性外，还含有丰富的营养成分，使得青稞逐步进入人们的视野。青稞中的蛋白质、不饱和脂肪酸含量高于大多数谷物，此外，它还含有具有抗氧化活性的β-葡聚糖、阿拉伯木聚糖以及多酚类物质，使其成为极具潜在开发价值的营养健康作物。本文旨在总结青稞的营养成分及目前的开发应用现状，为青稞的开发利用拓宽新的思路，促进高质量工业化青稞产业的发展。

1 青稞淀粉相关研究

1.1 青稞淀粉的组成及性质

淀粉作为青稞中的主要成分，不同品种青稞中淀粉含量也略有差异，主要受到环境因素的影响。青稞中淀粉含量为49.14%～68.62%，其中黑青稞淀粉含量为52.81 %～63.37 %。与玉米（92.5 %）、小麦（97.4 %）、土豆（92.2 %）、大米（83.4%）、高粱（65%～72%）等农作物相比，其含量较低。青稞中含有直链淀粉和支链淀粉，直链淀粉和支链淀粉的含量比例变化使得其在颗粒结构和形态学上也略有差异。除此之外，该含量比例也会影响青稞淀粉的物理化学特性，如透明度、膨胀力、溶解性、黏度、凝胶化和老化特性。已有研究发现，青稞淀粉的溶解度和膨胀力均大于小麦淀粉，且青稞淀粉糊化温度更低。此外，青稞淀粉的透明度高于小麦淀粉，这与青稞中较高的支链淀粉含量相关。青稞中淀粉根据其消化性能分为快消化淀粉、慢消化淀粉以及抗性淀粉，三者含量分别为96.19 %、1.54 %和2.27 %，其中慢消化淀粉含量明显多于大米和小麦，研究发现青稞中抗性淀粉的消化机制与普通淀粉不同，抗性淀粉消化场所主要在结肠而非小肠，经消化代谢活动后可转换为短链脂肪酸而非葡萄糖，这对于维持人体身体健康与血糖浓度具有重要意义。青稞淀粉的组成使得青稞的预计血糖指数维持在较低的范围内，为39.4～47.5，海拔越高的地区青稞的血糖指数越低，青稞较低的血糖值使之作为特殊人群的主食成为可能。

1.2 青稞淀粉的应用

随着肥胖、糖尿病、消化道疾病等慢性病发病率的不断提升，人们对于健康食品的关注度也逐渐提高。目前已有大量研究聚焦在主食上，主食作为饮食结构中重要部分，期望通过对主食的营养物质和功能的改善，改变饮食结构，从而降低患病概率。青稞淀粉因其较低的血糖转化指数，已被广泛用于面条的生产中。目前，青稞面条主要分为两种，一种是以小麦为基质的青稞面条，另一种是全青稞面条。青稞中含有较少的面筋蛋白，不易形成坚固的网状结构，利用全青稞粉加工成面条具有一定的难度，往往需要加入一定的添加剂。海藻酸钠的添加不仅提高了面条的硬度、弹性，还改善了其流变学特性和质地特征。有研究通过挤压加热法加工得到全青稞粉条，无需添加小麦粉以提高青稞面粉的面筋蛋白含量，但这种鲜面条常因微生物作用而变质，壳聚糖的添加不仅改善了青稞面条的质地和持水能力，同时提高了青稞面条的抗菌潜力、抗氧化性以及口感。

青稞中淀粉含量较高，且易被微生物发酵转化为糖类物质，鉴于此，青稞可作为酿酒生产的原料。对青稞酒中风味物质分析发现，与其他清香型白酒相比，其挥发性有机酸和醛酮类物质的含量较低，但芳香族、酚类以及萜烯类化物含量明显较高，造就了青稞白酒的独特风味。青稞和青稞麦芽均是啤酒发酵的常见原料，有研究将青稞麦芽与大麦芽混合发酵酿造出青稞艾尔啤酒；有报道利用烘烤或膨化后的青稞混合水取代青稞麦芽，提高了青稞啤酒的口感和色泽。青稞作为辅料进行啤酒发酵时，过滤速度较慢，使用糯青稞进行发酵时，该问题得到了一定程度的改善。

青稞淀粉多样的物理化学性质使其应用范围十分广泛。青稞淀粉较好的持水能力以及耐盐稳定性，可用于肉制品加工，或可用作增稠剂。研究发现青稞淀粉具有较强的水油结合能力和乳化能力，可作为保湿乳液的乳化稳定剂使用，而糯青稞淀粉较好的透明度则可用于生产透明果汁饮料。然而，青稞淀粉的应用还有一定的局限性，青稞淀粉的改性为提高其性能，扩大应用范围发挥了重要作用。

