食用豆類在面包預(yù)拌粉中的應(yīng)用研究進展

侯湘婷,樊銘聰,錢海峰,李言,王立

(江南大學(xué) 食品學(xué)院,江蘇 無錫,214122)

烘焙食品歷史悠久,據(jù)報道,2022年我國烘焙食品行業(yè)市場規(guī)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(nèi)烘焙市場和日益多樣化的產(chǎn)品,具有簡單、便捷、經(jīng)濟等特點的預(yù)拌粉行業(yè)應(yīng)運而生。預(yù)拌粉也稱預(yù)混合粉,它是根據(jù)原料的物理化學(xué)特性將烘焙的部分原輔材料預(yù)先混合好的半成品[2]。面包預(yù)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(tǒng)的面包制作過程,面包預(yù)拌粉以簡單混合的方式降低了產(chǎn)品制作的專業(yè)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(yè)知識,動作操作不規(guī)范,程序繁瑣等原因制作不出理想的面包[3],面包預(yù)拌粉的出現(xiàn)則從技術(shù)層面解決了這些問題,使家庭烘焙更加方便,發(fā)展前景十分可觀。

食用豆類作為傳統(tǒng)食物,蛋白質(zhì)含量高、質(zhì)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(yù)拌粉中,不僅彌補了小麥粉蛋白質(zhì)含量低、必需氨基酸組成不均衡的缺陷,還可以結(jié)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(shù)(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(fā)展和消費者對健康烘焙產(chǎn)品的需求提高,越來越多的研究人員通過不斷優(yōu)化配料對烘焙產(chǎn)品進行創(chuàng)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(yǎng)均衡性和平穩(wěn)餐后血糖等健康作用,成為研究人員主要選擇之一[19],在預(yù)拌粉市場具有廣闊的前景。本文對常見食用豆類的營養(yǎng)成分進行了比較,分析了其在烘焙用預(yù)拌粉中的應(yīng)用,并對不同預(yù)處理方式對含豆類烘焙產(chǎn)品品質(zhì)影響進行了分析比較,以期為豆類預(yù)拌粉、健康烘焙產(chǎn)品的研究開發(fā)提供理論支持。

1 食用豆類的營養(yǎng)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(jù)豆類的營養(yǎng)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(zhì)、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(yǎng)成分及其健康作用見表1。

表1 不同食用豆類的特殊營養(yǎng)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(tǒng)食物,富含多種營養(yǎng)物質(zhì),具有高蛋白質(zhì)、低淀粉生成率的營養(yǎng)特性[25],是主要的植物性蛋白來源。近年來研究發(fā)現(xiàn)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(xiàn)在功能食品的配方中[26]。

1.1 高蛋白質(zhì)含量

食用豆類的蛋白質(zhì)含量一般在20%～30%,是谷物蛋白的2～4倍,是一種優(yōu)質(zhì)、廉價、環(huán)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(yǎng)價值與動物蛋白接近[28],基本接近WHO提出的優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)氨基酸組成模型。表2列出了不同食用豆類蛋白質(zhì)的含量與組成。

表2 不同食用豆類的蛋白質(zhì)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(jié)構(gòu)充當(dāng)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(shù)值食品[37]。研究表明,抗性淀粉含量高的食品可以預(yù)防糖尿病和心血管疾病的發(fā)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(wěn)定,這些特性都有助于肥胖、三高以及糖尿病的預(yù)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(yīng)用到延緩淀粉消化、降低血糖生成指數(shù)的產(chǎn)品開發(fā)中,見表3。

表3 食用豆類對不同產(chǎn)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(zhì),它們可以有效地清除人體內(nèi)的自由基,阻止脂質(zhì)過氧化,經(jīng)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(yīng)激相關(guān)的慢性疾病風(fēng)險[49]。近年來,國內(nèi)外對豆類生物活性物質(zhì)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(jié)果均表現(xiàn)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(zhì);DINIYAH等[52]研究了3種印尼當(dāng)?shù)氐氖秤枚诡?發(fā)現(xiàn)其具有豐富的生物活性成分,可用作功能性食品和營養(yǎng)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(yōu)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(fā)現(xiàn)其均含有豐富的多酚類和黃酮類物質(zhì),并具有較強的抗氧化性能,可用作天然抗氧化劑的研發(fā)。

2 食用豆類在面包預(yù)拌粉中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的烘焙用預(yù)拌粉一般以小麥粉為主要原料,小麥粉含有的蛋白質(zhì)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(yǎng)不均衡,存在著一定的營養(yǎng)缺陷。而豆類中蛋白質(zhì)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(xiàn)蛋白質(zhì)組成互補,有利于提高烘焙產(chǎn)品的營養(yǎng)價值[54]。但同時也發(fā)現(xiàn),雖然在小麥粉中添加豆類實現(xiàn)了對面粉的營養(yǎng)強化,但由此制得的烘焙產(chǎn)品在物理性質(zhì)和感官評價方面都受到了一定的負面影響[55]。與傳統(tǒng)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(fēng)味也有所改變,因此想要開發(fā)一款消費者接受度高的豆類面包預(yù)拌粉仍需要從配方和工藝方面進行完善。國內(nèi)外許多學(xué)者將豆粉添加到面包中來改善面包的營養(yǎng)價值,并研究了不同豆類及添加比例對面包品質(zhì)的影響(表4)。

