皮燕麦壳粉的营养品质评价及混粉面团特性分析

张美莉，李影，白雪，邵婷婷，牛文政，谭艳琴，张国强*

（1.内蒙古农业大学食品科学与工程学院，内蒙古 呼和浩特 010018；2.内蒙古伊泰生态农业有限公司，内蒙古 满洲里 021400）

燕麦属于世界性栽培农作物。燕麦品种主要分为皮燕麦与裸燕麦两大类[1]。皮燕麦带稃型，裸燕麦为裸粒型，我国燕麦种植多为裸燕麦，而国外主要种植皮燕麦，皮燕麦的品质特性决定其更适合于燕麦片的加工。燕麦壳作为皮燕麦加工的主要副产物，质量占整个谷物的25%～35%[2]，含有丰富的木质纤维素和半纤维素[3]。皮燕麦壳不仅可以作为动物饲料或者工业溶剂的生产原料[4-7]，也可以是高膳食纤维食物的一种成分[8]。Ndou等[9]研究表明生长猪日粮中添加皮燕麦壳会改变胃肠道发育以及微生物群落的组成和功能。但由于口感粗糙、食用品质差，皮燕麦壳的利用率较低。

在食品工业中，粉碎是一个重要的过程，粉碎的粒径决定了最终产品的性质[10-11]。在富含膳食纤维的谷物中，微粉碎可以提高颗粒的吸水性和溶解度，改善口感[12]。研究表明，膳食纤维的添加会影响面团性质。王苏闽等[13]研究了大豆豆皮膳食纤维和麦麸膳食纤维对面团吸水率、面团形成时间、拉伸比值等的影响，研究发现当添加1%～2%的豆皮膳食纤维和1%～4%的麦麸膳食纤维时，能起到改良面团流变学特性的作用。Sudha等[14]研究了小麦、大米、燕麦和大麦等不同谷类膳食纤维对面团性质的影响，发现膳食纤维的添加会使面团的含水量增加，面团的形成时间延长。然而，将皮燕麦壳应用于改良面团特性的研究较少。

本试验将皮燕麦壳进行微粉碎处理，测定其营养功能成分，再将其添加到小麦粉中，考察混粉面团特性，旨在对皮燕麦副产物进行高值化研究开发，为将皮燕麦副产物应用于饼干等焙烤食品及其工业化生产提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

皮燕麦壳：内蒙古伊泰生态农业有限公司，皮燕麦壳经除杂、微粉碎后过150目筛，-20℃冷藏备用；低筋小麦粉：市售；脂肪酸混合标准品、氨基酸混合标准品：美国Sigma公司；乙醚、浓硫酸、过氧化氢、无水硫酸钠（均为分析纯）：国药集团化学试剂有限公司；盐酸、高氯酸（均为分析纯）：莱阳市康德化工有限公司；L-抗坏血酸、香草醛、苯酚、没食子酸、芸香叶苷（均为分析纯）：上海麦克林生化科技有限公司。

1.2 仪器与设备

Thermo Scientific高效液相色谱仪、Xseries2电感耦合等离子质谱仪：美国Thermo公司；TAS-990原子吸收分光光度计：北京普析通用仪器有限责任公司；AF-610C原子荧光光谱仪：北京瑞利分析仪器有限公司；JFZD300型粉质仪、JMLD150型拉伸仪：北京东孚久恒仪器技术有限公司；PLS新型超微粉碎机：济南普莱申机械设备有限公司；XL-20B1000 g密闭型摇摆式粉碎机：广东旭朗机械设备有限公司；UV2300Ⅱ系列双光束紫外可见分光光度计：上海天美科学仪器有限公司；SZC-C脂肪测定仪：上海纤检仪器有限公司；K-9860全自动凯氏定氮仪：海能未来技术集团股份有限公司。