2 蛋白质相关研究

2.1 蛋白质的组成和性质

蛋白质作为青稞中的第二大主要成分，种类繁多，功能多种多样。青稞中蛋白质的含量略有差异，含量变幅为6.10 %～14.43 %，平均值为10.59%，这与青稞的品种以及种植环境有关，研究发现，青稞种植时氮肥的施加量和施加时间对青稞蛋白含量具有显著性影响。青稞蛋白主要分为白蛋白、球蛋白、霍尔蛋白和谷蛋白四大类。青稞蛋白对于人体的功能价值逐渐被挖掘，其丰富的支链氨基酸可以缓解肝硬化患者的肝脏压力，青稞蛋白的摄入还可以降低动脉粥样硬化和心血管疾病的发病率。近年来，微波、碱法、膜法、碱溶酸沉淀法等方法均已用于青稞蛋白质的提取，将提取蛋白进一步水解成多肽，研究其作用机制。Yu等利用胰蛋白酶对青稞提取蛋白进行水解，发现其水解产物具有体外抗血小板凝集作用，这与其降低因血栓引起的心血管疾病的发病率密切相关。青稞蛋白水解产物中的肽段（Lys-Ile-Ile-Ile-Pro-Pro-Leu-Phe-His）具有一定的抗菌性能。青稞蛋白的另一种功能是提高植株对于外界环境的抵抗能力，尤其是干旱、盐碱或冷冻土壤等极端环境，主要是通过提高植株吸水、蓄水能力，从而维持恶劣环境下细胞的活性。青稞中氨基酸相较于其他谷物种类更加丰富，还含有大多数谷物中没有的赖氨酸。青稞中还富含一种非蛋白质氨基酸——γ-氨基丁酸，它是国际公认的可提高脑活力的成分之一，是目前抗抑郁药物的主要成分之一，对于机体功能的调节具有重要作用，已有研究发现，浸泡以及发芽作用可显著提高青稞中γ-氨基丁酸的含量[29]。

表1 青稞主要营养成分

2.2 蛋白质的应用

随着研究技术的进步和发展，青稞生物活性肽的生理功能逐渐被挖掘，拓宽了青稞蛋白的应用范围。目前，抗血小板凝集药物主要为阿司匹林、氯吡格雷、普拉格雷和替格雷，不仅会提高出血的风险，还会引发耐药性的产生，而青稞胰蛋白酶水解肽IC50 值为2.496 mg/mL，副作用小，可作为潜在的抗血小板凝集替代药物。据报道，Ⅱ型糖尿病患者患病的主要原因是体液中肠促胰岛素的含量不足，肠促胰岛素一经分泌就被血液中以及内皮和上表皮表面的DPP IV 酶分解，青稞多肽水解物可以有效抑制DPP IV 酶的活性，因此，青稞蛋白可作为Ⅱ型糖尿病患者治疗的潜在营养药物。青稞蛋白中含有的抗菌肽可有效抑制大肠杆菌的生长，可用作食物防腐剂。目前，青稞蛋白应用研究十分有限，尽管已经经过体内体外实验，却并未在实际生产中进行应用，仍需进一步探索。

