《食品科学》：哈尔滨商业大学刘晓飞教授、张娜教授等：谷物制品中功能组分 ...

相惜不离

全球范围内，肥胖、2型糖尿病、高血脂、高血压等慢性代谢性疾病的患病率持续攀升，已成为严重威胁人类健康的重要公共卫生问题，超过三分之二的死亡与慢性病相关。同时，中国居民在过去三十年间膳食结构发生显著变化，尽管总热量摄入略有下降，但高脂、高糖和超加工食品的消耗比例大幅增加，慢性代谢性疾病发病率呈指数级上升趋势。
谷物通常指禾本科植物的种子或果实，包括水稻、小麦、玉米、高粱、谷子等可作为粮食的作物及其经过加工后所得到的产品。谷物作为人类膳食的基础组成，富含膳食纤维、多酚及蛋白水解肽等多种功能性组分，这些组分在调节血糖血脂、维护肠道屏障、抗氧化、降血压及免疫调节等方面具有显著潜力。研究表明，膳食纤维能够延缓营养物质吸收并被肠道菌群发酵产生短链脂肪酸，多酚类化合物则通过清除活性氧（ROS）和激活核因子E2相关因子2（Nrf2）通路发挥抗炎抗氧化效应，而谷物来源肽类可抑制血管紧张素转化酶（ACE）活性并参与免疫调控。在制品开发及加工技术层面，低温酶解、发芽、发酵、微胶囊包埋及冷冻干燥等绿色加工技术可有效提升功能性成分的溶出率与稳定性，同时保持产品的感官品质与安全性。基于此，功能性谷物制品在即食谷物、功能性面包及谷物饮料等领域获得广泛应用，并在糖尿病、心血管疾病及肠道健康干预中展现出良好效果。
目前，功能性谷物制品的研究多集中于单一活性成分的作用验证或传统加工工艺的改良，尚缺乏对加工过程中活性成分的释放及其生物利用度提升这一完整作用链条的系统梳理，且动物实验与临床证据仍显不足。同时，不同加工技术的比较与主食类制品的研究亦相对薄弱。鉴于此，哈尔滨商业大学食品工程学院的王丹丹、刘晓飞*、张娜*等人在梳理谷物制品主要功能性组分与关键加工技术的基础上，系统阐述其在体内的作用机制，并结合最新研究进展，对功能性谷物制品的实际应用及未来发展趋势进行展望，以期为功能性谷物食品的研发与产业化提供理论支持。


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功能性成分及关键加工技术
1.1 功能性成分
谷物作为全球主要的能量来源，不仅富含碳水化合物和蛋白质，同时也是多种功能性成分的重要供给源。近年来，越来越多研究证实，谷物中膳食纤维、多酚、黄酮类、植物甾醇及γ-谷维素等功能性物质在调节血脂、改善糖代谢、抗氧化及预防慢性疾病方面发挥关键作用。系统比较不同谷物的活性成分组成，对于功能食品研发和膳食结构优化具有重要意义。表1总结了常见谷物中功能性成分的典型含量范围。其中大麦和燕麦膳食纤维含量最高，尤其富含可溶性纤维（如β-葡聚糖），在降低胆固醇和调节血糖方面效果显著。高粱和玉米的多酚与黄酮类含量明显高于其他谷物，其中高粱中的单宁和花色苷赋予其更强的抗氧化与抗炎作用。糙米和玉米为甾醇与γ-谷维素主要来源，糙米的γ-谷维素水平居首，对血脂调节及代谢综合征防控作用突出。燕麦和高粱的铁含量较多，而大麦和小麦的镁与锌含量较高。然而，矿物质的实际利用率受植酸等抗营养因子的限制。


