综述：谷物加工副产物的传统与新兴增值方法

本综述系统探讨了谷物加工副产物（如麸皮、胚芽、谷壳及酒糟）的营养价值、功能特性及增值策略，重点比较了发酵、酶解、挤压等传统方法与高压加工（HPP）、蒸汽爆破（SE）、超声波、脉冲电场（PEF）、冷等离子体等新兴非热技术对改善膳食纤维（SDF）、蛋白质溶解度、酚类释放及抗氧化活性的作用，为开发零浪费、清洁标签的循环生物经济食品体系提供科学依据。

　　

摘要

谷物加工产生大量副产物（如麸皮、胚芽、谷壳和酒糟），富含蛋白质、膳食纤维、抗性淀粉、脂质、多酚和植物甾醇等生物活性成分，但其在人类食品系统中的潜力尚未被充分开发。本综述系统总结了这些副产物的组成和功能特性，并对比分析了传统与新兴加工技术对其营养品质、功能特性及应用前景的影响。

1. 引言

谷物是全球食品供应的基础，但其加工过程中产生的副产物常被低估或仅用作动物饲料。这些副产物富含蛋白质、膳食纤维、矿物质、维生素和多酚等成分，对预防心血管疾病、2型糖尿病和肥胖等慢性病具有潜在益处。然而，其应用受限于粗糙质地、深色、异味及抗营养因子（如植酸）的存在。通过针对性加工技术可改善这些局限性，提升其在食品中的功能性和接受度。

2. 谷物加工副产物的类型

2.1. 麸皮

麸皮是谷物碾磨的主要副产物，富含非淀粉多糖（如阿拉伯木聚糖和β-葡聚糖）、蛋白质、木质素及酚类化合物（如阿魏酸）。其组成受谷物类型、成熟度及加工方式影响。

2.2. 胚芽

胚芽是谷物生长的核心部分，富含脂质（9–50%）、必需氨基酸、膳食纤维和维生素，但常被用于低价值动物饲料。其脂质中富含不饱和脂肪酸和生育酚，具有抗氧化特性。

2.3. 谷壳

谷壳（如稻壳和燕麦壳）曾被视为低价值木质纤维素废物，现被重新评估为工业原料（如纳米纤维素复合材料）及生物活性化合物（如脂肪酸和酰基甘油）的来源。

2.4. 二次加工副产物

啤酒糟（BSG）和蒸馏糟（DG）是酿造和乙醇生产的主要副产物，富含纤维（高达70%）和蛋白质（25–30%），且含有β-葡聚糖、阿拉伯木聚糖和多酚等生物活性成分。

3. 副产物中的功能成分

副产物是膳食纤维、蛋白质、抗性淀粉、脂质和多酚等功能成分的优质来源（表2）。

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  膳食纤维：麸皮中含量最高（小麦麸40–50%），包括纤维素、半纤维素和β-葡聚糖，具有调节血糖、胆固醇和肠道健康的作用。
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  蛋白质：麸皮和胚芽蛋白具有乳化性和凝胶性，酶处理可增强其溶解性和功能特性。
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  多酚：集中于谷物外层，玉米副产物含量最高（15.55 μg GAE/g），具有抗氧化和抗炎活性。
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  植物甾醇：主要存在于麸皮和胚芽中，可通过竞争性抑制降低胆固醇吸收。

5. 副产物应用的挑战与局限性

副产物在食品应用中面临颜色深、吸水性强、抗营养因子（植酸、单宁）、质地粗糙及易腐败等问题（表3）。高水分副产物（如湿酒糟）还需快速稳定化处理以防微生物污染和霉菌毒素生成。

6. 提升副产物价值的策略

5.1. 传统加工技术

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  发酵：利用乳酸菌或酵母降低植酸、改善风味和抗氧化活性（如产生阿魏酸和香兰素）。
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  挤压：高温高压剪切可破坏大分子结构，提高纤维发酵性和营养素生物利用率，并形成抗性淀粉（直链淀粉-脂质复合物）。
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  酶处理：碳水化合物酶和蛋白酶可改善溶解性、降低粒径并增强消化率（如提高酚类提取效率）。
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  萌发：激活内源酶（如植酸酶），减少抗营养因子并增加多酚和γ-氨基丁酸（GABA）含量。
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  微粉化：超细研磨减少粒径，改善分散性和矿物质生物利用率（如铁和锌）。

5.2. 新兴加工技术

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  高压加工（HPP）：100–1000 MPa静水压力处理可增加可溶性膳食纤维（SDF）和蛋白质溶解度，并减少微生物负荷。
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  蒸汽爆破（SE）：高温高压蒸汽（0.6–1.0 MPa）破坏木质纤维素结构，提高SDF含量及其功能特性（如胆固醇吸附能力）。
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  超声波：空化效应破坏细胞结构，增强酚类和多糖提取效率（20–45 kHz）。
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  脉冲电场（PEF）：高压短脉冲（0.1–100 kV/cm）改变蛋白质和淀粉结构，提高消化率和乳化性。
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  冷等离子体：离子化气体处理（如介质阻挡放电）增强酚类提取和抗氧化活性，并改善脂质稳定性。

5. 加工技术的比较分析

传统技术（如发酵和挤压）成熟但可能耗时且能耗高；新兴非热技术（HPP、PEF、冷等离子体）效率高、营养保留好，但设备成本高且规模化应用仍需优化（表4）。

6. 高价值副产物的开发

通过传统和新兴技术，副产物可转化为高纯度功能性配料（如膳食纤维、植物蛋白和多酚提取物），应用于烘焙、乳制品、饮料和营养保健品中，支持清洁标签和可持续食品开发（图1）。

7. 未来趋势与机遇

未来研究将聚焦于：

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  高纯度功能成分（如膳食纤维和植物蛋白）的提取与应用；
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  全谷物加工和零浪费生产框架；
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  减少化学添加剂，采用绿色加工技术（如干法处理）；
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  开发节能、可规模化的非热技术；
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  加强消费者接受度与品质标准研究。

8. 结论

谷物加工副产物是未被充分利用的营养资源，通过传统和新兴加工技术可显著改善其功能性、感官特性和营养价值。这些技术不仅支持功能性食品开发，还助力减少食物浪费和推动循环生物经济发展。未来需跨学科合作以优化技术经济可行性并促进商业化应用。