燕麦的功能特性和产品的研究

第一章 绪论

1.1 选题背景及意义

燕麦分为带麩型和裸粒型两类。与世界各国的带麩型燕麦不同的是，我国的燕麦以裸粒型为主，常称裸麦。我国栽培燕麦有着 3000 多年的历史，是裸燕麦的发源地[ ]。裸燕麦的品种较多，按栽培地区不同可分为华北地区的莜麦、西北地区的玉麦、西南地区的燕麦和东北地区的铃铛麦[ ]。 燕麦主要分布在我国内蒙古、河北、山西、和吉林等省区，其中吉林地区的燕麦籽粒尤为饱满，品质较高。
燕麦与其他谷物相比，具有高蛋白，高脂肪，高膳食纤维特点。中国预防医学科学院已公布5 种主要食粮( 100 g) 的营养成分比较。

燕麦营养成分丰富，除含有蛋白质、脂肪、膳食纤维等主要营养成分以外，还含有钙、铁、磷、维生素B、维生素E等人体必需矿物质和维生素，现代医学和营养学研究表明，燕麦对高血压、高血脂、高血糖和心脑血管疾病等均有一定的防治作用。

目前，我国亚健康问题越来越严重，心血管疾病、糖尿病、高血压和高血脂的患者比例不断增加，人们更倾向于选择既能补充营养成分又可防治慢性疾病的健康食品。现阶段，国内外生产的燕麦产品的仅停留在传统的加工阶段，主要以燕麦片、燕麦粉[ ]、燕麦粥、燕麦饼干和燕麦面包[ ]等产品为主，为满足日益多样化的食品市场需求，探索燕麦的功能特性和开发燕麦功能性产品势在必行。

1.2国内外文献综述

1.2.1 燕麦概述

燕麦是一年生禾本科燕麦属的植物，最适栽培温度15- 25 ℃ ，平均株高80- 120cm，千粒重达25- 35g[ ]。我国燕麦共9 个品种, 其中大面积栽培的主要有2个品种, 即带麩型燕麦和裸粒型燕麦。裸燕麦是我国东北、华北和西北高寒地区主要农作物之一，种子由外壳、表皮、胚乳和胚芽组成，胚乳在燕麦种子中占比例较大，是食品的主要来源[ ]。

国外对燕麦的探索和利用较早，而且成果显著。早在1964年美国已有科学研究表明燕麦的降胆固醇功能，瑞士、马来西亚、法国和澳大利亚也相继证实了燕麦麸可减少胆固醇的吸收而达到降低胆固醇的效果[ ]。美国桂阁公司自1898年成立以来，致力于对燕麦进行工业化的生产，以先进的工艺和设备为支撑，形成了产业链化的生产加工模式[ ]。近几年，燕麦在东南亚地区逐渐开始大受欢迎，新加坡生产的约克燕麦片已成为食品市场的畅销产品[ ]。

国内对燕麦的利用与开发虽然较晚,但发展速度较快。中医古籍《本草纲目》里对燕麦早有记载，认为其具有“食疗兼备，冲饥滑肠”的功效。燕麦是一种具有多种用途的作物，最初人们用它作为饲料和工业原料，随着社会的发展燕麦有了更广泛的用途，应用于食品、药品、化妆品等领域。19世纪80年代初期，我国首家现代化燕麦厂建立在内蒙古武川县，带动了燕麦加工生产行业的发展。因为燕麦具有耐寒的特性，主要种植在我国华北、西北、内蒙等高寒地区，所以促进了严寒贫困地区的经济发展，也推动了“西部大开发”战略的进程。21世纪以来，随着食品研究与开发领域的迅速发展,粗加工的燕麦产品已经不能满足市场的需求，人们开始关注燕麦营养成分和功能特点，目前品种更丰富的多功能燕麦粉已经逐渐占领了市场，如中粮集团的悦活系列果蔬燕麦粉、北京锄禾食品有限公司的核桃燕麦粉、河北西麦有限公司的中老年燕麦粉、蒙牛集团的燕麦牛奶产品等等。可见燕麦产品已经逐渐融入我们的生活，燕麦的降血糖、降血脂、抗氧化和美容功能也慢慢改变着我们的对健康的认知与关注。

