麦麸膳食纤维在食品中应用的研究进展

朱卫华，陈绍华

（1.山西大同大学 化学与化工学院，山西 大同 037009；2.河南工业大学粮油食品学院，河南 郑州 450001）

小麦（triticum）作为世界许多国家和地区主要的主食谷物之一，在五大洲包括100 多个国家均有种植，其中欧洲、印度以及我国是小麦的主要产区。我国小麦生产和消费总体稳步增长，已经成为人们生活和饮食中不可或缺的组成部分。麦麸是小麦加工的主要副产品，是小麦籽粒的最外层结构，通常占谷物质量的15%～20%。2020 年我国麦麸的年产量为3 200 万t[1]。麦麸的主要成分包括纤维素（32.1%）、半纤维素（29.2%）、木质素（16.4%）和提取物（22.3%）。麦麸的化学成分见表1[2]。

表1 麦麸的化学成分Table 1 Chemical composition of wheat bran

从表1 可以看出，麸皮中的蛋白质和矿物质等化学成分更加集中，其中包括人体必需的氨基酸[3]。研究表明，麦麸具有较高的营养价值，除含有丰富的膳食纤维、蛋白质、矿物质、维生素等营养成分外，还含有阿魏酸、阿拉伯木聚糖（arabinoxylan，AX）、植酸等大量植物活性物质，与降低肥胖、心血管疾病、2 型糖尿病以及结肠癌的发生等生理功能存在密切关系，是功能性食品的优良原料。然而，我国麦麸85%以上仅用于酿造和饲料工业，其潜在价值未得到充分开发与利用，研究其营养成分和功能性成分的提取及应用，对于提高副产品麦麸的深加工和高值化利用具有重大意义。

联合国粮食及农业组织（Food and Agriculture Organization of The United Nations） 发布的纤维食品指南规定，健康人的日常饮食中应含有30～50 g/d（干重）的纤维素。在许多国家，人们的纤维摄入量严重不足。在我国，人均膳食纤维的实际每日摄入量仅为14 g 左右。随着食品加工水平的提高，膳食纤维的摄入量逐渐减少。麦麸是一种很好的膳食纤维补充剂，该膳食纤维在人体生理功能的许多方面都具有优异的性能，它主要致力于预防心血管疾病、胃肠道健康以及调节糖脂代谢[4]。

本文综述麦麸中膳食纤维的生理作用。同时，总结添加麦麸或全谷物面粉对各种谷物食品的影响，以及改善不利影响的措施，有助于麦麸作为膳食纤维补充剂在食品工业中的进一步应用。

1 麦麸中的膳食纤维

膳食纤维是植物的可食用部分或类似碳水化合物，在大肠中完全或部分发酵，在人体小肠中不易消化和吸收，包括多糖、低聚糖、木质素和相关的植物物质。然而，膳食纤维能够在结肠中发酵生成短链脂肪酸。麦麸中总膳食纤维（total dietary fiber，TDF）的总量约占其总质量的50%以上，其中90%以上是不溶性膳食纤维（insoluble dietary fiber，IDF）。

1.1 纤维素和木质素

纤维素作为IDF 形成了大多数植物的细胞壁。纤维素是IDF 的主要成分，也是自然界中含量最丰富的天然聚合物。作为与1，4-位相连的β-D-葡萄糖分子的线性聚合物，它不容易在人体系统中消化。纤维素是麦麸中最丰富的成分，也是麦麸综合利用的关键之一，但其降解较为困难。纤维素不溶于水、稀酸和稀碱，不溶性使其在食品工业中没有得到充分利用。加工麦麸中的纤维素可以提高其综合利用效率，创造更高的经济价值，对食品工业具有重要意义。为此，已经有许多关于通过物理、化学和酶法将纤维素糖化以生产木糖、阿拉伯糖和葡萄糖等小分子糖的研究[5]。基于纤维素的酶处理，从纤维素中生产生物乙醇被认为是一种可行的能源利用方式。另一方面，可降解、高性能复合膜和纳米纤维的生产是当前的研究热点[6]。木质素是TDF 的重要组成部分，它能够使纤维疏水，以抵抗小肠和大肠中的酶分解和细菌分解。然而，当食用麦麸时，木质素可能会对味道产生不良影响。木质素的主要成分是多功能酚与醚和酯键的聚合，这些酚与细胞壁中的纤维素紧密结合并渗透到细胞壁中，形成硬基质。

