無麩質(zhì)面包加工技術(shù)改良新進(jìn)展

徐夢雨,武 涌,袁娟麗,陳紅兵,*

(1.南昌大學(xué),食品科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江西南昌 330047;2.南昌大學(xué)食品學(xué)院,江西南昌 330047;3.南昌大學(xué)中德聯(lián)合研究院,江西南昌 330047;4.南昌大學(xué)藥學(xué)院,江西南昌 330006)

無麩質(zhì)(gluten-free,GF)食品是一類麩質(zhì)蛋白含量低于20 ppm且可供麩質(zhì)不耐受患者食用的食品[1]。麩質(zhì)蛋白指的是某些谷物的醇溶蛋白,即小麥、黑麥、大麥及其雜交谷物中可能存在的醇溶性蛋白[2]。無麩質(zhì)飲食是麩質(zhì)不耐受患者唯一有效的“治療”方法,常見的麩質(zhì)不耐受的疾病有乳糜瀉、小麥過敏、非乳糜瀉麩質(zhì)不耐受、谷蛋白共濟(jì)失調(diào)等[3]。此外,無麩質(zhì)食品也越來越受到健康人群的青睞。據(jù)報(bào)道,9.953%健康人群選擇避免攝入麩質(zhì),他們認(rèn)為無麩質(zhì)飲食可以減少攝取過多不必要碳水化合物,更益于健康[4]。根據(jù)Xhakollari等[5]統(tǒng)計(jì),無麩質(zhì)食品市場份額逐年增長,預(yù)計(jì)2020年將達(dá)到47億美元。由此可見,無麩質(zhì)食品有望成為食品工業(yè)新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。面包作為世界上銷售量最大的食品,是許多國家的主食,其方便美味也倍受我國消費(fèi)者喜愛。無麩質(zhì)面包則是無麩質(zhì)食品中最重要的組成部分,吸引了大批學(xué)者從事相關(guān)研究。本文主要從無麩質(zhì)原料與添加劑的選擇、原料預(yù)加工、面團(tuán)制備、面包焙烤等4個(gè)方面回顧了無麩質(zhì)面包品質(zhì)改良技術(shù)新進(jìn)展,期待為無麩質(zhì)面包的研究開發(fā)提供參考。

1 無麩質(zhì)面包生產(chǎn)工藝與品質(zhì)

根據(jù)GB/T 20981-2007[6]的定義,面包是一類以小麥粉、酵母、食鹽、水為主要原料,加入適量輔料,經(jīng)攪拌面團(tuán)、發(fā)酵、整形、醒發(fā)、焙烤等工藝制成的松軟多孔的食品(如圖1A)。無麩質(zhì)面包則是由不含麩質(zhì)蛋白原料加工而成,因發(fā)酵面團(tuán)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定,一般采用一次發(fā)酵法[7](如圖1B)。

圖1 小麥面包與無麩質(zhì)面包工藝流程圖Fig.1 Technical flowchart for making wheat bread and gluten-free bread

由于不含麩質(zhì)蛋白,無麩質(zhì)面包在加工過程中面臨著諸多挑戰(zhàn),主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面:品質(zhì)與價(jià)格。在品質(zhì)方面,一是營養(yǎng)丟失:原料粉剔除麩質(zhì)蛋白造成了營養(yǎng)缺失,而且進(jìn)行脫蛋白工藝會(huì)造成膳食纖維及微量元素的流失[8]。二是感官質(zhì)量差:制作的面團(tuán)往往過軟不易成型,持水性、持氣性、粘彈性、拉伸性和延展性差;焙烤的面包外皮粗糙干裂、硬度高,內(nèi)部氣孔稀疏、質(zhì)構(gòu)不均勻,整體比容小、香氣寡淡、風(fēng)味不佳;面包老化速度快,對貨架期也造成了影響[9]。在價(jià)格方面,由于工藝優(yōu)化,無麩質(zhì)面包加工成本提高,售價(jià)更昂貴,給消費(fèi)者增加了經(jīng)濟(jì)壓力[10]。

2 無麩質(zhì)面包品質(zhì)改良技術(shù)

