谷物功能因子及其在食品工业中的应用

1、谷物功能因子及其在食品工业中的应用谷物功能因子及其在食品工业中的应用国家粮食局科学研究院国家粮食局科学研究院陆晖陆晖20122012年年3 3月月1717日日 谷物谷物碳水化合物碳水化合物脂肪脂肪 蛋白质蛋白质 维生素维生素 矿物质矿物质膳食纤维；膳食纤维； -葡聚糖；葡聚糖； 阿拉伯葡聚糖阿拉伯葡聚糖抗性淀粉：抗性淀粉：RS1;RS1;RS2;RS2;RS3;RS3;RS4 RS4 酚酸类物质酚酸类物质 : :羟基苯甲酸羟基苯甲酸; ;香草酸香草酸; ;香豆酸香豆酸; ;咖啡酸咖啡酸; ;阿魏酸阿魏酸 植物化学素植物化学素功能因子功能因子必需营养素必需营养素一、膳食纤维与一、膳食纤维与-葡聚

2、糖葡聚糖 膳食纤维总体是指一组能抵抗人体消化酶作用的物膳食纤维总体是指一组能抵抗人体消化酶作用的物质，这些纤维主要由纤维素、半纤维素、果胶和木质质，这些纤维主要由纤维素、半纤维素、果胶和木质素组成素组成 。 谷物膳食纤维分为水不溶性膳食纤维和水溶性膳谷物膳食纤维分为水不溶性膳食纤维和水溶性膳食纤维食纤维 。 谷物膳食纤维主要包括：阿拉伯木聚糖，谷物膳食纤维主要包括：阿拉伯木聚糖，-葡聚葡聚糖、果胶、阿拉伯半乳糖等糖、果胶、阿拉伯半乳糖等。 谷物谷物-葡聚糖是谷物细胞壁的主要成分之一。葡聚糖是谷物细胞壁的主要成分之一。一、膳食纤维与一、膳食纤维与-葡聚糖葡聚糖 谷物中膳食纤维和谷物中膳食纤维和-

3、葡聚糖的含量葡聚糖的含量见下表：见下表：N=N=样品数量样品数量 谷物种类谷物种类含含 量量国产裸燕麦国产裸燕麦-葡聚糖含量：葡聚糖含量：2.02.0-7.5%-7.5% (N=1010N=1010 )国产玉米国产玉米膳食纤维含量：膳食纤维含量：9.549.541.04 1.04 g/100gg/100g (N=5) (N=5) 希腊大麦希腊大麦-葡聚糖含量：葡聚糖含量：2.5 %2.5 %5.4 %5.4 % 一、膳食纤维与一、膳食纤维与-葡聚糖葡聚糖 -葡聚糖的结构葡聚糖的结构 有研究显示：有研究显示：- - 葡聚糖中葡聚糖中(1 3) (1 3) 糖苷键的存在导致糖苷键的存在导致了纤维素

4、分子不规则的排序了纤维素分子不规则的排序, ,使得这些物质在生理、化学特使得这些物质在生理、化学特性、水溶性方面都有一定的差异；由于受其结构中性、水溶性方面都有一定的差异；由于受其结构中- - (13) (13) 糖苷键的含量和聚合度的影响糖苷键的含量和聚合度的影响,- ,- 葡聚糖分为水葡聚糖分为水溶性和非水溶性两种溶性和非水溶性两种 。一、膳食纤维与一、膳食纤维与-葡聚糖葡聚糖大量的研究显示膳食纤维具有如下生理功能大量的研究显示膳食纤维具有如下生理功能 可以降低血胆固醇和规律血糖水平可以降低血胆固醇和规律血糖水平 ；促进粪便在肠道内的迁移，减少肠癌的发生促进粪便在肠道内的迁移，减少肠癌的发

5、生； 产生短链脂肪酸产生短链脂肪酸 和促进益生菌的生长；和促进益生菌的生长； 高纤维食品与调节血糖响应相关高纤维食品与调节血糖响应相关 ； 高水溶性膳食纤维食品在降低与糖尿病相关的高水溶性膳食纤维食品在降低与糖尿病相关的高血糖症和高胰岛素血症方面具有积极的作用高血糖症和高胰岛素血症方面具有积极的作用 高水溶性膳食纤维食品还可减少患退行性疾病高水溶性膳食纤维食品还可减少患退行性疾病风险因子，比如肥胖，高血脂症；心血管疾病风险因子，比如肥胖，高血脂症；心血管疾病 一、膳食纤维与一、膳食纤维与-葡聚糖葡聚糖研究显示大麦和燕麦研究显示大麦和燕麦-葡聚糖具有如下生理功能葡聚糖具有如下生理功能 降低餐后血

