小麦糊粉层分离及产品开发研究进展

张尧轩，易文强，张国治*

（1.河南工业大学粮油食品学院，郑州450001；2.郑州久依粮食工程有限公司，郑州450001)

小麦作为主食作物，为全球45 亿人提供约20%的日常热量和蛋白质[1]。 小麦颖果分为胚芽、胚乳和麸皮三部分[2]。小麦中具有生理功效的活性物质并非均匀地分布于整颗谷粒，而是聚集于皮层组织，准确地说对生理健康有益的植物营养素主要聚集于糊粉层中。 小麦粒中糊粉层的重量约占其总重的7%~9%，其中含有大量的营养物质，如蛋白质、脂质、矿物质、B 族维生素、膳食纤维、酚酸类和木酚素等，不含淀粉。 这些营养物质的含量约占小麦总营养物质的60%~70%，，所以它被称为小麦中的“软黄金”，是小麦中的精华所在[3]。

随着现代工业碾磨技术的发展，谷物产品主要由精制小麦粉(WF)组成，而分别占干粒重2.5%的胚芽和25%的麸皮被去除[4]。 因此，WF 缺乏膳食纤维(DF)、 非淀粉多糖和具有多种生理益处的生物活性化合物(如维生素、酚类物质和黄酮类化合物)，小麦粉含有更多高血糖反应的消化淀粉[5]。与精制WF 相比， 经过较少精加工的谷物含有更多难以消化的碳水化合物和生物活性物质，诱导较低的血糖反应，并保留更多可以由肠道微生物群发酵的残留物[6-7]。

1 小麦糊粉层的组成

糊粉层在籽粒中具有保护、转运和介质功能，其中含有大量的细胞壁成分，如膳食纤维(AX、半乳甘露聚糖和阿拉伯半乳聚糖)、健康脂质成分、抗氧化剂(即酚类成分)和矿物质[8]。

此外，糊粉层中富含蛋白质。 Bucsella B 等[9]研究表明，在经过热加工、胚乳分离、糊粉分层离析、糊粉分馏等工艺加工后， 所获得的富糊粉小麦粉的蛋白质含量达到了23%。 与之相比的全麦粉的蛋白质含量约为12%，膳食纤维含量仅为10%;小麦麸的蛋白质含量为15%。 而富糊粉小麦粉的抗氧化物功效，优于小麦麸和全麦粉。在中国慢性病发生率不断上升，以及现代消费者日益重视营养素、健康饮食环境条件下， 富有功能特点的糊粉层产品如今已被广泛研究及开发。

1.1 糊粉层中的膳食纤维

糊粉层中的可溶性膳食纤维比例相对较高，膳食纤维主要包含阿拉伯木聚糖、β-葡聚糖、 纤维素及木质素等。糊粉层的细胞壁主要由阿拉伯木聚糖、β-葡聚糖和蛋白质组成。 另外，糊粉层中的酚类化合物是高度酯化阿拉伯木聚糖(98.5%)，只有极少部分以共轭或游离形式存在，而阿拉伯木聚糖和β-葡聚糖是小麦籽粒内部和营养最相关细胞壁多糖[10]。

研究发现，经过修饰小麦糊粉层的部分结构，可导致饮食诱导的肥胖小鼠的代谢改变， 使其尿液中含有糊粉酮衍生的酚酸和其它植物化学物质[11]。

大量的科学研究也证实了摄入糊粉层中的膳食纤维后，可以很容易让人产生饱腹感，对身体健康好处颇多。 与膳食有关的很多病症可以通过提高膳食纤维的摄取量来进行防治， 且有更多的科学依据可以证实它与人体健康有关，可缓解血糖上升、吸附肠道毒物，从而减少结肠癌发生率、冠心病风险等[12]。

