食用豆類在面包預拌粉中的應用研究進展

侯湘婷,樊銘聰,錢海峰,李言,王立

(江南大學 食品學院,江蘇 無錫,214122)

烘焙食品歷史悠久,據報道,2022年我國烘焙食品行業市場規模達2 853億元,每周至少進行一次烘焙食品消費的群體高達93.2%,其中每天都要購買烘焙食品的消費者占比6.6%[1]。面對龐大的國內烘焙市場和日益多樣化的產品,具有簡單、便捷、經濟等特點的預拌粉行業應運而生。預拌粉也稱預混合粉,它是根據原料的物理化學特性將烘焙的部分原輔材料預先混合好的半成品[2]。面包預拌粉的主要消費對象是家庭烘焙、小型面包作坊以及烘焙工廠,相較于傳統的面包制作過程,面包預拌粉以簡單混合的方式降低了產品制作的專業性要求和失敗率,甚至只需要加水就能夠得到各式各樣不同口味的面包。特別是在家庭使用的過程中,人們常常因為缺乏專業知識,動作操作不規范,程序繁瑣等原因制作不出理想的面包[3],面包預拌粉的出現則從技術層面解決了這些問題,使家庭烘焙更加方便,發展前景十分可觀。

食用豆類作為傳統食物,蛋白質含量高、質量好,氨基酸組成接近于人體需要,是我國居民膳食中主要的植物性蛋白來源,《中國居民膳食指南》中推薦居民每日全谷物和豆類攝入量為50～150 g[4]。豆類中還含有多種對人體有益的功能性成分,如黃酮類化合物、單寧、植物甾醇和膳食纖維等,具有良好的抗氧化和抗癌功能[5]。將豆類添加到面包預拌粉中,不僅彌補了小麥粉蛋白質含量低、必需氨基酸組成不均衡的缺陷,還可以結合豆類淀粉的葡萄糖緩釋特性,有效降低面包的血糖生成指數(glycemic index,GI),為糖尿病等特殊膳食需求人群提供多樣化的飲食搭配。

伴隨著烘焙市場的快速發展和消費者對健康烘焙產品的需求提高,越來越多的研究人員通過不斷優化配料對烘焙產品進行創新升級,包括在配方中添加谷物(大麥[6]、黑麥[7]、燕麥[8]、玉米[9]、高粱[10]、蕎麥[11]、藜麥[12])、果蔬(莧菜[13]、椰子[14])和豆類(紅小豆[15]、綠豆[16]、蠶豆[17]、蕓豆[18])等。尤其是食用豆類,由于其具有營養均衡性和平穩餐后血糖等健康作用,成為研究人員主要選擇之一[19],在預拌粉市場具有廣闊的前景。本文對常見食用豆類的營養成分進行了比較,分析了其在烘焙用預拌粉中的應用,并對不同預處理方式對含豆類烘焙產品品質影響進行了分析比較,以期為豆類預拌粉、健康烘焙產品的研究開發提供理論支持。

1 食用豆類的營養價值

豆類的品種有很多,包括了大豆、紅小豆、綠豆、黑豆、豌豆、蠶豆、扁豆、白蕓豆、鷹嘴豆等,根據豆類的營養組成,可將它們分為兩大類:一類是以大豆為代表的高蛋白質、高脂肪豆類;另一類則是具有較高的碳水化合物含量的食用豆類,如紅小豆、綠豆等。不同食用豆類的特殊營養成分及其健康作用見表1。

表1 不同食用豆類的特殊營養成分與功效Table 1 The special nutrients and effects of different edible legumes

豆類作為我們的傳統食物,富含多種營養物質,具有高蛋白質、低淀粉生成率的營養特性[25],是主要的植物性蛋白來源。近年來研究發現食用豆類中含有許多對人體有益的功能性成分,使其越來越多地出現在功能食品的配方中[26]。

