科普 | 小麦 营养、健康和疾病

小麦 营养和健康 （上）

• 探索小麦的植物学特征、小麦籽粒的化学成分以及小麦的栽培和碾磨

• 介绍小麦食品和饲料、小麦原料以及小麦的营养价值

• 讨论小麦过敏和各种小麦相关疾病的原理

一、小麦的植物学特征

小麦属禾本科单子叶植物。

栽培小麦由五个物种组成：

二倍体小麦（基因组AA），

四倍体二粒小麦和硬粒小麦（AABB），

以及六倍体普通小麦和斯佩尔特小麦（AABBDD）。

小黑麦（AABBRR）是硬粒小麦和黑麦的人工杂交种。

小麦籽粒是干的单籽果实，植物学上定义为颖果。它们由五个主要部分组成：果皮（占籽粒重量的4-5%）和种皮（1%）。外层种皮包围着整个籽粒。内部隔室（胚乳）包括糊粉层（6-9%）和淀粉胚乳（80-85%）。胚芽（3%）位于颖果的背侧。

普通小麦和硬粒小麦一直是密集育种的目标，特别注重高产、抗病虫害和高质量的最终产品。大多数育种计划包括两个有希望的亲本的杂交，但通过辐射和化学物质添加或敲除特定基因或基因片段（基因工程）进行人工基因突变也是可能的。

二、小麦籽粒的化学成分

成熟小麦籽粒的化学成分（含水量 ≈ 13%）的变化范围相对较小。碳水化合物，主要是淀粉（≈  58%）和非淀粉多糖（≈ 13%）是主要成分，其次是蛋白质（≈ 11%）。脂类（≈ 2%）和矿物（≈ 2%）属于次要成分。维生素和植物化学物质含量极低（< 0.1%），但由于其生物学意义，它们很重要。

淀粉以颗粒形式存在，由两种主要多糖化合物组成，即直链淀粉和支链淀粉。非淀粉多糖（膳食纤维）包括细胞壁多糖阿拉伯木聚糖、纤维素和β-葡聚糖以及果聚糖和阿拉伯半乳聚糖肽。

根据其不同功能，谷物蛋白质可分为四类：贮藏（面筋）蛋白质、代谢蛋白质、保护蛋白质和具有进一步特定功能的杂项蛋白质。

脂质部分由三个主要化学类别组成：非极性脂质、磷脂和糖脂。主要矿物质是钾、磷、镁和钙，其次是少量的锌、锰和铁。

小麦粒是B族维生素（烟酰胺、泛酸、硫胺、吡哆醇、核黄素和叶酸）和维生素E（α-生育酚）的重要来源。植物化学物质在结构上可分为四大类：酚类化合物、萜类、类胡萝卜素和类黄酮。

三、小麦的种植和碾磨

小麦和水稻是世界上主要的粮食作物。100多个国家每年生产约70万吨小麦。大约95%的收获小麦是普通小麦，其余5%的大部分是硬粒小麦。

成功的耕作包括选择合适的品种、种植区域和良好的时机。每个发展阶段都需要特定的肥料、杀虫剂和生长调节剂的应用。

有机农业是一种替代农业系统，旨在减少环境影响，提供更大的生态系统服务和社会效益。收获的谷物必须干燥安全地储存，以保持其最终用途。

如今，大型储粮箱普遍存在。为了将谷物转化为易于加工的产品，碾磨是传统上应用最多的技术。碾磨前，需要几个主要自动化的清洁步骤。现代磨粉机采用金属辊式磨粉机，该磨粉机结合辊式系统进行谷物研磨，并使用筛子和净化器分离面粉部分。

主要成分是白面粉（淀粉胚乳）、麸皮（外层）和胚芽。全谷物面粉是指含有谷物所有部分的面粉。

四、小麦食品和饲料

小麦谷物和面粉被用作制造无数食品和饲料产品的原料。小麦产品属于最安全、最便宜的食品，具有令人印象深刻的全球经济价值。

面包是世界上最重要的小麦产品和主食。“面包”一词通常用于描述一系列烘焙产品，大致可分为发酵面包和扁平面包。其他类型的烘焙产品包括高级烘焙食品，如蛋糕、酥饼和牛角面包，以及干烘焙产品，如饼干和华夫饼干。由小麦制成的糊状食品已成为全世界饮食的重要组成部分，如意大利面、千层面以及面条。在世界许多地区，即食食品形式的小麦是早餐的重要组成部分，而小麦啤酒和美国威士忌等小麦饮料是具有区域重要性的利基产品。

