燕麦研究进展

   
 



燕麦研究进展

章海燕,张 晖,王 立,郭晓娜
(江南大学食品学院)
摘 要:燕麦,一般分为带稃型皮燕麦和裸粒型裸燕麦两大类,燕麦营养成分包括蛋白质、脂肪、淀粉、膳食纤维、抗氧化物、维生素和矿物质等,现代营养学和医学研究表明,燕麦含有多种活性营养成分,具有降血脂、降血糖、减肥和美容等多种功能。目前有关燕麦研究主要集中在燕麦β–葡聚糖、蛋白、油脂等方面;该文主要讲述燕麦主要成分及其一些应用。
燕麦,学名为Avena sativa L,一般分为带稃型皮燕麦和裸粒型裸燕麦两大类。裸燕麦在我国别名很多,如莜麦、玉麦、燕麦和铃铛麦等。燕麦是一种重要粮食和饲料作物,系世界性栽培作物,主要集中产区在北半球温带地区,主产国有俄罗斯、加拿大、美国、澳大利
亚、德国、芬兰及中国等。我国燕麦主产区为内蒙古、河北、吉林、山西、陕西、青海和甘肃等地,云、贵、川、藏也有小面积种植,其中以内蒙古种植面积最大,约占全国总面积 35% 以上。我国大部分地区种植的是裸燕麦,而世界其它国家种植的主要是皮燕麦。
现代营养学和医学研究表明,燕麦含有多种活性营养成分,具有降血脂、降血糖、减肥和美容等多种功能。燕麦营养成分涉及燕麦的蛋白质、脂肪、淀粉、膳食纤维、抗氧化物、维生素和矿物质等,燕麦品种、产地及气候环境变化均会对燕麦营养乃至功能成分产生影响。
燕麦种子为两层外壳包裹,种子表面被细绒毛覆盖,种子表皮,即麸皮,含有蛋白和纤维素,构成种子其它部分是胚乳和胚芽。胚乳是人类食品主要来源,在燕麦种子中所占比例最大,燕麦胚乳含有蛋白质、淀粉、类脂物和纤维素。
燕麦含有丰富蛋白质、脂肪、碳水化合物、钙、磷、铁、维生素 B1、B2、尼克酸等营养成分,特别是作为燕麦亚糊粉层细胞壁构成材料 β– 葡聚糖含量在所有谷物中为最高,是公认降血脂主要成分。在燕麦制粉副产品燕麦麸皮中,富集 70% 以上燕麦营养素,总膳食
纤维含量高达 30%,其中可溶性膳食纤维约 1/3 左右,
是 β– 葡聚糖优质来源〔1〕。
1 燕麦营养成分
1.1 燕麦淀粉
燕麦的淀粉含量为 30.9%~32.3%,直链淀粉占总淀粉量 10.6%~24.5%。燕麦淀粉颗粒表面光滑,无明显裂缝,呈多角形或不规则形状,颗粒较小,直径范围 3.8~10.5 微米,平均直径 7.0~7.8 微米。燕麦淀粉粒度与大米淀粉相近,可形成稳定又富有延伸性凝胶体,燕麦淀粉能使食品呈致密、滑润和奶油状结构。燕麦淀粉脂肪含量较高,为 0.85%~1.31%,淀粉溶胀能力较差,燕麦淀粉比其它淀粉更易糊化,糊化温度 56.0℃ ~74.0℃ ;与玉米淀粉和小麦淀粉相比,燕麦淀粉更不易老化燕麦淀粉作为食品组分应用研究尚未深入;但其与大米淀粉一样都赋予食品光滑、奶油般质构优点,燕麦淀粉可用于食用膜开发〔3〕。
1.2 燕麦蛋白
燕麦的蛋白质含量在所有谷物中最高,并因品种不同而异,多数在 16% 左右。与小麦粉相比,燕麦清蛋白和醇溶蛋白含量较低,谷蛋白含量相差不大,球蛋白含量较高。燕麦蛋白含有 18 种氨基酸,且氨基酸组成平衡,具备人体必需 8 种氨基酸,特别是在大米等食品中缺少 ,有益于增进智力和骨骼发育的赖氨酸含量为大米和小麦粉2倍以上。经常食用燕麦食品,能弥补传统膳食结构所致"赖氨酸缺乏症"缺陷,因此,将燕麦蛋白添加到小麦粉中,比直接添加赖氨酸到小麦粉中更易被人体消化吸收,无副作用,且不易被高温分解,以达到对小麦面粉营养强化。因此,有研究称,燕麦蛋白营养价值位居植物蛋白前列,并在促进人体生长发育,提高免疫力方面优于一般谷物蛋白〔4〕。
