摘要
假谷物（如藜麦、荞麦和苋菜）因其优良的营养成分、丰富的生物活性化合物和多功能特性，成为传统谷物的理想替代品。本综述综合阐述了这些多功能谷物中生物活性化合物的现有研究，重点介绍其优异的抗氧化、抗炎、抗癌、降胆固醇和抗糖尿病特性，探讨了主要生物活性化合物（包括多酚、黄酮类、皂苷、荞麦糖醇和肽）以及先进的分析方法（如 HPLC、UPLC 用于分离，MS/MS 和 NMR 光谱用于检测和结构解析），还强调了假谷物在预防慢性病、促进整体健康和解决营养缺乏方面的营养潜力，及其在无麸质烘焙产品、肉类替代品、乳制品替代品等多个工业领域的应用，并指出其在适应边际环境、应对气候压力等方面的优势，对实现可持续发展目标具有重要意义。
1. 引言
生物活性成分因其在增强健康和降低多种慢性病风险方面的巨大潜力而受到日益关注。这些天然存在的化合物具有广泛的生物活性，如抗氧化、抗炎等。营养素是人体必须从饮食中获取的化合物，而生物活性化合物是非营养成分，虽非生存必需，但能增强健康或降低疾病风险。
假谷物包括藜麦（Chenopodium sp）、荞麦（Fagopyrum sp）和苋菜（Amaranthus sp），是在主流农业中未被充分利用但在食品、营养等方面具有潜力的植物物种。藜麦原产于南美洲安第斯地区，传统上被加工成多种食品；荞麦原产于中国中西部，常见品种有普通荞麦和苦荞，近年因健康益处受欢迎；苋菜约有 70 属 800 多种，原产于热带美洲和非洲，在古代文明中是主食。
1.1. 营养和生物活性概况
这些古老谷物不仅营养密集、气候适应性强，还富含具有多种健康益处的生物活性化合物。藜麦是完全蛋白质来源，含所有 9 种必需氨基酸，还富含多种维生素和矿物质，以及黄酮类等；荞麦蛋白质含量 13-15%，含大量必需氨基酸，且芦丁和多酚含量高；苋菜蛋白质含量 13-15%，赖氨酸丰富，还含多种矿物质和维生素，以及角鲨烯等生物活性化合物。
1.2. 环境适应性
上述假谷物对不利环境条件的适应能力，凸显了它们在促进可持续农业和应对气候变化方面的潜力。它们能在边际农业气候条件下生长，需要较少投入，对生物和非生物胁迫有耐受性。
1.3. 在可持续发展和健康促进中的作用
考虑到其优异的植物化学和生物活性特性，将假谷物纳入主流农业和食品生产系统对实现可持续发展目标至关重要，如有助于消除饥饿、促进健康福祉等，还能多样化食物基础，增强粮食和营养安全，帮助对抗营养不良。
本综述旨在详细综合假谷物中的生物活性化合物及先进的提取和检测方法，强调其在营养和工业领域的双重潜力，评估其在可持续发展和营养安全中的作用。
2. 假谷物中的主要生物活性化合物
假谷物具有优良的植物化学特征，包括多酚、黄酮类、荞麦糖醇和皂苷等主要生物活性化合物。
2.1. 藜麦
2.1.1. 酚类化合物
藜麦中的多酚含有多种天然酚类物质，如单宁、儿茶素等。研究发现藜麦含有多种酚酸，其中没食子酸是最丰富的酚酸，且其某些酚酸含量高于小麦、玉米和大米。不同颜色的藜麦品种中发现了 9 种游离和结合形式的酚类化合物，游离酚类生物利用度更高，结合酚类可能在结肠发挥作用。红藜麦和黑藜麦因含更多甜菜红素，总酚含量高于白藜麦。
2.1.2. 黄酮类
与其他谷物相比，藜麦含有更多的黄酮类化合物。黄酮类主要以糖苷形式存在，藜麦谷物含山奈酚和槲皮素糖苷等。藜麦叶中的黄酮类和花青素含量是种子的 98 倍，发芽会增加酚类和黄酮类等生物活性物质。不同颜色藜麦的总黄酮含量不同，游离和结合黄酮浓度也有差异。
2.1.3. 皂苷
