小麦胚芽深加工的现状与前景0317

小麦胚芽深加工的现状与前景小麦是世界上播种面积最大的谷物，我国是主要的产麦国之一，播种面积占世界第二。前两年我国小麦产量分别是1.11亿吨和1.01亿吨，小麦胚是小麦加工的副产品，以其占整粒小麦重量23计算，我国小麦胚蕴藏量达200300 万吨。小麦胚是小麦籽粒的精华，含有丰富、优质的蛋白质、脂肪、多种维生素（B1、B2、B6、Ve 等）矿物质，主要成分为蛋白质2232，脂肪910，灰分45 ，粗纤维1.82.5 及Fe、Zn 等微量元素，因此被誉为“人类天然的营养宝库”。 目前对小麦胚的利用主要在三个方面：（1）大部分麦胚被混入麸皮中当作饲料来用，造成资源的极 大浪费；（2）直接加到食品中去。比如：麦胚烘烤食品、 汤料、休闲小食品等；（3）提取小麦胚油，现在还处于起步阶段。脱脂后的麦胚又被用做饲料廉价出售。小麦胚没有得到合理的利用，主要原因是对小麦胚的研究开发尚停留在营养源水平上，对其保健功能的研究还不深入。为此，十五”国家科技攻关计划“农产品深加工技术与设备开发研究”项目中的课题“小麦深加工技术”将开发小麦胚蛋白和谷胱甘肽列为研究内容。粮食加工中副产品的综合利用是提高粮食资源利用率的重要途径，而且是全世界一笔巨大的再生资源，它可以给人类创造很大的财富。如美、日发达国家对粮食资源的全利用技术，使副产品综合利用的价值超过自身价值的数倍，谷物胚芽的综合利用可使其增值10倍。随着经济的发展和人民生活水平的提高，越来越重视营养方面的强化，崇尚健康已成为一种追求和时尚。近年来，国内外健康食品的产量和销售额增加非常迅速，利用我国丰富的天然生物资源、农副产品和废弃物资源，提取分离有明确功能的功能成分，开发出具有中国特色的功能食品，乃至开发出有疗效显著的药物，具有现实意义。小麦胚的开发可分三个阶段。第一阶段：从小麦胚中提取胚芽油；第二阶段，把小麦胚油制成胶丸制品，做成营养保健食品或是开发成化妆品；第三阶段，进一步利用脱脂小麦胚，提取蛋白和维生素及其它活性物质，可综合利用开发成营养保健食品。麦胚的开发途径大致可分为脂类食品（麦胚油）、蛋白质食品（麦胚蛋白饮料、麦胚口服液）、保健食品基料（ 谷胱甘肽、二十八碳醇）和其它麦胚食品（麦胚营养粉、添加麦胚的各种营养食品及饲料）四类。应根据国内外市场需要，选择合理的开发路线，对这一“人类天然的营养宝库”进行大力开发，造福于人类，随着对麦胚营养价值的重视 、面粉企业提胚能力的增强、麦胚开发技术的完善和市场接受能力的提高，我国的麦胚开发利用定会出现新的局面。小麦胚芽的提取1、小麦胚芽提取工艺存在的问题在我国目前面粉加工工艺的基础上，增加麦胚提取工艺，要解决好以下几个问题：（1）为保证提取到较多高纯度的麦胚，要增加一些必要的设备，如胚芽分离机、胚芽压扁磨以及胚芽晒等。（2）针对麦胚的物理特效适当调整制粉工艺，如对1S的提纯和处理；（3）提取的麦胚处理。小麦胚得不到充分有效利用的主要障碍是因它的不耐储藏性。小麦胚是小麦生命活动的的中心，富含各种维生素和生理活性物质，并且水分含量比较高（一般在12以上），微生物容易繁殖、生长，从而出现结块、霉变、发酸等变质现象，严重的是小麦胚中的脂肪酶和脂肪氧化酶，先作用于小麦胚中的油，产生自由脂肪酸，从而使小麦胚中油的自动氧化速度加快，导致酸败，产生不良的风味。