為了制作出高質(zhì)低價(jià)的無麩質(zhì)面包,國內(nèi)外學(xué)者相繼探索了一些新型技術(shù),包括無麩質(zhì)原料與添加劑的選擇[8-17]、無麩質(zhì)原料預(yù)加工[18-39]、無麩質(zhì)面團(tuán)制備[40-47]、無麩質(zhì)面包焙烤[48-54]。

2.1 無麩質(zhì)原料與添加劑的選擇

傳統(tǒng)面包加工過程中,淀粉與麩質(zhì)蛋白相互作用對面包結(jié)構(gòu)的定型產(chǎn)生了重要影響[11]。無麩質(zhì)原料一般由淀粉和其它無麩質(zhì)粉組成,利用淀粉的糊化特性改善無麩質(zhì)粉的吸水性,改良面團(tuán)持水性及烘焙特性,常用的淀粉有小麥淀粉、馬鈴薯淀粉[9]等。其它無麩質(zhì)原料有大米[8]、假谷物(藜麥、蕎麥[10]、莧菜籽等)、雜糧谷物(高粱、玉米、小米等)、豆類(鷹嘴豆、豌豆等)、塊莖類(木薯、馬鈴薯等)、堅(jiān)果類(栗子、杏仁)、動(dòng)物類(蟋蟀粉[12])以及膳食纖維(菊粉、蘋果纖維[13])等。這些原料具有開發(fā)成本低廉、營養(yǎng)豐富、綜合利用價(jià)值高等優(yōu)勢。

單純的無麩質(zhì)原料粉加工適應(yīng)性較差,但通過添加一些功能性添加劑可以改善。常用的添加劑包括有食用膠體[14]、酶制劑[15]、外源蛋白[16]、乳化劑[17]等(見表1)。大量研究表明,加入適當(dāng)?shù)奶砑觿┛勺鳛辂熧|(zhì)蛋白的替代品,能成功制作出具有良好品質(zhì)的無麩質(zhì)面包。

表1 食品添加劑對面包品質(zhì)的影響Table 1 Effect of food additives on bread quality

此外,已有研究表明,通過對原料進(jìn)行一定的預(yù)加工可以最大限度提高其加工性能,進(jìn)一步促進(jìn)無麩質(zhì)原料的開發(fā)與利用。

2.2 無麩質(zhì)原料預(yù)加工

對原料進(jìn)行預(yù)加工是提高無麩質(zhì)面包品質(zhì)的有效方法。目前對無麩質(zhì)原料進(jìn)行預(yù)加工的技術(shù)主要包括碾磨[18-22]、熱加工[23-31]、微波[32-34]、高壓[35-36]、發(fā)芽[37-39]等。

2.2.1 碾磨 碾磨可以影響原料的性能,特別是原料的粒徑、受損淀粉的含量、淀粉顆粒的狀態(tài)[18]等。如,Hera等[19]對比不同粒徑玉米粉制作的無麩質(zhì)面包,發(fā)現(xiàn)粗粒徑(180～200 μm)制作的面包體積最大、硬度最低。Hera等[20]進(jìn)一步發(fā)現(xiàn),粗粒徑(132～200 μm)大米粉在90%～110%加水量下制作的無麩質(zhì)面包具備最佳的質(zhì)地和更高的抗性淀粉含量。此外,Yano[21]選取低損傷淀粉(<5%)的大米粉在不添加任何改良劑下成功制作出了無麩質(zhì)面包,面包比容大,加工成本低、實(shí)用性高。Wu等[22]則對比濕磨、旋風(fēng)機(jī)干磨、超細(xì)機(jī)碾磨三種方式處理大米粉制作無麩質(zhì)面包,發(fā)現(xiàn)淀粉受損程度:濕磨<旋風(fēng)機(jī)干磨<超細(xì)機(jī)碾磨,淀粉受損程度高的面粉制作的面包在烘烤中坍塌,無法成形。干磨的面粉顆粒形狀不規(guī)則,制得的面包會(huì)形成不均勻的氣泡,比容低。而濕磨法制備的米粉淀粉受損程度最低,淀粉顆粒最完整,糊化溫度和吸熱焓較高,凝膠強(qiáng)度較高,加工出的面包質(zhì)地與外觀符合消費(fèi)者期望。因此,選擇合適的碾磨技術(shù)可以加工出性能更佳的無麩質(zhì)面包。