不同谷物的功能性成分呈现出差异化优势，燕麦与大麦在心血管健康管理方面潜力突出；高粱和玉米在抗氧化功能上表现优异；糙米在调节血脂和改善代谢功能上独具价值。这种营养成分的特异性分布为谷物在慢性病防控及功能性食品研发中提供了差异化应用基础。总体而言，谷物不仅是基础能量来源，更是多种功能性成分的重要载体。通过深入解析其活性成分组成与健康效应，可为功能食品开发和循证营养学研究提供科学依据。
1.2 加工技术对谷物营养成分的影响
谷物的加工不仅决定了其感官特性，也直接影响其营养成分的保存与功能性成分的释放。传统物理加工技术，如碾磨与精制虽能改善口感，却常导致营养物质（如膳食纤维、维生素和矿物质）的流失；而现代加工技术则在优化风味的同时，更加注重提升功能成分的可利用性、生物活性与稳定性。研究表明，经过5～15 h控制条件下的种子萌发可显著降低植酸的含量（去除率高达56%～96%），并提升γ-氨基丁酸等功能物质的含量；适度碾磨、发芽、发酵及挤压技术等均被证明能改善全谷物食品的质地和感官属性。目前应用较多的技术包括物理处理（如挤压、超高压、冷冻干燥）、化学改性（如改性淀粉、交联处理）、生物处理（如发酵、酶解）、热处理（低温烘焙、蒸煮）以及纳米技术和组合技术等（表2）。这些技术通过破坏细胞壁结构、降低抗营养因子、增强功能成分的溶解性或生成新的生物活性物质，有效改善了谷物的营养和健康功能。


谷物制品的加工过程对其营养成分会产生显著影响，精制加工通常会导致营养物质的大量流失。图1展示了挤压膨化、酶解、发酵和超高压处理4 种典型技术对谷物功能成分的影响。可以看出，各技术在作用机制和提升效果上存在明显差异。在挤压膨化处理中，高温高压可显著提高可溶性膳食纤维和酚类物质的释放，同时降解植酸和蛋白酶抑制剂等抗营养因子，改善矿物质的生物利用度。然而，过高温度也可能导致部分热敏感维生素和不稳定活性成分的损失。利用酶解处理时，特定酶的作用可将大分子蛋白分解为小分子活性肽，提高氨基酸和功能肽的可利用性，表现出ACE抑制、抗氧化等活性。同时，酶解还能促进结合态酚类的释放，增强抗氧化潜力，对谷物蛋白质营养质量的提升作用显著。发酵不仅能生成益生菌和短链脂肪酸，调节肠道微生态，还能提高谷物中B族维生素、矿物质和抗氧化物质的含量。其优势在于显著提升谷物制品的营养密度和生物活性，但发酵条件控制不当可能带来酸败风味或营养损失。相较于热加工，超高压能够更好地保持VC、B族维生素等热敏感物质的完整性，并通过改变分子结构提高功能成分的溶解性和吸收率。其不足之处在于对膳食纤维等大分子结构改性有限，更多适用于功能饮品或保健谷物产品的开发。


不同加工方式各具优势，单一技术常存在局限性，而组合技术则显示出协同增效作用。例如，挤压可破坏细胞壁结构，便于酶解释放更多酚类化合物，而纳米化可进一步提高其稳定性和生物利用度。因此，谷物加工的发展趋势是由单一改性向多技术耦合与精准调控转变，以实现营养保持、活性增强和感官优化的统一。
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功能性成分的调控机制与作用路径
2.1 谷物多酚的代谢活化与防御机制
2.1.1 肠道-肝脏代谢路径与生物利用机制
谷物多酚主要以结合态形式存在于细胞壁结构中，尤其是酚酸类（如阿魏酸、对羟基肉桂酸）在谷物中大多与阿拉伯木聚糖或木质素结合。这种结合结构导致谷物多酚的小肠吸收率较低，通常只有约5%～10%的游离态能直接吸收，而大部分结合态多酚需进入结肠，经微生物降解和转化后方能被利用。在小肠和肝脏中，游离态酚酸可经葡萄糖醛酸化、甲基化和硫酸化等反应进入血液循环，并分布于全身组织；未吸收的结合态多酚则在结肠被肠道菌群分解为小分子代谢物（如阿魏酸衍生物、对羟基苯乙酸），这些产物更易吸收并具有更高的生物活性。研究显示，谷物结合态多酚的生物活化主要依赖肠道菌群，这是其区别于水果和茶叶等其他来源多酚的重要特征。此外，谷物多酚的代谢过程中，乳糖酶、β-葡萄糖苷酶等相关酶类在去糖基化环节发挥作用，而微生物代谢则进一步提高其抗氧化与抗炎效应。因此，谷物多酚的低利用度-微生物依赖特征决定了其健康效应往往与肠道菌群的组成和活性密切相关。图2展示了谷物多酚在消化道中的吸收与代谢路径，突出了小肠有限吸收和结肠微生物降解在提升其生物利用度中的关键作用。