1.3 皮燕麦壳营养及活性物质成分的测定

蛋白质：参照GB 5009.5—2016《食品安全国家标准食品中蛋白质的测定》中凯氏定氮法测定。脂肪：参照GB 5009.6—2016《食品安全国家标准食品中脂肪的测定》中索氏抽提法测定。灰分：参照GB 5009.4—2016《食品安全国家标准食品中灰分的测定》中总灰分测定法。水分：参照GB 5009.3—2016《食品安全国家标准食品中水分的测定》中直接干燥法测定。总膳食纤维、可溶性膳食纤维、不可溶性膳食纤维：参照GB 5009.88—2014《食品安全国家标准食品中膳食纤维的测定》测定。β-葡聚糖：采用爱尔兰Megazyme混联β-葡聚糖测试试剂盒，按照AACC 32-23.01测定。多酚：参照卢宇[15]的没食子酸比色法测定多酚。皂苷：参照徐晓敏[16]的香草醛-高氯酸法测定皂苷。黄酮：参照闫超[17]的芦丁标准物法测定黄酮。维生素A、维生素E：参照GB 5009.82—2016《食品安全国家标准食品中维生素A、D、E的测定》测定。维生素B1、维生素B2和维生素B6：分别参照GB 5009.84—2016《食品安全国家标准食品中维生素B1的测定》中荧光分光光度法、GB 5009.85—2016《食品安全国家标准食品中维生素B2的测定》中荧光分光光度法和GB 5009.154—2016《食品安全国家标准食品中维生素B6的测定》中高效液相色谱法测定。黄曲霉毒素B1：参照GB 5009.22—2016《食品安全国家标准食品中黄曲霉毒素B族和G族的测定》中高效液相色谱-柱前衍生法测定。矿物质：参照冯利芳等[18]的方法测定。钾、镁、钙、钠、铁、锌、铜和锰元素利用原子吸收分光光度计进行测定，磷元素利用紫外可见分光光度计进行测定，硒元素利用原子荧光光谱仪进行测定，钴和铬利用电感耦合等离子质谱仪进行测定。氨基酸：参照GB 5009.124—2016《食品安全国家标准食品中氨基酸的测定》中的方法测定。酯类、脂肪酸：参照GB 5009.168—2016《食品安全国家标准食品中脂肪酸的测定》中的归一化法测定。

1.4 皮燕麦壳粉-小麦粉混粉面团粉质特性的测定

参照GB/T 14614—2019《粮油检验小麦粉面团流变学特性测试粉质仪法》测定粉质参数。在小麦粉中分别添加0、10%、20%、30%、40%和50%的皮燕麦壳粉。在程序软件的测试参数窗口输入样品的水分含量，根据程序软件窗口显示的面粉质量，称取皮燕麦壳粉-小麦粉混粉样品300 g，倒入揉面钵中，启动仪器，面粉开始预混，1 min后控制在10 s左右加入适量蒸馏水，观察面粉粉质曲线的变化趋势。当曲线最高峰在（500±20）FU的范围内时数据准确，反之重复以上操作，校正加水量。平行3次试验，取平均值。

1.5 皮燕麦壳粉-小麦粉混粉面团拉伸特性的测定

参照GB/T 14615—2019《粮油检验小麦粉面团流变学特性测试拉伸仪法》测定面团拉伸特性。称取混粉样品300 g，和成面团并平均分成3份，在拉伸仪揉球机上揉5 min，置于搓条机上搓条，再将条状面团置于容器中醒面45 min，运行拉伸程序，观察拉伸特性曲线。平行3次试验，取平均值。

1.6 数据处理

采用Microsoft Excel和SPSS 19.0进行统计分析。其中，显著性分析采用Duncan检验。

2 结果与分析

2.1 皮燕麦壳营养品质评价

2.1.1 常规营养成分及活性成分分析

皮燕麦壳常规营养及活性成分测定结果如表1所示。

表1 皮燕麦壳常规营养成分、活性成分含量Table 1 Contents of routine nutrient and active components of oat hulls

由表1可以看出，皮燕麦壳的总膳食纤维含量高达75.74%，以不可溶性膳食纤维为主（含量55.84%），约为可溶性膳食纤维（17.15%）的3倍，这与Welch等[19]得出的研究结果一致。皮燕麦壳含蛋白质5.63%，灰分7.42%，水分5.07%。脂肪含量极低，仅为0.27%。

皮燕麦壳含有β-葡聚糖、多酚、黄酮、皂苷等多种生物活性物质。皮燕麦壳中β-葡聚糖含量为15.22%，高于裸燕麦麸皮中的β-葡聚糖含量（11.02%）[20]。多酚含量为338.09 mg/100 g，皂苷含量为250.54 mg/100 g，黄酮含量为10.84 mg/100 g。研究显示燕麦皂苷具有优良的抗癌活性[21]；β-葡聚糖具有调节血糖、免疫等生理功能[22]。由此可见，皮燕麦壳营养及生物活性物质丰富，是一种优良的原料，将其添加到食品中，对健康有益。

2.1.2 维生素及黄曲霉毒素B1测定结果与分析

皮燕麦壳中维生素和黄曲霉毒素B1含量的测定结果见表2。

表2 皮燕麦壳维生素和黄曲霉毒素B1含量Table 2 Contents of vitamin and aflatoxin B1of oat hulls

维生素是维持人体正常生理功能必需的一类低分子有机化合物。由表2可知，皮燕麦壳中维生素E（0.09 mg/100 g）和维生素B1（0.08 mg/100 g）含量较低，而维生素B2和维生素B6含量较高，分别是糙米的18倍和5倍[23]。维生素B2缺乏会导致口角裂开、口腔溃疡等；维生素B6参与体内多种代谢功能，缺乏会导致脂溢性皮炎和口唇干裂等，可以通过食用富含维生素B2和维生素B6的食物来预防口腔溃疡和口唇干裂等。皮燕麦壳未检出黄曲霉毒素B1。