2.2.2 熱加工預(yù)處理 熱加工處理可分為干熱處理和濕熱處理。對于一些谷物原料,如高粱粉,干熱處理可有效去除其自身的苦澀味,是面包加工過程中必不可少的工藝[23]。濕熱處理則可以提高谷物、豆類和塊莖淀粉的糊化溫度和結(jié)合水能力,使面團(tuán)黏度增加[24]。此外,濕熱處理的面粉和淀粉也有很高的乳化能力,能增強(qiáng)面團(tuán)持氣能力,提高面包品質(zhì)[25]。而且面粉在濕熱加工過程中還發(fā)生了美拉德反應(yīng)、蛋白質(zhì)變性和酶激活等變化,影響面包風(fēng)味[26]。

在無麩質(zhì)面包加工過程中,濕熱處理常與擠壓加工聯(lián)用使淀粉預(yù)糊化。研究發(fā)現(xiàn),加入擠壓加工的原料后制作的面團(tuán)結(jié)構(gòu)致密,能防止發(fā)酵過程中氣崩,增加持氣性與持水性,提高面包比容、降低硬度。如擠壓黑米粉[27]、高粱粉[28]、小米粉[29]等。Martínez等[30]則發(fā)現(xiàn)加入擠壓大米粉制作的無麩質(zhì)面包老化更慢。在生產(chǎn)中,選擇濕熱為主、干熱為輔的加工方式可以在保留營養(yǎng)成分的情況下生產(chǎn)出讓消費(fèi)者接受認(rèn)可的無麩質(zhì)面包。Torbica等[31]將黑麥、燕麥、高粱和小米經(jīng)140 ℃熱風(fēng)干燥15 min后,在含水量為27%的情況下擠壓熱處理,以30%的添加量加入無麩質(zhì)粉中,在不添加任何添加劑的情況下制作了無麩質(zhì)黑麥、燕麥、高粱和小米面包,面包外觀與普通的小麥面包相似,纖維更豐富,面包芯柔軟,氣孔發(fā)達(dá)。

2.2.3 微波預(yù)處理 Villanueva等[32]發(fā)現(xiàn)微波可以增加大米粉的吸水率與膨化力,制作的米粉面團(tuán)具有較高的稠度、較強(qiáng)的彈性和抗變形能力。Villanueva等[33]進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),在大米粉中添加30%微波處理的米粉制作的無麩質(zhì)面包比容更高、硬度更低、老化更慢。此外,面包的形狀、面包皮的顏色和面包芯氣孔分布也得到了很大的改善。Perez-Quirce等[34]則發(fā)現(xiàn)微波處理可以使米粉中β-葡聚糖酶失活,在很大程度上保留了β-葡聚糖的含量,焙烤的無麩質(zhì)米粉面包營養(yǎng)性更高。由此可見,微波預(yù)處理對無麩質(zhì)原料的功能具有改善作用。

2.2.4 高壓預(yù)處理 高壓可以作用于食品原料中的大多數(shù)成分,包括水、蛋白質(zhì)和淀粉。Cappa等[35]發(fā)現(xiàn)將玉米淀粉和米粉在600 MPa 40 ℃處理5 min后,制作的面團(tuán)結(jié)合水能力更強(qiáng),焙烤的無麩質(zhì)面包比容高、柔軟性良好,而且面包儲(chǔ)藏72 h后仍具有較高的保水能力、較低的水活性和較慢的老化動(dòng)力學(xué)性質(zhì)。但是高壓處理的效果依賴于所使用的原料,特別是直鏈淀粉/支鏈淀粉含量。對于直鏈淀粉含量極低的糯米粉,處理?xiàng)l件與原料糊化性能無關(guān)[36]。因此,在選擇高壓處理之前需要對原料的性質(zhì)有充分了解,以便發(fā)揮工藝的最佳性能。