研究表明，膳食纤维虽不能被人体消化吸收，但其仍然具有多种生理功能。例如，可以抑制人体胆固醇的吸收[7]、维持人体正常的血糖平衡[8]、降低血脂[9]、控制体重[10]、预防高血脂以及高血压等疾病的发生[11]；肠道中的有益细菌还可以分解麦麸中的膳食纤维，生成短链挥发性脂肪酸（包括乙酸、丁酸等）。这些脂肪酸可以降低pH 值、抑制肠道中致病菌的生长、减少致癌物的产生，从而减少肠道癌的发生[12]。

1.2 阿拉伯木聚糖

阿拉伯木聚糖是位于小麦细胞壁上的主要非淀粉多糖，根据溶解度可分为两类：水溶性阿拉伯木聚糖和水不溶性阿拉伯木聚糖[13]，这种差异可能与多糖链的取代度以及AX 在麦麸中的分布有关。AX 通常由β-（1，4）连接的木糖基单元的线性骨架组成。阿拉伯呋喃糖通过α 键连接，其中一些残基被A-L-阿拉伯呋喃酰基残基（阿拉伯糖）取代，阿魏酸在阿拉伯糖中通过酯连接。AX 的结构通常决定其理化作用、发酵过程和肠道菌群的调节。由于小麦品种不同，AX 的组成和结构存在差异，主要体现在分子量、阿拉伯糖/木糖比和阿魏酸含量的差异。AX 的结构特征决定了其物理和化学性质，如黏度、剪切稀化行为和凝胶能力，这些特性会影响面团的流变性和最终产品的质量，尤其是烘焙产品。

阿拉伯木聚糖具有益生元，可以起到降血糖、降血脂、治疗肥胖作用以及提高免疫、抗氧化、抗肿瘤等作用[14]。阿拉伯木聚糖的分子量较大，分支结构多，具有持水力强，溶液黏度高特性[15]。目前，对于阿拉伯木聚糖主要研究集中在生理活性、加工特性、以及提取等方面。为了研究阿拉伯木聚糖对水包油乳液的物理和氧化稳定性的影响，Li 等[16]将小麦麸皮、玉米麸皮、米糠或黑麦麸皮中的AX 掺入乳清蛋白分离物稳定乳液的生产中。ζ 电位和粒径测量结果表明，在所有含0.1%～0.5% AX 的新鲜乳液中，界面电荷减少，平均粒径增加，表明AX 吸附在油滴上。在黑暗中储存了14 d后，在所有乳液中均未观察到相分离现象。分光光度检测表明，所有AX 均降低了乳状液中的过氧化值和硫代巴比妥酸反应物质浓度。因此，AX 有可能用作乳液中的天然界面抗氧化剂。

1.3 β-葡聚糖

β-葡聚糖是一种可溶性膳食纤维，是调节人类健康的功能因子。在小麦中的含量通常占到0.5%～1.5%，低于大麦和燕麦的含量。β-葡聚糖主要存在于小麦的糊粉层和亚糊精层中，经过碾磨等一系列操作后，被收集到麸皮中（2.5%～3.0%）。

谷物中的β-D-葡聚糖是对人类健康有益的活性成分，已被证明具有抗氧化、抗癌和心血管疾病预防等作用[17]。此外，从麦麸中提取可溶性膳食纤维（soluble dietary fiber，SDF）后，它可以用作食品中的增稠剂和粘合剂，从而保持凝胶和乳液的稳定性[18]。

