
青稞(Hordeum vulgare L.)是青藏高原特有传统谷物,与小麦、水稻等主要粮食作物相比,具有高蛋白、高膳食纤维、高维生素、低碳水化合物和低脂肪含量的特点,且富含多酚、黄酮和甾醇等植物化学素,具有多种生物活性。青稞全谷物食品能够调节肠道健康、促进益生菌增殖、增强免疫力、改善心脑血管健康和调节血糖血脂水平,因此其在功能食品领域的开发潜力受到广泛关注,被视为极具开发潜力的全谷物益生食品原料。
湿热处理是一种环保、高效的物理改性方法,可显著提升谷物益生效益。多项研究已证实,湿热处理可改变谷物淀粉和蛋白结构,从而影响其消化特性。Liu Kun等研究表明,湿热处理后的青稞淀粉作为食品原料,可降低食品整体淀粉消化速度和糊状黏度。Iuga等研究表明,湿热处理引发小麦粉中淀粉颗粒聚集与分子链重排,降低结晶度,促进抗性淀粉(RS)生成;同时导致面筋蛋白变性,使其二级结构中β-折叠比例增加、α-螺旋减少,分子间氢键网络得到强化。上述结构重组协同作用降低了小麦意大利面的血糖生成指数(glycemic index,GI),同时改善了其食用品质。此外,随着代谢组学技术的发展,最新研究发现,热处理可通过改变谷物代谢物种类和含量,影响其营养与健康功效。Ofosu等发现热处理后高粱中新增4 种核心差异代谢物,证实热处理能显著影响高粱生物活性成分。然而,目前关于湿热处理对全谷物青稞粉代谢物组成的影响鲜有报道。
益生菌的补充对人体健康具有积极作用。近年来,罗伊氏乳杆菌(Limosilactobacillus reuteri)、嗜酸乳杆菌(Lactobacillus acidophilus)等新型益生菌被广泛用于功能性食品的开发中。研究报道,罗伊氏乳杆菌和嗜酸乳杆菌具有预防和抑制病原菌、增强机体免疫力和促进消化等功效。粪肠球菌(Enterococcus faecalis)能够抑制大肠杆菌和沙门氏菌等有害菌的生长。目前已作为一种发酵剂和益生菌在食品和医学领域广泛应用。全谷物富含膳食纤维和抗性淀粉等益生元组分,将其添加到益生菌制品中,可增强益生菌的胃肠道耐受性,提升益生菌在肠道中的存活率。然而,目前关于湿热处理对全谷物青稞粉益生元作用的影响研究较少,且缺乏对不同益生菌菌株的针对性研究。
郑州轻工业大学食品与生物工程学院的韩颖、朱莹莹*和郑州轻工业大学国际教育学院的杨越然等综合分析湿热处理对青稞粉基本营养成分、消化特性和小分子代谢物含量及组成的影响,并评价湿热处理前后青稞粉对罗伊氏乳杆菌、嗜酸乳杆菌和粪肠球菌生长的影响,旨在为青稞全谷物健康食品的开发提供理论依据。


1 湿热处理对全谷物青稞基本营养成分的影响



2 湿热处理对全谷物青稞淀粉体外消化特性的影响


3 湿热处理对全谷物青稞中代谢物组成的影响

3.1 湿热处理前后青稞中代谢物鉴定分析

采用超高效液相色谱-质谱在正负离子模式下分析湿热处理前后青稞中小分子代谢物,共鉴定出2 677 个代谢物,其中正离子模式下1 550 个,负离子模式下1 127 个(图2)。

