《Foods》：Buckwheat Husk: An Underexplored Source of Bioactive Compounds and Functional Food Applications
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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，作为功能性食品配料仍未被充分利用。本综述总结了有关荞麦壳的植物学来源、化学成分、提取方法和生物活性特性的现有知识。其中重点强调其高含量的不溶性膳食纤维（insoluble dieta
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，作为功能性食品配料仍未被充分利用。本综述总结了有关荞麦壳的植物学来源、化学成分、提取方法和生物活性特性的现有知识。其中重点强调其高含量的不溶性膳食纤维（insoluble dietary fiber, IDF）和酚类化合物，尤其是芦丁（rutin），这些成分赋予其抗氧化、抗炎和抗菌活性。本文讨论了用于获得荞麦壳浓缩物的传统和绿色提取技术的进展，包括超声辅助提取（ultrasound-assisted extraction, UAE）和微波辅助提取（microwave-assisted extraction, MAE）。研究评估了荞麦壳的技术功能特性，如持水性和持油性、乳化潜力及质构改良，并结合食品应用进行了探讨。此外，对烘焙制品、面食、乳制品、饮料和肉制品中的报道应用进行了批判性综述。安全性、致敏性和抗营养因子等方面也被纳入考量。总体而言，荞麦壳被定位为一种具有显著潜力的未充分利用资源，可用于可持续功能性食品的开发。
1. 引言
荞麦属于蓼科荞麦属双子叶谷类作物，其种子化学成分、用途和农艺实践与禾谷类作物相似。据联合国粮食及农业组织（FAO）数据，2023年全球荞麦产量约220万吨，其中壳副产物占加工材料的30%–40%。荞麦适合在边际土壤上种植，肥料需求低，符合低投入农业实践要求。荞麦含有约180种生物活性化合物，包括蛋白质、脂质、膳食纤维、矿物质及酚类化合物和甾醇等。荞麦果实为瘦果，由外壳（果皮）包裹种皮、糊粉层、胚乳和胚。脱壳过程中约17%–20%的籽粒质量被去除为壳，产生大量副产物。荞麦壳含有比荞麦粉更丰富的有益化合物，具有高膳食纤维、总多酚含量和抗氧化活性，富含不溶性纤维、芦丁、原儿茶酸和丁香树脂醇。荞麦壳提取物可延缓脂质氧化，其黄酮糖苷和甲基化多酚发挥抗氧化作用。荞麦壳已被用于面包、酸奶、面条和茶等产品中，其提取物应用于肉制品和蛋黄酱中作为天然防腐剂以延长货架期。根据FUFOSE共识文件，功能性食品是对机体靶功能产生有益影响、有助于改善健康和/或降低疾病风险的食物。荞麦因营养价值和感官品质被传统用于制作各类食品，如中欧和东欧的“kasha”、日本的荞麦面等。荞麦为无麸质假谷物，适合乳糜泻患者。提取技术的选择对从荞麦壳中回收生物活性化合物至关重要，新兴方法包括超声辅助提取、微波辅助提取、脉冲电场（PEF）和高静压处理（HPP）。本综述将荞麦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量，旨在确定该副产物转化为高价值功能食品配料的途径。
2. 文献综述方法
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”、“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”等，单独或组合使用。检索覆盖截至2026年8月可获取的文献。纳入标准为提供与荞麦壳组成和生物活性化合物、提取和分析方法、生物学和技术功能特性、食品应用或安全性相关信息的文献，排除与综述范围无关和重复的出版物。最终筛选出146篇独特文献，并查阅了7个官方和监管来源，共153篇参考文献。