消费者对膳食纤维需求量日渐增加， 更多富含膳食纤维的食品涌现于市场上， 糊粉层成为最有前景的膳食纤维来源。

1.2 糊粉层中的蛋白质

糊粉层中的蛋白质具有较高的赖氨酸含量，必需氨基酸平衡良好，是面筋蛋白质的优良补充原料，营养价值和生理价值都比较高。 采用稀碱可将麸皮中大部分的蛋白质提取出来。张晖等[13]研究发现，麸皮蛋白质含有较多的清蛋白和球蛋白， 其中清蛋白和球蛋白的含量达37.4%， 远比全麦粉含量中的（10%~20%）高，因此其蛋白质无论从营养上还是功能特性上都是比较好的。

Laubin 等[14]研究了一种小麦种子层分析方法，该方法能够使糊粉蛋白从中分离， 特别是对糊粉层的蛋白质组分析， 能够对糊粉层中存在的营养化合物的代谢途径进行生物化学和遗传分析。 能够进一步研究与糊粉层中存在的维生素和健康营养素相关的遗传因素。

1.3 糊粉层中的抗氧化剂

作为糊粉层中的一种抗氧化剂, 酚类物质阿魏酸作用于结肠之中。Nkhata M L 等[15]科学研究表明，食用富含阿魏酰化水的小麦糊粉饮食和麸皮中提取阿拉伯木聚糖， 可以提供一些防止胃肠道氧化损伤的保护作用。通过酶法、碱法水解两种提取方式对小麦麸皮各解剖层中的酚酸含量释放效果影响的研究，结果表明在糊粉层中阿魏酸单体的含量最高，达5.90 mg/g[16]。

木酚素也是有效的抗氧化剂。 它们的多酚结构赋予了其潜在的抗氧化能力， 研究表明大鼠可以代谢木酚素在肠道内生成哺乳类动物木脂素。 喂食年轻大鼠木酚素开环异落叶松树脂酚二葡萄糖苷表明， 木酚素代谢产物肠二醇和肠内酯有很好的抗氧化效果。小麦中的木酚素主要集中在糊粉层，一些研究指出糊粉层中的开环异落叶松树脂酚和马台树脂醇值是全麦淀粉的10 倍，是胚乳淀粉的40 倍，更重要的是， 开环异落叶松树脂酚和马台树脂醇值只占小麦麸皮总木酚素含量的5%， 其它的如丁香脂素则更加丰富，小麦麸皮、尤其是糊粉层是小麦中木酚素的主要来源[17]。

2 小麦糊粉层分离技术

小麦糊粉层营养丰富， 具有极高的保健功能和很好的应用前景。因此，越来越多的小麦加工企业和研究人员尝试将其从小麦籽粒或者从麸皮中分离并加工成产品。

由于糊粉层位于小麦籽粒种皮和胚乳之间,又紧密粘结于种皮, 使得糊粉层与小麦种皮皮层的分离比较困难，极易混入麸皮之中[18]。目前的分离方法主要有干法分离和湿法分离两大类。

2.1 干法分离

仅需要物理和机械过程的干法分离技术已被用于从麦麸中分离小麦糊粉层或糊粉细胞内溶物[19]。这种方法具有更高的效率并且不需要化学预处理和废水处理， 分离过程中主要注重分离物质的功能性而不是其含量大小[20]，因此该方法能够使糊粉层中的营养物质被大量保留。

在干法分离技术中， 脱麸是一种比较简单的获取糊粉层的方法[21]。然而，脱麸需要小麦籽粒作为起始原料，产量和产品纯度较低（40%~60%）[22]。与小麦籽粒相比， 传统面粉工业的主要副产品麦麸具有较高的营养潜力，更适合作为提取糊粉层的起始原料。

Arturo B 等[23]发明了一种从小麦麸皮中干法分离糊粉的方法。 该方法先将小麦麸皮破碎成400~800 μm 的碎皮或者颗粒，然后利用布勒公司生产的球磨机和离心冲击碾磨机进行碾磨， 将糊粉与外壳分离, 然后干燥后进行分离分级或电场分级分离,最终得到了糊粉组分。用该法得到的小麦糊粉，几乎保留了所有的原有活性成分。

