综述：波兰盘中的替代蛋白：消费者接受度、当前挑战与未来展望

《Foods》：Alternative Proteins on the Polish Plate: Consumer Acceptance, Current Challenges, and Future Perspectives

　　

荞麦壳是荞麦加工过程中产生的主要副产物。然而，尽管其具有较高的营养和功能价值，作为功能性食品的配料仍未得到充分利用。本综述总结了关于荞麦壳的植物学起源、化学组成、提取方法以及生物活性特性的现有知识。特别强调了其高含量的不溶性膳食纤维和酚类化合物，尤其是芦丁，这些成分有助于抗氧化、抗炎和抗菌活性。讨论了用于获取荞麦壳浓缩物的常规和绿色提取技术进展，包括超声辅助提取和微波辅助提取。评估了荞麦壳的技术功能特性，如持水能力、持油能力、乳化潜力以及质地修饰，并结合食品应用进行了分析。批判性地综述了其在焙烤产品、面食、乳制品、饮料和肉制品中报道的应用。同时考虑了安全性、致敏性和抗营养因子等方面。总体而言，荞麦壳被定位为一种未充分利用的资源，在可持续功能性食品开发中具有巨大潜力。

1. 1.
   引言
   荞麦是蓼科荞麦属的双子叶谷物作物，因其种子化学组成、用途和农艺实践与谷物相似而被归类于谷物组。全球荞麦产量在2023年达到约220万吨，加工副产物壳占30–40%。荞麦是一种未充分利用的作物，具有增强多样性、建立弹性农业工业系统以应对气候变化的潜力。荞麦壳含有比荞麦粉更多的有益化合物，其高不溶性纤维、芦丁、原儿茶酸和丁香脂素含量使其可作为功能性配料。研究人员将荞麦壳提取物用于肉制品和蛋黄酱中作为天然防腐剂以延长保质期。根据FUFOSE共识文件，功能性食品可对机体目标功能产生有益影响。荞麦去壳后加工成碎粒和面粉，去壳过程产生大量壳副产物。新兴提取技术如超声辅助提取（UAE）、微波辅助提取（MAE）、脉冲电场（PEF）和高静压处理（HPP）正被采用。本综述将壳作为未充分利用的副产物，整合植物学背景、详细组成、绿色提取技术、技术功能特性和安全性考虑，旨在将其转化为高价值功能性配料。
2. 2.
   文献综述方法学
   使用Google Scholar、Web of Science、Scopus、PubMed和ScienceDirect进行文献检索。关键词包括“荞麦壳”、“荞麦壳”、“生物活性化合物”、“酚类化合物”、“膳食纤维”、“提取”、“抗氧化活性”、“技术功能特性”、“食品应用”、“安全性”、“致敏性”和“真菌毒素”。检索涵盖截至2026年8月可用的文献。纳入标准涉及壳的组成、提取方法、生物和技术功能特性、食品应用或安全性。最终纳入146篇独特出版物，并参考7个官方和监管来源，总计153篇参考文献。
3. 3.
   荞麦的植物学特性与壳的组成
   3.1 植物学特性和主要物种
   荞麦是双子叶植物，种子不规则且呈三角形。荞麦种子发芽需3–4天，3周后开花，授粉后10天开始形成种子。荞麦是蓼科的一年生植物，与酸模和大黄相关。主要栽培种为鞑靼荞麦（Fagopyrum tataricum）和 common buckwheat（Fagopyrum esculentum）。鞑靼荞麦的蛋白质、膳食纤维、维生素和矿物质含量较高，尤其是芦丁含量约为 common buckwheat 的100倍。两者均富含不饱和脂肪酸，鞑靼荞麦的B族维生素总量通常更高。

3.2 荞麦壳的形成

荞麦加工初始步骤为脱皮，产生大量壳固体废弃物。工业实践中，收获的荞麦谷物经风干和清选，然后机械去壳，利用摩擦和离心力破碎壳。传统干法去壳包括分级和分离，湿法去壳采用湿热处理软化壳以提高出仁率。最终产品为碎粒和可食用核，壳主要作非食品用途，但近年也被探索作为营养素来源。