燕麦麸皮是燕麦加工时副产品,其蛋白质含量高达 30%,清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白及谷蛋白分别占总蛋白含量 63.4%、15.18%、8.18%、13.24%。清蛋白在燕麦蛋白中含量最高,其中必需氨基酸尤其是赖氨酸和色氨酸含量特别高〔4〕。色氨酸具有改善睡眠,预防糙皮病、抑郁症和调节情绪等功能,被称之为"第二必需氨基酸"。且有研究表明,燕麦麸皮各蛋白组分分子量较小,易于消化吸收,蛋白质营养效价较高〔5〕。
1.3 燕麦脂质
燕麦脂质含量往往取决于其遗传性状、环境因素及测定方法。燕麦脂质含量约为 3%~10%,平均含量 为 6%~7%,在 世 界 上 4000 种 燕 麦 中,90% 以 上燕麦的脂质含量为 5%~9%,明显高于其它谷物,燕麦脂质主要分布在燕麦仁中,90% 以上分布在麸皮和胚乳中。燕麦油中棕榈酸、油酸和亚油酸量占总脂肪 酸 量 95% 以 上,其 中 棕 榈 酸 13%~28%,硬 脂 酸1%~4%,油 酸 19%~53%,亚 油 酸 24%~53%,亚 麻酸 1%~5%;此外,还含有月桂酸、棕榈油酸、花生四烯酸、二十碳不饱和脂肪酸及微量木蜡酸和神经酸。
脂肪酸相对含量主要随不同生长基因和生长条件而变,如总脂质含量增加,油酸百分含量也随之增加,而棕榈酸和亚麻酸含量则相应降低。根据萃取特性,燕麦脂质可分为游离型和结合型,燕麦总脂质 80% 为游离型,由非极性溶剂(如正己烷等)萃取,而余下 20%
结合型脂质可由极性溶剂(如水饱和丁醇 WSB 等)萃取。溶剂浸出是制取燕麦脂质最常用方法,不同溶剂浸出体系差别很大,几乎没有一种溶剂体系能有效萃取燕麦脂质。由于燕麦脂质含有较多糖脂组分,具有一定功能特性,可作为食品添加剂、化妆品和药物运
载剂。若经济条件允许,燕麦油可作为食用油,其具有良好脂肪酸组成,良好稳定性和温和气味;若大量种植高油型燕麦作物,可降低燕麦制油成本。在干燥而未脱胚谷物表层含有一种活性脂酶,虽经干燥、未脱胚燕麦仁一般能长时间稳定贮存;但当谷物加工成粉末或薄片时,脂质在脂酶作用下水解,导致游离脂肪酸迅速增加而失去风味。因而,在燕麦加工中,必须注意酶钝化处理工作〔6〕。
1.4 燕麦膳食纤维
燕麦含有可溶性和不溶性两种膳食纤维,因而又被誉为天然膳食纤维家族中"贵族"。燕麦总纤维素含量为 17%~21%,其中可溶性膳食纤维(主要由 β–葡聚糖组成)约占总膳食纤维量 1/3〔7〕。
β– 葡聚糖是禾谷类植物籽粒胚乳和糊粉层细胞产品燕麦麸皮中,富集 70% 以上燕麦营养素,总膳食
纤维含量高达 30%,其中可溶性膳食纤维约 1/3 左右,
是 β– 葡聚糖优质来源〔1〕。
1 燕麦营养成分
1.1 燕麦淀粉
燕麦的淀粉含量为 30.9%~32.3%,直链淀粉占总淀粉量 10.6%~24.5%。燕麦淀粉颗粒表面光滑,无明显裂缝,呈多角形或不规则形状,颗粒较小,直径范围 3.8~10.5 微米,平均直径 7.0~7.8 微米。燕麦淀粉粒度与大米淀粉相近,可形成稳定又富有延伸性凝胶体,燕麦淀粉能使食品呈致密、滑润和奶油状结构。燕麦淀粉脂肪含量较高,为 0.85%~1.31%,淀粉溶胀能力较差,燕麦淀粉比其它淀粉更易糊化,糊化温度 56.0℃ ~74.0℃ ;与玉米淀粉和小麦淀粉相比,燕麦淀粉更不易老化〔2〕。