皂苷由一个或多个糖链和三萜烯苷元或甾体糖苷组成，藜麦的主要皂苷有齐墩果酸等，还含葡萄糖等碳水化合物。根据皂苷含量，藜麦分为甜藜麦（<0.11%）和苦藜麦（≥0.11%），苦藜麦皂苷含量高于甜藜麦，且高于大豆或燕麦，皂苷主要位于藜麦种子的外层。
2.2. 荞麦
荞麦包含多种生物活性成分，如黄酮类、皂苷、植物甾醇等。
2.2.1. 黄酮类
黄酮类是一类重要的多酚次生代谢物，苦荞的黄酮含量高于普通荞麦，且受生态条件影响。苦荞的芦丁和槲皮素含量也高于普通荞麦，芦丁占总酚类的 90%。在苦荞和普通荞麦的不同部位发现了多种黄酮醇，荞麦还含有黄酮、黄烷酮、黄烷 - 3 - 醇等，荞麦种子中的荞麦糖醇会影响胰岛素信号传导。
2.2.2. 酚酸及其衍生物
苦荞含有多种酚酸，如绿原酸、咖啡酸等。荞麦麸皮中最常见的酚类有对羟基苯甲酸等，普通荞麦中绿原酸含量丰富。荞麦的体外抗氧化能力高于大麦和燕麦，这与其丰富的生物活性化合物有关。
2.3. 苋菜
2.3.1. 总酚类化合物
苋菜（A. hypocondriacus）谷物含有四种多酚和两种黄酮类。芦丁和尼古林等多酚与心血管疾病、阿尔茨海默病的预防以及记忆障碍的改善有关。苋菜谷物和面粉的抗氧化能力低于燕麦但高于大豆，这与其总酚含量相关。苋菜种子中还含有单宁，深色种子的单宁含量高于浅色种子。不同苋菜物种的总酚含量不同，A. caudatus中游离酚酸占总酚酸的 27%，A. cruentus种子中没食子酸含量最高。
2.3.2. 皂苷和生物活性肽
苋菜种子的皂苷含量相对较低，平均约为 0.09%（以七叶皂苷当量表示），低浓度和低毒性确保了苋菜衍生产品对消费者无重大风险。在苋菜种子中发现了类似 lunasin 的肽，存在于多种蛋白质组分中。
3. 生物活性化合物的分离和检测方法
植物酚类化合物有游离型和结合型。游离酚酸可通过溶剂提取，结合酚酸以不溶形式存在，需通过碱性水解等方法提取，然后通过比色法或液相色谱等方法鉴定和测量。比色法简单方便但无法识别单个化合物，而液相色谱能可靠识别复杂混合物中的化合物。
HPLC（高效液相色谱）、UPLC（超高效液相色谱）和 NMR（核磁共振）光谱是研究植物酚类化合物的基本技术。UPLC 工作压力更高，可使用更小粒径的色谱柱；NMR 是一种非破坏性方法，可用于解析有机分子结构。为提高分析灵敏度，液相色谱与质谱技术结合使用，如 ESI-MS（电喷雾电离质谱）等。
3.1. 藜麦
藜麦品种的颜色对其提取物中化合物的浓度有很大影响。研究人员使用 HPLC 系统检测了安第斯本土藜麦六种生态型中的黄酮类和酚酸，还结合多种检测器研究藜麦的酚类 profile。不同研究通过不同提取和检测方法，发现了藜麦中的多种酚类和黄酮类化合物。
3.2. 荞麦
普通荞麦种子提取物的分析使用了多种液相色谱系统及检测器，一些研究结合质谱技术提高分析灵敏度。通过多种方法，在荞麦的不同部位发现了多种黄酮类、黄烷 - 3 - 醇等化合物。
3.3. 苋菜
使用 LC-MS-ESI 评估了苋菜叶中的酚酸和黄酮类化合物，发现了多种羟基苯甲酸、羟基肉桂酸和黄酮类。通过不同方法，在苋菜中检测到多种酚类物质，其中异槲皮素和芦丁是最常见的黄酮类。
4. 不同生物活性化合物的营养潜力
假谷物含有多种生物活性化合物，以及膳食纤维、不饱和脂肪酸等必需营养素，具有营养和功能价值。富含蛋白质的假谷物因氨基酸组成平衡和健康益处受到全球关注，有助于预防多种非传染性疾病。
4.1. 降胆固醇活性