3.3 荞麦壳的营养组成与膳食纤维

荞麦壳主要由木质纤维素膳食纤维组成，占干重的大部分。膳食纤维含量报告为79.11 g/100 g或80.6 g/100 g，也有研究指出31.31 g/100 g，差异源于分析方法、纤维定义、品种、产地和加工条件。不溶性非淀粉多糖如木聚糖、木葡聚糖、阿拉伯木聚糖和半乳木葡聚糖是消化健康的重要成分。可溶性纤维主要包括木糖、葡萄糖和糖醛酸。根据欧盟法规（EC）No 1924/2006，产品可标注“纤维来源”或“高纤维”。荞麦壳粗蛋白约4–6 g/100 g，脂肪低于1 g/100 g，淀粉1.2–2.6 g/100 g。添加荞麦壳到小麦面包可显著增加矿物质含量，100 g添加4.5%荞麦壳的全麦面包可提供成人每日锰需求量的近70%。灰分约1.5–2.1 g/100 g，主要可提取金属离子为钾，钙和镁适量，铁和锰较低，潜在有害金属浓度低，适合食品和功能性配料使用。

3.4 荞麦壳酚类化合物及其他生物活性成分

荞麦壳是生物活性植物化学物的丰富来源。总酚含量434.06–525 mg/100 g。芦丁是 common buckwheat 壳中的主要黄酮，浓度62.43–173.57 mg/100 g。鞑靼荞麦壳芦丁含量极高，超声辅助天然低共熔溶剂提取系统从鞑靼荞麦壳中获得的芦丁最大提取率为9.5 mg/g。其他黄酮包括荭草素、异荭草素、牡荆素、异牡荆素、金丝桃苷和槲皮素。酚酸如阿魏酸、香草酸、原儿茶酸和没食子酸也存在，原儿茶酸是主要酚酸，约39 mg/100 g。此外，壳含有脂溶性生物活性物质如生育酚（α-、γ-、δ-生育酚）和植物甾醇（β-谷甾醇、菜油甾醇和豆甾醇）。这些化合物通过抗氧化特性提供健康益处，包括降低胆固醇、血压、减轻炎症反应以及辅助管理糖尿病和肥胖。

3.5 影响荞麦壳化学组成的因素

加工条件特别是热处理显著影响酚类组成。红外焙烤鞑靼荞麦粒在130、150和170 °C下10分钟，总酚含量随温度升高而降低，170 °C损失最大，总黄酮在130和150 °C稳定但170 °C下降，芦丁最耐热。挤压和焙烤对酚类影响不同。优化焙烤条件（75 °C，12分钟）可增加游离和结合酚含量。亚临界水闪蒸处理在160 °C 30分钟增加总酚。加工方法如发酵对 Tartary 和 common buckwheat 酚类影响最积极，总酚分别增加1.24倍和0.67倍。去壳过程改变酚谱，芦丁减少，香豆酸、丁香酸和香草酸增加。酚类分布在外层组织，壳和麸皮中浓度最高。品种和栽培种差异显著，鞑靼荞麦种子芦丁含量高于 common buckwheat。环境因素如光照、日长和太阳辐射影响芦丁积累。植物发育阶段和解剖部位也影响酚类积累，花序中总酚最高。

1. 4.
   提取与分析方法
   4.1 常规提取方法
   传统方法包括溶剂提取（浸渍、渗滤）、煎煮、消化等，存在耗时、高能耗、多酚降解和溶剂过量等缺点。这些方法需大量溶剂，依赖手动操作，一致性差。

4.2 新兴提取技术

超声辅助提取（UAE）利用空化现象破坏细胞膜提高生物活性物质提取效率。微波辅助提取（MAE）分两阶段，第二阶段从木质纤维素基质中回收更多酚类，比常规方法增加43.6%。高静压处理（HPP）在200 MPa 8分钟获得最高总酚含量（21.76 mg GAE/100 mg DW提取物）。脉冲电场（PEF）是创新环保方法，但荞麦壳应用研究有限。酶解结合响应面法用于提取鞑靼荞麦膳食纤维（TBDF）。

4.3 提取物的分析表征

提取后，色谱和质谱法用于表征植物化学物质。需区分游离和结合酚。酸水解（2 M HCl，80 °C，1小时）比碱水解回收更多结合酚。高效液相色谱（HPLC）用于测定黄酮和维生素，液相色谱-质谱（LC-MS）提供更高灵敏度，可鉴定低浓度酚类并表征结构。

1. 5.
   荞麦壳化合物的生物活性特性
   5.1 抗氧化活性
   荞麦壳含酚类化合物如槲皮素、芦丁和原儿茶酸，具有强抗氧化作用。提取物显示显著自由基清除能力，能减少活性氧（ROS）、丙二醛（MDA）产生，并增强过氧化氢酶（CAT）活性。

5.2 抗炎和代谢效应

绿色方法提取物在Caco-2细胞系中调节炎症标志物。鞑靼荞麦膳食纤维减少肥胖小鼠体重、肝指数和脂肪积累，减轻肝脂肪变性。酚类和纤维共同贡献于降胆固醇、降血压、抗炎及管理糖尿病和肥胖。