2.1.3 矿物质及重金属含量分析

皮燕麦壳矿物质及重金属含量见表3。

表3 皮燕麦壳矿物质及重金属含量Table 3 Contents of minerals and heavy metals in oat hulls

由表3可知，皮燕麦壳中的矿物质较为丰富，其中铁、锰、锌、钠元素含量均高于糙米，镁元素含量低于糙米[23]。皮燕麦壳中钾元素含量是甜荞米的1.47倍，是裸燕麦米的1.98倍[18]。我国18岁～50岁成人钾的适宜摄入量（adequate intake，AI）为 2 000 mg/d，我国 2022 版膳食指南推荐每天摄入200 g～300 g谷类，若每日摄入300 g皮燕麦壳，相当于钾的摄入量为1 650 mg/d，可见皮燕麦壳可以作为日常膳食钾的良好来源。本研究也检测了重金属汞（1.82 μg/kg）和镉（＜0.01 μg/kg）等，含量远低于GB 2762—2017《食品安全国家标准食品中污染物限量》中谷物重金属的最高允许残留限量。

2.1.4 氨基酸、脂肪酸及酯类物质含量分析

2.1.4.1 氨基酸含量分析

皮燕麦壳氨基酸测定结果如表4所示。

表4 皮燕麦壳的氨基酸组成及含量Table 4 Amino acid composition and content of oat hulls %

由表4可知，皮燕麦壳中共检测到17种氨基酸，其氨基酸总和为4.56%。含量最高的是谷氨酸，约占0.90%，蛋氨酸含量最低，仅为0.03%。皮燕麦壳中还含有亮氨酸、苏氨酸、缬氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸和赖氨酸6种人体必需氨基酸，其中亮氨酸含量较高为0.37%，其他5种含量分别为0.19%、0.27%、0.18%、0.26%、0.26%，皮燕麦壳中还含有婴幼儿必需氨基酸——组氨酸与精氨酸，其含量分别为0.10%、0.29%，8种必需氨基酸总和为1.92%，占氨基酸总量的42.11%。燕麦麸皮必需氨基酸占氨基酸总量的34.32%，若按照联合国粮农组织（Food and Agriculture Organization，FAO）/世界卫生组织（World Health Organization，WHO）推荐值（36%）为评价依据，则皮燕麦壳高于燕麦麸皮，说明皮燕麦壳的氨基酸组成与FAO/WHO推荐的氨基酸模式较一致。

皮燕麦壳中含量最高的谷氨酸具有提高记忆力和护肝等功效[24]，天门冬氨酸含量也较高，不仅对心肌有保护作用，而且还可以增强肝脏功能，消除疲劳[25]。人体必需氨基酸中含量最高的亮氨酸对伤口、骨头等有良好的愈合作用，还可降低血液中的血糖值[26]。组氨酸与精氨酸作为婴儿必需氨基酸，对婴儿生长发育有不可替代的作用[27]。

2.1.4.2 脂肪酸与酯类物质含量分析

皮燕麦壳脂肪酸与酯类物质测定结果如表5所示。

表5 皮燕麦壳脂肪酸与酯类组成及相对含量Table 5 Composition and relative content of oat hulls esters and fatty acids %

由表5可知，皮燕麦壳中检测出6种脂肪酸，根据相对含量由高至低的顺序为亚油酸、棕榈酸、α-亚麻酸、硬脂酸、山嵛酸和二十四碳酸。亚油酸相对含量最高，为42.09%，是燕麦麸皮中亚油酸含量（31.38%）的1.34倍，与米糠中亚油酸含量（42.10%）接近[28]。亚油酸具有抗肿瘤、预防糖尿病、增强胃肠功能、调节机体免疫力以及预防肥胖等生理功能[29]。

皮燕麦壳中棕榈酸相对含量为20.87%，高于燕麦麸皮（17.28%）和米糠（14.09%）[28]。棕榈酸是一种饱和脂肪酸，对肥胖、糖尿病和心血管疾病等脂质代谢相关疾病的发展有重要作用[30]。皮燕麦壳中α-亚麻酸相对含量为3.07%，其相对含量是燕麦（0.79%）的3.89倍、燕麦麸皮（0.96%）的3.20倍、米糠（1.38%）的2.22倍[28]。α-亚麻酸具有促进幼儿生长、抗凝血性、解决心脏方面问题等作用[31]。

