青稞的营养功能及其高值化利用研究进展

夏 虎，晏熙玥，卢利聃，曹亚楠，彭镰心，邹 亮，任远航，赵 钢

（农业农村部杂粮加工重点实验室，四川省杂粮产业化工程技术研究中心，成都大学食品与生物工程学院，四川成都 610106）

青稞（L.var.Hookf），禾本科小麦族大麦属一年生草本植物，又称裸大麦，与大麦、小米、高粱、糜子等同属于谷类杂粮。青稞主要种植于西藏、青海，以及四川、云南等地的高海拔地区，最高种植海拔可达4500 米。青稞栽培品种繁多，常依据其籽粒外形分为二棱、四棱和六棱，我国以四棱或六棱为主，相较于六棱青稞，二棱青稞的直链淀粉比例更低。籽粒中直链淀粉含量很低或为零的青稞也称为糯青稞，其-葡聚糖含量相对较高，具有易糊化、粘度高、回生慢等潜在的加工优势。此外，根据成熟时青稞是否具有特殊颜色，又可将青稞分为普通青稞和有色青稞（黑色、蓝色、紫色等），有色青稞含有更多的花色素和酚类物质，具有更强的抗氧化活性。青稞高蛋白、高膳食纤维、低脂肪的营养组成十分符合现代人的饮食结构需求，同时青稞中较高含量的-葡聚糖也赋予了青稞降血糖、降血脂等多种生理功能，因此青稞具有极高的科研价值和良好的产业化开发前景。本文从特色营养功能成分、生物活性、加工利用技术和高附加值产品开发现状四个方面综述了青稞的特殊价值及高值化利用情况，以期促进青稞的深入研究和应用，为青稞产业持续发展提供进一步支持。

1 青稞的营养功能成分

现代营养学与医学研究证实，相较于常见谷类，青稞具有较高的蛋白质、膳食纤维和维生素含量，以及较低的糖类和脂肪含量（表1）。此外，青稞-葡聚糖在降血糖、降血脂、预防或辅助改善Ⅱ型糖尿病、预防结肠癌等方面具有不俗的效果。青稞的主要营养成分及功能活性物质见图1。

图1 青稞主要营养成分及功能活性物质Fig.1 Main nutritional components and functional active substances of hulless barley

表1 常见谷类营养成分表[10-17]Table 1 Nutritional composition of common cereals[10-17]

1.1 淀粉

淀粉是青稞籽粒的主要成分，其含量为49%～75%，平均含量65%左右。青稞中直链淀粉和支链淀粉的比例在20:80～34:66 之间。与其它作物淀粉相比，青稞淀粉表现出较高的糊化温度，较好的非牛顿性质、回生能力、糊化能以及剪切稀化特性。青稞淀粉中快消化淀粉（RDS）、慢消化淀粉（SDS）、抗性淀粉（RS）占比分别为96.19%、1.54%和2.27%。青稞中的RS 在人体消化道内基本不被消化，主要是通过结肠内的微生物发酵，产生短链脂肪酸来发挥其生理功能，因此，可避免餐后的血糖升高和胰岛素反应。研究表明，抗性淀粉能够通过促进脂肪氧化，防止脂肪堆积以及减少能量摄入来控制体重；能够调控、重塑人体肠道菌群；能够影响血液和肝脏的相关指标以及机体的脂肪沉积从而影响脂质代谢，但其具体作用机制尚未完全揭示。

1.2 蛋白质

蛋白质是青稞籽粒中含量仅次于淀粉的重要组成部分，其含量为6.10%～23.4%，平均含量11%左右。清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白是谷物中蛋白质的主要组分，在青稞蛋白质中，四种蛋白质组分较为齐全，平均含量分别为清蛋白20.48%、球蛋白10.99%、醇溶蛋白21.04%、谷蛋白31.91%，不同品种间差异显著，总体来说，谷蛋白含量最高，球蛋白含量最低。

氨基酸组成及含量是蛋白质营养价值的重要评判依据。侯殿志等发现青稞中普遍存在8 种必需氨基酸和9 种非必需氨基酸，总氨基酸平均含量为9.18%，平均必需氨基酸含量占总氨基酸含量的32.21%，品种之间无显著性差异。翟会生等对72 份青稞进行了氨基酸组成和营养价值评价，认为赖氨酸是青稞的第一限制氨基酸，其含量为3.64 mg/g DW。此外，青稞蛋白酶解后释放的生物活性多肽具有多种生理功能，在抗血小板凝结、抗氧化等方面具有不俗的表现，其中Lunasin 多肽在动物实验中被证实能够有效抑制小鼠表皮细胞的增殖。