2.1.2 抗氧化应激与疾病防御的分子机制
谷物多酚（主要包括酚酸、花青素、单宁等）在缓解氧化应激和防御慢性疾病中发挥重要作用。与水果和茶叶中的多酚相比，谷物多酚多以结合态形式存在，释放与代谢效率较低，但其结合-释放-活化过程赋予了独特的功能效应（图3）。在抗氧化应激作用方面，阿魏酸是小麦、玉米和大麦中最丰富的酚酸，可通过直接清除自由基和抑制脂质过氧化反应，保护细胞膜结构。黑米和紫米中的花青素表现出较强的清除ROS能力，并能保护DNA免受氧化损伤。高粱中的单宁可螯合金属离子，抑制金属依赖性自由基生成，从而减少氧化应激。在抗炎与信号通路调节方面，谷物多酚能通过抑制核因子κB（NF-κB）、丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）等炎症信号通路，减少促炎细胞因子（如肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白细胞介素（IL）-6、IL-1β）的生成。例如，高粱多酚可显著降低巨噬细胞炎症反应；黑米花青素则能抑制肠道炎症模型中的黏膜损伤。动物与细胞实验表明，稻米酚酸可激活Nrf2抗氧化通路，提升谷胱甘肽过氧化物酶（GPx）和超氧化物歧化酶（SOD）的表达，从而减轻肝脏损伤；小麦和燕麦酚酸对心血管疾病风险因子的改善作用显著，表现为降低血脂水平、改善血管舒张功能；黑米花青素可延缓认知功能下降，并对糖尿病相关并发症具有防护作用。


综上所述，谷物多酚在抗氧化、抗炎与慢病防控中具有多靶点作用，其健康效应既依赖本身的化学结构，也与结合态释放效率和肠道菌群代谢密切相关。这些特征凸显了谷物源多酚区别于其他植物多酚的独特价值。此外，其他膳食多酚，如茶多酚，表现出对多种病毒的抑制作用。多酚通过精准调控炎症信号通路，可显著减轻类风湿性关节炎症状，且茶多酚、槲皮素、白藜芦醇等多酚类物质在改善关节炎症状方面发挥重要作用。
2.2 膳食纤维的肠道微生态调控网络
2.2.1 肠道屏障调控与炎症抑制的级联机制
谷物膳食纤维通过调节紧密连接蛋白、离子通道、细胞周期进程和免疫细胞等途径，对肠道屏障功能和炎症抑制起到保护作用。小麦阿拉伯木聚糖可提升粪便丁酸浓度，降低结肠炎症细胞因子TNF-α的分泌，改善结肠黏膜屏障功能；高地大麦β-葡聚糖能减轻溃疡性结肠炎，增强肠道屏障功能。肠道屏障受损会引发多种疾病，而膳食纤维有助于维持肠道屏障的完整性，减少炎症反应，进而预防慢性炎症诱导的代谢失衡和疾病发生。
图4为谷物纤维调节肠道及炎症示意图。膳食纤维还可通过减轻体质量和减少内脏脂肪对抗代谢综合征中的炎症，对免疫系统具有直接影响，特别是一些可溶性且可发酵的膳食纤维（如果胶、果聚糖、瓜尔胶和抗性淀粉），可与Toll样受体（TLR）相互作用，从而引发抗炎反应。可发酵纤维在肠道细菌发酵作用下产生短链脂肪酸（SCFAs），如乙酸、丙酸和丁酸，可降低胰岛素抵抗，同时调节免疫系统、促进肠道有益菌群生长、刺激胃肠道激素（如胰高血糖素样肽-1（GLP-1）和酪酪肽（PYY））释放，SCFAs还通过作用于单核细胞和脂肪组织中的G蛋白偶联受体（GPR）（GPR41和GPR43），调节炎症状态，对脂肪组织和血管也有益处。此外，微生物代谢还会产生如反式脂肪酸等其他脂质化合物，具有免疫调节作用。