2.2.5 發(fā)芽預(yù)處理 Cornejo等[37]研究發(fā)現(xiàn)發(fā)芽糙米可以改善無麩質(zhì)大米面包的營養(yǎng)特性,焙烤的面包蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和生物活性化合物(GABA和多酚)含量均得到提高,抗氧化活性增強(qiáng),植酸含量和血糖指數(shù)降低。此外,Horstmann等[38]挑選七種發(fā)芽種子(莧菜、糙米、玉米、小扁豆、羽扇豆、豌豆、藜麥)磨粉,并以5%比例添加到無麩質(zhì)面粉中。與不含發(fā)芽面粉的對照組相比,所有面團(tuán)發(fā)酵過程體積更大,面包比容更大。其中,羽扇豆芽粉的纖維和蛋白質(zhì)含量最高,水化性能最高,面團(tuán)具有最高的粘彈性。糙米芽粉制作的面包硬度則最高。莧菜芽粉顯著增加了面包的比容,降低了硬度,具備進(jìn)一步優(yōu)化研發(fā)潛力。但是,Ouazib 等[39]研究了不同方式處理(發(fā)芽、蒸煮、焙烤)的鷹嘴豆粉對無麩質(zhì)面包的品質(zhì)影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn)發(fā)芽鷹嘴豆制成的面包在感官特性上的整體接受度最低。由此可見,雖然發(fā)芽預(yù)處理會(huì)改善原料的營養(yǎng)特性,但不同原料經(jīng)發(fā)芽處理后的加工適應(yīng)性也應(yīng)該重點(diǎn)考慮。

2.3 無麩質(zhì)面團(tuán)制備

在無麩質(zhì)面團(tuán)制備過程中,產(chǎn)氣能力不足和持氣能力不佳是影響面團(tuán)成型最重要的兩個(gè)問題。一些學(xué)者發(fā)現(xiàn),改變面團(tuán)制備方式可為解決這些問題增添新的方案,如酸面團(tuán)發(fā)酵[40-45]和化學(xué)膨松法[46-47]。

2.3.1 酸面團(tuán)發(fā)酵 酸面團(tuán)乳酸菌合成的胞外多糖可作為增稠劑、穩(wěn)定劑和膠凝劑改善面團(tuán)流變學(xué)性質(zhì)和面包的質(zhì)地[40]。如Nami等[41]對比四種乳酸菌發(fā)酵小米粉制作無麩質(zhì)面包,發(fā)現(xiàn)用乳酸菌發(fā)酵的面團(tuán)彈性增加、硬度降低。而且添加L.brevis制作的面包比容最大、孔隙率和含水量最佳。Bender等[42]利用7種不同的乳酸菌菌株與商業(yè)發(fā)酵劑生產(chǎn)無麩質(zhì)小米和蕎麥面包,篩選出L.sanfranciscensisDSM20663、L.paralimentariusLMG19152、L.pentosusLMG10755、L.hammesiiDSM16381作為無麩質(zhì)小米或蕎麥面包的潛在發(fā)酵劑,在僅采用酸面團(tuán)發(fā)酵技術(shù)下改善無麩質(zhì)面包質(zhì)量。此外,乳酸菌發(fā)酵還可以改善無麩質(zhì)原料營養(yǎng)特性。Sozer等[43]將乳酸菌發(fā)酵的大豆粉與玉米淀粉1∶1混合制作無麩質(zhì)面包,檢測到發(fā)酵后豆粉的各營養(yǎng)指標(biāo)均有提高,而且面包中蛋白體外消化率由53.9%提升至72.3%。另外,乳酸菌發(fā)酵可以降低淀粉的消化率從而影響餐后血糖。如Rinaldi等[44]發(fā)現(xiàn)經(jīng)酸面團(tuán)發(fā)酵后的無麩質(zhì)面包體外模擬消化后升糖指數(shù)較低。乳酸菌發(fā)酵過程中生成的有機(jī)酸等物質(zhì)還可以增加焙烤產(chǎn)品的風(fēng)味,抑制腐敗微生物的生長和延長無麩質(zhì)面包貨架期。Ceballos-Gonzalez等[45]利用植物乳酸菌發(fā)酵藜麥粉,在不加任何添加劑下制作無麩質(zhì)面包,發(fā)現(xiàn)發(fā)酵后面團(tuán)中可溶性蛋白含量增加,面包硬度降低,老化速度減慢,外皮L*(亮度)減小且香氣優(yōu)于小麥面包。