国外稳定小麦胚最常用的物理方法包括：挤压法、微波法、远红外加热法、烘箱干燥法和蒸汽法。国内一般采用挤压法，最近江南大学的唐云采用挤压法、烘箱干燥法和蒸汽法对小麦胚的稳定化进行了研究。进一步的中试实验可为小麦胚大规模加工利用提供丰富的原料。目前，从技术方面来看，对小麦胚的利用只是停留在初中级阶段,还未得到人们的广泛重视。2、小麦胚芽的提取工艺2.1常规方法一般在润麦后的小麦清理中，如果不采用撞击机而采用比较温和的擦麦机或打麦机进行小麦的表面清理，那么将有90 %以上的麦胚仍完好保留在小麦的皮层中。经过了充分润麦后，麦胚水分在15.5 % 左右，具有良好的塑性，这为在中路出粉工艺中提取纯净的麦胚创造了条件。通常在中路出粉工艺中，各道研磨系统紧密配合再配置适当的筛网，麦胚提取率可达入磨小麦的0.30.5% ，约占小麦总量的20 %，提取的纯度可达96 % 。提取过程如下：小麦经过IB破碎之后，一部分麦胚和麦皮留存在18W筛网上，去IIB继续研磨；另一部分麦胚则脱离了小麦麦皮，而IB基本对麦胚没有研磨和破坏作用，因此，麦胚就穿过18W筛网，留存在38W 左右的筛网上进入第I道清粉机IP。另外，进入II B研磨之后的物料也含有部分麦胚，这部分麦胚穿过18W筛面留存在38W左右的筛面上也进入IP进行分级(见下图)。IP筛网的配置见表*。1P网筛的配置形式24GG22GG20GG18GG26GG24GG22GG20GG28GG226GG24GG22GG分级的结果是，悬浮速度小于麦胚的小麸片留存在第I层筛面上，被送往IIIB处理；麦胚与麦渣留存在第2、第3层筛面上，被送往IS处理。由于IS大多用光辊，研磨也较轻，所以韧性很好的麦胚基本不会被破坏，并随IS筛上物进入IT研磨。IT的来料基本上是小麸片、麦胚和粗粉，为不增加面粉中的麸星，也用光辊，而且快慢辊速比控制在1.02：11.25：1，快慢辊速差在8090rpm/min。这样的技术参数，加上IT低流量、紧轧距的操作会使麦胚延展成一块1.53.0mm的薄片，成为1420W 筛面的筛上物，极易与细麸和粗粉分离。除此之外，1M、2M、IIIB、2P的物料也会有一部分麦胚随筛上物汇集到IT。由此可以看出，IT是提取纯净麦胚的最合适的系统。 在研磨过程中，有少量的麦胚被切碎，顺序后推到后路，最后汇集到2T。而2T也具有延展麦胚的作用，因此也可根据实际情况设置适当的分级筛网来提取部分麦胚。2.2 麦胚提取中应注意的问题（1）小麦的品种和水分。一般在保证面粉水分不超过标准的前提下，尽量使入磨小麦的水分高一些（1515.5）。（2）皮磨系统 尽量减少对麦粒的剪切力，增大压力。（3）清粉系统 风量控制（4）渣磨系统 最大限度的保证将麦胚与麦皮分离的同时又不将麦胚压碎。小麦胚芽营养物质的研究与开发现状一、小麦胚芽的开发技术路线二、小麦胚芽的主要营养物质的研究1、麦胚蛋白小麦胚芽蛋白质含量高达30%左右。在麦胚蛋白质的组成中，白朊加球朊占3528，朊间质占9.45，麸朊占14，谷朊占0.30.37，水不溶性蛋白占30.2，非蛋白态氮占11.325.3。