元麦（Hordeum vulgare L. var. nudum Hook.f.）是禾本科大麦属作物，因其稃壳脱离于颖果，故又称裸大麦，也名米大麦、青稞[1]。常见颜色有黄白色、黄棕色、蓝灰色、紫红色和黑色[2]。元麦颖果由籽实皮、胚乳和胚构成，经分级碾磨可得麸皮、元麦米、元麦粉等初加工产品（图1），后两者是元麦精加工的主要原料，利用率较高，而麸皮因感官品质和消化性能较差，多用于制作动物饲料或直接废弃，不仅造成了资源的浪费，还会增加环境的压力[3-4]。元麦麸皮的营养成分以淀粉、膳食纤维、蛋白质为主，还含有脂肪、矿物质等[5]（表1）。其功能成分主要为阿拉伯木聚糖、β-葡聚糖、酚类物质、植物甾醇，具有降血糖、降血脂、抗氧化、调理肠道等生理功效。随着食品加工技术的发展和人们饮食需求的改变，对元麦麸皮的研究已不断深入，在探索功能成分和研发新型产品方面也有了一定积累。因此，本文围绕元麦麸皮的功能成分和相关产品就现有研究进行概括总结，以期为后续开展试验、推进产业化进程提供思路。
图1 元麦初加工产品（a.元麦麸皮 b.元麦米 c.元麦粉）
Fig.1 Primary processed product of naked barley (a. naked barley bran, b. naked barley kernels, c. naked barley flour)
表1 文献报道的元麦麸皮营养成分
Table 1 Nutritional components of naked barley bran obtained from the literature %
含量参考文献淀粉 膳食纤维 粗纤维 蛋白质 脂肪 灰分 水分[6]37.40 – 8.61 17.54 8.42 5.81 5.72[6]34.30 – 10.95 16.85 6.80 5.88 5.48[7]– – – 24.35 2.43 7.19 14.29[8]43.98 39.23 – 10.05 1.80 2.26 –[9]25.60 – 10.13 12.61 6.25 12.32 2.21[10]21.25 36.59 – 13.09 5.66 0.59 11.81[11]52.50 – – 12.47 9.43 1.69 13.42
1 元麦麸皮功能成分的研究进展
1.1 阿拉伯木聚糖
阿拉伯木聚糖是一种半纤维素多糖，存在于多种植物的细胞壁中，对于元麦而言，麸皮部位含量相对较高[12]。其基本结构是由D-吡喃木糖以β-1, 4糖苷键连接形成主链，α-L-阿拉伯呋喃糖在C2和/或C3位以侧链形式取代主链糖单元[13]。经研究发现，阿拉伯木聚糖具有良好的吸水性、氧化凝胶性和独特的溶解性，因此可用于改良面团品质，还能作为微胶囊壁材包埋蛋白质、益生菌等物质[14-16]。此外，阿拉伯木聚糖还具有降血脂、降血糖、改善矿物质吸收等生理功效[17]。徐中香[7]通过响应面法优化了元麦麸皮阿拉伯木聚糖的碱提工艺，得出在料液比1∶25（g/mL）、NaOH浓度15 g/L、温度55 ℃条件下提取3 h，实际得率可达14.31%。Gong等[18]利用高效液相色谱分析得出，元麦麸皮的单糖组成为葡萄糖、木聚糖、阿拉伯糖、甘露糖、半乳糖，其中前三者的含量占比较高，经比色法测得三种元麦麸皮中阿拉伯木聚糖的含量分别为14.21%、18.18%、21.06%，阿拉伯糖与木糖的比值分别为0.83、0.76、0.58。Guo等[19]对该多糖进行了分级纯化，得出其主要组分 HBAX-25占阿拉伯木聚糖总量的 37.1%（w/w），该组分中阿拉伯糖与木糖的比值为0.58，主链由β-1, 4糖苷键连接的D-吡喃木糖构成，六种不同的支链结构在部分糖单元的C3位单取代或在C2和C3位双取代。
1.2 β-葡聚糖