表4 不同食用豆類及添加比例對面包品質(zhì)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(yù)拌粉的品質(zhì)改良

近年來,國內(nèi)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(zhì)的改良方面,例如使用一些改良劑,包括親水膠體、蛋白質(zhì)、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(fā)酵、豆類預(yù)發(fā)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(wǎng)絡(luò),增加面團的黏彈性和氣體結(jié)合性[61]。GALLI等[62]從鷹嘴豆酸面團中分離出一種可原位產(chǎn)生細菌胞外多糖(exopolysaccharides,EPS)的乳酸菌,產(chǎn)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(zhì)量分數(shù)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(zhì)構(gòu)和感官的影響,結(jié)果顯示扁豆粉增加到20%和25%時,面團的質(zhì)地和面包的感官質(zhì)量開始產(chǎn)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(jié)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(fā)現(xiàn)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(zhì)的水解。綜上所述,親水膠體對豆類面包的品質(zhì)有一定的改良作用,但添加時應(yīng)選擇合適的種類和劑量。

3.1.2 蛋白質(zhì)

基于自身的發(fā)泡性和乳化性,蛋白質(zhì)可用于面包品質(zhì)的改良,尤其是含有較高營養(yǎng)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(chǎn)品的界面張力,幫助穩(wěn)定油-水和水-油界面,提供穩(wěn)定的乳液和泡沫,從而改善無麩質(zhì)發(fā)酵產(chǎn)品的碎屑結(jié)構(gòu)[66]。VILLARINO等[67]研究了羽扇豆添加對小麥面包質(zhì)構(gòu)的影響,發(fā)現(xiàn)羽扇豆添加不超過10%時,羽扇豆蛋白與面筋蛋白產(chǎn)生的交聯(lián)增加了面團穩(wěn)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(chǎn)無麩質(zhì)面包,結(jié)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(zhì)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(jié)果,其用豌豆蛋白濃縮物和大豆蛋白濃縮物(5%,10%,15%,質(zhì)量分數(shù))生產(chǎn)面包,發(fā)現(xiàn)隨著蛋白質(zhì)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(zhì)也能起到乳化劑的作用,不僅有效地強化了面筋的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),還能提高豆類面包的營養(yǎng)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(guān)注,廣泛應(yīng)用于各種烘焙制品的品質(zhì)改良[70]。在面包制作過程中,酶能夠增強蛋白質(zhì)功能,提高面團可加工性和改善面包的品質(zhì),常用的酶有谷氨酰胺轉(zhuǎn)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(fā)現(xiàn)在無麩質(zhì)面包中添加1%(質(zhì)量分數(shù))的谷氨酰胺轉(zhuǎn)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(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),彌補了豆類添加對面包造成的結(jié)構(gòu)缺陷。SCARNATO等[73]將谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶添加到4種(大米、玉米、莧菜和扁豆)無麩質(zhì)面粉中也得到了類似的結(jié)果,除了脫酰胺和胺的結(jié)合外,谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶還可以催化蛋白質(zhì)交聯(lián),改善面團結(jié)構(gòu)。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(jié)構(gòu)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(zhì)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(zhì)、脂質(zhì)和碳水化合物等物質(zhì)相互作用,在增強面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)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(zhì)的改良效果,發(fā)現(xiàn)各類乳化劑在最佳添加水平下均能改善無麩質(zhì)面包的質(zhì)量,其中SSL+DATEM組合在面包的對稱性、孔隙結(jié)構(gòu)和質(zhì)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(jié)構(gòu)[75]。TSATSARAGKOU等[76]用角豆粉和抗性淀粉部分替代米粉生產(chǎn)面包,結(jié)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(zhì)地和風(fēng)味,還能提高面包的含水量和感官品質(zhì)[77]。

3.2 面包改良技術(shù)途徑

3.2.1 酸面團發(fā)酵技術(shù)

酸面團發(fā)酵是食品生產(chǎn)中廣泛使用的最古老的生物技術(shù)之一[78],乳酸菌在酸面團發(fā)酵過程中原位產(chǎn)生的EPS常作為面包質(zhì)地改良劑,它能夠改善面包的風(fēng)味和質(zhì)地,延長面包的保質(zhì)期,尤其在豆類面包中,酸面團發(fā)酵還能夠有效地消除豆腥味。HOUBEN等[79]報道,在無麩質(zhì)面團生產(chǎn)中,少量的乳酸菌發(fā)酵可以增加酸面團的黏度,均勻面包屑結(jié)構(gòu),延長產(chǎn)品的保質(zhì)期,產(chǎn)生更加濃郁的風(fēng)味。PERRI等[80]發(fā)現(xiàn)與對照小麥面包相比,添加30%(質(zhì)量分數(shù))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(chǎn)生了大量的葡聚糖,有效地抵消了面筋網(wǎng)絡(luò)破壞引起的質(zhì)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(yǎng)、質(zhì)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(fā)酵顯著改善了豆類面包的比容,在質(zhì)構(gòu)方面,乳酸發(fā)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(fā)酵對烘焙食品的流變學(xué)、感官和保質(zhì)期屬性都有比較積極的影響。