表1为小麦胚芽与几种食物中蛋白质含量的比较表。从中可以看出，小麦胚芽蛋白质的含量仅次于大豆（是大豆蛋白质含量的83 ），分别是主食大米、面粉的4.9倍和3.2倍。与蛋白质含量较高的动物食品相比，其含量分别是瘦牛肉、瘦猪肉及鸡蛋的1.5倍、1.8倍和2.1倍。由表2可知，小麦胚芽蛋白质中必需氨基酸的相互比值与FAO/WHO颁布的模式值以及大豆、牛肉、鸡蛋的氨基酸构成比例基本接近，明显优于大米、面粉蛋白质中必需氨基酸的构成比例。 由此可见，小麦胚芽不仅蛋白质含量丰富，而且麦胚蛋白是一种易于人体吸收的优质蛋白，小麦胚芽是人类很好的蛋白营养源。镇江江苏大学正在从事从麦胚蛋白质中制备降血压肽的研究。2、麦胚维生素小麦胚芽中的维生素种类多，含量丰富，其含量见表3。小麦胚芽中 7 族维生素含量丰富，其中，维生素B的含量分别约是富强粉、米和黄豆的8.8倍、11倍和2.7倍，分别是牛肉、鸡蛋的30倍和13倍；维生素 B2的含量分别约是富强粉的8.6倍、大米的10倍、黄豆的2.4倍、牛肉的4倍及鸡蛋的2倍；维生素B6和维生素B5的含量也大大高于上述几种食物的含量。然而一般食品中却不含或很少含有这些成分，因此小麦胚芽的营养价值就更为特殊。麦胚中丰富的B族维生素可成为保健与疗效食品的天然B族维生素强化剂。小麦胚芽中所含的维生素E远比其他植物丰富，居各植物油之首，而且含有全价的维生素E，其中、体所占比例大，各约占60%和35左右，这是其他食品所无法比拟的。因为维生素E具有明显的阻断自由基链式反应的抗氧化特性，所以，维生素E的抗氧化研究，尤其是抗衰老等方面的研究和应用，非常热门。维生素E是一种苯骈吡喃的衍生物，在其环上有一个活泼的羟基，具有还原性，可以提供单电子，在五碳环上有一饱和羟链。这两个特点决定了维生素E 具有还原性和亲脂性。维生素E在线粒体膜与微粒体膜上非常丰富。自由基是广泛存在于各种化学反应中的活泼基团，对人体的正常生理代谢具有重要的功能。若产生过量，会引发所谓的自由基链式反应，将导致细胞膜多不饱和脂肪酸的脂质过氧化，所产生的大量脂质过氧化物会损伤细胞膜及细胞内的大分子蛋白质与核酸，对机体造成损伤。维生素E的抗自由基功能是由于其自身结构具有还原性，进而捕捉自由基，从而阻断自由基链式反应，起到对机体的保护作用。2.1分子蒸馏分子蒸馏法浓缩天然维生素E具有工艺路线短、维生素E损失少、收率高、产品色味纯正等优点。借助分子蒸馏设备,对小麦胚油进行分离,收集240以下的馏分。然后将收集的馏分溶于丙酮,用低温结晶法脱去甾醇。在惰性气体保护下,用氢氧化钾的乙醇溶液皂化,再用乙醚萃取出不皂化物。真空蒸发脱去溶剂,再次利用分子蒸馏精制,收集维生素E精制馏分。为获取高浓度维生素E产品,分子蒸馏可以重复进行。2.2短程蒸馏短程蒸馏是加热面上的物料分子飞行较短行程即可达到冷凝面的蒸馏。在结构上,短程蒸馏与刮膜式分子蒸馏相似,均具有内部冷凝器。但在短程蒸馏装置中,蒸发器表面与冷凝器表面之间的距离比分子蒸馏的长。在小型短程蒸馏装置中,这一距离约为510cm,在大型短程蒸馏装置中约为1050cm,而一般分子蒸馏装置中冷热面相距不超过5cm。