β-葡聚糖广泛存在于真菌（酵母、蕈菌等）和植物（大麦、燕麦等）中，酵母、蕈菌来源的β-葡聚糖的结构键型为 β-1, 3糖苷键和 β-1, 6糖苷键，而谷物来源的β-葡聚糖是葡萄糖残基经β-1,3糖苷键和 β-1, 4糖苷键连接而成的无支链线性多糖[20]。元麦β-葡聚糖的生理活性主要为降血脂[21]、降血糖[22]、抗炎[23]、调节肠道菌群[24]，Song 等[25]还发现羧甲基化修饰的元麦麸皮β-葡聚糖纯化组分 CMG-2可诱导金黄色葡萄球菌的细胞壁和细胞膜损伤，从而改变其通透性，达到抑菌效果。β-葡聚糖的分子量、黏度、溶解度等理化特性会因元麦来源和提纯方法的不同而产生差异，其凝胶性、发泡能力、泡沫稳定性、乳化能力、乳化稳定性等也会受到外界环境（温度、pH等）的影响[26-27]。贾晓丽[28]发现将元麦麸皮β-葡聚糖添加到鸡块的油炸外裹糊中，可使鸡块的保水性提高、含油量降低，进而在保证鸡块感官品质的同时满足了低脂的需求。基于上述特性，β-葡聚糖在食品、医药、化工等多个领域都有着良好的应用前景。
虽然元麦β-葡聚糖在麸皮部位的含量低于其胚乳部位，但因麸皮为元麦加工的副产物，以其为原料提取β-葡聚糖仍具有重要的研究意义[29-30]。目前常见的提取方法可分为物理法、化学法和生物法三大类。Liu等[31]对比了超声、热水、微波、微波辅助超声四种提取方法对元麦麸皮β-葡聚糖得率和理化特性的影响，经试验得出微波辅助超声提取法耗时较短且得率最高，得到的β-葡聚糖数均分子量和表观黏度最高，发泡能力最弱但泡沫稳定性最强，且具有良好的乳化能力和乳化稳定性。Du等[32]得出以加速溶剂萃取法提取元麦麸皮β-葡聚糖的最优工艺参数为萃取压力10 MPa、萃取温度70 ℃、时间9 min、循环4次，该条件下粗β-葡聚糖的实际得率为16.39%，高于超声提取、微波提取和传统回流水提法。刘新琦等[33]通过发酵法提取元麦麸皮中的β-葡聚糖，得出最适发酵条件为料液比1∶6、高活性干酵母接种量0.05%、发酵温度32 ℃、发酵时间34 h，以该条件提取的 β-葡聚糖较传统水提法得率提高了60.8%。宋居易等[34]采用生物酶法提取元麦麸皮中的 β-葡聚糖，得出其最优提取工艺为料液比1∶15、碱性蛋白酶30 mg/g、酶解时间2 h，最优除蛋白工艺为中性蛋白酶∶胰蛋白酶=1∶2、酶用量1 mg/mL、酶解温度45 ℃、时间2.5 h。此外，贾莹等[35]研究了元麦麸皮β-葡聚糖粗品的脱色工艺，得出在样品溶液温度40 ℃、pH 6、流速0.5 mL/min时，使用XAD-7树脂可使元麦麸皮β-葡聚糖的脱色率达72.9%，损失率为4.3%。
1.3 酚类物质
元麦麸皮中的酚类物质包括酚酸、黄酮、鞣质等。酚类物质是植物的次级代谢产物，具有很强的抗氧化性，能够有效地清除体内自由基、调节身体机能。元麦由外层到内层，可溶性酚类物质总量呈逐级降低趋势，抗氧化力与其呈高度正相关[36]。徐菲等[37]经优化得出以11.1%的硫酸为提取剂、料液比1∶17 g/mL、提取温度75 ℃时，对元麦麸皮结合酚具有较好的提取效果。杨希娟等[38]经筛选得出AB-8大孔吸附树脂对元麦麸皮结合酚有着良好的吸附-解吸作用，以最优工艺将其分离纯化后，可检测到的单体酚种类增加，且半数以上单体酚的含量显著提高。
酚酸是具有羧酸性质的酚类物质。陈晓默[39]以60%丙酮为溶剂提取元麦麸皮，提取物中共鉴定出五种主要的酚酸类物质（咖啡酸、丁香酸、阿魏酸、对香豆酸、芥子酸），经研究得出这五种酚酸类物质对活性二羰基化合物的清除率均可达50%以上，对饼干模拟体系中的羧甲基赖氨酸均有不同程度的抑制作用。阿魏酸是谷物中最常见的酚酸类物质，多以结合态聚集于细胞壁中[40]。阿魏酰糖酯是由阿魏酸羧基与糖羟基酯化形成的低聚糖，由于酯键的存在，阿魏酰糖酯较游离的阿魏酸具有更强的抗氧化力，生理活性更加优越[41]。高汪磊[42]从元麦麸皮中分离纯化出阿魏酰糖酯，通过构建体外非酶糖基化反应体系，证明了阿魏酰糖酯对晚期糖基化终产物（Advanced Glycation End Products，AGEs）具有良好的抑制作用，为更加安全、有效的AGEs抑制剂的研发奠定基础。