燕麦淀粉作为食品组分应用研究尚未深入;但其与大米淀粉一样都赋予食品光滑、奶油般质构优点,燕麦淀粉可用于食用膜开发〔3〕。
1.2 燕麦蛋白
燕麦的蛋白质含量在所有谷物中最高,并因品种不同而异,多数在 16% 左右。与小麦粉相比,燕麦清蛋白和醇溶蛋白含量较低,谷蛋白含量相差不大,球蛋白含量较高。燕麦蛋白含有 18 种氨基酸,且氨基酸组成平衡,具备人体必需 8 种氨基酸,特别是在大米等食品中缺少 ,有益于增进智力和骨骼发育的赖氨酸含量为大米和小麦粉2倍以上。经常食用燕麦食品,能弥补传统膳食结构所致"赖氨酸缺乏症"缺陷,因此,将燕麦蛋白添加到小麦粉中,比直接添加赖氨酸到小麦粉中更易被人体消化吸收,无副作用,且不易被高温分解,以达到对小麦面粉营养强化。因此,有研究称,燕麦蛋白营养价值位居植物蛋白前列,并在促进人体生长发育,提高免疫力方面优于一般谷物蛋白〔4〕。
燕麦麸皮是燕麦加工时副产品,其蛋白质含量高达 30%,清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白及谷蛋白分别占总蛋白含量 63.4%、15.18%、8.18%、13.24%。清蛋白在燕麦蛋白中含量最高,其中必需氨基酸尤其是赖氨酸和色氨酸含量特别高〔4〕。色氨酸具有改善睡眠,预防糙皮病、抑郁症和调节情绪等功能,被称之为"第二必需氨基酸"。且有研究表明,燕麦麸皮各蛋白组分分子量较小,易于消化吸收,蛋白质营养效价较高〔5〕。
1.3 燕麦脂质
燕麦脂质含量往往取决于其遗传性状、环境因素及测定方法。燕麦脂质含量约为 3%~10%,平均含量 为 6%~7%,在 世 界 上 4000 种 燕 麦 中,90% 以 上燕麦的脂质含量为 5%~9%,明显高于其它谷物,燕麦脂质主要分布在燕麦仁中,90% 以上分布在麸皮和胚乳中。燕麦油中棕榈酸、油酸和亚油酸量占总脂肪 酸 量 95% 以 上,其 中 棕 榈 酸 13%~28%,硬 脂 酸1%~4%,油 酸 19%~53%,亚 油 酸 24%~53%,亚 麻酸 1%~5%;此外,还含有月桂酸、棕榈油酸、花生四烯酸、二十碳不饱和脂肪酸及微量木蜡酸和神经酸。脂肪酸相对含量主要随不同生长基因和生长条件而变,如总脂质含量增加,油酸百分含量也随之增加,而棕榈酸和亚麻酸含量则相应降低。根据萃取特性,燕麦脂质可分为游离型和结合型,燕麦总脂质 80% 为游离型,由非极性溶剂(如正己烷等)萃取,而余下 20%结合型脂质可由极性溶剂(如水饱和丁醇 WSB 等)萃取。溶剂浸出是制取燕麦脂质最常用方法,不同溶剂浸出体系差别很大,几乎没有一种溶剂体系能有效萃取燕麦脂质。由于燕麦脂质含有较多糖脂组分,具有一定功能特性,可作为食品添加剂、化妆品和药物运载剂。若经济条件允许,燕麦油可作为食用油,其具有良好脂肪酸组成,良好稳定性和温和气味;若大量种植高油型燕麦作物,可降低燕麦制油成本。在干燥而未脱胚谷物表层含有一种活性脂酶,虽经干燥、未脱胚燕麦仁一般能长时间稳定贮存;但当谷物加工成粉末或薄片时,脂质在脂酶作用下水解,导致游离脂肪酸迅速增加而失去风味。因而,在燕麦加工中,必须注意酶钝化处理工作〔6〕。