短程蒸馏对真空度的要求也比分子蒸馏低,一般在1001Pa的压力下工作。短程蒸馏的处理能力比分子蒸馏大得多,可以达到20300kg/m2.h,工业上大型短程蒸馏装置的最大处理能力可以达到10t/h。图2为西德LoyboldHeraeus设计的KD10型短程蒸馏装置。2.3超临界流体萃取80年代末期,日本的MuneoSaito等人研究开发了一种耦合半制备型超临界流体色谱的超临界流体萃取工艺。这一分离工艺由三部分组成:(1)流体输送;(2)超临界流体萃取一色谱;(3)分馏。第二部分又包括超临界流体萃取、预浓缩和超临界流体色谱三个分离单元。原料(小麦胚)与超临界二氧化碳送入萃取器,其中的压力由一背压调节器控制,这一压力较高。然后流体进入捕集柱,其中的压力由另一背压调节器控制,这一压力较低。在捕集柱中,二氧化碳的密度迅速降低,从而使萃取液在捕集柱中沉积下来。萃取完成以后,再用超临界流体色谱一分馏系统进一步提纯。利用超临界二氧化碳萃取,能够实现在低温和无氧的环境下浓缩生育酚,从而避免生育酚的氧化损失。然而,这套工艺比较复杂、流线长、阻力大。由于小麦胚中维生素E含量很低(0.5%),经过一次分离,所得产品的维生素E含量只能达到20%左右。因此,这一技术一般用于小麦胚油的提取和维生素E的初步浓缩。2.4循环制备型超临界流体色谱这一工艺的流程如图3所示,其中采用了两根型号为JascoSuperMegaPakSil,尺寸为250mm10mmI.D.的分离柱,柱内填料为5m硅胶。这种色谱柱能够滞留保留值很小的组分,这一特点非常重要。在处理天然产物时,峰组分的容量因子一般在010,这意味着色谱柱中所有组分的迁移速度均随各自的容量因子而变化。因此,在容量因子大的组分被洗涤出来之前,容量因子小的组分已经多次通过色谱柱了。另外,这种色谱柱应用于超临界流体色谱时,能够提供较高的塔板数而不会增加柱压,所以循环操作是比较合适的。小麦胚油与液态二氧化碳送入这一分离系统之后,经过两次循环分离出-生育酚,再经过两次循环分离出-生育酚。-生育酚产品与-生育酚产品的纯度分别可以达到85%和70%左右。3、麦胚脂肪小麦胚芽的脂肪含量高达10以上，其组成见表4。另外还含有1.38的磷脂（主要是脑磷脂和卵磷脂）及4的不皂化物（/植物甾醇类）；麦胚油脂的理化性质见表5。从营养学上看，小麦胚芽的油脂在组成上是非常理想的，其中84是对人体有益的营养极佳的不饱和脂肪酸，特别是其中的亚油酸等，它能与人体血管中的胆固醇起酯化反应，具有防止人体动脉硬化之功效，对调节人体血压，降低血清胆固醇，预防心血管疾病有重要作用，还可防止机体代谢紊乱产生的皮肤病变和生殖机能病变。麦胚油脂中的植物甾醇可抑制胆固醇在机体内吸收，卵磷脂具有软化血管，增强血管弹性，防止血栓形成等作用，并且对糖尿病的预防也有一定作用。从小麦胚提取小麦胚油的方法有机械压榨法和溶剂浸出法。与压榨法相比,浸出法具有出油率高、脱脂胚质量好等优点。故国外多采用溶剂浸出法(日本采用的溶剂为正己烷)。目前国内多采用机械压榨法,这种工艺的缺点是出油率低。采用溶剂浸出法从小麦胚提取小麦胚油,与一般植物油的浸出工艺相似,但是有其特殊的工艺要求和设备要求。