膳食纤维能改变肠道微生物群的组成，例如可溶性膳食纤维可促进双歧杆菌生长，减少脂多糖暴露，降低炎症水平。谷物中的菊粉和低聚果糖等益生元能调节肠道菌群，改善代谢紊乱。菊粉可缓解小鼠的葡萄糖和脂质代谢紊乱，低聚果糖能增加双歧杆菌的丰度。不溶性膳食纤维（IDF）也是谷物的重要组成部分，Li Min等研究了谷物麸皮中的不溶性膳食纤维（IDFCB）对慢性结肠炎的作用。结果显示，IDF-CB补充可以减轻葡聚糖硫酸钠诱导的体质量减轻，减少结肠和脾脏病变，降低促炎细胞因子和氧化应激标志物水平，增加抗炎细胞因子和抗氧化酶活性。此外，IDF-CB通过调节Muc-2、ZO-1和Occludin等基因表达，恢复肠屏障功能。小麦麸、燕麦麸等谷物麸皮对未分类胞壁杆菌科、拟杆菌属和副苏氏杆菌属的生长均有抑制作用，对特定细菌（如大肠杆菌和诺兰克梭菌）的生长有促进作用，同时提高乙酸和异己酸的浓度。
不同类型的膳食纤维均可调节胆汁酸代谢，通过法尼醇X受体（FXR）和Takeda G蛋白偶联受体5（TGR5）作用于肠道，进而影响炎症和代谢，特别是对非酒精性脂肪性肝病等疾病有潜在益处。膳食纤维还可通过抑制葡萄糖依赖性促胰岛素多肽（GIP）信号改善葡萄糖代谢，尤其是黑麦、全麦、抗性淀粉、抗性糊精和瓜尔胶等纤维，进而改善血糖波动和激素反应。
2.2.2 与多酚的协同互作及代谢调控机制
膳食纤维和多酚可通过非共价相互作用影响彼此的功能。IDF能减少绿原酸在消化过程中抗氧化能力的损失；大麦β-葡聚糖和茶多酚联合干预能有效改善糖尿病小鼠的抗氧化状态。膳食纤维通过削弱多酚对酶活性的抑制作用，影响血糖控制。膳食纤维能影响多酚的代谢和抗氧化性能，多酚能影响膳食纤维发酵、肠道微生物结构以及代谢物的产生和种类，二者存在多种协同机制，共同对人体健康产生影响（图5）。