3 β-葡聚糖相关研究

3.1 β-葡聚糖的组成和性质

β-葡聚糖作为青稞主要活性成分之一，是青稞糊粉层和胚乳细胞壁的重要组成部分，含量约为3.66 %～8.62 %，较燕麦（2.2 %～7.8 %）和小麦（0.2 %～1.2 %）中β-葡聚糖含量高。青稞中β-葡聚糖的含量主要受到种植海拔高度的影响，除此之外，青稞蛋白组学分析发现，青稞中β-葡聚糖含量与蛋白的含量也有一定的关联。β-葡聚糖是由β-（1，3）和β-（1，4）糖苷键连接形成的多糖聚合体，以β-D-吡喃葡萄糖作为单体。国内外学者对于青稞β-葡聚糖进行了深入的研究，发现青稞β-葡聚糖不仅呈现出独特的药理活性，对人体内营养物质的吸收也有一定的影响。例如，青稞β-葡聚糖具有调节血糖功能的作用，这可能与它可以抑制人体内α-淀粉酶的活性有关。另外，青稞β-葡聚糖可以提高肠液的黏度，使得肠液较易形成凝胶从而包裹在淀粉颗粒表面，减缓淀粉的水解。许多研究和学者已证实青稞β-葡聚糖还兼具降低胆固醇、清肠、降低直肠癌风险等功能，一方面，这可能是因为青稞β-葡聚糖可以将油脂包裹其中，使得油脂在人体肠胃乃至肠道中不至于被吸收，另一方面，青稞β-葡聚糖可以增强肝脏中胆固醇7α-羟化酶活性，促进胆固醇的排放。因此，β-葡聚糖又被称为营养拮抗剂。青稞β-葡聚糖还具有抗氧化活性，在Bai 等的研究发现热处理可以提高青稞β-葡聚糖的抗氧化活性，高温流化作用效果最为显著。青稞β-葡聚糖提取物还可以有效促进肠道微生物和的生长，其效果等同于低聚果糖，这也为青稞产品的开发提供了新的思路。

3.2 β-葡聚糖的应用

β-葡聚糖作为青稞主要活性成分之一，其应用也十分广泛。顾飞燕等利用微生物发酵法提取青稞β-葡聚糖，发现青稞β-葡聚糖原液展现了较强的抗氧化活性以及保湿能力，可将其作为天然生物化妆品投入市场；β-葡聚糖对α-葡萄糖苷酶、转化酶以及α-淀粉酶均有抑制活性，因此，青稞β-葡聚糖可作为功能性降血糖药物和食品的天然辅助添加剂；青稞β-葡聚糖提取物对肠道微生物的生长具有促进作用，可用作食品中的益生元因子；Song 等对青稞麸皮中β-葡聚糖进行改性，羧甲基化的青稞麸皮β-葡聚糖呈现出较强的抗菌性能，该研究为改性β-葡聚糖在食品以及生物医药领域的应用奠定了坚实的理论基础；β-葡聚糖除了保健功能外，因其较好的凝胶特性以及吸水性，可作为果冻凝胶剂辅料的全新替代品，已被用于制作防噎果冻。

4 脂质、微量元素以及维生素相关研究

青稞中粗脂肪含量为1.18%～3.09%，其中黑青稞粗脂肪含量为1.58%～2.11%，高于大米中粗脂肪含量。青稞中主要含有多种于人体有益的脂肪酸和脂类，如亚油酸、亚麻酸、油酸和脑髓糖质。青稞不同部位脂肪酸和脂质的种类含量有所差异。研究发现青稞麸皮粗脂肪中性脂、糖脂和磷脂含量分别为94.55%、4.2%、1.25%，麸皮粗脂肪中两大脂肪酸分别为亚油酸（75.08 %）和软脂酸（20.58 %）；青稞种子中含有10 种脂肪酸，6 种不饱和脂肪酸（77%）和4 种饱和脂肪酸，不饱和脂肪酸中亚油酸、油酸、亚麻酸和二十碳烯的含量分别为53.74 %、16.99 %、5.04 %和1.08 %。研究发现，食用青稞不饱和脂肪酸具有许多有益的生理功能，如抗炎、降低胆固醇和心血管疾病的风险等。

青稞中微量元素含量为1.46%～2.20%，与正常主食中微量元素含量无显著性差异。P、K、Ca、Cu、Fe、Mg、Mn、Zn 等元素均存在于青稞中。Zhang 等对青藏高原不同地区青稞微量元素的含量进行分析发现，青稞中P、K、Mn、Zn、P 5 种微量元素的含量与种植土壤中该元素含量有明显相关性，而Ca、Cu、Mg 3 种元素主要受到特殊自然环境的影响。

尽管青稞中维生素含量较少，但是种类齐全。青稞中维生素B、维生素C 和维生素E的含量分别为0.04～0.11 mg/g、0.06～0.16 mg/g、0.01～0.03 mg/g。维生素E 可分为生育酚和三烯生育酚两大类，其中每类又可分为α、β、γ、δ这4 类，共8种化合物，此8 种化合物均存在于青稞中，因此，可把青稞作为维生素E的丰富来源之一。