由于小麦胚不耐储藏,因而浸出设备的设计能力应与面粉厂的小麦胚产量相适应。并且应尽量减少天然维生素E的氧化和分解损失,以保证天然维生素E的提取率。根据文献调研及实验研究,确定了如图4所示的工艺路线。其中采用的溶剂为正己烷或二氯甲烷,小麦胚油与溶剂用量的比值为134,浸出时间为6090min,浸出温度为4060(对不同溶剂)。精炼工序中的碱炼操作,最好采用惰性气体保护,避免破坏油品中的天然维生素E。利用这套浸出精炼工艺,提取的小麦胚油基本上可以达到日本的小麦胚油规格基标(表6)。图4 小麦胚油提取工艺流程图表6 小麦胚油规格基标4、谷胱甘肽谷胱甘肽（Glulalhione，GSH）化学名：N-(N-L-r-谷氨酰-L-版胱氨酰)甘氨酸，它是由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸构成的三肽，其中谷氨酸是以gama-羧基与半胱氨酸形成肽键。GSH在自然界中分布很广，动物肝脏、酵母和小麦胚中含量丰富。文献报道小麦胚中的GSH含量高达98107mg/100g。 近年来，随着对GSH的生理、生化等方面科学研究的深入，GSH在医学、食品、保健、防衰老等（尤其是作为重要的功能食品因子） 方面的作用正引起人们日益广泛的关注。 GSH是一种低分子清除剂，它可清除O-2、H2O2、ROO- ，是组织中主要的非蛋白质的巯基化合物，可以作为GSH-PX的底物，抑制脂质过氧化，保护细胞膜，恢复细胞功能；可保护细胞内含巯基酶的活性（如ATP酶），防止因巯基氧化而导致的蛋白质变性，减少自由基对DNA的攻击，从而减少DNA损伤和突变。最近证明GSH也参与使维生素E恢复到还原态的作用，缺乏或耗竭GSH 会促使许多化学物质或环境因素产生中毒作用或加重其中毒作用，这可能与增加氧化损伤有关，因而GSH量的多少是衡量机体抗氧化能力大小的重要因素。谷胱甘肽对化疗药物致肝损害有较好的预防作用及治疗效果。癌症病人接受放疗后体内产生大量的氧自由基，这是组织损伤(尤其是消化道粘膜损害)的重要原因之一；蒽环类细胞周期非特异性抗肿瘤药物具有慢性累积性心脏毒性，其主要原因是代谢产物 氧自由基造成心肌损伤。GSH可以中和氧自由基，减轻心肌和消化道组织损伤，因而可有效地保护心脏和显著地减少放疗后腹泻的发生。谷胱甘肽作为食品添加剂可提高营养，加强食品风味及防止变质，可制成针对治疗和保健的药品用于人体保健。江南大学正在从事这方面的研究。5、黄酮类物质麦胚也是黄酮类化合物的良好来源，近几年的 研究表明黄酮类化合物作为食物中的一种非营养 成分，呈现多种生物活性。很多抗氧化剂和自由清除剂都是黄酮类化合物，如茶多酚、银杏提取物等。近年来，由于自由基生命科学的进展，使具有很强抗氧化和清除自由基作用的黄酮类化合物受到空前重视。黄酮类化合物的主要生理活性为：调节毛细血管的脆性和渗透性，保护心血管系统；具有很强的抗氧化作用，是一种有效的自由基清除剂；具有金属螯合能力，影响酶和膜的活性。黄酮类化合物参与磷酸与花生四烯酸的代谢、蛋白质的磷酸化、钙离子的转移、自由基的清除、氧化还原作用、螯合作用和基因表达。小麦胚中的黄酮类化合物主要是黄酮和花色素。