3. 荞麦的植物学特征与壳的组成
3.1 植物学特征与主要物种
荞麦为具有不规则三角形种子的双子叶植物，褐色至黑色的壳包裹着白色至浅绿色的籽仁。荞麦种子3–4天萌发，种植后3周开花，授粉后10天内开始形成种子，从种子形成到完全成熟需1周以上。荞麦生长期短（70–90天），酚类成分赋予其良好的储存性能。荞麦属于蓼科，与酸模和大黄有亲缘关系。具有农业价值的主要栽培种包括苦荞（Fagopyrum tataricum）和普通荞麦（Fagopyrum esculentum）。苦荞与普通荞麦相比，蛋白质含量更高且氨基酸组成均衡，膳食纤维、维生素、矿物质和黄酮类化合物含量更高，其中芦丁浓度约为普通荞麦的100倍。两个物种均以不饱和脂肪酸（C18:1、C18:2、C18:3和C20:1）为主，苦荞的麸皮和面粉中B族维生素总量普遍较高。
3.2 荞麦壳的形成
荞麦加工的第一步是脱壳，产生大量荞麦壳固体废弃物。尽管营养丰富，壳通常用作燃料或治疗性枕头填充物。工业实践中，收获的荞麦籽粒经风干和清选去除颖壳和异物，然后在脱壳机中通过摩擦和离心力机械裂开壳。籽粒还可能经过刷擦或抛光以去除灰尘和真菌孢子而不影响发芽。传统干法脱壳在脱壳前对种子进行分级，然后将籽仁与壳分离；湿法脱壳采用水热处理软化壳以提高籽仁得率。最终产品为去壳籽仁和壳等副产物，壳主要曾用于非食品用途，但最近正被探索作为食品工业多种营养素的来源。
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构成，占干重的大部分。膳食纤维含量因研究而异，Dziadek等报道为79.11 g/100 g，Lu等检测为80.6 g/100 g，Zhang等则报道较低水平（31.31 g/100 g），差异主要归因于分析方法和纤维定义的不同。壳中已发现木聚糖、木葡聚糖、阿拉伯木聚糖和半乳糖木葡聚糖等半纤维素衍生组分，以及果胶型多糖。可溶性纤维主要由木糖（0.06 g/100 g）、葡萄糖（0.09 g/100 g）和糖醛酸（0.09 g/100 g）组成。根据欧盟法规（EC）No 1924/2006，产品每100 g含至少3 g纤维可标注“纤维来源”，每100 g含至少6 g纤维可标注“高纤维”。荞麦壳平均粗蛋白含量约4–6 g/100 g，脂肪低于1 g/100 g，淀粉含量约1.2–2.6 g/100 g，灰分约1.5–2.1 g/100 g。添加荞麦壳的面包可显著提高矿物质含量，食用100 g含4.5%荞麦壳的全麦面包可提供成人每日锰推荐摄入量的近70%。壳中可提取金属离子以钾为主，钙和镁含量适中，铁和锰较低，锌、铜、镍、铬和银等微量金属几乎检测不到。潜在有害金属浓度低，使荞麦壳在适当加工条件下适用于食品和功能配料用途。
3.4 荞麦壳的酚类化合物及其他生物活性成分
荞麦壳总酚含量为434.06–525 mg/100 g。芦丁（槲皮素-3-芸香糖苷）是普通荞麦壳中的主要黄酮类化合物，含量为62.43–173.57 mg/100 g。苦荞的芦丁含量约为普通荞麦的100倍。采用超声辅助天然深共熔溶剂萃取，苦荞壳芦丁最大提取产率达9.5 mg/g，浸出效率95%。除芦丁外，壳中还鉴定出荭草苷、异荭草苷、牡荆苷、异牡荆苷、金丝桃苷和槲皮素等六种黄酮类化合物，其中牡荆苷和异牡荆苷含量为101.65–188.78 mg/100 g，金丝桃苷为53.55–274.10 mg/100 g。