与HB相比HMT-HB中脂质和类脂分子、有机酸及其衍生物和有机氧化合物类代谢物显著提高,而有机氮化合物、生物碱及衍生物和核苷、核苷酸和类似物显著降低。HB中前50代谢物包括脂质和类脂分子19 个,苯丙烷类和聚酮类化合物8 个,小分子糖及糖类衍生物7 个,有机酸及其衍生物6 个,有机杂环化合物2 个,核苷、核苷酸和类似物2 个,生物碱及衍生物1 个,以及5 个未归类物质;HMT-HB中前50代谢物包括脂质和类脂分子16 个、小分子糖及糖类衍生物11 个、苯丙烷类和聚酮类化合物7 个、有机杂环化合物4 个、有机酸及其衍生物3 个、有机硫化物2 个、生物碱及衍生物1 个,以及6 个未分类物质。对比后发现,HB与HMT-HB中大部分代谢物种类相同,如单酰基磷脂酰胆碱、磷脂酰胆碱和麦芽糖醇等脂质和类脂分子,以及蔗糖、葡萄糖酸和麦芽三糖等小分子糖及糖类衍生物。单酰基磷脂酰胆碱和磷脂酰胆碱主要存在于富含磷脂的食物中,对心血管和代谢健康有积极作用。葡萄糖酸等糖类衍生物则具有抗氧化的作用。值得注意的是,湿热处理后,青稞中新增了麦芽五糖、甘露聚糖等物质,麦芽五糖和甘露聚糖可促进肠道益生菌的生长。同时,湿热处理后,青稞中二氢呋喃、L-脯氨酸和1-(3-甲基丁酰基)-6-阿拉伯糖基葡萄糖等物质消失,这些物质主要参与植物次生代谢,其中L-脯氨酸在植物的生长和发育、植物生物固氮中起关键作用。综上,发现湿热处理改变了青稞中小分子代谢物的组成,并有可能改变其健康效益。

3.2 差异代谢物分析

进一步对比湿热处理前后青稞中小分子代谢物组成,筛选出345 个显著差异代谢物,差异代谢物分类比较分散(图3)。对湿热处理后上调的前15差异代谢物进行鉴定(表2),主要为有机酸及其衍生物、脂质和类脂分子以及有机杂环化合物类,其中丰度最高的物质是焦脱镁叶绿素a、磷脂酰乙醇胺-二氢鞘氨醇和脯氨酸-组氨酸等。焦脱镁叶绿素a是一种叶绿素衍生物,具有抗氧化功效;磷脂酰乙醇胺-二氢鞘氨醇是鞘氨醇的生物合成前体,有明显的抗癌效果。脯氨酸-组氨酸具有保护神经元、降血糖、抗氧化等生理功能。湿热处理后下调的前15差异代谢物鉴定结果如表3所示,主要为小分子糖及糖类衍生物、脂类和类脂分子、苯丙类和聚酮类,其中丰度最高的物质是甘露聚糖、棉子糖和溶血磷脂酰胆碱(18:3(6Z,9Z,12Z))。甘露聚糖和棉子糖具有益生元作用,可促进肠道有益菌生长;溶血磷脂酰胆碱(18:3(6Z,9Z,12Z))是参与信号传导和免疫调节的重要膜成分。酮类和有机酸类是主要谷物风味物质,说明湿热处理一定程度改变了青稞风味。


![]() | ![]() |

3.3 差异代谢物KEGG通路注释和富集分析

对差异代谢物进行KEGG通路富集分析,有助于从代谢途径层面揭示湿热处理对青稞物质组成的影响规律。如图4所示,差异代谢物显著富集于20 条代谢通路,主要涉及脂类、嘌呤及蛋白质类物质。其中,嘌呤代谢、氨基酰-tRNA生物合成、亚油酸代谢以及ABC转运蛋白等通路显著富集(P<0.05)。尤为突出的是,嘌呤代谢途径对湿热处理的响应最为明显,表明该处理可特异性调控青稞中嘌呤类化合物的分布。研究报道,嘌呤代谢物不仅与机体健康密切相关(如腺苷具有心血管保护作用),同时也参与食品风味的形成,例如腺苷具有心血管保护作用,但在食品中呈现苦味。因此,后续研究可聚焦于这些显著富集通路中关键代谢物的定量分析,为湿热处理青稞产品的定向开发与应用提供理论依据。