1.2.2 燕麦研究与利用现状

燕麦胚乳中含有淀粉、脂质、蛋白质和膳食纤维等营养成分。这些主要营养成分的提取与研究，有助于进一步探索燕麦功能特性，开发具有多种保健功能的创新燕麦产品，促进燕麦在食品、药品和化妆品领域的更广泛发展。
燕麦淀粉含量约30%，其中直链淀粉占比例小于支链淀粉，燕麦淀粉颗粒较小，易于消化 [ ]。燕麦淀粉与大米淀粉粒度相近，表面光滑无裂缝，呈不规则形状，具有奶油状、致密和润滑等结构优点[ ]。由于这一结构特点，使燕麦淀粉比玉米淀粉和小麦淀粉更易糊化而不易老化。燕麦淀粉的提取方法主要有碱提取法和酶提取法两种，其中碱提取法应用较为广泛。刘刚等[ ]采用研究表明在液固比6.7、提取时间2.9 h时、和pH10.4条件下碱提燕麦淀粉，其淀粉得率为63.38%。申瑞玲等[ ]采用水酶法燕麦淀粉，其研究表明通过控制浸泡时间与浸泡温度的控制，可明显提高淀粉的纯度和得率。
燕麦脂质90%分布在麦麸及胚乳中，其含量与环境因素和遗传性状有关。大多数燕麦中脂质含量高于其他谷物，其中含有结合型油脂20%，游离型油脂80% [ ]。燕麦的脂肪含量生长条件而不同，总脂肪含量越高，油酸所占百分比越高，而棕榈酸和亚麻酸所占百分比约低[ ]。常用的燕麦脂质提取法有超临界气体萃取法和有机溶剂浸提法两种，其中有机溶剂萃取法因其操作简单而应用较多。韩舜愈等[ ]以CO2作为超临界萃取剂提取燕麦油脂，在温度40 ℃和压力45 Mpa下提取燕麦油脂，得率达到6.266﹪。钟细娥等[ ]比较了石油醚、正己烷、丙酮等萃取剂对燕麦油脂的提取效果，结果表明，采用正已烷，在70 ℃、料液比1∶6条件下提取4h，提取燕麦油脂效果最优。
燕麦膳食纤维含量约为20%，是具有较强功能性和代表性膳食纤维，分为可溶性膳食纤维和不溶性膳食纤维两种。其主要成分β– 葡聚糖存在于麸皮及胚乳中，由β–（1 → 3）和β–（1 → 4）糖苷键连接，可在小肠内形成高粘度胶体状，不仅能够延缓多糖类食物在小肠中消化时间，还能吸收胆固醇并排出体外，具有降低血糖和胆固醇的功能[ ]。目前燕麦膳食纤维的提取方法通常采用碱法或酶法，但提取粗纤维的方法较为广泛，还有如化学分离法、膜分离法和粗分离法等方法可被利用。
燕麦蛋白质含量约15%，含有人体所需必须氨基酸，其是赖氨酸较高为3.7%[ ]，赖氨酸有助于改善失眠、抑郁症、情绪异常和预防糙皮病等 [ ]。燕麦蛋白与其他谷物蛋白相比营养价值更高[ ]，其氨基酸配比最接近FAO/WHO 推荐模式，且生物价约为72～75，化学分数值可达0.54，在植物蛋白中名列前茅[ ]。燕麦蛋白的提取方法一般为酶提法和碱提法两种，近几年有研究表明超声辅助酶法可有效提高蛋白提取的得率。姚惠源等[ ]采用碱提法制备燕麦蛋白，得到最佳提取条件为液料比18∶1、pH 9.6、温度50 ℃和浸提时间30min。罗雯等[ ]利用蛋白酶酶解燕麦，得到的燕麦蛋白约为原料蛋白的67.5%。
国内外大量科学研究及临床医学研究表明，燕麦具有降血糖、降低胰岛素水平、降胆固醇、降血脂；抗氧化、延缓衰老；预防结肠癌、减肥等多种保健功能[ ]。首先，燕麦中含有不饱和脂肪酸和可溶性膳食纤维，燕麦不饱和脂肪酸可在小肠内形成高粘度胶状物，包围胆固醇阻止其吸收，防止胆固醇进入血液，且燕麦中的亚油酸可与胆固醇结合成酯，将胆固醇降解并排出体外从而达到降低胆固醇的功效；燕麦膳食纤维可延缓多糖类物质在小肠内的消化吸收，改善胰岛素敏感性，降低胰岛素分泌，从而达到降血糖的功效。其次，燕麦中还含有较多的咖啡酸、阿魏酸、香豆酸、香草酸和水杨酸等酚酸，维生素E和类黄酮化合物，这些天然抗氧化物质可消除体内自由基，抑制氧化物的形成，从而达到抗氧化的功效。此外，燕麦中的β-葡聚糖是良好的防癌成分，它可使小肠中的乳酸杆菌和双歧杆菌快速增值，减少肠道大肠杆菌数量，并在肠道内发酵生成丁酸，抑制肿瘤细胞的生长，达到预防结肠癌的功效。