小麦也可用作动物饲料，包括全谷物和不同的碾磨产品，如散装、颗粒或罐装饲料。

五、小麦原料

谷物的隔层是食品和非食品应用中有价值材料的来源。淀粉和面筋位于含淀粉的胚乳中，有天然的和改良的形式，是令人惊讶的多功能产品。

淀粉已成为食品中众所周知的增稠剂和粘合剂。淀粉生产的相当一部分用于制造天然甜味剂。在非食品应用领域，淀粉的主要用途是造纸、粘合剂和纺织工业。

面筋的主要用途是强化小麦粉，以提高面包和其他烘焙产品的质量。面筋的水结合和增稠特性允许生产许多其他具有特定特性的产品。在非食品工业中，麸质（面筋）被用作涂料、箔材、粘合剂和洗涤剂的添加剂。

尽管胚芽和外层（麸皮）仅占谷物的一小部分，但它们分别被广泛用于制备植物油和膳食纤维。

麦秸也发现了许多不同的用途。

六、小麦的营养价值

小麦食品是全球人口安全的重要组成部分。除了主要由淀粉提供的能量外，小麦谷物还是重要营养素的来源，包括蛋白质、膳食纤维、脂质、维生素、矿物质和植物化学物质。

全谷物产品的营养价值比白面粉产品高很多。小麦蛋白质为日常需求提供足够数量的必需氨基酸。膳食纤维与健康之间的关系可以集中于调节结肠功能、预防结直肠癌和心血管疾病，以及减轻餐后血糖反应。小麦脂肪中不饱和脂肪酸与饱和脂肪酸的比例较高，对健康有好处。小麦制品是B族维生素和维生素E以及钾、磷和镁等矿物质的重要来源。小麦粒含有大量生物活性植物化学物质，如酚酸、萜类、生育酚和甾醇，这些物质具有明显的促进健康的作用，如抗氧化活性和改善血管功能。

小麦 过敏和疾病 （下）

• 探索小麦的植物学特征、小麦籽粒的化学成分以及小麦的栽培和碾磨

• 介绍小麦食品和饲料、小麦原料以及小麦的营养价值

• 讨论小麦过敏和各种小麦相关疾病的原理

一、小麦超敏反应的原理

人类免疫已经发展出极其复杂的系统，大致可分为先天免疫和适应性免疫以及IgE介导的过敏。该系统包括许多体液成分，如细胞因子、趋化因子和抗体，以及细胞成分，如T淋巴细胞、B淋巴细胞和巨噬细胞。

麸质蛋白和相当一部分球蛋白与小麦过敏有关。由吸入或皮肤接触引起的过敏反应是由天然小麦蛋白引起的。摄入后引起过敏反应的蛋白质的特点是对胃肠道消化有抵抗力，因此只能部分降解。结果，大蛋白片段（肽）到达肠粘膜，通过上皮屏障，到达固有层，在那里启动不同的免疫反应。一些肽能够穿过血脑屏障，可能引起神经和精神方面的不适。

二、乳糜泻

乳糜泻是一种慢性免疫介导的肠病，由遗传易感个体的谷蛋白（小麦、黑麦和大麦的贮藏蛋白）引起。遗传易感性包括人类白细胞抗原（HLA）II类等位基因HLA-DQ2.5、-DQ2.2和-DQ8以及一些非HLA基因。感染、不平衡的小肠微生物群和增加的肠道通透性等环境因素也与乳糜泻的发生有关。

流行病学数据表明，西方国家的患病率约为1%，但乳糜泻在北非、中东、南亚和东亚也很常见。与乳糜泻相关的症状可分为肠道症状，如慢性腹泻和腹痛，以及肠外表现，包括必需营养素缺乏（如贫血和骨质疏松）、神经系统疾病（如癫痫和偏头痛）和精神症状（如抑郁症和精神分裂症）。乳糜泻通常与自身免疫性疾病（如1型糖尿病）和遗传决定的综合征（如唐氏综合征）相关。

乳糜泻的病理机制包括胃肠道中麸质蛋白的不完全消化，导致免疫原性肽，麸质肽通过肠道的细胞内和跨细胞通道肠道固有层对谷蛋白肽的适应性和先天性免疫反应。乳糜泻的典型病理特征是小肠绒毛萎缩、隐窝增生和淋巴细胞浸润增加。乳糜泻的诊断方案通常基于乳糜泻的典型症状和血清抗体检测。严格的无麸质饮食是目前唯一安全有效的治疗方法。