1.3 脂质

在青稞中，脂肪含量变化范围为2.44%～4.48%，平均含量2.89%，品种之间差异显著。青稞麸皮油中中性脂质含量最高（94.55%），其次为糖脂（4.20%）和磷脂（1.25%）。相比于其它谷类作物的脂肪含量，如小米（约4%）、玉米（约5.0%）等，青稞的脂肪含量相对较低。

亚油酸、棕榈酸、油酸和亚麻酸为青稞中最主要的四种脂肪酸，具有较高的营养价值，其中以亚油酸（75.08%）为主的不饱和脂肪酸含量为77.27%，棕榈酸（20.58%）为主的饱和脂肪酸含量为22.73%。青稞麸皮油中高含量的亚油酸和棕榈酸能够抑制-葡萄糖苷酶的活性，有效控制餐后血糖的升高从而达到降血糖的效果，亚油酸还能够预防动脉粥样硬化的发生。在动物试验中，青稞麸皮油能显著降低高脂症大鼠甘油三酯水平、总胆固醇水平和动脉硬化指数，且青稞麸皮油剂量为2.5 mL/（kg·d）时干预效果强于剂量为0.028 g/mL 5 mL/（kg·d）的脂必妥。

1.4 β-葡聚糖

青稞中-葡聚糖含量在大麦中居于首位，通常为3.66%～8.62%。青稞-葡聚糖主要存在于籽粒细胞壁中，形式多为（1,3）（1,4）--D-葡聚糖，其独特的分子结构让-葡聚糖具有一定的亲水性，高粘性和易成凝胶等特性。

研究表明，青稞-葡聚糖在降血糖、降血脂、预防或辅助改善Ⅱ型糖尿病、预防结肠癌等方面有着良好效果。青稞-葡聚糖能够通过影响胆酸重吸收、调控胆固醇代谢从而加快血清中LDL-C 的清除，达到降低血脂的目的。临床试验证明，高-葡聚糖饮食可避免糖尿病患者餐后出现高血糖反应，降低血糖波动，在预防或辅助改善Ⅱ型糖尿病上有着良好的效果。另有研究表明，-葡聚糖能够通过降低特定的肠道菌群，减少硫化氢的产生，从而降低产生结肠癌的风险。同时，利用改性青稞-葡聚糖包埋的黑枸杞花青素能够显著提高试验小鼠肝糖原的储备能力，具有明显的抗疲劳效果。

1.5 多酚

多酚类物质是一类广泛存在于自然界植物中的活性物质，具有多种生理功能。青稞籽粒中多酚类物质含量高达1200～1500 mg/kg，包括苯甲酸类、肉桂酸类、原花青素类黄烷醇以及氨基酚等。

在不同品种青稞中，多酚含量差异显著，一般来说青稞颜色越深，多酚含量越高。紫色、黑色青稞结合酚平均含量分别为221.91 和241.62 mg/100 g DW，显著高于蓝色青稞结合酚（207.59 mg/100 g DW）。据有关报道，在青稞麸皮粉中游离酚共检测出19 种，以丁香酸、阿魏酸、苯甲酸和藜芦酸为主；结合酚共检测出7 种，以阿魏酸、苯甲酸为主。大量研究表明，青稞中多酚的抗氧化活性与其含量呈正相关。据报道，青稞游离态提取物具有更强的ABTS·清除能力及FRAP 铁离子还原能力，结合态提取物的DPPH·清除能力更强，且不同颜色的青稞多酚提取物的抗氧化活性差异显著。青稞酚类提取物还具有调节糖代谢的作用，从青稞中提取的原花青素B1 与对香豆酸协同作用，通过靶向IR受体、影响SRS-1/P13K/Akt 通路调节糖代谢，恢复葡萄糖耐受量异常小鼠的葡萄糖耐受量和胰岛素抵抗，促进糖原合成。