6、糖和胰岛素上升降低餐后血糖和胰岛素上升；降低血清胆固醇水平降低血清胆固醇水平 ； 研究显示：将不同含量大麦研究显示：将不同含量大麦葡聚糖分别加入葡聚糖分别加入小麦面包粉制作面包实验，观察其对人体血糖升高小麦面包粉制作面包实验，观察其对人体血糖升高指数的作用，发现血糖升高指数随着面包指数的作用，发现血糖升高指数随着面包 葡聚葡聚糖含量上升呈线性下降，高可溶性糖含量上升呈线性下降，高可溶性葡聚糖含量葡聚糖含量面包具有明显降低血糖升高指数作用。面包具有明显降低血糖升高指数作用。一、膳食纤维与一、膳食纤维与-葡聚糖葡聚糖 因此，近些年来以富含膳食纤维和因此，近些年来以富含膳食纤维和-葡聚糖的谷葡聚糖的

7、谷物为原料制作谷物功能食品，以及从谷物提取物为原料制作谷物功能食品，以及从谷物提取-葡聚葡聚糖作为一种功能膳食纤维应用于食品体系的研究成为糖作为一种功能膳食纤维应用于食品体系的研究成为热点。例如：热点。例如： 燕麦粉燕麦粉+30%+30%玉米麸皮制作膨化早餐谷物，玉米麸皮制作膨化早餐谷物，100g100g的早的早餐谷物含有餐谷物含有1.2g1.2g的的-葡聚糖。葡聚糖。 燕麦麸皮燕麦麸皮+ +小麦粉混合制作面条，结果显示添加小麦粉混合制作面条，结果显示添加8 8 % %10 %10 %燕麦麸皮，燕麦麸皮，100 g100 g面条含有面条含有0.8 g0.8 g- -葡聚糖葡聚糖 。 以以-葡聚

8、糖为原料研发脂肪替代产品。葡聚糖为原料研发脂肪替代产品。 应用谷物应用谷物葡聚糖作为添加剂应用于香肠等肉制葡聚糖作为添加剂应用于香肠等肉制品，低脂乳制品冰淇淋、酸奶以及乳酪等。品，低脂乳制品冰淇淋、酸奶以及乳酪等。 一、膳食纤维与一、膳食纤维与-葡聚糖葡聚糖 膳食纤维与膳食纤维与-葡聚糖的推荐摄入量葡聚糖的推荐摄入量 我国暂定的膳食纤维推荐的中等能量摄入我国暂定的膳食纤维推荐的中等能量摄入10 MJ(2400 10 MJ(2400 kalkal) )的成年人总膳食纤维的适宜摄入量为的成年人总膳食纤维的适宜摄入量为30.2 g/d30.2 g/d。 英国国家顾问委员会建议总膳食纤维摄入量为英国国

9、家顾问委员会建议总膳食纤维摄入量为25-30 g/d25-30 g/d。 亚洲营养工作者提出的总膳食纤维摄入量以亚洲营养工作者提出的总膳食纤维摄入量以24 g/d24 g/d为宜。为宜。 美国美国FDAFDA推荐的有营养效果的推荐的有营养效果的 葡聚糖摄取量是葡聚糖摄取量是3 g/d3 g/d，这是作为美国营养师协会建议的这是作为美国营养师协会建议的30-35 g/d30-35 g/d膳食纤维的组分。膳食纤维的组分。二、抗性淀粉二、抗性淀粉 抗性淀粉（抗性淀粉（resistant starchresistant starch）最早由英国生理学家）最早由英国生理学家EnglystEnglyst提