3.2.2 發(fā)芽技術(shù)

發(fā)芽是一種簡單、廉價、低碳的食品生物加工技術(shù),在種子萌發(fā)的過程中,一些大分子物質(zhì)如淀粉和蛋白質(zhì)被分解,維生素和礦物質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)被釋放,豆類中的氨基酸含量和組成以及利用率發(fā)生了改變,整體營養(yǎng)價值得到提高[82]。ESPINOSA-RAMREZ等[83]研究了發(fā)芽菜豆粉對小麥面包營養(yǎng)價值和質(zhì)構(gòu)特性的影響,結(jié)果顯示發(fā)芽處理不僅增加了菜豆面包的吸水性和穩(wěn)定性,還提高了面包中礦物質(zhì)和營養(yǎng)素含量。SHIN等[84]發(fā)現(xiàn)在發(fā)芽過程中豆類蛋白的溶解度增加,乳化性和發(fā)泡性增強,因此用發(fā)芽豆粉制成的面包樣品也表現(xiàn)出更好的質(zhì)量特征。ATUDOREI等[85]報道了發(fā)芽羽扇豆粉與發(fā)芽鷹嘴豆在面包中的應(yīng)用,發(fā)現(xiàn)發(fā)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(xué)特性?？偟膩碚f,豆類經(jīng)發(fā)芽后制成的面包品質(zhì)有很大的改善,但在制作面包時要注意豆子發(fā)芽的時間和發(fā)芽豆粉的添加量,否則可能會產(chǎn)生相反的效果。

3.2.3 高靜壓技術(shù)

高靜壓技術(shù)是一種典型的非熱加工技術(shù),它能夠在保持食品營養(yǎng)價值和感官特性的基礎(chǔ)上改善無麩質(zhì)面團的品質(zhì)[86]。與熱加工技術(shù)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(shù)在食品加工領(lǐng)域也越來越受到人們的關(guān)注。研究發(fā)現(xiàn),高靜壓可以作用于蛋白質(zhì)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(zhì)的高級結(jié)構(gòu)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(zhì)聚集和流變特性的影響,發(fā)現(xiàn)高壓處理可以誘導(dǎo)蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成,引起的淀粉和蛋白質(zhì)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(yīng)用于高含量豆類(鷹嘴豆,豌豆和大豆)復(fù)合面包的品質(zhì)改良,結(jié)果顯示用高靜壓處理過的豆類制得的面包質(zhì)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(jié)構(gòu)劑。由此可見,高靜壓的應(yīng)用增加了豆類面團的彈性,并改善了面包的體積和質(zhì)地,是一種有效的新型改良技術(shù)。

3.2.4 其他改良技術(shù)

除了酸面團發(fā)酵、發(fā)芽和高靜壓技術(shù)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(jié)構(gòu)顯示濕熱處理后面筋結(jié)構(gòu)連接更加緊密,分析原因是由于濕熱處理導(dǎo)致蕓豆蛋白變性,使得蛋白質(zhì)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(fā)現(xiàn)硬度、膠著性和咀嚼性等質(zhì)構(gòu)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(shù)(功率輸入、保溫時間)對面包化學(xué)、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(zhì)面包,不僅改良了無麩質(zhì)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(guī)加熱技術(shù)。

4 前景與展望

預(yù)拌粉的出現(xiàn)滿足了快節(jié)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(yè)大規(guī)模生產(chǎn)提供了一種標(biāo)準化和規(guī)?；募夹g(shù)可行方案。但相較于國外,國內(nèi)預(yù)拌粉的研究少、起步晚,理論實踐等各方面仍需繼續(xù)探索,且面包預(yù)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(dāng)前純粹的碳水已經(jīng)不能滿足人們的健康需求,因此包括添加豆類的多元化預(yù)拌粉開發(fā)將會成為行業(yè)的創(chuàng)新點,也是將來在食品市場上的競爭點。后續(xù)研究可以圍繞以下方面開展:1)豆類雖然蛋白質(zhì)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(jié)構(gòu)影響等問題,從而生產(chǎn)出感官品質(zhì)優(yōu)良的烘焙產(chǎn)品;2)目前食用豆類品種資源廣泛,且各自具有特殊的營養(yǎng)價值,結(jié)合營養(yǎng)、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(zhì),而隨著生活水平的提高,消費者越來越關(guān)注食品的配料表和營養(yǎng)標(biāo)簽,改善口感與提升營養(yǎng)價值的同時,如何行成清潔標(biāo)簽與配料天然化也需要進一步研究。