1.4 燕麦膳食纤维
燕麦含有可溶性和不溶性两种膳食纤维,因而又被誉为天然膳食纤维家族中"贵族"。燕麦总纤维素含量为 17%~21%,其中可溶性膳食纤维(主要由 β–葡聚糖组成)约占总膳食纤维量 1/3〔7〕。
β– 葡聚糖是禾谷类植物籽粒胚乳和糊粉层细胞壁主要成分,在燕麦胚乳和糊粉层细胞壁成分中,β–
葡聚糖占 85% 以上。燕麦 β– 葡聚糖是一种分子量
较小短链葡聚糖,其分子量范围为 5,300~257,200,
β– 葡聚糖结构中含 β–(1 → 3)和 β–(1 → 4)两种糖苷键〔7〕。
国内外大量研究事实和流行病学调查结果表明,燕麦膳食纤维对人体健康具有很重要生理功能(:1)相应减肥功能;(2)提高人体免疫力(;3)对糖尿病防治作用(;4)促进结肠功能,预防结肠癌;(5)对心血管疾病预治作用(;6)改善和增进口腔、牙齿功能。作为人体"第七大营养素"(其余六大营养素为碳水化合物、蛋白质、脂肪、水、矿物质、维生素),膳食纤维除具有这些生理功能外,在食品加工中也具有特殊功能:
(1)膳食纤维含有瓜尔豆胶、古柯豆胶和洋槐豆胶等,属可溶性纤维,具有良好乳化性、悬浮性及增稠性,将其添加到食品中能提高食品保水性与保形性,提高冷
冻―融化稳定性。(2)良好持水性和膨胀力,有利于形成产品组织结构,以防脱水收缩。如在肉制品中,能使肉汁香味成分聚集而不逸散。高持水性可明显提高某些加工食品经济效益,如用于烘烤食品,可减少水分损失而延长产品货架寿命。(3)改变面团特性及烘焙特性,适量添加膳食纤维可提高中或低筋力面粉品质。
传统提取燕麦膳食纤维方法有碱法、酶法和酶―碱结合三种工艺,以酶―碱结合提取工艺为最优。其优点在于:使用α–淀粉酶可分解淀粉类物质,加碱则分解原料中蛋白质和脂肪,这是单独碱法或酶法所难以做到的。虽结合工艺膳食纤维得率一般较酶法和碱法为低;但品质优,尤其是蛋白质、脂肪、淀粉去除较彻底。酶―碱结合提取燕麦麸皮膳食纤维工艺流程如下所示〔8〕。
燕麦麸皮→灭酶→酶解→离心→沉淀→碱提→漂洗至中性→离心→沉淀→干燥→粉碎→膳食纤维近年来,由于人们对高热量、高蛋白、高脂肪食品和精细食品摄入量大大增加,而对膳食纤维摄入量显著减少,忽略膳食营养平衡性,致使高血脂、肥胖症、胆结石、脂肪肝、糖尿病及肠癌等"文明病"发生增多。随着对疾病成因研究和防治措施不断提高,人们在重视药物治疗同时,已意识到应从合理调整膳食结构入手,进而达到防治并举目的。研究开发燕麦膳食纤维食品,顺应这一巨大市场需求,前景十分看好〔7〕。
2 燕麦加工应用
2.1 燕麦片〔9〕
根据加工工艺和使用方法不同,有预煮燕麦片和快熟燕麦片。预煮燕麦片在食用前需在沸水中煮5~10 分钟;快熟燕麦片在热水中浸泡 3~5 分钟即可食用。另据原料与风味不同,有原味燕麦片和复合营养燕麦片。原味燕麦片仅由燕麦一种原料制成,不添加糖、盐、脂类物质,保留燕麦中大部分营养成份,有种淡淡天然麦香味道,适于老年人、糖尿病患者、血脂及血糖偏高人群食用。复合营养燕麦片则在燕麦片生产时添加奶粉、大豆粉、大枣、核桃、杏仁、蔗糖、植物脂粉等辅料,可使燕麦片具有不同口味,并能达到速溶目的。加入这些原料增加纯燕麦片中糖、蛋白质和脂肪量,更适于儿童和青少年等对能量需求较大人群。此外,尚有添加 DHA 婴儿配方燕麦片,添加枸杞、红枣、桂圆等女性专用燕麦片等。