2 青稞全谷物的生物活性

2.1 抗癌作用

大量研究表明，青稞在细胞及动物水平上表现出潜在的预防或治疗肿瘤活性。青稞中的-葡聚糖能够通过改变肠道菌群，减少硫化氢的产生从而对结直肠癌起到预防效果。青稞多酚具有一定的抗癌功能。研究表明，青稞游离态、结合态提取物通过诱导细胞周期阻滞和细胞凋亡对HepG2、MDAMB-231 和Caco-2 细胞都表现出抗增殖活性，一种青稞的游离态提取物能够通过p38/MAPK 信号转导通路诱导Caco-2 细胞G1/S 期阻滞，同时通过外源体死亡受体通路诱导Caco-2 细胞凋亡。另有研究表明，一种青稞水溶性多糖组分（BP-1）对于免疫抑制小鼠骨髓细胞和周围血液中白细胞数量的下降有显著的抑制作用，并且通过TLR4、TRAF6、TAK1和NF-кB 炎症通路，促进免疫抑制小鼠体内巨噬细胞的增殖和吞噬，同时抑制NF-B 从细胞质到细胞核的转移，从而诱导人结肠癌细胞凋亡，起到预防结肠癌的效果。

2.2 抗肥胖

目前，全球已有19 亿人超重，其中三分之一的人肥胖，预防肥胖、控制体重早已成为现代人的关注热点。熊茉君等通过观察227 名高血脂患者服用青稞炒面前后血脂和体重的变化，发现30 d 后治疗组体重平均下降1.13 kg，对照组体重下降0.03 kg，证实青稞能够有效降低血脂和体重。有研究表明，青稞全粉能抑制经高脂高糖饲喂大鼠体内脂肪的增加，显著改善大鼠糖脂代谢，能够有效控制大鼠的体重。相比于普通青稞，有色青稞-葡聚糖具有更高的分子量、粒径和粘度，更强的脂肪结合能力、胆固醇结合能力、胆酸结合能力和胰脂肪酶抑制活性，在预防肥胖方面更具优势。

2.3 降血糖

青稞全谷物在控制血糖、调节糖代谢方面具有良好的效果。在对100 例空腹血糖受损患者为期3 个月的膳食干预实验中，青稞麦片显著降低了患者血糖水平，对糖脂代谢的改善作用强于燕麦片，研究人员认为青稞麦片优秀的降血糖效果应当主要归功于高含量的-葡聚糖。在以糖尿病小鼠为研究对象的动物实验中，青稞全粉显著降低了糖尿病小鼠的空腹血糖以及糖耐量曲线，并且进一步的粪菌移植实验证明肠道菌群的改善在糖尿病小鼠的糖代谢改善过程中起到了至关重要的作用。

2.4 降血脂

青稞主要通过影响胆固醇代谢对机体脂代谢起到调控作用。胆酸是由胆固醇在肝脏细胞中合成的一种胆汁酸，能够通过在肠道内调节脂肪酶的活性影响机体脂代谢，青稞-葡聚糖能够通过影响胆酸代谢起到降低血脂的效果。青稞全谷物能够显著降低高脂饮食大鼠血清中的总胆固醇、甘油三酯和低密度脂蛋白胆固醇水平，明显减小大鼠肝脏细胞内脂肪滴的体积，其作用机理有以下几点：通过肝脏AMPK、HMG-CoAr、LDL-R、LXR、PPAR、CYP7A1 的表达影响肝脏胆固醇代谢；上调ECH 的表达促进脂肪酸的-氧化；选择性富集细菌以增加大鼠肠道发酵活性和肠道短链脂肪酸水平，调节肠道胆固醇代谢。青稞的营养成分及其功能见表2。

表2 青稞的营养成分及其功能Table 2 Nutritional components and functions of hulless barley

3 青稞营养功能成分的加工利用

3.1 淀粉的加工与利用

青稞淀粉颗粒表面光滑，形态、大小均匀，大颗粒淀粉为圆饼形，且表面附着有小颗粒淀粉，小颗粒多为圆球形。青稞淀粉粒径都呈现双峰分布，不同品种青稞淀粉粒径分布差异显著。青稞淀粉溶解度为3.21%～7.29%，膨胀度为5.89～8.74 g/g，糊化初始温度、峰值温度和终止温度与粒径呈正相关，糊化焓与粒径呈负相关。不同品种青稞淀粉粒径分布见表3，其中藏青320 淀粉粒径最大，为52.29 μm，具有最低的糊化初始温度、糊化焓和崩溃值，在5 种青稞淀粉中最易糊化。

表3 不同品种青稞淀粉颗粒的粒径及糊化性质[66]Table 3 Grain size and gelatinization properties of starch granules in different varieties of hulless barley[66]