燕麦在医药、化妆品领域有一定范围的应用，但主要应用于食品保健领域。在食品领域中，燕麦产品可分为直接食用产品、单一原料加工产品，混合原料加工产品和特殊保健产品四大类[ ]。直接食用燕麦产品即以燕麦代替部分细粮，作为主食食用；单一原料燕麦加工产品在市场上的品种较多，如燕麦片、燕麦粉、燕麦粥、燕麦饼干等等；混合原料燕麦产品近几年也逐渐出现在市场中，如燕麦巧克力、燕麦酥、燕麦蛋卷和果蔬燕麦粉等等；随着生活水平的提高，特殊保健燕麦产品也开始受到广大群众的欢迎，如老年燕麦片和儿童燕麦食品等等。然而加强燕麦工程学研究，通过改善加工工艺增加燕麦产品的适口感，并开发具有保健功能的健康燕麦产品，仍还有较大的发展空间。
1.2.3 多肽的研究进展
肽是蛋白质的组成部分，是氨基酸由酰胺键相互连接而成。根据氨基酸残基的数量不同，可将分为寡肽（10个氨基酸的肽）和多肽（10-50个氨基酸的肽）。多肽与蛋白质和游离氨基酸相比，抗原性和渗透压均较低[ ]，因此吸收速度高于蛋白质和游离氨基酸，是人体新陈代谢的重要组成部分，且在细胞分化、分子识别和信号转导等过程中，起着比大分子蛋白更重要的作用。
Bayliss 和 Starling[ ]最早发现了称为胰泌素的生物活性多肽，创立了生物活性多肽研究的开端。目前有研究表明分子量小于5000Da的多肽具有更好的生理功能和生命活性[ ]，故我们所称的生物活性多肽通常是由 2-20 个氨基酸残基组成[ ]。生物活性多肽的吸收机制分为三种：离子依赖性主动转运、非耗能离型离子交换转运和谷胱甘肽转运[ ]。
生物活性多肽分为内源性和外源性两类。内源性肽如甲状腺素和神经多肽等，是由机体内部产生的肽，具有一定的机体调节作用；外源性肽如植物肽、微生物肽和动物肽等是从间接获取的肽，同样也具有一定的生理功能。
生物活性多肽具有多种对人体有益的生理功能，因此越来越受到人们的重视与利用。大量研究表明，生物活性多肽具有抗氧化、抗肿瘤、免疫调节、抑菌、降血压[ ]和降血糖等功能，这些生物活性多肽主要来源动植物体内[ ]。
表 1.2 生物活性肽的来源
Table 1.2 The source of bioactive peptides
生物活性肽 来源
抗氧化肽 牛乳酪蛋白、牡蛎肉、牛乳清蛋白、青鳕、鳍鱼、扇贝边、毛虾、鸡精蛋黄蛋白、小麦谷蛋白、玉米
抗肿瘤肽 高丽参、海藻、干酪、豆酱
免疫调节肽 猪血、大豆蛋白、大米蛋白
抑菌肽 羊小肠、黄蜂、贻贝、斑节对虾、青蛙、苍蝇幼虫、青蟹、蟾蜍
降血压肽 牛乳清蛋白、金枪鱼肌肉、螺狮蛋白、鸡肉、蛋清蛋白、玉米蛋白、大豆蛋白
降血糖肽 鲨鱼肝、人参、牡蛎、癞葡萄、苦瓜、癞葡萄、啤酒糟
生物活性多肽的抗氧化功能。机体内的自由基是导致氧化衰老的根源，抗氧化肽可防止自由基引起的脂肪的过氧化、核酸受损和蛋白质的损伤，其机理为通过螯合金属离子、清除过氧化氢、清除羟基自由基和抑制亚油酸氧化而达到抗氧化功效。肖燕平等[ ]采用碱性蛋白酶酶解法制备蚕蛹蛋白抗氧化肽，并优化了制备工艺，经过超滤及凝胶柱层析纯化，得到具有生理过功能的抗氧化肽。张春红等 [ ]比较了五种蛋白酶对花生蛋白抗氧化肽的制备影响，采用双酶法制备了花生抗氧化肽。由于抗氧化肽多为动植物源提取，安全性较高，功能性较强，已被广泛应用于医药、食品和化妆品等领域。
生物活性多肽的抗肿瘤功能。抗肿瘤肽可在不影响正常细胞的基础上，对肿瘤细胞选择性的抑制，通过激活线粒体途径，促进肿瘤细胞衰亡并抑制其的生长，从而达到抗肿瘤的功效。Arong Gaowa等[ ]研究了混合肽的体外和体内抗肿瘤作用，肽在体内的循环过程可增强小鼠细胞抗肿瘤活性。Samir Attoubdeng等[ ]从青蛙皮肤分泌物中提取多肽，并证实了其对肝癌细胞、肺癌细胞、乳腺癌细胞以及结肠癌细胞的抗肿瘤作用。Zhang Jiuliang等[ ]从玉米中提取的抗肿瘤肽，可有效诱导肝癌细胞的凋亡。抗肿瘤肽的研究为开发天然抗癌药物提供了理论基础，具有较大的临床利用价值。
生物活性多肽的免疫调节作用。免疫调节肽是一种能够改善机体自身免疫性不足的弱点，且抵挡外界感染分子的生物活性多肽，它的作用机理为通过增强体液免疫和细胞免疫功能，增强机体的免疫力。Xiu-Li Feng等[ ]从鸟腔上囊中提取的免疫调节肽BSP-I、BSP-II BPP-I和BPP-II，可改善小鼠淋巴细胞异常起到免疫调节作用。Michael H. Kogut等[ ]发现BT肽具有免疫作用，可调节单核细胞功能、促进细胞因子的基因转录与表达，可用于增强新生儿免疫功能。生物活性多肽的免疫调节功能对生物制药的研究与开发具有重要的意义。