2.2 燕麦 β– 葡聚糖
由于 β– 葡聚糖是燕麦胚乳细胞壁重要成分,故常从燕麦麸皮中提取。提取 β– 葡聚糖过程一般有三步(:1)用乙醇溶液处理部分内源酶和除去小分子游离糖、蛋白质和一些非极性化合物(;2)用热稳定性α–淀粉酶降解淀粉,这一步可与非淀粉多糖提取同时进
行(;3)加入硫酸铵对提取 β– 葡聚糖初步纯化,或用酶法去除和降解阿拉伯木聚糖〔10〕。
从上个世纪中叶起人们就开始认识到膳食纤维重要性,特别是可溶性膳食纤维,如β–葡聚糖。β–葡聚糖主要功能在于能在不影响对人体有益 HDL 胆固醇情况下降低对人体有害 LDL 胆固醇和总胆固醇。此外,β–葡聚糖是一种有1,3–键和1,4–键葡糖大生物活性多糖类物,能激发皮肤免疫系统并使皮肤细胞免受紫外线伤害;β– 葡聚糖还可间接促成纤维细胞间胶原蛋白产生,从而导致皮肤重组。另外,其还具有保湿性能,可作为抗老年斑有效物质。美国 FDA 允许若食品 β–葡聚糖含量达到一定量时可称此食品具保健功能〔7〕。β– 葡聚糖还可用作低脂食品的脂肪替代品〔11〕。
2.3 燕麦蛋白〔12〕
燕麦蛋白主要作为生产特殊窖藏啤酒风味辅助剂用于酿造业。在酿酒过程中,贮藏蛋白由蛋白水解酶降解成小肽和氨基酸。使用实验室芯片技术分析蛋白质组分,基于其分子量,通过毛细管电泳分离蛋白一般可观察到球蛋白,醇溶蛋白和谷蛋白小肽和氨基酸。
2.4 燕麦乳饮料〔13〕
用乳酸菌发酵全燕麦获得饮料,可以得到益生菌与燕麦β–葡聚糖相结合带来保健作用。培养物浓度、燕麦粉、蔗糖含量会影响发酵过程,结果发现,甜味剂阿斯巴甜,甜蜜素,糖精没有影响发酵工艺进行和在产品储存中培养物。在整个发酵和储存过程中,饮料中 β– 葡聚糖含量均保持不变,冷藏下,预期燕麦饮料保质期为 21 天。
2.5 燕麦面包〔14〕
燕麦全粉和燕麦粉均可用以制作面包,如用 51%全燕麦粉和 49% 小麦粉混合焙烤面包。由于燕麦面粉面筋蛋白不多,因此要添加小麦面粉;且燕麦中 β–葡聚糖和一些营养物质含量较高,因此受到广大消费者喜爱。欧美国家有食用燕麦面包消费群体,市场有燕麦黑面包出售。随着燕麦粉加入量增加,面团形成时间、面团强度及面包体积降低,但提高面团耐揉性;燕麦粉添加量为 15% 时,制得面包体积和结构较为理想。燕麦独特保水性,能使燕麦面包较长时间保持新鲜,燕麦抗氧化作用能使脂肪保持稳定性。
3 结束语
我国燕麦食品存在主要问题是新产品少,品质相对较差,缺乏高端产品,这与我国燕麦加工企业生产规模小,产品研发能力差,创新意识不强等因素有关;目前我国燕麦产业总体发展水平与国外发达国家相比尚有较大差距。针对我国燕麦产业发展现状,应在燕麦优质品种选育,加工工艺改进,新产品研发,消费者引导等方面开展更多工作。努力培育优质高产、适合食品加工燕麦品种;且应改进我国燕麦产品生产工艺,加强对新产品研发。此外,应加强燕麦营养与保健知识宣传,提高人们保健意识,倡导健康合理饮食方式,需多方合力、共同促进我国燕麦产业发展。


 



   

 

 

 

 

 

 
 
 
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