热处理是青稞淀粉改性最常见的方式，半熟化能够使谷物淀粉颗粒部分糊化从而改变谷物的理化性质和营养成分，令其更适宜储存或者再加工。在121°C，0.1 MPa 的半熟化处理的过程中，青稞淀粉的值随处理时间的增加而降低，值随处理时间的增加而升高，淀粉颗粒在糊化后发生破碎，粒径更小且更均匀，糊化温度、糊化焓较未处理样品显著降低焓较未处理样品显著降低。研究表明，半熟化处理过程中，青稞淀粉分子链断裂形成短的直链淀粉从而略微增加了直链淀粉含量，由于该过程中淀粉分子链重新排列形成更加有序的结构，具有更强的热稳定性和抗酶水解性，抗性淀粉含量得到一定程度的提高，青稞淀粉整体消化率降低。

糊化特性是青稞淀粉非常重要的理化指标，对青稞淀粉的加工和应用起着决定性作用。青稞淀粉的糊化温度在46.83～79.85 ℃之间，糊化程度最大时，糊化温度无显著性差异。有研究表明，青稞淀粉的糊化易于小麦淀粉，难于荞麦淀粉，具有较强的耐酸碱性，且添加NaCl 可以明显改善青稞淀粉的糊化特性以及冷稳定性。直链淀粉含量不仅对淀粉的糊化特性起着决定性的作用，而且对抗性淀粉的生成率呈显著正相关，与淀粉的回生值和糊化黏度呈正相关，同时也是影响青稞蒸煮食品品质的重要指标。半熟化处理能够提高青稞淀粉糊化温度，降低粘度，通过增加直链淀粉的含量将快消化淀粉一定程度地转化为慢消化淀粉和抗性淀粉，同时，这种加工方式对于风味和香气具有一定程度的改善作用。

3.2 蛋白质的加工与利用

青稞蛋白质的提取主要采用碱溶酸沉法和生物酶法。吴桂玲等发现碱溶酸沉法影响青稞蛋白质提取率的因素依次为pH、料液比、提取时间、提取温度，最佳工艺条件为：料液比1:25（g/mL），pH11，提取温度40 ℃，提取时间20 min，提取率为70.71%。为提高青稞蛋白质的提取率，杨希娟等利用超声波辅助碱溶酸沉法提取蛋白质，该方法提取率达到93.15%。微波同样能够作为碱溶酸沉法的辅助手段，使用该方法提取率可达81.94%，同时对蛋白质的吸水性、吸油性和溶解性均有不同程度的提高，但起泡性有一定程度的降低。生物酶法相对于碱溶酸沉法耗时较长，纯度较低，但反应条件温和，不易产生有害物质，是一种绿色安全的提取方法。李涛利用纤维素酶提取青稞蛋白质的最佳工艺为加酶量10 EGU/g，酶解时间4 h，酶解温度45 ℃，pH 为6.5，该条件下青稞蛋白质提取率为69.4%。

蛋白质的功能特性主要指蛋白质的溶解性、起泡性、凝胶性和乳化性等在食品加工和应用方面具有重要作用的物理化学性质。和小麦蛋白一样，青稞蛋白质的溶解度也受pH 和温度影响。随着pH 的增加，青稞蛋白的溶解度先降低后升高，在45～55 ℃范围内，青稞蛋白的最高溶解度为92.77%；当pH 达到等电点时，溶解度、保留能力、乳化性和起泡性最差，但此时青稞蛋白的泡沫稳定性最强，同时，青稞蛋白的起泡性和泡沫稳定性与分子量成正相关。研究表明，超声处理能够减小蛋白质粒径，从而显著提高溶解度和胶体稳定性，这种提升在碱性条件下尤其显著，并且当pH 从碱性向中性转变时，青稞蛋白胶体稳定性显著提高，原因可能是在碱性环境中，青稞的部分蛋白质展开，随着pH 变化，展开的蛋白质部分重新折叠，形成了更加稳定的特殊状态。此外，盐的添加会使青稞蛋白的乳化性和起泡性变差，而添加蔗糖能够显著增强青稞蛋白的泡沫稳定性、乳化性和乳化稳定性，但会降低青稞蛋白的起泡性。另外有研究表明，当青稞蛋白质浓度为14%，pH 超过8 时，青稞蛋白开始形成凝胶，凝胶在95 ℃加热40 min 条件下硬度最大，且氯化钠、丙二醇或尿素的添加会影响凝胶强度和储能模量。