2 麦麸膳食纤维的生理功能

麦麸对人体有良好生理作用的原因是存在2 种生理活性物质：活性多糖和酚类化合物（酚酸、黄酮、木脂素等）。膳食纤维主要与人体消化和胃肠功能有关。酚类化合物主要具有抗氧化和抗癌作用。值得注意的是，膳食纤维只有与其他全谷物成分结合才能最有效地预防疾病，其可以调节肠道菌群、降低血胆固醇水平、降低血糖反应和胰岛素水平[19]。

2.1 麦麸膳食纤维对血脂和肥胖的影响

超重和肥胖已成为人类社会日益严重的问题。血液中过多的血脂或胆固醇会带来一系列并发症，如动脉粥样硬化、心血管疾病，甚至慢性肾病。关于麦麸摄入对人体血脂水平和体重的影响，已经进行了大量研究[7]。膳食纤维摄入与肥胖之间存在反比关系，这与饱腹感增加、能量摄入减少以及粪便能量损失增加有关。然而，关于麦麸摄入量与血脂水平之间关系的结论较为复杂，同时，对于麦麸摄入是否对血脂水平和胆固醇水平有积极影响，目前存在不同的看法[20]。

学者们认为，麦麸中的β-葡聚糖是调节血脂的谷物产品的重要组成部分。作为一种可溶性膳食纤维，葡聚糖在肠道中的黏度被认为是主要因素。β-葡聚糖调节身体脂质主要是因为β-葡聚糖抑制身体对胆汁酸的吸收，并与小肠中的胆汁酸结合，从而影响胆固醇的合成。通过食用β-葡聚糖，胆汁酸和胆固醇的排泄会增加。此外，β-葡聚糖可以降低人体胰岛素浓度，改善胰岛素抵抗，进而减少胆固醇的合成。然而，麦麸的含量在所有谷物中并不占优势。Hui 等[21]在网络荟萃分析中分析了不同谷物对血脂的调节。结果表明，与富含β-葡聚糖的燕麦和燕麦麸相比，小麦麸对血脂的调节作用不明显。

此外，小麦纤维中的AX、麦麸油中的多不饱和脂肪酸和植物甾醇也对身体的胆固醇合成和血脂水平有抑制作用。这些与胆汁酸的代谢以及胆汁酸和胆固醇的排泄有关[22]。

2.2 2 型糖尿病的血糖调节与治疗

研究表明，在调节血糖的过程中，机体内往往伴随着血脂的调节。糖脂代谢通常同时发生，都是代谢综合征在人体内的表现，具有相似的发病机制，这些影响可能与膳食纤维的物理化学性质有关。膳食纤维的摄入将减缓胃排空和葡萄糖吸收，同时改善饱腹感。大量研究已经证明麦麸及其阿拉伯木聚糖和β-葡聚糖对血糖调节的生理作用[23]。β-葡聚糖对血糖的影响与胃排空时间和胰岛素水平密切相关。β-葡聚糖的降血糖活性与肝脏胰岛素抵抗和肠道菌群有关。关于进一步的机制表明钠-葡萄糖转运体1、肝脏中PEPCK 的表达和JNK 信号传导是至关重要的因素。

同样，AX 可以调节人体餐后血糖水平。已经证明富含AX 的纤维可以显著改善2 型糖尿病患者的血糖水平。Lu 等[24]研究发现每天补充15 g 富含AX 的纤维可以显著改善2 型糖尿病患者的血糖，餐后血糖、胰岛素、甘油三酯均得到改善[25]。AX 可以改善身体的葡萄糖耐受性，这与改善胰岛素敏感性和肠道菌群发酵有关[26]。关于AX 对2 型糖尿病的作用机制，Nie 等[27]通过代谢组学分析分析了21 种与其相关的代谢物，揭示了AX 在缓解2 型糖尿病中的作用。阿拉伯木聚糖处理显著改善了三羟酸循环（tricarboxylic acid cycle，TCA）、色氨酸代谢、脂质和酮体代谢等生理代谢过程。