4 湿热处理对全谷物青稞体外促进益生菌增殖作用影响
如表4所示,湿热处理前后青稞粉作为替代碳源时,均能显著促进罗伊氏乳杆菌、嗜酸乳杆菌和粪肠球菌的增殖,且在添加量为25%~200%范围内呈剂量依赖趋势,说明3 株益生菌均能有效利用青稞作为生长所需的碳源。在同等添加剂量下,HMT-HB对3 株益生菌促增殖作用显著高于HB(P<0.05)。这与Huang Lu等研究发现青稞作为碳源显著促进植物乳植杆菌和德氏乳杆菌的增殖,且经微波等热处理后,其促进该两株益生菌增殖的效果进一步增强结果相似。如表5所示,在青稞粉作为补充碳源模式下,与HB相比,HMT-HB对3 株益生菌的生长促进效果更为显著,粪肠球菌在200%添加量时菌落数较HB组提升了4.60%,且显示出强的剂量依赖性效应。以上结果表明湿热处理能够增强青稞粉促进益生菌增殖的效果,且与基础碳源的协同作用更有利于益生菌的生长。一方面,这与湿热处理促使青稞细胞壁中β-葡聚糖释放,使得青稞中可被益生菌接触利用的碳水化合物总量增加有关。另一方面,研究报道热处理可导致谷物中颗粒态淀粉部分糊化从而释放直链淀粉与支链淀粉,也会降低β-葡聚糖等膳食纤维分子质量,使得其中碳水化合物更容易被微生物利用发酵,从而提升其对益生菌的增殖效益。此外,本研究还发现,湿热处理后青稞中小分子代谢物麦芽五糖、甘露聚糖等物质增加,相较于大分子糖类,小分子糖更易于被微生物利用,这可能也是湿热处理增强青稞粉促进益生菌增殖效果的原因之一。





5 青稞粉替代碳源对益生菌发酵液pH值的影响
如图5所示,3 株益生菌发酵液在发酵过程中pH值均随时间延长呈逐渐下降趋势。在不同菌株中,嗜酸乳杆菌在发酵结束时pH值下降幅度最大,表明其对青稞全粉和湿热处理青稞粉的利用能力及发酵活性最强,能够产生更多短链脂肪酸等酸性代谢产物。该结果与2.4节青稞样品作为替代碳源时促进嗜酸乳杆菌增殖效果最强的结果一致。此外,在3 株益生菌发酵液中,HMT-HB的pH值均较HB更低,但均无统计学差异。
![]() | ![]() | ![]() |


结 论
综上,本研究综合评价了湿热处理对全谷物青基本营养组成、消化特性、代谢物组成和体外促进益生菌增殖作用的影响。湿热处理改变了青稞的基本营养组成,显著提高了β-葡聚糖的含量和直链淀粉含量,降低了脂肪含量。湿热处理对青稞淀粉消化特性有较大影响,RS含量显著提高。此外,湿热处理后青稞中小分子代谢物的组成发生显著变化,其中脂质和类脂分子、有机酸及其衍生物和有机氧化合物类代谢物显著提高,而有机氮化合物、生物碱及衍生物和核苷、核苷酸和类似物显著降低。差异代谢物通路主要富集在嘌呤代谢、氨基酰-tRNA合成和亚油酸代谢。罗伊氏乳杆菌、嗜酸乳杆菌和粪肠球菌这3 株益生菌均能有效利用湿热处理前后的青稞粉,其中湿热处理后的青稞粉更容易被利用。本研究可为青稞健康食品研发提供理论依据,并促进营养导向型青稞加工技术体系发展。
韩颖, 杨越然, 吕可盈, 等. 湿热处理对青稞营养和代谢物组成及体外益生作用的影响[J]. 食品科学, 2025, 46(23): 286-293. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250610-068.
HAN Ying, YANG Yueran, LÜ Keying, et al. Effect of heat-moisture treatment on the nutritional composition, metabolite composition, and in vitro probiotic activity of highland barley[J]. Food Science, 2025, 46(23): 286-293. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250610-068.
近期研究热点



长按或微信扫码进行注册
为系统提升我国食品营养与安全的科技创新策源能力,加速科技成果向现实生产力转化,推动食品产业向绿色化、智能化、高端化转型升级,由北京食品科学研究院、中国食品杂志社《食品科学》杂志(EI收录)、中国食品杂志社《Food Science and Human Wellness》杂志(SCI收录)、中国食品杂志社《Journal of Future Foods》杂志(ESCI收录)主办,合肥工业大学、安徽农业大学、安徽省食品行业协会、安徽大学、合肥大学、合肥师范学院、北京工商大学、中国科技大学附属第一医院临床营养科、安徽粮食工程职业学院、安徽省农科院农产品加工研究所、安徽科技学院、皖西学院、黄山学院、滁州学院、蚌埠学院共同主办的“第六届食品科学与人类健康国际研讨会”,将于 2026年8月15-16日(8月14日全天报到)在中国 安徽 合肥召开。

长按或微信扫码进行注册
会议招商招展
联系人:杨红;电话:010-83152138;手机:13522179918(微信同号)