1.1 高蛋白質含量

食用豆類的蛋白質含量一般在20%～30%,是谷物蛋白的2～4倍,是一種優質、廉價、環保的植物蛋白來源[27]。其中含有多種人體必需氨基酸,尤其是谷物中缺少的賴氨酸,營養價值與動物蛋白接近[28],基本接近WHO提出的優質蛋白質氨基酸組成模型。表2列出了不同食用豆類蛋白質的含量與組成。

表2 不同食用豆類的蛋白質含量與組成Table 2 Protein content and composition of different edible legumes

1.2 低淀粉消化率

食用豆含有豐富的“惰性”碳水化合物如膳食纖維、抗性淀粉和慢消化淀粉[35],同時,豆類中完整的組織細胞結構充當了淀粉酶的物理屏障,限制了淀粉消化的速度和程度[36]。大部分食用豆類植物種子中的直鏈淀粉和抗性淀粉較谷物中更多,淀粉消化速率慢,飯后血糖值升高幅度小,屬于低血糖生成指數值食品[37]。研究表明,抗性淀粉含量高的食品可以預防糖尿病和心血管疾病的發生[38-42],在攝入豆類后,葡萄糖釋放減少,血糖和胰島素水平相對穩定,這些特性都有助于肥胖、三高以及糖尿病的預防,豆類也因此成為糖尿病人的理想膳食[43]。最近許多研究將食用豆類應用到延緩淀粉消化、降低血糖生成指數的產品開發中,見表3。

表3 食用豆類對不同產品中GI值的影響Table 3 Effect of edible legumes on GI values in different products

1.3 抗氧化組分

食用豆類中富含黃酮、酚酸、單寧等生物活性成分,是良好的天然抗氧化物質,它們可以有效地清除人體內的自由基,阻止脂質過氧化,經常食用豆類及其制品,可增強人體免疫力,延緩衰老,還能降低與氧化應激相關的慢性疾病風險[49]。近年來,國內外對豆類生物活性物質做出了諸多研究,任順成等[50]測定了黃豆、綠豆、黑豆、豌豆等15種常見食用豆類提取液,結果均表現出明顯的抗氧化活性;ELESSAWY等[51]在菜豆、鷹嘴豆、豌豆、扁豆和蠶豆種皮中檢測出13個不同類別的98種多酚類物質;DINIYAH等[52]研究了3種印尼當地的食用豆類,發現其具有豐富的生物活性成分,可用作功能性食品和營養保健品成分;SINGH等[53]從綠豆全豆、外殼和子葉中提取多酚,測得多酚總酚含量、抗氧化活性、鐵還原力和DPPH自由基清除活性都比較優異;劉仙俊等[49]對5種食用豆的總多酚、總黃酮含量進行分析,發現其均含有豐富的多酚類和黃酮類物質,并具有較強的抗氧化性能,可用作天然抗氧化劑的研發。

2 食用豆類在面包預拌粉中的應用

傳統的烘焙用預拌粉一般以小麥粉為主要原料,小麥粉含有的蛋白質主要是醇溶蛋白和谷蛋白,氨基酸種類相對較少,淀粉含量高,營養不均衡,存在著一定的營養缺陷。而豆類中蛋白質的氨基酸模式較均衡,尤其是較高含量的賴氨酸,可與谷物實現蛋白質組成互補,有利于提高烘焙產品的營養價值[54]。但同時也發現,雖然在小麥粉中添加豆類實現了對面粉的營養強化,但由此制得的烘焙產品在物理性質和感官評價方面都受到了一定的負面影響[55]。與傳統的白面包相比,添加豆類后面包比容較小,硬度較高,表皮顏色較深,風味也有所改變,因此想要開發一款消費者接受度高的豆類面包預拌粉仍需要從配方和工藝方面進行完善。國內外許多學者將豆粉添加到面包中來改善面包的營養價值,并研究了不同豆類及添加比例對面包品質的影響(表4)。

表4 不同食用豆類及添加比例對面包品質的影響Table 4 Effect of different edible legumes and addition ratio on the quality of bread

3 食用豆類面包預拌粉的品質改良

近年來,國內外圍繞含豆類面包開展了較多研究,尤其是在增加豆類后品質的改良方面,例如使用一些改良劑,包括親水膠體、蛋白質、酶、乳化劑和抗性淀粉等,也有通過改良加工工藝,包括運用酸面團發酵、豆類預發芽以及高靜壓處理等。