三、小麦过敏

小麦过敏主要是一种IgE（血清免疫球蛋白）介导的小麦蛋白免疫反应；非IgE介导和混合免疫反应似乎不那么频繁。IgE介导的过敏可分为饮食性过敏、小麦依赖性运动诱发过敏、呼吸性过敏和接触性过敏。小麦过敏的临床表现包括皮肤、口腔和喉咙的症状（如接触性荨麻疹和接触性皮炎）、呼吸道（如贝克哮喘和过敏性鼻炎）和胃肠道（如腹痛和腹泻）。甚至过敏性休克也有报道。面筋蛋白和非面筋蛋白（主要是酶和酶抑制剂）都被确定为沉淀剂。IgE介导的应答机制包括两个阶段：致敏和实际免疫反应。非IgE小麦过敏的机制目前尚不清楚。

小麦过敏诊断工具包括皮肤试验、IgE检测和口腔激发试验。无小麦饮食被认为是长期疗法。急性治疗包括应用肾上腺素或抗组胺药。

四、非腹腔麸质敏感性

非腹腔麸质敏感性（NCGS）是否存在仍然有争议，估计患病率在0.6%至6%之间。主要的肠道症状是腹痛、腹胀、恶心和慢性腹泻。疲劳、头痛、焦虑、思维模糊和肌肉疼痛是NCGS的典型肠外症状。患者没有特异性血清抗体，小肠粘膜正常，自身免疫性疾病或恶性肿瘤的风险没有增加。采用无麸质饮食后症状消失，因此麸质蛋白被认为是NCGS的促发因素。可发酵低聚糖、双糖、单糖和多元醇（FODMAPs）以及淀粉酶/胰蛋白酶抑制剂（ATI）可能还有助于NCGS的发展。

NCGS是一种发病机制不明的疾病。它与Toll样受体TLR2和TLR4的表达增加以及肠上皮内淋巴细胞数量增加有关，表明先天免疫系统起重要作用。目前的诊断排除了乳糜泻、小麦过敏、食物不耐受和肠易激综合征。通过安慰剂对照的口服小麦试验，这一诊断得到了明确的证实。治疗建议采用无麸质饮食；将小麦摄入量减少到平常的5–10%就足够了。

五、肠易激综合征

肠易激综合征（IBS）是最常见的功能性胃肠道疾病，估计成人患病率为5%至20%。典型症状是腹部不适和疼痛、腹胀和腹泻，并伴有便秘。大多数患者认为他们的症状与特定的饮食有关。某些类型的肠易激综合征，尤其是腹泻型肠易激综合征，对含麸质食物敏感，在无麸质饮食的基础上，症状有所改善。

IBS的发病机制尚不清楚，可能包括细菌过度生长、肠道通透性增加、内脏感觉、肠脑相互作用、压力和心理社会状态。诊断不仅基于排除其他食物过敏，还基于症状相关标准。治疗策略基于一般性建议，少吃多餐，避免食用富含脂肪和碳水化合物的食物以及乳制品。

六、膳食小麦过敏的治疗

严格的无麸质饮食（GFD）是目前治疗乳糜泻患者唯一安全有效的方法。所有来自小麦、黑麦和大麦（在某些情况下还有燕麦）的产品都必须避免。膳食小麦过敏、非胆固醇谷蛋白敏感性和腹泻型肠易激综合征也适用GFD。

替代的无麸质产品可以由无麸质谷物（如玉米和大米）或伪谷物（如荞麦）或其他天然无麸质成分制成。无麸质产品带有无麸质标签，是用于特殊饮食目的的食品，需要满足有关最大麸质含量的国家和国际法规（在大多数国家低于20 mg/kg）。分析标记为无麸质的食品中可能存在的麸质污染，包括提取麸质蛋白，应用合适的蛋白质参考物进行校准，以及优先通过酶联免疫吸附试验（ELISA）定量提取的麸质蛋白。

由于无麸质替代品的可用性有限、成本高、质量差以及潜在的麸质污染，终身GFD难以维持。许多患有小麦过敏症的患者因此认为GFD是一种降低生活质量的重大负担，他们最明显的愿望是开发一种药丸或疫苗，允许他们吃含麸质的食物。许多替代疗法的新策略已经开发出来，其中一些已经达到临床试验状态。