5.3 抗菌和抗真菌活性

荞麦壳提取物对革兰氏阳性菌（如金黄色葡萄球菌、蜡样芽孢杆菌、粪肠球菌）和革兰氏阴性菌（如猪霍乱沙门氏菌、奇异变形杆菌、大肠杆菌）有抑制作用，对真菌如黄曲霉也有抑制，降低黄曲霉毒素产生。但生物活性化合物的生物利用度证据有限，主要基于体外消化模型，缺乏人体直接证据。

1. 6.
   荞麦壳在食品体系中的技术功能特性
   6.1 持水能力
   小粒径（10–50 μm）荞麦壳粉比粗粉（100–500 μm）持水能力更高，限制水分流失并延缓面包老化。增加面团黏度。

6.2 持油特性

微粉化后壳膳食纤维持油能力超过粗粉，有助于稳定含脂食品。

6.3 堆积密度

超细研磨增加堆积密度和振实密度，改善加工属性。

6.4 热稳定性和对热处理的响应

热处理对酚类影响复杂，取决于温度、时间和方法。焙烤或挤压可能降低或保持抗氧化活性。

6.5 乳化特性

鞑靼荞麦麸（富壳部分）因蛋白质、脂质和多酚（芦丁）具有高乳化能力，降低界面张力。

6.6 对面团流变学和结构的影响

细胞级壳增加面团吸水率，提高粘弹性模量和稠度。在无麸质面包中增加面团稠度。

6.7 对食品保质期和贮藏稳定性的影响

壳提取物在冷冻肉制品或蛋黄酱中延长保质期。

6.8 在肉制品中的技术效应

水和乙醇提取物减少肉丸脂质氧化，增加诱导时间。3%壳添加减少法兰克福香肠贮藏损失，增加硬度和矿物质。

1. 7.
   荞麦壳在功能性食品中的当前和新兴应用
   7.1 在焙烤和谷物制品中的应用
   添加1.5–4.5%壳到面包提高抗氧化活性和酚含量，全麦面包接受度高。在面食中替代0–20%粗面粉增加纤维、总酚和抗氧化活性，但超过10%产生不良气味。

7.2 在发酵乳制品中的应用

添加壳到酸奶改变理化性质，降低酸度和乳清析出，影响颜色和微生物生长，提供膳食纤维。

7.3 在功能性饮料和浸剂中的应用

壳浸剂提供黄酮，抑制晚期糖基化终产物（AGEs）形成，但总酚低于绿茶，宜作为混合茶配料。

7.4 在肉和鱼制品中的应用

壳提取物作为天然抗氧化剂减少肉丸脂质氧化，优于丁基羟基甲苯（BHT）。鞑靼荞麦提取物和壳聚糖延长鱼片保质期。

7.5 在功能性甜点中的应用

细壳粉和黑色素增加巧克力奶油和忍冬慕斯感官吸引力和抗氧化力，提高膳食纤维。

7.6 批判性评估与研究空白

高添加量可能影响感官，需产品特定添加限量。缺乏跨产品一致评估，未来应建立标准化测试。

1. 8.
   安全性、致敏性和监管考虑
   8.1 真菌毒素和微生物安全性
   壳可能含黄曲霉毒素B₁（AFB₁）、伏马菌素和赭曲霉毒素A。良好农业和贮藏实践结合蒸汽处理可降低风险。壳多酚抑制黄曲霉生长和毒素产生。意大利荞麦样本中伏马菌素高达567.25 μg/kg，赭曲霉毒素A低于0.8 μg/kg。直接监测必要。

8.2 荞麦和荞麦壳的致敏性

荞麦可引起IgE介导过敏，主要过敏原为Fag e 1、Fag e 2和Fag e 3。壳可能因残留面粉致敏。一般人群罕见，约0.1–0.4%。需标签警示。

8.3 荞麦壳中的抗营养因子

单宁和植酸可能抗营养，但适量摄入和加工可减轻。高纤维和酚类益处大于风险。

8.4 监管考虑和当前空白

日本强制标识荞麦过敏原，欧盟和美国不强制。欧盟法规（EU）2023/915设定谷物中黄曲霉毒素B₁和赭曲霉毒素A限量。壳可能属于 Novel Food，需评估。缺乏统一标准阻碍开发。

1. 9.
   结论与优先未来研究需求
   荞麦壳是富含纤维的副产物，具功能潜力。绿色提取技术增强回收。技术特性支持其在多种食品中应用。未来研究应优先标准化提取和分析协议、生物利用度和代谢研究、人体干预试验、优化加工和添加水平以平衡功能和感官、全面安全性包括真菌毒素监测。其增值符合循环经济原则。