假谷物的降胆固醇特性被广泛研究。食用荞麦等可显著降低总胆固醇、血糖等；荞麦蛋白可降低仓鼠血清、胆囊和肝脏中的胆固醇水平。藜麦的高纤维含量有助于降低胆固醇，其皂苷和 20 - 羟基蜕皮激素也有降胆固醇作用，藜麦基产品在人体试验中也显示出降低胆固醇等效果。荞麦 bran 提取物可降低血脂，苋菜油能降低 LDL 和总胆固醇，提高 HDL 胆固醇，食用苋菜可降低血脂水平，还能影响胆汁酸生产等。
4.2. 抗癌活性
饮食是多种慢性病（包括癌症）的风险因素。A. caudatus 来源的凝集素具有抗增殖作用，可与肿瘤因子结合；A. mantegazzianus 种子具有抗肿瘤特性。经常食用荞麦等假谷物与降低某些癌症风险有关，荞麦花蜂蜜能增强人体血清的抗氧化潜力，富含抗氧化剂的假谷物有助于减少癌症风险。
4.3. 抗糖尿病活性
糖尿病是一种代谢紊乱疾病，血糖指数（GI）用于分类碳水化合物对血糖的影响，低 GI 饮食有益健康。多种生物活性肽和水解物通过抑制消化酶降低血糖水平。藜麦的 GI 通常较低，食用藜麦可降低游离脂肪酸和甘油三酯，有助于改善胰岛素敏感性等。食用荞麦可改善餐后饱腹感，降低血浆葡萄糖和胰岛素水平，苋菜因其高锰含量有助于糖尿病患者管理血糖水平。
4.4. 抗氧化活性
抗氧化剂在预防氧化方面至关重要，有助于维护心血管健康等。苋菜的抗氧化潜力主要源于酚类和黄酮类，其叶、花和提取物抗氧化活性高。荞麦也富含抗氧化剂，如 hulls、种子和面粉中的低聚原花青素，有助于保护 DNA 等。藜麦种子和叶子含有丰富的酚类化合物，具有显著的抗氧化特性，其提取物中的多种成分对前列腺癌细胞的增殖和运动有抑制作用。
4.5. 抗炎活性
饮食成分在炎症管理中的作用受到研究关注。食用苋菜可减轻与多种疾病相关的炎症，其挤压蛋白水解物中的生物活性肽可降低多种促炎标志物的表达。藜麦多酚能下调炎症因子，煮熟的藜麦中的多不饱和脂肪酸和酚类可减少促炎因子的形成，苋菜芽中的硒和甜菜红素可阻断核因子 κB（NF-κB）的核转位，降低促炎标志物水平。
5. 工业应用
假谷物具有成本效益，因其能在多种气候下以最少投入生长，且营养密度高，减少加工食品中昂贵强化的需求，在多个行业具有巨大工业潜力。
5.1. 藜麦
5.1.1. 无麸质烘焙食品
藜麦种子通过替代部分小麦粉，能显著提高烘焙产品的营养价值，因其蛋白质含量高、氨基酸组成均衡等。藜麦面粉已成功用于多种传统和烘焙产品，全藜麦 pasta 比传统 pasta 具有更优的营养益处，不同比例的藜麦面粉添加能改善饼干等产品的营养成分。
5.1.2. 肉类类似物
基于植物的肉类替代品因其对人类健康、环境保护和可持续性的益处而受到关注。藜麦种子粉和淀粉用于肉类配方，能提高最终产品的质量，且不负面影响其理化等特性，高浓度的藜麦种子粉有助于形成类似香肠的凝胶，藜麦种子和淀粉用于鸡肉丸子中能有效防止水分流失。
5.1.3. 植物奶和酸奶
藜麦富含蛋白质和必需氨基酸，成为受欢迎的植物基奶和酸奶替代品。藜麦奶的 GI 显著低于大米奶，其高淀粉含量使其成为生产奶替代品的多功能原料，全谷物藜麦酸奶通过接种益生菌培养物制成。
5.1.4. 发酵饮料
藜麦种子在酿造中应用广泛，使用藜麦种子 flakes 酿造能提高泡沫稳定性，且感官吸引力更高，藜麦种子蛋白在葡萄酒酚类澄清中也有应用。
5.1.5. 递送疏水性生物活性物质
基于生物聚合物的功能成分递送系统是研究热点，藜麦种子蛋白可形成纳米胶束递送疏水性化合物，藜麦种子淀粉的独特特性使其能稳定乳液液滴，其纳米颗粒在负载槲皮素等方面效率更高，藜麦种子淀粉制成的高吸附容量微球是有前景的药物递送材料。
5.1.6. 可食用薄膜
藜麦种子是潜在的替代薄膜材料，藜麦种子蛋白分离物与壳聚糖的混合薄膜机械性能增强，原生藜麦种子淀粉可用于制备透明的可生物降解薄膜。