酸面團(tuán)發(fā)酵技術(shù)可以增加無麩質(zhì)原料中營養(yǎng)物質(zhì)的利用率,減少或替代食品添加劑的使用,改善面團(tuán)流變學(xué)特性,提高面包感官品質(zhì)并延長貨架期,顯示出了巨大的應(yīng)用價(jià)值。但相關(guān)的研究成果主要局限于實(shí)驗(yàn)室,如何將它與工廠接軌并實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)是未來研究的重點(diǎn)。

2.3.2 化學(xué)膨松法 化學(xué)膨松法因產(chǎn)氣快、效率高在傳統(tǒng)面包加工中占有一席之地,而在無麩質(zhì)面包加工中卻少有報(bào)道。Akin等[46]將大米粉、木薯粉或馬鈴薯淀粉與高粱粉復(fù)配為原料,加入3%雙效泡打粉(磷酸二氫鈣和磷酸鋁鈉)僅需2 min膨松面團(tuán)制備無麩質(zhì)面包,大大縮減了加工時(shí)間。Akin等[47]進(jìn)一步對面包感官特性及品質(zhì)進(jìn)行評價(jià),發(fā)現(xiàn)面包芯氣孔均勻、大小合適。由此可見,化學(xué)膨松法可制作無麩質(zhì)面包,值得進(jìn)一步研究。

2.4 無麩質(zhì)面包焙烤

傳統(tǒng)面包的焙烤是將含水量約為55%～60%的小麥面團(tuán)在烤箱中(190～240 ℃)烘烤大約0.5～1.0 h。這一過程外部熱量從外向內(nèi)傳遞,內(nèi)部水分由內(nèi)向外分布,最終在面包外層形成一層無水的面包殼。但無麩質(zhì)面團(tuán)基質(zhì)過軟不易成型,持水性、持氣性差,對焙烤技術(shù)有更高的要求。

2.4.1 真空焙烤 Rondeau-Mouro等[48]研究發(fā)現(xiàn),與常壓焙烤面包相比,將無麩質(zhì)面團(tuán)在205 ℃、20 kPa條件下焙烤55 min制作的面包,質(zhì)構(gòu)更松軟,外殼更平整,面包芯氣孔更大,具“蜂窩狀”。但當(dāng)含水量不足48%時(shí),真空焙烤與傳統(tǒng)焙烤無明顯差別。真空可促使面團(tuán)中的氣體向外釋放,在加熱使氣體膨脹的同時(shí)促進(jìn)了產(chǎn)品體積膨脹。真空還可以降低水的沸點(diǎn),減少焙烤過程中面包顏色和風(fēng)味的退化,而且影響面團(tuán)中的水分重新分布,進(jìn)一步影響淀粉的糊化及老化。但是目前相關(guān)工作較少,值得關(guān)注和繼續(xù)深入研究。

2.4.2 歐姆加熱焙烤 歐姆加熱將物料作為電路中的一段導(dǎo)體,在50～60 Hz的低頻交流電流下,直接將電能轉(zhuǎn)化成熱能,加熱快、效率高。Masure等[49]將歐姆加熱裝置與焙烤過程中面團(tuán)高度、粘度和二氧化碳釋放量的在線測量相結(jié)合,研究無麩質(zhì)面包結(jié)構(gòu)的形成,發(fā)現(xiàn)當(dāng)面包外殼在面團(tuán)開始釋放CO2之前形成,能生產(chǎn)出高比容、結(jié)構(gòu)均勻的面包,通過歐姆加熱就可以監(jiān)控面包外殼的形成,從而能有效避免面包在烘烤過程中坍塌。此外,Bender等[50]發(fā)現(xiàn)歐姆加熱的無麩質(zhì)面包淀粉消化率低于常規(guī)焙烤,而且常規(guī)焙烤的失水率(13.97%)至少是歐姆加熱(1.92%～4.31%)的3倍。由于無麩質(zhì)面團(tuán)具有高含水量和適當(dāng)?shù)碾妼?dǎo)率,適合歐姆加熱。升溫均勻且快速可以更好地穩(wěn)定面團(tuán)結(jié)構(gòu),加強(qiáng)氣體滯留,降低成本。預(yù)計(jì)該技術(shù)的應(yīng)用將為無麩質(zhì)面包的焙烤提供新的發(fā)展方向。