皮燕麦壳包含3种酯类，分别是顺-9-油酸甲酯、反-9-十八碳一烯酸甲酯和十七碳烯酸甲酯。相对含量最高的为顺-9-油酸甲酯，达21.76%，反-9-十八碳一烯酸甲酯和十七碳烯酸甲酯含量较低，分别为0.97%、0.95%。

2.2 皮燕麦壳粉-小麦粉混粉面团粉质特性分析

皮燕麦壳粉添加量对面团粉质特性的影响见表6。

表6 皮燕麦壳粉添加量对面团粉质特性的影响Table 6 Effect of oat hulls powder addition on dough quality characteristics

由表6可以看出，随着皮燕麦壳粉添加量的增加，吸水率、面团形成时间和弱化度均逐渐增大，稳定时间逐渐缩短。当皮燕麦壳粉添加量达到50%时，吸水率最大，为71.50%，这可能是皮燕麦壳含有大量膳食纤维，具有良好的吸水性所致，这与王斌等[32]研究结果一致。面团形成时间逐渐延长，可能是由于皮燕麦壳不含面筋蛋白，添加量越大导致面团面筋含量越低而难以形成面团。稳定时间在皮燕麦壳粉添加50%时只有1.30 min，随着皮燕麦壳粉的添加量增加，面团越不易形成，稳定时间也越短。弱化度反映的是面筋强弱程度，皮燕麦壳粉添加量为50%时，弱化度逐渐增大到139.00 BU，面筋强度随之越弱，面团加工性能越差。综上可知，若要面团性质良好，皮燕麦壳粉添加量应不超过40%。

2.3 皮燕麦壳粉-小麦粉混粉面团拉伸性能分析

皮燕麦壳粉添加量对面团拉伸性能的影响见表7。

表7 皮燕麦壳粉添加量对面团拉伸性能的影响Table 7 Effect of oat hulls powder on tensile properties of dough

由表7可以看出，随着皮燕麦壳粉添加量的增加，拉伸阻力、最大拉伸阻力、延伸度、拉伸比值、拉伸能量均逐渐降低。拉伸阻力表征面团的强度，其值越大表示面团越硬。最大拉伸阻力表征面团韧性的好坏。随着皮燕麦壳粉添加量的增加，面团拉伸阻力和最大拉伸阻力均逐渐降低，在添加量为0时，面团拉伸阻力和最大拉伸阻力最大，添加量为50%时最低。延伸度指面团的拉伸长度，表示面团的延展性和可塑性。延展性好的面团筋力强而不易断裂。当皮燕麦壳粉的添加量分别为20%、30%和40%时，延伸度无显著性差异（p>0.05）。拉伸比值表示拉伸阻力与面团拉伸长度的关系，可以在合适的范围内综合判断面粉品质。当皮燕麦壳粉添加量为40%和50%时，拉伸比值无显著性差异（p>0.05）。皮燕麦壳粉的添加逐渐稀释了小麦粉中的面筋含量，当添加量为10%时，各项指标变化较小，当添加量达到50%时，各项指标急剧下降，且可以看出面团较散，应用性差，这与张园园[33]的研究结果相似。所以，皮燕麦壳粉的添加量不宜超过40%，否则难以形成面团或性能变差。

3 结论

对微粉碎后的皮燕麦壳粉进行品质评价的结果表明，皮燕麦壳总膳食纤维高达75.74%，可溶性膳食纤维、不可溶性膳食纤维分别为17.15%、55.84%，β-葡聚糖含量为15.22%；蛋白质含量为5.63%，脂肪含量仅为0.27%，灰分含量为7.42%，水分含量为5.07%；功能性成分多酚含量为338.09 mg/100 g，皂苷含量为250.54 mg/100 g。皮燕麦壳中维生素B2和维生素B6含量较高，铁、锰、锌、钠和镁元素含量丰富，黄曲霉毒素B1未检出。皮燕麦壳中共检测到17种氨基酸，其氨基酸总和为4.56%，谷氨酸含量最高，为0.90%；6种人体必需氨基酸含量在0.18%～0.37%；从皮燕麦壳中共检测出6种脂肪酸与3种酯类，亚油酸相对含量高达42.09%。

试验结果表明，随着皮燕麦壳粉添加量的增加，对小麦面团的稀释作用增强，吸水率、面团形成时间和弱化度均随之增大，稳定时间逐渐降低；拉伸阻力、最大拉伸阻力、延伸度、拉伸比值、拉伸能量均逐渐降低，面团加工性能变差。综合皮燕麦壳的营养价值，面团中皮燕麦壳粉的最大添加量不宜超过40%。