膳食纤维与多酚在小肠中部分被吸收和代谢，但大部分以未消化形式进入大肠，在肠道菌群（如Bacteroides、Bifidobacterium、Lactobacillus、Faecalibacterium等）的共同作用下被分解产生多种微生物代谢产物，包括SCFAs和酚类化合物。这些代谢产物通过促进抗炎因子（如IL-10、PPARγ）表达、抑制促炎因子（如IL-1β、IL-6、TNF-α、IFN-γ）释放，调节T细胞、B细胞、巨噬细胞等免疫细胞功能，从而显著缓解炎症反应。同时有助于增强肠道上皮紧密连接蛋白（如ZO-1、Occludin、Claudin-1）和黏液蛋白（MUC1、MUC2）的表达，改善肠道屏障功能。此外，膳食纤维和多酚代谢产物还能激活Nrf2、AMPK/TFEB等信号通路，参与调控细胞自噬、抗氧化应答及细胞增殖与凋亡过程。因此，膳食纤维和多酚通过肠道微生态与免疫调节网络协同作用，具有显著的肠道保护与全身健康促进潜力。
2.2.3 肠-脑轴介导的代谢综合征干预机制
谷物来源的膳食纤维在调控肠-脑轴过程中具有一定优势。一方面，通过增加黏度影响胃排空速率和营养吸收，改善饮食行为；另一方面，其发酵产物SCFAs能够参与肠-脑轴信号传导，调控食欲激素分泌，进而干预能量摄入与代谢过程，在肥胖及代谢综合征防控中表现出显著效果。Huang Xufeng等的研究表明，给予高脂饮食诱导肥胖小鼠6 周不同剂量的燕麦(1→3),(1→4)β-葡聚糖后，随着膳食中β-葡聚糖用量的增加，小鼠平均能量摄入减少约13%（P＜0.05），体质量增长显著受到抑制。特别是在高剂量组，血浆PYY3-36水平显著升高，并伴随下丘脑弓状核神经肽Y（NPY）mRNA表达下调，表明燕麦β-葡聚糖可通过激活肠道-下丘脑PYY3-36-NPY轴，延长饱腹感、抑制进食并减轻体质量。此外，大麦果聚糖同样可提升GLP-1和PYY水平，减少脂肪沉积；小麦阿拉伯木聚糖寡糖能够富集与糖类代谢相关的功能菌群基因；抗性淀粉则可显著改变盲肠菌群结构，增强SCFAs的生成与代谢调控。显示了谷物纤维在通过肠-脑轴实现代谢干预方面的优势。
高纤维谷物饮食还能够通过调节肠道微生态改善代谢环境。研究发现，燕麦和小麦麸皮膳食纤维可促进双歧杆菌和乳酸菌的生长，抑制潜在致病菌，降低血清脂多糖水平，从而减轻慢性低度炎症并改善胰岛素敏感性。与此同时，黏性可溶性纤维（如燕麦β-葡聚糖、大麦果聚糖和瓜尔胶）在胃肠道中形成凝胶结构，延缓碳水化合物和脂质的消化吸收，抑制餐后血糖和甘油三酯波动。更重要的是，谷物纤维及其发酵产物不仅能在肝脏中通过激活AMPK下调脂肪合成酶和固醇调节元件结合蛋白1c（SREBP-1c），还能上调PPARα促进脂肪分解、下调PPARγ抑制脂肪生成，从而有效减少肝脏脂肪沉积并优化血脂谱。
2.3 谷物活性肽的多靶点功能表达
2.3.1 抗氧化损伤的多靶点作用机制
谷物蛋白经酶解或发酵可释放出多种富含芳香族或含硫氨基酸的活性肽，这类结构赋予其抗氧化特性。与其他来源的肽类相比，谷物肽具有较高比例的疏水性氨基酸和芳香族残基，可通过多靶点机制缓解氧化应激。其作用方式包括：直接清除自由基（通过氢原子转移和单电子转移中断自由基链式反应）、螯合金属离子防止其催化自由基生成，以及激活细胞内抗氧化防御系统。酪氨酸和色氨酸等残基可提供氢原子清除自由基，而谷物肽中的胱氨酸等含硫氨基酸则能提供电子捕获自由基，从而有效阻断氧化损伤的发生。
不同谷物来源的肽表现出各具特色的抗氧化作用。Gu Luping等通过酶解藜麦蛋白获得的藜麦肽富含必需氨基酸和疏水性氨基酸，显示出强抗氧化活性，并在模拟胃肠消化后仍保持较高稳定性，体现了其在消化道环境中的潜在应用价值。小麦胚芽肽（来自小麦醇溶蛋白）不仅能清除自由基，还可通过蛋白激酶Cζ/腺苷酸活化蛋白激酶-NADPH氧化酶4信号通路降低血管平滑肌细胞的ROS水平，抑制炎症因子生成，并在糖尿病小鼠模型中改善肝脏抗氧化状态。稻米肽OP60则通过激活Keap1-Nrf2通路，促进抗氧化酶（如γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶、血红素加氧酶-1）基因表达，从而增强细胞内谷胱甘肽水平并减轻肝损伤。谷物肽不仅具有普遍的自由基清除能力，而且能通过特定信号通路激活机体内源性抗氧化防御系统。