Carole A 等[24]研究了软、硬麦在利用布勒公司的MLU-202 磨粉机进行碾磨和手工分离两种条件下得到的糊粉层的性质。 分别将植酸与香豆酸作为糊粉内含物和细胞壁的标志物， 评价碾磨和手工分离糊粉细胞的破碎情况及颗粒大小， 当利用MLU-202 碾磨8~16 min 时，糊粉层的d50<50 μm，粒径小于60 μm（糊粉细胞大小）的糊粉比例可达70%。由于糊粉细胞的破裂， 标示物的含量也随糊粉破裂程度的增大而增加。

许多研究表明，麸皮组织的静电性能不同，是因为受到粒径、组成、微观结构和含水量的影响。 Antoine C 等[25]使用介电谱法对麦麸组织的介电性能进行了观察， 发现糊粉层比电容能力比外果皮和中间层更强。研磨和摩擦充电后的颗粒中，细糊粉颗粒比细麸皮颗粒和粗糊粉颗粒获得更多电荷[26]。HemeryY 等[27]研究了具有不同粒径和水分含量的富含糊粉的级分和富含果皮的级分的静电性质。 他们发现当样品未干燥时， 富含细糊粉的部分表现得像绝缘体，而心包部分表现得像导体。 简而言之，先前的研究表明， 糊粉层和其他麸皮组织表现出明显不同的静电性质，可用于静电分离二者。 最近，静电分离已被证明可有效富集麦麸中的糊粉层[28]。 在使用离心冲击研磨（CIM）过程中，由于弹性塑性和破裂能的不同，外果皮、中间层和糊粉层连续解离。 首先从粗麸皮碎片上剥离外果皮， 同时将糊粉细胞团完全从中间层分离，直到粒径减小到约200 μm。 在细麸皮碎片（100~200 μm）中，糊粉的比例随着粒径的减小，细胞团簇增加。F（120-150）（d50=144 μm）的麸皮碎片在单层中含有超过60%的糊粉层细胞簇，可以通过静电分离进一步精制。

通过引进、 消化、 吸收俄罗斯科学院的科技理论， 我国自主研发了一种纯物理的小麦糊粉层分离技术——旋风涡流微纳米分离技术， 该技术即能完整保留糊粉层的营养成分， 还能去除种皮上的微生物、霉菌、重金属以及农药残留，实现了每3 t 麸皮就能分离出1 t 糊粉层粉(另外2 t 依然可以作饲料)的低成本产业化优势， 形成了具有世界领先水平的自主知识产权[29]。

总之, 干法分离小麦糊粉层的关键在于如何利用糊粉的物理特性，如破碎碾磨后的颗粒大小、静电特性、沉降系数等,将其与非糊粉成分高效分离，实现糊粉营养物质的高效利用。

2.2 湿法分离

所谓湿法分离是相对与干法而言的， 指在糊粉和外壳分离的介质是液态或者分离过程结合液态,与干法分离的本质区别在于其不依赖于剪切、撞击、挤压等高强度的机械作用力， 而是利用生物酶的高效和专一性，酶解小麦麸皮中糊粉层、珠心层等部位的细胞壁或与细胞结合的部位，进而得到糊粉。

利用生物酶解的方法对小麦麸皮中的戊聚糖、阿魏酰低聚糖及膳食纤维进行提取的研究很多。 由于小麦麸皮的结构中包含糊粉层、 透明层、 种皮和横、 纵细胞等一系列的结构， 其主要的成分是纤维素、阿拉伯糖、木聚糖等多糖聚合物，因此在湿法提取糊粉层中的功能性成分时，多使用含有木聚糖酶、葡聚糖酶、 纤维素酶和阿拉伯糖酶中一种或者多种的酶系进行水解，然后利用溶剂提取。

D.I.Rhodes 等[30]研究了小麦糊粉细胞壁中蛋白质组成。 研究表明糊粉细胞壁中的蛋白质含量(约1%)较胚乳细胞高两倍，而且组成全面。 这些蛋白质在通过酯键与细胞壁多聚物交联的同时，与葡聚糖、阿拉伯聚糖、香豆酸交联，这些交联与糊粉层的韧性有关，为糊粉层的酶法水解提供帮助。