2.3 心血管疾病和冠心病

随着人们生活水平的不断提高，世界范围内心血管疾病的发病率逐渐上升，并呈现年轻化趋势。高密度脂蛋白胆固醇、甘油三酯水平与冠心病之间存在强烈相关性。由于膳食纤维对调节血脂和血清胆固醇有积极作用，因此摄入麦麸可以降低心血管疾病风险，降低冠心病发病率。

研究表明，长期摄入谷物纤维可以降低患心血管疾病和冠心病的风险。许多研究人员针对不同年龄组和不同性别进行了大量相关研究[28-29]。Jensen 等[30]对40～75 岁的健康男性进行了为期7 年的记录实验。通过分析冠心病的发病率，证明了全谷物饮食与冠心病之间的有益关系。有研究通过记录实验对健康女性和老年人进行冠心病监测实验，证实了高纤维摄入可降低冠心病的风险[31]。

2.4 肠道细菌与肠道健康

在现代社会，不规律的饮食、不合理的营养结构和不健康的生活方式等各种问题导致胃肠道疾病更为常见。食用膳食纤维可以促进胃肠运动，从而缓解便秘问题。此外，膳食纤维在结肠中的发酵对影响微生物组成和繁殖以及维持肠道内稳态具有积极作用。

粪便是人体产生的代谢废物。粪便是否正常是衡量肠道健康的重要指标之一。已经证明，小麦膳食纤维（主要是麦麸膳食纤维）可以改善肠道功能[32]。

肠道健康与肠道菌群密切相关。肠道菌群由大约2 000 种不同的细菌组成，数以百万计，它们存在于胃肠道中，在调节宿主的生理过程中发挥着重要作用。据报道，麸皮中的膳食纤维有助于细菌的增殖和发酵，进而促进肠道健康，麸皮纤维可增加结肠粪便中的β-葡萄糖苷酶活性、脲酶活性和短链脂肪酸浓度[33]。膳食纤维在肠道中的发酵促进了结肠有益菌落的增殖，维持了肠道生态环境，极大地促进了宿主的健康。合理的营养比例和饮食多样性对肠道健康同样重要。

短链脂肪酸是防止结肠癌的关键物质。除了增加粪便，短链脂肪酸（尤其是丁酸）的产量增加也是预防结肠癌的另一个原因。饲喂膳食纤维后，粪便中的次生胆汁酸浓度和粪便的致突变活性显著降低，而短链脂肪酸浓度升高。麦麸中的化学活性物质对结肠癌的预防和治疗也很重要[34]。

3 麦麸在面食和烘焙食品中的应用与改进

作为小麦的副产品，麦麸中的膳食纤维成分具有良好的利用潜力。小麦副产品将转化为具有高商业价值的食品补充剂。在过去几年中，麦麸在食品和饲料行业的使用量显著增加，这是实现资源再利用的一个重要途径。不同谷物产品中添加不同量的麦麸对产品质量有较大的影响。随着更多关于健康功能和疾病预防能力的支持性数据可用，高纤维食品的市场需求将继续增加。

虽然在食品生产中使用麦麸会改变食品的营养特性，但最终产品的感官特性会随着膳食纤维含量的增加而降低，这种变化可能会影响消费者的接受度。因此，确保其感官质量不会发生实质性变化是应用过程中的主要挑战。为了解决这个问题，许多研究人员进行了各种尝试。例如控制麦麸的含量；寻找满足感官和营养需求的配方；改善麦麸产品质量的多种处理方法，包括物理、化学和酶处理。