因此，谷物肽的抗氧化功能兼具直接化学清除与信号通路调控双重机制，其独特优势在于：来源广泛（小麦、稻米、藜麦、燕麦等）；富含疏水性和芳香族残基，赋予较强的清除能力；在体内表现出通过特定分子通路调节氧化应激的谷物特异性功能。
2.3.2 血压调控的分子路径与作用靶点
谷物蛋白来源的活性肽是膳食中重要的天然ACE抑制剂，能通过阻断血管紧张素II生成和促进血管舒张发挥降压作用。与乳蛋白或海洋肽相比，谷物肽普遍含有更多疏水性和芳香族氨基酸残基，这一结构特征利于其与ACE活性位点结合，显示出较强的抑制活性。
Liu Weiyun等在小麦醇溶蛋白水解物中鉴定出多条ACE抑制肽，其中Leu-Tyr、Leu-Val-Ser、Tyr-Gln、Ala-Pro-Ser-Tyr和Arg-Gly-Gly-Tyr等表现出较强的ACE抑制活性（半抑制浓度（IC50）约0.31～2.00 mmol/L）。这些肽的末端多含芳香或疏水基团，增强了与ACE的结合能力；部分肽（如Leu-Val-Ser）在口服后能在高血压动物模型中显著降低血压。稻米胚芽蛋白水解物在自发性高血压大鼠（SHR）中也被验证具有降压效果。Shobako等将热解米糠蛋白连续4 周饲喂SHR，发现其收缩压随剂量呈明显依赖性下降，并观察到肺组织ACE活性降低；并从热解米糠蛋白中分离得到LRA（Leu-Arg-Ala）和YY（Tyr-Tyr）两种活性肽，发现口服LRA（0.25 mg/kg）或YY（0.5 mg/kg）可在4 h内显著降低SHR的收缩压，并伴随肺组织ACE活性下降，显示稻米肽通过ACE抑制实现快速降压的作用。
除小麦和稻米外，燕麦与玉米醇溶蛋白（Zein）水解产物中也发现了多种高效ACE抑制肽。例如玉米来源的GPP、PNPY和SPPPFYL等小分子肽，其ACE抑制活性IC50可低至微摩尔水平，并在口服给药后显著降低SHR模型的血压。谷物肽在体内的降压机制不仅局限于抑制ACE和干扰肾素-血管紧张素系统（RAS），还包括增强血管内皮一氧化氮合酶活性，改善内皮功能和血管舒张。谷物肽在抗高血压作用上兼具结构优势（疏水/芳香基团丰富）、体内验证充分（SHR模型多次证实）、作用途径多元（ACE抑制及NO通路调节）等特点，具有作为膳食来源天然降压因子的应用潜力。
2.3.3 免疫平衡的信号调控机制
谷物肽对免疫系统具有双向调节作用，主要通过调控炎症因子、TLR和炎症信号通路实现。小麦、玉米和高粱等谷物水解肽可以抑制经典炎症通路（如TLR4/NF-κB、MAPK）并调节细胞因子分泌。Sullivan等报道，高粱醇溶蛋白多肽能与脂多糖结合，阻断脂多糖与巨噬细胞TLR4的结合，减少了TLR4介导的信号传导（图6a）。NF-κB p65亚基核转位减少，下游MAPK（细胞外信号调节激酶、应激活化蛋白激酶）通路被抑制，促使脂多糖诱导的ROS产生降低，进而显著减少了RAW264.7细胞和THP-1细胞中IL-1β、IL-6、TNF-α等促炎细胞因子的分泌。Cruz-Chamorro等发现小麦胚芽蛋白酶解物（WGPHs）处理人体外周血单个核细胞可显著降低1型辅助性T细胞（Th1）/17型辅助性T细胞（Th17）分泌的促炎因子。具体表现为Th1（如IFN-γ、TNF-α）和Th17（如IL-17）细胞因子分泌减少，同时相对增加了Th2型（如IL-4、IL-10）的分泌比例，提示肽类可重塑体液性/细胞性免疫平衡，构建抗炎微环境（图6b）。WGPHs还能直接清除自由基、增加还原型谷胱甘肽水平并降低过量NO生成，综合体现出抗氧化和抗炎协同效应。