3.1 面包改良劑

3.1.1 親水膠體

親水膠體是一類親水性很強的聚合物,一般為多糖大分子及其衍生物,溶入水中形成黏稠狀溶液,可用于改善面包的體積,延緩面包老化并延長貨架期[60]。在豆類面包中親水膠體可形成具有類似于小麥面筋功能的聚合物網絡,增加面團的黏彈性和氣體結合性[61]。GALLI等[62]從鷹嘴豆酸面團中分離出一種可原位產生細菌胞外多糖(exopolysaccharides,EPS)的乳酸菌,產物EPS作為一種親水膠體可以增加豆類面包的體積并且提升面包的柔軟度。PREVITALI等[63]研究了不同質量分數的扁豆粉(10%,20%和25%)以及不同親水膠體(羧甲基纖維素,瓜爾豆膠,果膠和木薯淀粉)對小麥面包質構和感官的影響,結果顯示扁豆粉增加到20%和25%時,面團的質地和面包的感官質量開始產生負面影響,對富含25%豆類面粉的面包樣品進行膠體篩選表明,2%的瓜爾豆粉在感官特性方面可以獲得最佳結果。ANGIOLONI等[64]將親水膠體添加到含鷹嘴豆、青豌豆和脫脂大豆的面包中,發現親水膠體有助于改善豆類面包的面團黏彈性,同時還阻礙了淀粉降解酶的可及性,延緩了淀粉類物質的水解。綜上所述,親水膠體對豆類面包的品質有一定的改良作用,但添加時應選擇合適的種類和劑量。

3.1.2 蛋白質

基于自身的發泡性和乳化性,蛋白質可用于面包品質的改良,尤其是含有較高營養價值的豆類蛋白,如羽扇豆、豌豆和大豆蛋白等[65],添加至面包中可以降低產品的界面張力,幫助穩定油-水和水-油界面,提供穩定的乳液和泡沫,從而改善無麩質發酵產品的碎屑結構[66]。VILLARINO等[67]研究了羽扇豆添加對小麥面包質構的影響,發現羽扇豆添加不超過10%時,羽扇豆蛋白與面筋蛋白產生的交聯增加了面團穩定性和面包體積,降低了面包硬度并延緩了面包的老化。MIARRO等[68]用4種豆類(鷹嘴豆、豌豆、角豆胚芽、大豆)生產無麩質面包,結果顯示角豆胚芽面包的比容值最低(2.51 cm3/g),鷹嘴豆面包的比容值最高(3.26 cm3/g),并且鷹嘴豆面包的面包屑質地最柔軟,未來可用于豆類面包的改良。BELC等[69]也得到了類似的結果,其用豌豆蛋白濃縮物和大豆蛋白濃縮物(5%,10%,15%,質量分數)生產面包,發現隨著蛋白質含量的增加,面團的吸水性上升,并且相較于豌豆面包,大豆面包的體積和柔軟度更佳,感官上也更易被消費者接受。因此,在豆類面包中添加蛋白質也能起到乳化劑的作用,不僅有效地強化了面筋的網絡結構,還能提高豆類面包的營養價值。

3.1.3 酶

酶類因其純天然、安全、高效等特點,近年來受到社會各界的關注,廣泛應用于各種烘焙制品的品質改良[70]。在面包制作過程中,酶能夠增強蛋白質功能,提高面團可加工性和改善面包的品質,常用的酶有谷氨酰胺轉氨酶、麥芽糖淀粉酶、α-淀粉酶、熱溶酶和淀粉葡糖苷酶等[71]。MARCO等[72]發現在無麩質面包中添加1%(質量分數)的谷氨酰胺轉氨酶可顯著增強米粉、大豆粉和豌豆蛋白混合面團的吸水能力,強化面包的蛋白質網絡結構,彌補了豆類添加對面包造成的結構缺陷。SCARNATO等[73]將谷氨酰胺轉氨酶添加到4種(大米、玉米、莧菜和扁豆)無麩質面粉中也得到了類似的結果,除了脫酰胺和胺的結合外,谷氨酰胺轉氨酶還可以催化蛋白質交聯,改善面團結構。由此可見,適量添加酶能夠提高面包的咀嚼性,增大面包的體積,改善面包的紋理結構以及面包的工藝特性。