5 多酚类相关研究

5.1 多酚类物质的组成和性质

近几年，青稞中所含多酚类物质引起了学者们的广泛关注。多酚类物质主要分为酚类和黄酮类化合物。其中酚类化合物由大量的异质化合物组成，根据它们的化学结构、自然存在和在植物组织中的分布和位置，可以将它们进行分类。根据其在植物组织中的存在形式，可分为游离型、酯化型和难溶型酚类化合物。游离型和酯化型均可通过溶剂进行提取，而难溶型酚类化合物主要通过碱化已去除游离型和酯化型的残渣来获取。Deng 等通过UPLC-QTOF-MS/MS 检测发现青稞谷物中游离型、酯化型和难溶型酚类化合物分别有14 种、4 种和17 种。难溶型酚类化合物主要通过氢键、疏水相互作用或者共价键与细胞壁多糖结构相交联，食用后人体并不能直接吸收，主要通过酶水解以及微生物发酵释放活性功能物质，从而被人体吸收利用。青稞中难溶型组分中酚类物质的含量和抗氧化活性明显高于游离和酯化型组分。Li 等的研究中发现难溶性膳食纤维中总酚和总黄酮的含量分别是可溶性膳食纤维的2.42～7.33 和3.08～10.00倍。阿魏酸是广泛分布于植物中的一种酚酸，其含量在青稞酚类物质中占有主导地位，具有抗炎、抗癌、抗菌等广泛的生理和药理作用。不同品种中酚类物质的含量也略有差异，黑青稞提取物中除阿魏酸（19.14 mg/g）外，香豆酸（14.59 mg/g）也是其主要酚类物质；蓝青稞中含量较高的酚类物质是香豆素（14.61～583.54 µg/g·DW）和苯甲酸（8.81～528.56 µg/g·DW）。此外，在青稞中也发现了金圣草素-7-O-葡萄糖醛酸甙和金圣草黄素的存在。青稞中酚类物质的抗氧化活性与阿魏酸、木犀草素密切相关。黄酮类物质也是青稞主要的活性成分之一。目前，青稞中研究较多的黄酮类物质是花青素，具有抗氧化、抗癌和抗老化等功能，其核心结构由一个黄酮离子、两个芳香环和一个含氧的三碳杂环组合而成。不同粒色青稞中花青素的存在部位略有差异，大多数主要分布在果仁层，而紫青稞和蓝青稞主要分布在果皮或糊粉层，花青素平均含量为213.88 µg/g，含量大小排序为：紫青稞＞蓝青稞＞褐青稞＞白青稞，且花青素含量与多酚含量呈线性相关。另外，提取工艺对花青素的含量也有一定的影响。

5.2 多酚类物质的应用

随着加工技术的进步，我们目前主要食用的是精制谷物，在磨粉加工过程中，谷物外层表皮以及胚芽已经被破坏，导致了谷物中部分膳食纤维、酚类物质及其他活性成分的丢失，长期食用易导致慢性消化疾病患病率的提高。全谷物则最大程度保留了食物本身的营养价值，已引起了各国的广泛关注。为了避免青稞中酚类以及黄酮类物质的丢失，可将其生产为全谷物食品。目前，青稞已成功与燕麦、荞麦等进行复配制得符合大众口感的全谷物麦片。有研究发现，青稞水提花青素依旧保持着较高的抗氧化和抗生物膜性能，可用作潜在的高质量生物食品着色剂。青稞茶饮也可作为利用青稞酚类物质开发高附加值青稞产品新思路。申瑞玲等利用萌动青稞与玫瑰、绿茶进行复配，与青稞茶相比，显著提高了茶粉以及茶汤中总酚、黄酮和γ-氨基丁酸的含量，将青稞中营养物质和保健功能最大化，既满足了消费者的需求，也提高了青稞产品的附加值。

6 展望

青稞作为高原地区的特色谷物，青稞中蛋白、多酚以及β-葡聚糖等活性成分展现了其在食品以及医药领域应用的潜能，然而，目前青稞的应用主要还是集中在整个谷物上，对于某一成分的精细应用还十分有限，且局限于青稞的营养特性，青稞的药用价值并未体现，尽管已经进行了体内体外实验，但青稞产品对于人体影响的跟踪调查研究依旧十分欠缺，青稞对于人体血压、血脂以及血糖的调节机制还需进一步探索。目前青稞中活性成分主要利用酸碱或有机试剂进行提取，提取工艺对于青稞活性成分具有一定的影响。目前青稞活性成分的研究利用依旧停留在实验室水平，规模较小，期望将青稞中某一组分成功提取达到工业应用的程度，从而提高青稞产品的附加值，还需不断地进行工艺改善，才能使得这类谷物在人类的生命健康方面发挥应有的作用。