研究表明，小麦胚黄酮类提取物能明显抑制人乳腺髓样癌细胞株Bcap的生长、克隆形成和DNA合成能力，呈现明显的剂量 疗效关系，并随作用时间延长其效果增强，小麦胚黄酮类提取物可能是通过抑制了Bcap-37细胞DNA的合成而降低其生长和繁殖的能力。6、麦胚多糖多糖是由12个以上单糖通过糖苷键连结而成的一类大分子物质， 近十几年，人们发现从植物中提取出的多糖具有非常重要和特殊的生理活性。如参与生物体的免疫调节功能和降血压、降血脂、抗炎症、抗疲劳等功效。多糖的研究正引起人们越来越浓厚的兴趣。7、麦胚凝集素（WGA）麦胚凝集素是指麦胚中能与专一性糖结合，促进细胞凝集的单一蛋白质。小麦胚芽中麦胚凝集素的存在方式有水溶性的相与专膜呈可逆结合状态的两种。1962 年，Aub 等人发现小麦脂酶抽提物中含有凝集素，此后从麦胚酸性磷脂酶中也提取出了凝集素，直到1972年，Allen等人才首次直接从麦胚中分离提取了凝集素。经过30多年来科学家们的不断努力，尤其是亲和层析技术和晶体X-射线衍射技术的应用，在麦胚凝集素的纯化技术、结构研究以及生理功能等研究方面均取得了飞速的进展。麦胚凝集素与脂肪细胞反应，有类似胰岛素的作用，能激活葡萄糖氧化酶，降低血糖含量。与细胞膜血型糖蛋白上的NucNAc和GlcNAc 结合，能封闭并阻止恶性疟疾裂殖子的识别附着，抑制其入侵红细胞。WGA能够诱导巨噬细胞溶解肿瘤细胞，刺激人体的T-细胞分泌白细胞介素-2（1L-2），不过，WGA也能抑制核蛋白的运输等。8、二十八烷醇二十八烷醇是天然存在的高级醇，主要存在于蔗蜡、糠蜡、小麦胚油及蜂蜡等天然产物中。二十八烷醇外观为白色粉末或鳞片状晶体，熔点8183C。可溶于热乙醇、乙醚、苯、甲苯、氯仿、二氮甲烷、石油醚等有机溶剂，不溶于水。对酸、碱、还原剂稳定，对光、热稳定，不吸潮，无毒。美国经过20年对894名受试人员42项实验研究，发现二十八烷醇具有增强耐力、精力和体力，提高肌力，改进反应时间、反射和敏锐性，强化心脏机能，消除肌肉疼痛、降低肌肉摩擦，增强对高山反应的抵抗性，改变新陈代谢的比率，减少必要的需氧量，刺激性激素，降低收缩期血压等功效，因此二十八烷醇是一种理想的运动食品强化剂。目前,国外对小麦胚的开发着重于高技术、高价值、高效能的产品方面,如从小麦胚提取天然维生素E浓缩油。国内对小麦胚资源的开发也已经逐渐重视起来。近年来,我国上海、无锡、广东、青岛、北京等地都在积极进行小麦胚资源开发的研究。但是,大都集中在初级产品的制造上,如将小麦胚加工成全脂麦胚,而天然维生素E等高值产品的研究开发尚未达到工业化的程度。小麦胚芽营养十分丰富,的确是“人类天然的营养宝库”,对小麦胚芽的开发利用应走综合利用之路。我国正处于从温饱型转向小康型社会过渡,随着经济发展,人们消费水平大幅增高,已从“量”的需求转为“质”的提高,人们的消费观念渐被更新,消费者自我保护意识不断增强,对健康已不吝“投资”。因此,作为从小麦胚芽中获取的具有保健功能的麦胚油制品和天然维生素E制品的开发必能丰富市场,迎合日益多元化市场消费发展的需要。同时,对提取VE后的半脱脂小麦胚芽进行综合开发利用,使农副产品得以增值,都将使我们获得可观的经济效益和一定的社会效益。2006-3-17