10、出的提出的 , ,是在健康个体小肠内不能被吸收的淀粉以是在健康个体小肠内不能被吸收的淀粉以及其降解产物及其降解产物 。 RS1RS1物理包埋淀粉，指的是被封闭在植物细胞壁上物理包埋淀粉，指的是被封闭在植物细胞壁上, ,不不能为淀粉酶所作用的淀粉颗粒。比如存在于轻度碾磨的谷能为淀粉酶所作用的淀粉颗粒。比如存在于轻度碾磨的谷类、种子、豆类等食品中；类、种子、豆类等食品中； RS2RS2抗性淀粉颗粒，通常存在于生的薯类、豌豆和青抗性淀粉颗粒，通常存在于生的薯类、豌豆和青香蕉中；香蕉中； RS3RS3老化淀粉，又分为老化淀粉，又分为RS3aRS3a沉降的支链淀粉和沉降的支链淀粉和RS3bRS3b沉降的

11、直链淀粉；沉降的直链淀粉； RS4RS4 化学改性淀粉。化学改性淀粉。二、抗性淀粉二、抗性淀粉谷物抗性淀粉含量谷物抗性淀粉含量 N=N=样品数量样品数量谷物及制品谷物及制品RSRS含量含量国产春小麦的小麦粉国产春小麦的小麦粉0.17-9.89%0.17-9.89%（N=94)N=94)不同品种玉米不同品种玉米2.32.30.4 g/100 g0.4 g/100 g 41.5 41.5 4.2 g/100 g4.2 g/100 g （N=9N=9）大米大米10.2 g/100 g10.2 g/100 g（N=1N=1）玉米面玉米面13.2 g/100 g 13.2 g/100 g （N=1N=1

12、）玉米麸皮玉米麸皮9.3 g/100 g 9.3 g/100 g （N=1N=1）燕麦粉燕麦粉4.9 g/100 g 4.9 g/100 g （N=1N=1）二、抗性淀粉二、抗性淀粉 研究显示抗性淀粉的生理作用研究显示抗性淀粉的生理作用 能够维持人体餐后血糖稳态能够维持人体餐后血糖稳态 ； 在大肠内被微生物发酵产生短链脂肪酸，而短链在大肠内被微生物发酵产生短链脂肪酸，而短链脂肪酸可以减少结肠癌或过敏性肠综合症的发生。脂肪酸可以减少结肠癌或过敏性肠综合症的发生。二、抗性淀粉二、抗性淀粉 由于抗性淀粉对健康的有益作用，人们开始研由于抗性淀粉对健康的有益作用，人们开始研究究RSRS在食品工业的应用，

13、通过谷物食品加工过程在食品工业的应用，通过谷物食品加工过程工艺参数调节来增加谷物工艺参数调节来增加谷物RSRS形成的研究最近成为形成的研究最近成为了热点。了热点。 用抗性淀粉逐步替代小麦粉烘焙小蛋糕，当添用抗性淀粉逐步替代小麦粉烘焙小蛋糕，当添加加RSRS量高于量高于15 %15 %，蛋糕体积、高度和气孔数量明显，蛋糕体积、高度和气孔数量明显减小，减小，RSRS添加量小于添加量小于10 %10 %，对评价蛋糕质量的指标，对评价蛋糕质量的指标蛋糕高度、气孔数量没有大的影响。蛋糕高度、气孔数量没有大的影响。 谷物抗性淀粉添加替代原淀粉应用于食品加工，谷物抗性淀粉添加替代原淀粉应用于食品加工，比如香

14、肠等，可以改善食品品质比如香肠等，可以改善食品品质 。三、酚酸类物质三、酚酸类物质 酚酸类物质是谷物代谢产生的重要产物，多为苯甲酸和酚酸类物质是谷物代谢产生的重要产物，多为苯甲酸和肉桂酸的羟化衍生物，以游离和束缚的形式存在。肉桂酸的羟化衍生物，以游离和束缚的形式存在。羟化的苯甲酸衍生物羟化的苯甲酸衍生物羟基苯甲酸羟基苯甲酸主要以配糖物形式存在于食物主要以配糖物形式存在于食物中中香草酸香草酸羟化的肉桂酸衍生物羟化的肉桂酸衍生物香豆酸香豆酸其羧烯基基团（其羧烯基基团（-CH=CH-COOH-CH=CH-COOH）的存在是其具有显著抗氧化性的存在是其具有显著抗氧化性的关键所在。的关键所在。咖啡酸咖啡