2.4.3 微波輔助焙烤 微波加熱時(shí)物料內(nèi)的傳熱方式是由內(nèi)向外,與紅外、熱風(fēng)等由外向內(nèi)傳熱方式的聯(lián)用可以達(dá)到互補(bǔ)[51]。研究發(fā)現(xiàn),采用微波-紅外聯(lián)用焙烤可以改善無麩質(zhì)面包內(nèi)部的水分分布,增加氣孔數(shù)[52]。Srikanlaya等[53]則發(fā)現(xiàn)微波-熱風(fēng)聯(lián)用可以減少焙烤時(shí)間和預(yù)測血糖指數(shù),生產(chǎn)的無麩質(zhì)面包具有高比容,不過在儲(chǔ)藏7 d后,面包老化速度更快。研究還發(fā)現(xiàn),微波可提高面包的烘烤溫度,影響無麩質(zhì)面包的蛋白-淀粉基質(zhì)。如Therdthai等[54]發(fā)現(xiàn)微波焙烤的面包淀粉消化率較低,但焙烤出的大米面包外皮L*值(亮度)相對于熱風(fēng)焙烤更高,顏色更蒼白。可見,微波輔助焙烤在無麩質(zhì)面包加工中的應(yīng)用值得肯定,但工藝條件仍需進(jìn)一步優(yōu)化。

3 結(jié)論與展望

隨著科技進(jìn)步與發(fā)展,越來越多新興技術(shù)用于改良無麩質(zhì)面包,而且在實(shí)踐應(yīng)用中也卓有成效。但因?yàn)闊o麩質(zhì)原料選擇多樣化,其加工適應(yīng)性存在較大差異,生產(chǎn)中需要使用個(gè)性化的工藝方案。因此,首先需要全面研究各無麩質(zhì)原料成分及特性,然后闡明不同加工方式對原料加工性能的影響機(jī)制。如直鏈淀粉占比高的原料可嘗試高壓預(yù)處理,豆類及谷物原料考慮發(fā)芽預(yù)處理等,才能讓這些前沿技術(shù)更好地被利用。

此外,已有的技術(shù)往往都處于探索階段,沒有全面評估其應(yīng)用于產(chǎn)品生產(chǎn)的性能。一款合格的無麩質(zhì)面包在風(fēng)味、結(jié)構(gòu)、外觀、營養(yǎng)等各個(gè)方面均有要求。因此,后續(xù)仍需要不斷完善各加工技術(shù),并結(jié)合麩質(zhì)不耐受患者的特殊需求,制作出讓消費(fèi)者滿意的面包。另一方面,一系列加工新技術(shù)僅局限于實(shí)驗(yàn)室階段,只有真正應(yīng)用于工業(yè)化才能實(shí)現(xiàn)其價(jià)值,而實(shí)現(xiàn)工業(yè)化需要相應(yīng)的設(shè)備投入與產(chǎn)業(yè)化條件。由此建議,選擇校企合作協(xié)同創(chuàng)新,可以推動(dòng)新技術(shù)在無麩質(zhì)面包加工領(lǐng)域的應(yīng)用。

無麩質(zhì)食品在國外已有許多成功的研究成果,但我國卻仍處于起步階段,未來可以借鑒國外成功的經(jīng)驗(yàn),并結(jié)合本國飲食文化選擇無麩質(zhì)原料,根據(jù)它們的原料特性研發(fā)有針對性的加工技術(shù),在最大限度提高原料加工性能的條件下生產(chǎn)出高品質(zhì)的無麩質(zhì)面包。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新與應(yīng)用轉(zhuǎn)化,可以不斷改進(jìn)和完善無麩質(zhì)面包加工技術(shù),更好地造福于麩質(zhì)不耐受患者及消費(fèi)者。