3.1 麦麸在面团中的应用

面团是大多数谷物产品的半加工产品，经过切割、发酵、烘焙、烹饪和干燥，可以用来获得各种各样的食物，例如烘焙产品、面条、面食、馒头等。面团的质地在一定程度上决定了产品的质量，添加麦麸会改变面团和面筋的结构，面团的延展性、保水性和黏度会变差，面筋结构也会被破坏，许多研究分析了用麦麸或全麦面粉制成的面团的流变学特性[35-36]。面团中添加麦麸的量是最重要的因素，面团的机械强度增加，而黏度、延展性和强度降低，同时提高了吸水率和持水性。麦麸中纤维蛋白的相互作用阻止了面团中蛋白质的水合作用，导致面筋被替换或稀释，从而导致面筋结构松散和破坏，面团的形成和捏合特性受到影响[37]。据报道，麦麸的粒度对面团流变学性质的变化有显著影响。与粗麦麸相比，细粒麦麸降低了面团的混合耐受性，缩短了混合时间，这是因为较小的谷物麦麸对麸质网络的破坏较小[38]。

为了改善麦麸对面团和面筋的不良影响，Zhang等[39]研究了不同的加工方法可以增加可溶性膳食纤维的比例，改善麦麸的口感。发酵法或酶解法处理面团中常见的功能物质能够分解成SDF 或水解成IDF。面筋持水能力的变化是重要因素，处理后SDF/IDF 会增加，面筋网络的损伤会减少。

3.2 麦麸在烘焙产品中的应用

在制造过程中，烘焙产品产生独特而诱人的香味，受到消费者的广泛欢迎。主要烘焙产品包括面包、蛋糕、饼干、饼干等。在烘焙产品的生产中添加麦麸是最常见的应用方法，它可以增加烘焙产品中的纤维含量。

在面包制作中添加麦麸或使用全麦面粉已非常普遍。麸皮相关组织中麸质的数量和质量，以及它们的有效性和活力，显著影响面团和面包的性质。随着纤维素添加量的增加，直接添加会对面包的柔软度和比体积产生影响。通过处理麸皮来优化面包的质地和口感已经得到了广泛的研究。

小麦麸皮的类型、碾磨工艺、添加比例和粒度都会显著改变面包的质地。与较大的粒度相比，粒度较小的麸皮将使面包卷体积更大、颜色更深、外观更光滑、口感更硬、更软[40]。适量的麦麸对面包的体积有积极的影响，但过量的麦麸会产生相反的影响。张逢温等[41]采用酵母发酵麦麸来分析麦麸发酵过程中纤维素酶活力变化，比较膳食纤维组成及烘焙特性的差异。结果表明：添加发酵麦麸的面包效果最明显。相比未发酵麦麸面包，添加发酵麦麸的面包体积、弹性及持水力都显著提升（p＜0.05），气孔结构更加细腻，添加发酵麦麸及木聚糖酶都能促进面包中总膳食纤维和阿拉伯木糖醇溶解。

为了平衡添加麸皮对面包品质的负面影响，人们广泛研究了通过处理麸皮来优化面包的质地和口感。目前常用的方法有预处理、发酵、酶处理等。这些加工方法的效果是增加面团的面筋网络结构，从而提高烘焙产品的质量。麸皮经过湿热处理（水合、湿氧化处理）后，面包的质量显著提高。

4 总结

本文综述了麦麸在谷物食品工业中的应用，以及麦麸中膳食纤维的组成和生理效应。作为食物中的膳食纤维补充剂，麦麸对人体的心血管和肠道健康有积极的作用。然而，这种补充剂对食物的感官和质地有负面影响，在一定程度上降低了消费者的接受度。麦麸的预处理和加工在一定程度上可以使其更好地应用于食品生产和加工中。可以预见，控制添加麦麸的物理性质，结合一些新的创新加工技术，如酶技术和微生物技术，可以确保食品的营养价值，深入研究麦麸的营养特性，探索麦麸在面制品中以及在食品工业中的应用，解决应用中存在的问题，更加充分地利用麦麸资源，研制出适合中国人饮食习惯的麦麸类食品，不仅可以丰富食品市场，优化饮食结构，还可使农副产品得以增值。