5.1.7. 藜麦作为家禽饲料
藜麦种子可有效纳入家禽饲料，家禽饲料中藜麦种子的添加量不应超过 150g / 千克，脱壳藜麦能略微提高肉鸡的性能。
5.2. 荞麦
5.2.1. 荞麦基无麸质烘焙产品
荞麦面粉是一种多功能原料，能改善各种烘焙产品的营养和感官品质，可部分替代小麦面粉用于饼干、面包等，且不会影响可接受性，在无麸质配方中也有应用，能改善意大利面等产品的质地和颜色。
5.2.2. 荞麦芽
荞麦芽因其多种健康益处越来越受欢迎，富含黄酮类和花青素等强抗氧化剂。但将其纳入食品产品的研究较少，苦荞芽可用于 steamed bread 配方，但因其苦味和涩味，添加量受限。
5.2.3. 荞麦啤酒
荞麦啤酒是一种无麸质饮料，专为乳糜泻或麸质不耐受者制作，可达到与大麦啤酒相当的感官可接受性和质量。荞麦麦芽是其主要成分，酿造过程需微调以确保所需的感官特性，荞麦啤酒在碳酸化和风味纯度方面表现较好。
5.2.4. 荞麦蜂蜜
荞麦蜂蜜是一种深色蜂蜜，以其独特的风味和香气区别于其他蜂蜜品种，由蜜蜂从荞麦植物的花中采集花蜜制成，具有丰富的抗氧化含量和抗炎特性。
5.3. 苋菜
5.3.1. 烘焙产品
苋菜谷物可单独或与其他谷物结合制作多种产品，但制作发酵面包需与小麦面粉混合。不同比例的苋菜和小麦面粉混合制作的面包，随着苋菜含量增加，营养显著增强，但过高添加量会影响面包可接受性，苋菜面粉在饼干制作中也有应用。
5.3.2. 开发断奶食品配方
在撒哈拉以南非洲，谷物粥作为补充饮食营养不足，苋菜被用于提高断奶食品的蛋白质和营养价值。高粱和苋菜的混合麦芽粉能提高面粉质量和降低抗营养元素，不同比例的鹰嘴豆、苋菜谷物和玉米混合制作的粥营养更丰富。
5.3.3. 功能性饮料的生产
近年来，食品和饮料在疾病预防和治疗中的应用受到更多关注，功能性食品和饮料对生理和营养过程有益。以挤压苋菜谷物制成的即饮功能性饮料更受欢迎，发酵苋菜制成的饮料比传统饮料更可口且营养更高，苋菜与茶混合的饮料也受到喜爱，含苋菜的饮料能提高运动员的运动表现。
5.3.4. 苋菜油
角鲨烯在动植物细胞中存在，具有重要生物功能，苋菜植物是最丰富的植物源角鲨烯来源。植物来源的角鲨烯油广泛用于化妆品和个人护理产品，苋菜来源的角鲨烯具有强抗氧化特性，能保护皮肤等。
5.3.5. 动物营养
苋菜作为反刍动物的饲料具有巨大潜力，因其营养价值高且脂肪酸组成良好。苋菜以多种形式用于动物饲料，在兔、猪、肉鸡等饲料中添加苋菜，能提高其生长性能、消化率等，且具有显著的降胆固醇效果。
6. 未来展望
随着假谷物的营养和功能潜力日益得到认可，未来研究有众多方向。面对气候变化对全球粮食生产的影响，假谷物对不利环境条件的适应能力使其成为可持续农业的重要组成部分。未来研究应致力于通过先进育种技术培育气候适应性强的假谷物品种，应用先进生物技术提高特定生物活性化合物的浓度，研究这些化合物的生物利用度和代谢，拓展假谷物的工业应用，探索精准农业等技术在假谷物种植中的应用，开展跨学科研究，以及解决消费者接受度和市场动态问题，通过各方协作促进假谷物的推广应用。
7. 结论
假谷物已成为可持续食品系统和营养安全的重要贡献者，满足了对成本效益高且健康的食品替代品不断增长的需求。本综述全面综合了假谷物的营养价值、生物活性化合物、提取技术和多样应用，讨论了其在营养保健品、制药和功能添加剂等领域的潜力，为研究人员、政策制定者和行业专业人士提供了宝贵资源。这些作物的多功能性和适应性不仅解决了当前的营养挑战，还为未来在健康、农业和工业领域的进步铺平了道路，促进全球粮食安全和经济可持续性。