有研究表明，元麦的粒色与酚类物质有着密切联系，深色品种较浅色品种的酚类物质含量更高，组成也更丰富[36]。黄白粒元麦中不含生物色素，黄棕粒元麦的种皮中含有原花青素，蓝灰粒和紫红粒元麦的粒色与花青素有关，而黑粒元麦的粒色与酚类物质的氧化和聚合产物、植物黑色素有关[43-45]。Zhang等[46]针对紫红粒元麦优化了其麸皮花色苷的提取工艺，得出最优参数为料液比1∶40 g/mL、pH 1.0、超声功率200 W、提取温度80 ℃、提取时间10 min，其纯化物具有良好的抗氧化和抗生物膜活性，经液相色谱-质谱联用仪测定出六种花色苷，其中含量最高的为矢车菊-丙二酰葡萄糖苷。
1.4 植物甾醇
植物甾醇因其降胆固醇、抗氧化、抗炎等多种生理活性而被广泛应用于食品、医药领域，同时也可作为乳化剂、分散剂、着色剂等用于合成化工产品[47]。谷物是人类膳食植物甾醇的重要来源，同种谷物不同部位的甾醇含量有着明显差异，就元麦而言，麸皮部位的总量最高，其游离甾醇和阿魏酸甾醇酯的占比是元麦全谷物的2倍多[48]。元麦麸皮具有较高的产油率，Moreau等[49]以两种元麦麸皮为原料提取油脂，测得其游离甾醇含量平均为1.10%，甾醇酯含量平均为1.65%。龚凌霄等[50]以正己烷为溶剂提取元麦麸皮油，经气相色谱-质谱联用（Gas Chromatography-Mass Spectrometry，GC-MS）分析得出游离甾醇总量为7 357.72 mg/kg，主要类型为β-谷甾醇和菜油甾醇，此外还检测到了链甾醇、豆甾醇和岩藻甾醇。
2 元麦麸皮产品开发的研究进展
2.1 元麦麸皮油
元麦麸皮油中除含有丰富的植物甾醇外，还有优质的脂肪酸，其中不饱和脂肪酸占比高达77.27%（以亚油酸为主），饱和脂肪酸主要为棕榈酸，经动物试验得出元麦麸皮油可明显抑制大鼠动脉硬化的形成及其高血脂症[51]，此外元麦麸皮油对α-葡萄糖苷酶也具有良好的抑制活性，可在Ⅱ型糖尿病新型治疗药物的研发中发挥积极作用[52]。目前元麦麸皮油以正己烷、乙酸乙酯、石油醚等有机溶剂提取为主，罗龙龙等[52]在此基础上辅以超声处理，优化出最优工艺条件为超声时间30 min、功率225 W、温度30 ℃、浸提时间12 h，该条件下的元麦麸皮油得率为 3.62%。为了满足更加安全、环保的工艺需求，有研究采用超临界CO2萃取法提取元麦麸皮油，工艺参数为萃取压力20 MPa、时间2 h、温度40 ℃、CO2流量15 L/h，该条件下得率可达6.26%[53]。
2.2 元麦麸皮膳食纤维产品
膳食纤维是一类不能被人体小肠消化吸收、对人体健康有利的碳水化合物聚合物（聚合度≥3），主要存在于植物中，分为可溶性膳食纤维（Soluble dietary fiber，SDF）和不溶性膳食纤维（Insoluble dietary fiber，IDF），包括纤维素、半纤维素、果胶、菊粉等[54]。元麦麸皮中膳食纤维含量可达39.23%（表1），具有良好的加工利用前景。张倩芳等[55]分别采用挤压膨化、蒸煮、烘烤、超微粉碎四种方式处理元麦麸皮，发现处理后麸皮的总膳食纤维含量均无显著变化，但挤压膨化改变了膳食纤维的组成比例（SDF含量升高、IDF含量降低），此外四种处理均提高了元麦麸皮的持水力、膨胀力和对胆固醇的吸附能力。王羲[11]优化了元麦麸皮IDF的提取和纯化工艺，得出均质转速为10 000 r/min，碱处理条件为氢氧化钠浓度6%、温度60 ℃、时间2 h、料液比1∶6，脱色条件为过氧化氢浓度5%、pH 11、时间2.5 h，除淀粉工艺为液化时间1 h、糖化时间2 h，再经胰蛋白酶除去粗品中的蛋白质，最终产品中IDF含量可达83.4%。Zhu等[56]提取了元麦麸皮的IDF，并对比了常规研磨和超微粉碎两种处理方式对其的影响，经测定得出超微粉碎IDF的总酚含量和抗氧化力均显著高于常规研磨。