15、酸阿魏酸阿魏酸 谷物酚酸主要存在于小麦、玉米、亚麻籽、荞麦、燕麦等作物，谷物酚酸主要存在于小麦、玉米、亚麻籽、荞麦、燕麦等作物，主要分布存在于籽粒的种壳、果皮、种皮和糊粉层，胚乳含量相对主要分布存在于籽粒的种壳、果皮、种皮和糊粉层，胚乳含量相对较低较低。 三、酚酸类物质三、酚酸类物质 谷物酚酸的含量谷物酚酸的含量 有研究报道：小麦的总酚酸含量为有研究报道：小麦的总酚酸含量为486.63656.00 mg/kg 。 小麦、玉米、荞麦、燕麦麸皮中所含的主要酚酸的含量顺序是玉小麦、玉米、荞麦、燕麦麸皮中所含的主要酚酸的含量顺序是玉米米小麦小麦荞麦荞麦燕麦，谷物麸皮中酚酸主要以束缚型酚酸形式存在，燕麦

16、，谷物麸皮中酚酸主要以束缚型酚酸形式存在，不同品种谷物麸皮的最高酚酸含量见下表。不同品种谷物麸皮的最高酚酸含量见下表。 酚酸类型酚酸类型含量最高的酚酸种类含量最高的酚酸种类含量（含量（g/gg/g 麸皮）麸皮）游离型酚酸游离型酚酸阿魏酸阿魏酸鲁丹鲁丹781781玉米麸皮：玉米麸皮：30.41 30.41 1.33 1.33可溶共价结合可溶共价结合型酚酸型酚酸香草酸（酸解可溶共香草酸（酸解可溶共价结合型酚酸）价结合型酚酸）中优中优206206小麦麸皮：小麦麸皮：587.23 587.23 34.29 34.29阿魏酸（碱解可溶共阿魏酸（碱解可溶共价结合型酚酸）价结合型酚酸）鲁丹鲁丹781781玉

17、米麸皮：玉米麸皮：72.16 72.16 8.79 8.79束缚型酚酸束缚型酚酸丁香酸（酸解束缚型丁香酸（酸解束缚型酚酸）酚酸）定定96-1 96-1 甜甜荞荞麸皮：麸皮：180.94 180.94 12.11 12.11阿魏酸（碱解束缚型阿魏酸（碱解束缚型酚酸）酚酸）鲁丹鲁丹781781玉米麸皮：玉米麸皮：6527.86 6527.86 338.35 338.35 三、酚酸类物质三、酚酸类物质 大量研究显示酚酸的生理功能主要有：大量研究显示酚酸的生理功能主要有： 结合体内自由基；结合体内自由基； 螯合金属催化剂螯合金属催化剂 ； 阿魏酸预防癌症阿魏酸预防癌症； 阿魏酸预防心血管病阿魏酸预防心

18、血管病 ； 阿魏酸预防糖尿病阿魏酸预防糖尿病 ； 阿魏酸预防阿魏酸预防阿尔茨海默病阿尔茨海默病（Alzheimers disease）三、酚酸类物质三、酚酸类物质 小麦磨粉产品不同产品麸皮、小麦粉、细麸皮、小麦磨粉产品不同产品麸皮、小麦粉、细麸皮、粗颗粒粉、饲料面粉的酚酸抗氧化能力，小麦麸皮粗颗粒粉、饲料面粉的酚酸抗氧化能力，小麦麸皮显示了最高的抗氧化能力，而胚乳的最低。显示了最高的抗氧化能力，而胚乳的最低。 小麦麸皮和其他组分在总酚酸含量和氧化能力方面小麦麸皮和其他组分在总酚酸含量和氧化能力方面有所不同，研究也显示对于抗氧化阿魏酸起着重要有所不同，研究也显示对于抗氧化阿魏酸起着重要作用作用 。研究显示酚酸抗氧化功能研究显示酚酸抗氧化功能三、酚酸类物质三、酚酸类物质 以谷物为原料的抗氧化食品的研究成为了热点：以谷物为原料的抗氧化食品的研究成为了热点： 燕麦粉中燕麦粉中添加添加30 %30 %玉米麸皮加工制作一玉米麸皮加工制作一种富含阿魏酸的早餐食品。种富含阿魏酸的早餐食品。 以发芽糙米、鲜牛奶为主要原料，制作以发芽糙米、鲜牛奶为主要原料，制作富含阿魏酸和富含阿魏酸和-氨基丁酸的发芽糙米酸奶氨基丁酸的发芽糙米酸奶。 四、展望四、展望 我国谷物产量大、品种丰富。谷物中膳食纤维、我国谷物产