3.1.4 其他改良劑

除了親水膠體、蛋白質和酶外,乳化劑和抗性淀粉也可用于豆類面包的改良。在面包制作過程中乳化劑常用作面筋強化劑或面包柔軟劑,它可以與面包中的蛋白質、脂質和碳水化合物等物質相互作用,在增強面筋網絡結構的同時延緩了面包的老化。BILGI?LI等[74]測定了乳化劑[硬脂酰乳酸鈉(sodium stearyl lactate,SSL)、單甘酯二乙酰酒石酸酯(diacetyl tartaric acid ester of mono-and diglycerides,DATEM)和SSL+DATEM組合]對羽扇豆面包品質的改良效果,發現各類乳化劑在最佳添加水平下均能改善無麩質面包的質量,其中SSL+DATEM組合在面包的對稱性、孔隙結構和質地等方面有更為積極的影響。在面包烤制的過程中,隨著溫度的上升,抗性淀粉主要起到凝膠化的作用,它能促使面包吸收更多的水分,形成面包等食品的骨架結構[75]。TSATSARAGKOU等[76]用角豆粉和抗性淀粉部分替代米粉生產面包,結果顯示抗性淀粉的加入不會影響面包屑硬度,并且有效地改善了面包屑的彈性和孔隙率。在制作面包時,合理選擇和添加乳化劑和抗性淀粉,不但能改善面包的質地和風味,還能提高面包的含水量和感官品質[77]。

3.2 面包改良技術途徑

3.2.1 酸面團發酵技術

酸面團發酵是食品生產中廣泛使用的最古老的生物技術之一[78],乳酸菌在酸面團發酵過程中原位產生的EPS常作為面包質地改良劑,它能夠改善面包的風味和質地,延長面包的保質期,尤其在豆類面包中,酸面團發酵還能夠有效地消除豆腥味。HOUBEN等[79]報道,在無麩質面團生產中,少量的乳酸菌發酵可以增加酸面團的黏度,均勻面包屑結構,延長產品的保質期,產生更加濃郁的風味。PERRI等[80]發現與對照小麥面包相比,添加30%(質量分數)酸面團的扁豆面包比容增大,面包屑硬度和老化速度降低,分析原因是由于生物過程產生了大量的葡聚糖,有效地抵消了面筋網絡破壞引起的質量缺陷。RIZZELLO等[81]利用酸面團和小麥、鷹嘴豆、小扁豆和菜豆面粉的混合來改善白面包的營養、質地和感官特性,與添加相同比例豆粉的對照面包相比,酸面團發酵顯著改善了豆類面包的比容,在質構方面,乳酸發酵提升了面包的柔軟度(硬度降低了約30%)和面包屑彈性(脆性顯著增加)。由此可見,酸面團發酵對烘焙食品的流變學、感官和保質期屬性都有比較積極的影響。

3.2.2 發芽技術

發芽是一種簡單、廉價、低碳的食品生物加工技術,在種子萌發的過程中,一些大分子物質如淀粉和蛋白質被分解,維生素和礦物質等營養物質被釋放,豆類中的氨基酸含量和組成以及利用率發生了改變,整體營養價值得到提高[82]。ESPINOSA-RAMREZ等[83]研究了發芽菜豆粉對小麥面包營養價值和質構特性的影響,結果顯示發芽處理不僅增加了菜豆面包的吸水性和穩定性,還提高了面包中礦物質和營養素含量。SHIN等[84]發現在發芽過程中豆類蛋白的溶解度增加,乳化性和發泡性增強,因此用發芽豆粉制成的面包樣品也表現出更好的質量特征。ATUDOREI等[85]報道了發芽羽扇豆粉與發芽鷹嘴豆在面包中的應用,發現發芽豆粉的添加可以有效地降低面團的稠度并增加面團的彈性,改善了豆類面包的流變學特性?？偟膩碚f,豆類經發芽后制成的面包品質有很大的改善,但在制作面包時要注意豆子發芽的時間和發芽豆粉的添加量,否則可能會產生相反的效果。