多元化的生产设备和加工技术可赋予膳食纤维产品不同的性状和用途。王佳欣等[57]提出气流冲击磨技术可将元麦麸皮粒径降至亚微米级，且不影响其膳食纤维的含量和组成，处理后元麦麸皮粉的冲调稳定性和感官品质均显著改善，为富膳纤冲调产品的研发提供了技术支撑。赵萌萌[5]分别采用超微粉碎、酶解、挤压膨化、气流膨化、酶解复合挤压膨化五种方式处理元麦麸皮粉，再用于食品加工，得出添加15%超微粉碎粉可使高纤面包的体积饱满、外形匀整、可接受度更高，添加55%复合处理粉的曲奇饼干具有最高的感官评分和膳食纤维含量，添加25%复合处理粉的油茶风味独特、膳食纤维含量最高。Pontonio等[58]利用木聚糖酶酶解元麦麸皮，并经植物乳杆菌T6B10和融合魏斯氏菌BAN8等比例混合发酵后得到麸皮面团，以其为原料制作面包可使总膳食纤维和蛋白质含量显著增加，同时提高了蛋白质消化率、降低了预测血糖指数，感官特性也更加协调。
此外，元麦麸皮膳食纤维还可作为辅料改善肉制品的品质，郭年红[59]以酶法提取了元麦麸皮膳食纤维并分别添加到猪肉火腿肠和猪肉香肠中，与未添加元麦麸皮膳食纤维的对照组相比，9.40%的添加量可使火腿肠的蛋白质含量增加6.38%、脂肪含量降低32.60%、热量降低34.42%；8%的添加量可使香肠具有更好的质构、色泽、感官品质和营养特性。
2.3 元麦麸皮发酵产品
基于元麦麸皮降血脂的生理活性，蒲立柠[60]等结合了同样具有降脂功效的薏仁和红曲，研制出一款新型红曲产品，以元麦麸皮和薏仁为底物，以紫色红曲CICC 5046为发酵菌种，最适工艺为发酵温度29 ℃、接种量8%、装料量40 g（250 mL烧杯）、初始含水量 60%、发酵时间 12 d，该条件下新型红曲中主要降脂成分Monacolin K的含量可达110.556 mg/kg。马敬[61]分别以元麦麸皮和小麦麸皮为主料固态发酵两种食醋，经对比发现元麦麸皮醋中总多酚、总黄酮、γ-氨基丁酸含量更高，ABTS和羟自由基清除能力更强，挥发性风味物质组成也更加丰富。黄月等[62]探究了元麦脱皮与否对其酿造黄酒挥发性风味物质的影响，经 GC-MS结合气味活度值分析得出未脱皮元麦黄酒中的挥发性风味物质总量（71 134.67 μg/L）高于脱皮元麦黄酒，但脱皮元麦黄酒的特征性风味物质种类更加丰富；元麦麸皮的挥发性风味物质以烷烃和醛酮类为主，虽不直接影响黄酒风味，但可经微生物作用产生特定的挥发性成分，进而促进黄酒风味的形成。
3 展望
元麦是我国的特色农作物，具有“三高两低”（高蛋白、高纤维、高维生素、低糖、低脂肪）的特性，是“大健康”理念下极具加工利用潜力的优质谷物。麸皮虽是元麦加工的副产物，但其丰富的营养成分和良好的功能活性仍不容忽视。目前已有不少针对元麦麸皮精深加工的研究，但大多还处于实验阶段，以其为原料提取的功能成分和加工产品并未形成工厂化、商品化的规模。其次，我国的元麦种质资源丰富，不同品种间存在着物质组成与含量的差异，进而影响其加工品质，但目前鲜有对不同品种的元麦麸皮进行对比分析的研究，也未确定出不同品种的最适加工方式和加工产品。此外，为进一步提高元麦麸皮的附加值，还需继续加强技术创新、丰富产品种类，拓宽其在医药、化工等其他领域的应用，以创造出更好的经济与社会效益。
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