3.3 β-葡聚糖的加工与利用

青稞-葡聚糖相对分子量为9×10～12×10Da，易形成凝胶，形成速度随质量分数的增加而加快。pH、蔗糖浓度及Ca等的加入，会影响青稞-葡聚糖凝胶的质构特性。在中性条件下，质量分数较高的青稞-葡聚糖所形成的凝胶具有优良的质构特性，添加蔗糖或Ca可以显著增加或降低青稞-葡聚糖的凝胶强度。低浓度的青稞-葡聚糖水溶液表现出明显液态性质，三维网状结构的交联数较低；高浓度则表现出一定的固体性质，随着剪切速率的增加，其黏度相应降低，该特点令其具有较强的保湿能力，在膏霜及化妆水体系中均有广泛应用。青稞-葡聚糖还能降低淀粉消化率，随青稞-葡聚糖浓度的增加、分子质量的增大，其溶液黏度增加，对-淀粉酶活性的抑制效果越明显，青稞淀粉消化速率越慢。

-葡聚糖的提取主要采用碱提醇沉法，由于该法耗时长，提取率低，常用微波、超高压等作为辅助手段以缩短提取时间、提高提取率。罗燕平等采用微波辅助法提取-葡聚糖，最佳工艺条件为：微波功率800 W，处理时间160 s，pH10.5，粉碎粒度60 目，该条件下-葡聚糖的得率为5.92%。王谦等采用超高压提取方法从青稞中提取-葡聚糖，得出最佳工艺为压力400 MPa、处理时间4.5 min、固液比1:10（g/mL）、溶液pH10.5，该条件下–葡聚糖得率为3.72%。

3.4 多酚的加工与利用

多酚的抗氧化活性及抗肿瘤活性往往呈现出剂量依赖性，故多酚的加工利用很大程度上取决于提取率。不同干燥方式对青稞多酚提取率影响显著，在不同干燥方式中，微波干燥的多酚含量最高，但破坏了青稞的细胞结构，减少了其他成分的含量，冷冻干燥效果最佳，但受限于较高的成本难以适用于实际生产，热泵干燥既能较好地保留青稞的化学成分，又能减少对青稞物料的破坏，具有较高的应用价值。另有研究表明，超微粉碎在一定程度上能够提高青稞麸皮中多酚含量、体外抗氧化活性及淀粉消化酶抑制率，可作为青稞麸皮食品的一种有效前处理加工手段。此外，在青稞结合酚与结合黄酮的提取中，酸法提取含量高于碱法提取，因此，酸水解法更适合青稞结合态多酚及结合态黄酮的提取。

4 青稞高附加值产品开发现状

青稞在食品方面的应用具有悠久的历史。糌粑，即青稞炒面，是藏族的传统主食，营养丰富，热量高，能够充饥御寒，携带方便，尤其适合游牧民族。以青稞酿造的青稞酒同样是藏区人民的传统饮品。随着时代变迁以及食品加工技术的发展，目前以青稞为主要原料的食品品类繁多，如青稞麦片粥、米卷、面包、鱼面、脆片、青稞格瓦斯等。人们对青稞的认知度以及市场喜好度提升，也带动了青稞加工企业的蓬勃发展，以青海省为例，2020 年全省从事青稞加工企业58 家，青稞加工产品包含7 大类30 多个品种，开发出-葡聚糖、-氨基丁酸、黄酮等高端保健产品，加工转化率达到60%。

除日常的大众食品外，青稞独特的功能效用也越来越受到保健食品行业的青睐。据统计，目前市面上现有以青稞或青稞提取物作为原料的保健食品有十余种，主要功效包含通便、降血脂、调节体液免疫、增强免疫力以及提高缺氧耐受力等（表4）。

表4 以青稞为主要原料的保健食品Table 4 Health food with hulless barley as the main raw material

5 结语

我国拥有丰富的青稞种植资源，前期研究也证明青稞中丰富的营养成分及多种功能活性物质有着独特的保健功能，因此青稞具有良好的开发前景。然而为了青稞产业的持续发展，我们目前仍需关注以下几点：首先，进一步提高青棵的附加值、经济效益以及商品率，扩大青稞的接受度，大力开发青稞营养、保健、药用和工业等多种用途，向多品种、系列化、精深加工方向发展，满足多样化市场需求，最大限度地挖掘青稞的增值潜力。其次，虽然诸多现代化的加工技术已经在青稞的高值化利用中发挥重要作用，但是还需进一步研究这些加工方式对青稞营养功能成分影响的机制，才能充分发挥青稞的营养功能价值，促进青稞高附加值产品的开发与生产。