Arturo B[23]研究了一种酶法辅助湿法分离工艺。将初步破碎后的麦麸利用了阿拉伯木聚糖酶和木聚糖内切酶等进行水解，使层间的粘附性降低，然后通过湿法冲击来对糊粉层进行分离， 干燥后采用气流分级或静电场对糊粉层进行富集。

采用湿法分离工艺对糊粉层进行分离， 可能会导致糊粉层中的水溶性营养成分如B 族维生素、矿物质及蛋白等损失。 这些水溶性营养组分在湿法加工过程中势必将大量流失。 同时，无论是有机溶剂、酸、碱溶液还是酶介质溶液，都需进行污水处理。 对于溶液参与的工艺来讲，所获产品均需干燥处理，消耗大量的蒸汽能。 这些不可避免的缺陷都将限制湿法加工技术在麦麸糊粉层加工中的应用和推广，这也是传统提取工艺（酶法、酸、碱法）不适合糊粉层加工的一个重要原因[31]。

3 小麦糊粉层产品

小麦糊粉层营养成分丰富， 其与小麦粉等其他原辅料按比例、采用不同方式制作食品，具有很大的发展空间，目前有很多相关的产品研究。

中国农业科学院发明了一种小麦糊粉层粉的改性的方法，通过对糊粉层粉进行改性，可有效地提高其中交联蛋白的含量，提高产品可溶性纤维的含量，使糊粉层粉与小麦粉混合后进一步加工时， 在糊粉层量较多的情况下也不会对面筋网络的形成产生明显不利的影响[32]。

李军辉等在饼干面团中添加小麦糊粉层细粉，可改良面团的加工性能，提高产品的酥松程度，赋予其新的营养特性，使饼干口感酥松、美味可口。 其面粉和糊粉层细粉的配比试验研究结果中， 确定糊粉层细粉的适宜添加量为20%[33]。

陈志成等利用小麦糊粉和小麦胚芽， 并用藕粉和海藻酸钠作为凝胶和透明剂， 开发营养型人造大米，将其添加到普通大米中，不仅增加大米的营养，更重要的是改善大米的色香味， 满足消费者膳食营养的需要[34]。

南京林业大学研发了一种小麦糊粉层阿拉伯木聚糖降血糖速溶茶及其制备方法， 其重量份数组成如下：小麦糊粉层阿拉伯木聚糖90~95 份、大麦糊粉层阿拉伯木聚糖9~10 份、 青稞糊粉层阿拉伯木聚糖6~7 份、啤酒花提取物7~8 份、橘皮提取物8~9份、普洱茶提取物40~45 份。 通过此方法制备的小麦糊粉层降血糖速溶茶口感好， 具有速溶茶的浓郁香味，能非常有效地辅助降血糖，安全无副作用，适合的受用人群广泛[35]。

4 总结

许多流行病学研究证明了全麦谷物产品对消费者健康的有益影响[36]。此外，有关研究表明经常食用富含膳食纤维和全谷物食品的人患心血管疾病[37]、肥胖症[38]、Ⅱ型糖尿病和某些癌症的风险降低[39]。 糊粉层中膳食纤维浓度较高， 把丰富膳食纤维加入到如今的食物体系中， 既能大幅度提高麦麸的综合应用价值，同时又能提高产品的营养价值。糊粉层是符合国际低血糖指标的(GI 值仅为53.7)食物原料，其中含有约20%的戊聚糖。可有效地缓解便秘情况，并能够将代谢生成的有毒有害物质和易致癌物质从体内排出[40]。

小麦糊粉层是全球认可的最好全谷类食物中，可以高效抵御慢性病症的营养保健食物， 在欧美国家和西方国家非常受欢迎。 使用小麦糊粉层研制符合国人消费习惯的全营养中式美食， 有助于延长小麦产业链,其食用群体范围广、市场潜力巨大。