酚酸类包括阿魏酸、香草酸、原儿茶酸和没食子酸，其中原儿茶酸是主要酚酸，含量约39 mg/100 g（游离形式18.48 mg/100 g，结合形式20.59 mg/100 g）。荞麦壳还含有脂溶性生物活性成分，包括生育酚（α、γ、δ-生育酚）和植物甾醇（β-谷甾醇、菜油甾醇和豆甾醇）。这些生物活性化合物通过抗氧化特性提供多种健康益处，包括降低胆固醇、降低血压、减轻炎症反应以及辅助管理糖尿病和肥胖。荞麦中酚类化合物以游离和结合两种形式存在，具体形式受品种、栽培和储存条件以及加工处理方式影响。
3.5 影响荞麦壳化学成分的因素
热处理条件显著影响荞麦酚类组成。红外烘烤苦荞籽粒时，总酚含量随温度升高而降低，170 °C时损失最大；总黄酮含量在130和150 °C下相对稳定，170 °C时显著下降；芦丁是最耐热的酚类化合物。然而，挤出处理（170 °C）不影响酚含量，而200 °C烘烤10分钟改变极性和非极性酚类化合物。也有报道称提高加工温度可增加酚类含量。优化条件下（75 °C，12分钟）烘烤黑苦荞壳，游离和结合酚分别增加8.61和20.88 mg GAE/g，归因于细胞壁结构破坏和结合酚释放。亚临界水闪蒸处理在160 °C下30分钟使总酚含量较生粉增加12.7%。热处理引起的酚类含量变化方向不同，一方面源于游离酚的热降解，另一方面源于酚类与基质组分（蛋白质或糖类）键的水解释放。发酵对苦荞和普通荞麦酚类组成产生最大的积极影响，使总酚含量分别增加1.24倍和0.67倍，总黄酮含量增加1.33倍和1.0倍；而蒸制、烘烤和酶处理则显著降低总酚含量和生物活性。脱壳过程显著改变荞麦米酚类谱，芦丁含量降低31%–55%，香豆酸、丁香酸和香草酸含量增加。酚类化合物在籽粒中分布不均匀，外壳组织中浓度最高。不同面粉的总游离酚含量排序为：麸皮面粉（124.25 mg/100 g）> 中等面粉（90.11 mg/100 g）> 脱壳籽粒面粉（52.07 mg/100 g）> 轻质面粉（4.64 mg/100 g）。品种差异也影响酚类含量，日本四倍体品种芦丁含量高于二倍体品种。环境因素尤其是光照强度和光质影响黄酮积累，长日照和较强太阳辐射促进芦丁积累，晚花品种芦丁含量高于早花品种。植物发育阶段和器官也影响酚类积累，花序中总酚含量最高。
4. 提取与分析方法
4.1 传统提取方法
多酚的传统提取方法包括溶剂提取（浸渍和渗滤）和消化法等。这些方法存在提取时间长、能耗高、多酚降解和溶剂用量大等缺点。浸渍法将粉碎样品在室温下浸泡于适当溶剂中，操作简单但耗时耗溶剂。煎煮法涉及短暂煮沸或沸水浸泡，主要限制是粗提物杂质多且无法提取热敏感或挥发性化合物。渗滤法使溶剂从顶部到底部逐渐渗透，存在多酚溶解度问题和提取时间长的挑战。浸提法用于可溶性植物成分，提取效率和植物化学谱范围有限。消化法是改良的浸渍法，采用温和加热，但需严格控制温度以避免热不稳定化合物降解。连续萃取法使用极性递增的溶剂（从正己烷到丁醇）分级，因需长时间加热而不适合热不稳定化合物。索氏提取法需要精确温控，过热可能降解热不稳定多酚。
4.2 新兴提取技术
超声辅助提取（UAE）利用空化现象产生局部高温高压，破坏细胞膜，提高生物活性物质的提取效率。微波辅助提取（MAE）产生最高多酚得率。采用两步MAE时，第二阶段（MAE2）从固体残渣中再提取结合于木质纤维素基质中的酚类，产量比传统提取法高43.6%。MAE的机制是微波诱导木质纤维素分子偶极旋转，导致结构破坏并增强溶剂渗透和目标分子溶解。UAE和MAE可减少有机溶剂用量、缩短提取时间、提高选择性和产率，是可行的可持续农业废弃物增值技术。高静压处理（HPP）和脉冲电场（PEF）也显示出增强荞麦壳酚类回收的潜力。