此外，谷物肽还能抑制MAPK通路和巨噬细胞活性。前述小米源肽IALLIPF和PFLF在脂多糖刺激的RAW264.7巨噬细胞中，可上调细胞内抗氧化物质，显著抑制诱导型一氧化氮合酶（iNOS）诱导NO合成和TNF-α、IL-1β、IL-6等促炎因子释放，与抑制MAPK（p38、细胞外信号调节激酶、应激活化蛋白激酶）磷酸化密切相关，在清除ROS的同时，通过阻断下游炎症信号抑制炎症级联。
综上，谷物来源的生物活性肽在抗氧化、降血压和免疫调节等方面具有重要功能。典型肽在体外化学和细胞实验中表现出清除自由基、ACE抑制以及抑制炎症因子释放的活性。这些肽既可直接清除ROS并螯合金属，又能激活Keap1-Nrf2等抗氧化通路，或者抑制ACE、干扰肾素-血管紧张素-醛固酮系统降低血压，并通过阻断TLR4/NF-κB、MAPK等炎症信号通路抑制促炎细胞因子释放。
2.4 其他
除以上3 种典型的功能性成分外，谷物中其他成分也具有重要作用。其中，植物甾醇和谷维素是谷物中具有代表性的功能性成分。植物甾醇主要存在于玉米、藜麦、小麦和大麦等谷物中，其通过调节脂质代谢、抑制胆固醇吸收并促进其排泄，同时抑制炎症因子的表达，从而有效降低低密度脂蛋白胆固醇水平并改善血脂谱。谷维素主要来源于米糠和小麦胚芽，具有显著的抗氧化作用，可抑制脂质过氧化和自由基生成；同时通过调控多巴胺系统发挥神经保护效应，在缓解焦虑和失眠方面具有潜在价值，并能协同保护心血管功能。两者在改善血脂代谢、抗氧化及神经调节等方面形成互补，凸显了谷物在慢性病防控与健康促进中的独特优势。
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功能性谷物制品的应用
功能性谷物制品在现代饮食中的地位日益提升，其应用主要集中在主食类、休闲零食类和饮品类三大类别。
3.1 主食类
主食类包括全麦面包、馒头和面条等，是亚洲乃至全球最主要的谷物消费形态。全麦面包通过发酵、酶解或添加膳食纤维改善风味与质构，同时提高抗氧化能力和矿物质利用率。研究表明，全麦粉中的胚芽与麸皮富含纤维，但会抑制面团发酵、影响口感。裴慧等利用酶解芝麻粕制备的美拉德反应产物改善全麦面包香气，提升接受度；王博等发现乳酸菌与戊糖片球菌混合发酵能协同提高抗氧化活性与SCFAs生成，显著提升γ-谷维素含量，并增加抗性淀粉比例，降低血糖上升速度。进一步研究还表明，冻干酸面团及木聚糖酶的应用对改善全麦面包品质、延缓老化具有良好效果。此外，全麦面包的血糖指数（GI）随全麦粉比例增加而降低，90%及以上比例的全麦面包属于低GI食品，更适合糖尿病或肥胖患者食用。
馒头是东亚重要主食。通过在白面馒头中添加燕麦粉、荞麦粉或全麦粉，可显著提升膳食纤维与多酚含量，并降低GI。发酵工艺可进一步释放结合态酚酸，增强抗氧化功能。相对于面条而言，添加燕麦β-葡聚糖、小麦麸皮或藜麦粉的全麦面条，能有效降低淀粉消化速率并改善血糖调控；辅以木聚糖酶、淀粉酶等工艺改良，可同时优化质构与营养。
3.2 休闲零食类
休闲零食类以即食麦片、能量棒和膨化谷物零食为代表，满足快节奏生活的营养需求。即食麦片多以燕麦、小麦、黑米、荞麦等为原料，富含膳食纤维、维生素和矿物质，冲泡或搭配乳制品即可食用。为解决营养单一问题，司俊玲等以燕麦、青稞、高粱开发复合杂粮麦片，发现原料配比显著影响蛋白质、β-葡聚糖和矿物质水平。王朝阳等以糯玉米搭配荞麦、青稞和薏仁开发即食杂粮粥，利用营养互补提升功能性，薏仁纤维结合荞麦和青稞多酚增强了抗氧化能力并降低GI，适合糖尿病人群食用。能量棒以燕麦、大米、玉米等为主要原料，辅以坚果、果干或膨化蛋白颗粒制成，既能满足运动人群和快节奏人群的能量需求，也因其低GI和高营养特性而被部分糖尿病患者作为辅助膳食。
膨化谷物零食多采用挤压膨化工艺，提高了多酚和膳食纤维的可利用性，并改善了风味与质构。部分研究结合酶解与发酵，进一步释放抗氧化肽和酚类化合物，为功能性零食开发提供新思路。休闲零食类产品具备便携性和功能化的双重优势，是功能性谷物制品市场拓展的核心方向。
3.3 饮品类
随着健康需求的提升，谷物饮品逐步成为乳制品和果蔬饮品的替代品之一。常见原料包括燕麦、稻米、玉米、高粱及混合全谷物，部分研究还引入豆类和坚果改善营养与风味。
现如今浸出型饮料，如大麦茶、黑米茶，保留了谷物中的多酚和膳食纤维，具有抗氧化和降脂功能。而一些悬浮型谷物饮品，如燕麦奶、米乳，富含β-葡聚糖和谷维素，不仅满足乳制品替代需求，还兼具降血脂和调节血糖功能。研究表明发酵谷物饮品中乳酸菌或酵母发酵可显著提升B族维生素、可溶性膳食纤维及SCFAs水平，从而改善肠道菌群和代谢健康。营养学研究也证实燕麦浸出液有助于改善葡萄糖耐量，而发酵谷物饮品则能增加肠道菌群多样性并促进SCFAs生成，表现出益生元效应。
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结 语
谷物制品已从传统能量来源升级为多维健康干预平台。其富含β-葡聚糖、多酚和益生元，通过促进SCFAs生成、调节肠道菌群、抗氧化和免疫调节，有效降低心血管疾病、糖尿病及部分癌症等慢性病风险。技术创新如发酵、挤压膨化及微胶囊包埋不断提升功能性成分稳定性和生物利用度。基于代谢组学和微生物组学的精准营养与数字化健康监测将推动产品配方设计。谷物制品在走向市场的过程中也面临诸多挑战。首先是口感和加工适应性问题。全谷物和高纤原料常使产品质地粗糙、易干硬，难以达到精制食品的口感。例如，全麦面包由于麸皮和胚芽含量高，面团膨胀受限，出炉后体积较小、组织较稠密，消费者接受度受限。其次是功能成分的生物利用度较低。谷物中多酚、膳食纤维等活性物质常被植物细胞壁或配料包裹，若加工工艺不当，易在生产和消化过程中丢失或难吸收，影响实际功效。再者是成本较高，特殊谷物（如黑米、藜麦）或添加高成本的辅料，采用发酵、酶解等先进工艺都会增加生产成本。此外，从研究角度看，现有研究仍存在一定局限：一是多数结论停留在体外实验或动物模型层面，缺乏长期、大样本的临床验证；二是对不同加工技术提升功能成分释放和稳定性的系统比较不足，难以为产业化提供明确工艺路径；三是对消费接受度、成本效益以及可持续发展影响的评估仍不够深入。这些不足限制了功能性谷物制品从基础研究到应用推广的转化效率。未来的发展应聚焦于通过多种功能成分的协同配伍，实现互补增效，显著提升肠道菌群调节与代谢健康效益。同时，针对利用度低及成本高的问题，应强化绿色加工技术的应用，如冷冻干燥与超临界CO2萃取，以低温、低氧环境最大限度保留膳食纤维结构和生物活性小分子，并降低能源消耗和溶剂残留。结合多组学技术与临床试验验证，将为功能性谷物制品在营养健康与可持续发展领域发挥更大价值提供坚实支撑。
通信作者：