3.2.3 高靜壓技術

高靜壓技術是一種典型的非熱加工技術,它能夠在保持食品營養價值和感官特性的基礎上改善無麩質面團的品質[86]。與熱加工技術相比,非熱加工可以最大限度地減少高熱對食品造成的不利影響[87],因此高靜壓技術在食品加工領域也越來越受到人們的關注。研究發現,高靜壓可以作用于蛋白質大分子間較弱的非共價鍵(如氫鍵、疏水鍵和離子鍵等)來改變蛋白質的高級結構從而影響其功能特性[88]。ANGIOLONI等[89]研究了高靜水壓處理對豆科(鷹嘴豆、青豌豆)面糊的蛋白質聚集和流變特性的影響,發現高壓處理可以誘導蛋白質網絡結構的形成,引起的淀粉和蛋白質的變化有助于豆類面糊流變性能的整體改善。COLLAR等[90]將高靜壓應用于高含量豆類(鷹嘴豆,豌豆和大豆)復合面包的品質改良,結果顯示用高靜壓處理過的豆類制得的面包質地更加柔軟,老化程度也較低,證實了高靜壓可以部分取代高含量豆類面包中的結構劑。由此可見,高靜壓的應用增加了豆類面團的彈性,并改善了面包的體積和質地,是一種有效的新型改良技術。

3.2.4 其他改良技術

除了酸面團發酵、發芽和高靜壓技術外,還可以通過濕熱處理、微波處理和歐姆加熱等來改良豆類面包。程新等[91]對白蕓豆進行濕熱處理并加入小麥粉中制成面包,面團微觀結構顯示濕熱處理后面筋結構連接更加緊密,分析原因是由于濕熱處理導致蕓豆蛋白變性,使得蛋白質對面筋的稀釋作用減弱。郎雙梅等[92]用微波處理后的綠豆制作綠豆面包,發現硬度、膠著性和咀嚼性等質構特征均得到了明顯地改善。BENDER等[93]研究了不同歐姆加熱工藝參數(功率輸入、保溫時間)對面包化學、功能特性(比體積、面包屑硬度和相對彈性、孔隙特性、顏色、淀粉糊化)和消化率的影響,受益于均勻快速的加熱過程,歐姆烘焙只需要幾分鐘即可獲得完全膨脹的無麩質面包,不僅改良了無麩質面包的比容、彈性和孔隙率,還減少了加工時間和成本,是一種很有潛力的非常規加熱技術。

4 前景與展望

預拌粉的出現滿足了快節奏的生活需求,讓人們更直接地體驗到烘焙的樂趣,同時也給企業大規模生產提供了一種標準化和規?；募夹g可行方案。但相較于國外,國內預拌粉的研究少、起步晚,理論實踐等各方面仍需繼續探索,且面包預拌粉雖采用多種材料混合而成,但它的主要原料仍是小麥粉,當前純粹的碳水已經不能滿足人們的健康需求,因此包括添加豆類的多元化預拌粉開發將會成為行業的創新點,也是將來在食品市場上的競爭點。后續研究可以圍繞以下方面開展:1)豆類雖然蛋白質含量較高,但不含有面筋蛋白且含有較多其他成分(如酚類),因此需要研究如何克服面筋相對缺乏、其他成分對面筋結構影響等問題,從而生產出感官品質優良的烘焙產品;2)目前食用豆類品種資源廣泛,且各自具有特殊的營養價值,結合營養、加工適宜性等方面篩選合適的品種需要進一步研究;3)添加非面粉配料后,必然會帶入一些添加劑等輔料以保持品質,而隨著生活水平的提高,消費者越來越關注食品的配料表和營養標簽,改善口感與提升營養價值的同時,如何行成清潔標簽與配料天然化也需要進一步研究。