直接比较四种技术，HPP（200 MPa，8分钟）的TPC最高（21.76 mg GAE/100 mg DW），其次为UAE（30分钟，4 °C，16.14 mg GAE/100 mg DW）、MAE（高功率，10秒，12.63 mg GAE/100 mg DW）和PEF（12 kV，10 kJ，200 Hz，9 μs，9.94 mg GAE/100 mg DW）。PEF通过在低温（22–25 °C）下施加1–8秒的短时高压电脉冲来提取植物化学物质。HPP通过改变细胞结构促进代谢产物扩散。苦荞壳膳食纤维（TBDF）可采用酶水解法结合响应面法优化提取。
4.3 提取物的分析表征
酚类化合物的分析方法需区分游离和结合形式。通常先用含水有机溶剂提取游离酚，再对残渣进行水解以释放结合酚。结合酚的回收可采用酸水解（2 M HCl，80 °C，1小时）或碱水解（2 M NaOH），酸水解在研究的条件下回收率更高。高效液相色谱（HPLC）可用于测定荞麦壳中的黄酮类化合物（以芦丁计）和维生素。液相色谱-质谱联用（LC-MS）比传统液相色谱具有更高的灵敏度、选择性和准确性，可鉴定和定量极低浓度的酚类化合物，已从荞麦壳提取物中鉴定出41种酚类化学成分。
5. 荞麦壳化合物的生物活性
5.1 抗氧化活性
荞麦壳含有槲皮素、芦丁和原儿茶酸等具有强抗氧化作用的酚类化合物。提取物表现出显著的自由基清除能力，芦丁作为主要黄酮醇具有优异的总体抗氧化能力。细胞实验表明，荞麦壳中的酚类抗氧化剂能够减少活性氧（ROS）和丙二醛（MDA）的生成，并增强过氧化氢酶（CAT）活性。
5.2 抗炎与代谢效应
采用“绿色”方法制备的荞麦壳提取物在体外Caco-2细胞模型中表现出较强的抗氧化活性和对炎症标志物的显著调节作用。膳食中添加苦荞膳食纤维可显著减少肥胖小鼠的体重增加，降低肝脏指数和脂肪与体重比，缓解肝脂肪变性并防止脂肪过度积累。酚类化合物与膳食纤维共同作用，通过抗氧化活性提供降低胆固醇、降低血压、减轻炎症反应以及辅助管理糖尿病和肥胖等健康益处。
5.3 抗菌与抗真菌活性
荞麦壳提取物对多种病原菌具有抗菌活性。50和100 mg/mL浓度的提取物能有效灭活革兰氏阳性和革兰氏阴性菌。100 mg/mL时对金黄色葡萄球菌、蜡状芽孢杆菌和粪肠球菌等革兰氏阳性菌的抑制作用强于对鼠伤寒沙门氏菌、奇异变形杆菌和大肠杆菌等革兰氏阴性菌。荞麦壳乙醇提取物还能抑制黄曲霉的生长并降低黄曲霉毒素的产生。然而，目前关于荞麦壳生物活性化合物生物利用度的证据有限，现有研究主要采用体外胃肠道消化模型评估其生物可及性，尚缺乏人体生物利用度的直接证据。
6. 荞麦壳在食品体系中的技术功能性
6.1 持水性
粒径为10–50 μm（细胞级破碎）的荞麦壳粉比粗粉（100–500 μm）具有更高的持水能力，可限制水分损失并延缓面包老化。膳食纤维的高持水性与面团粘度增加有关，较小颗粒的荞麦壳具有更大的持水能力。
6.2 持油性
经超微粉碎处理后，荞麦壳膳食纤维的持油能力超过粗壳粉，有助于稳定含脂食品。
6.3 堆积密度
超微粉碎的苦荞麸粉堆积密度显著提高至0.34 g/mL，振实密度达0.53 g/mL，具有良好的加工特性。
6.4 热稳定性与热加工响应
热处理对酚类化合物的影响方向不明确，取决于温度、时间、加热方式和基质类型。荞麦白粉和黑粉的总酚含量不受热加工显著影响，但200 °C烘烤10分钟略微降低黑粉的抗氧化活性，而170 °C挤出无显著影响。
6.5 乳化特性
苦荞麸（富含壳的组分）由于含有蛋白质、脂质和多酚（芦丁），赋予其理想的疏水性和有效界面张力降低能力，作为颗粒稳定剂具有高乳化能力。
6.6 对面团流变学和结构的影响
细胞尺度荞麦壳的