刘晓飞教授
哈尔滨商业大学食品工程学院生物工程教研室 主任
刘晓飞，哈尔滨商业大学食品工程学院教授、博士生导师，省特色膳食加工工程技术研究中心主任。中国食品科学技术学会益生菌学会理事，黑龙江省食品科学技术学会理事。
研究方向为全谷物高值化利用。承担省部级项目20余项。发表文章100余篇，其中SCI收录30 篇，授权发明专利10 项。获得中国食品科学技术学会科学技术进步奖一等奖1 项，中国商业联合会科学技术奖二等奖1 项，省科技进步二等奖1 项，省自然科学三等奖1 项。


张娜教授
哈尔滨商业大学食品工程学院 院长
张娜，哈尔滨商业大学教授，食品工程学院院长，博士研究生导师，美国威斯康星大学访问学者，黑龙江省政府特殊津贴专家，黑龙江省高层次人才，黑龙江省领军人才梯队后备带头人，中国食品科学技术学会理事、青年工作委员会副主任，全谷物分会秘书长，中国粮油学会理事，中国粮食行业协会大米分会理事，黑龙江省稻米精深加工产业技术研究院负责人；黑龙江省食品科学技术学会副理事长兼秘书长；黑龙江省粮油学会副理事长，国内外多家学术期刊编委、审稿专家。
主要从事谷物化学及粮食高值化利用研究。先后承担国家省部级等项目25 项；参与完成国家、省级项目22 项。先后获省科技进步奖二等奖等科技奖励11 项，累计发表SCI收录100余篇。发明专利授权10余件。主编、副主编《食品安全与卫生》《现代食品分离技术》等著作8 部。获中国科协全民科学素质工作先进个人，中国食品科学技术学会杰出青年奖，省委教育工委优秀共产党员、省优秀科技工作者，黑龙江省青年科技奖等荣誉称号。
第一作者：


王丹丹博士研究生
哈尔滨商业大学食品工程学院
王丹丹（1996—），哈尔滨商业大学食品科学与工程学院博士研究生，研究方向为谷物资源高值化利用。聚焦于全谷物食品、低血糖生成指数谷物制品及新型谷物淀粉基功能配料的开发，具备从材料制备、动物模型到多组学机制研究的完整科研能力。
引文格式：
王丹丹, 贾春艳, 武陈晨, 等. 谷物制品中功能组分的作用机制与应用研究进展[J]. 食品科学, 2026, 47(1): 358-368. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250630-216.
WANG Dandan, JIA Chunyan, WU Chenchen, et al. Research progress on the action mechanism and application of functional components in functional cereal products[J]. Food Science, 2026, 47(1): 358-368. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250630-216.
实习编辑：李雄；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网


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、皖西学院、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。
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