无面筋食品研究进展

王坤，路飞，孟燕楠，李哲，肖志刚

（沈阳师范大学粮食学院，辽宁沈阳110034）

乳糜泄（Celiac disease，CD）是一种慢性肠道吸收不良疾病，是由于从小麦等原料制成的产品中摄入面筋蛋白引起的。它是一种对谷物制品，尤其是与小麦，以及在植物学上与小麦近亲的黑小麦、斯佩尔特黑麦、大麦等谷物的食品不耐症，在一定程度上也与燕麦有关[1]。麦粉中麦胶蛋白对肠黏膜有毒性，如进一步水解，毒性消失。乳糜泻患者小肠黏膜细胞上分解麦胶蛋白的多肽酶活性不足，不能充分分解麦胶蛋白故引起小肠黏膜病变，从而产生炎症反应，多表现为腹泻、肠道功能紊乱和营养素吸收不良。目前，乳糜泻已被确认为常见的终身型疾病，并且经调查发现，世界上有1%的人口都被诊患有此病[2]。解决问题的办法也只能是患者终身严格控制含面筋食品的摄入[3]。

1 无面筋食品

有关无面筋食品的指南最早是由WHO和FDA于1976年联合提出的[4]，后又经一系列修订。2009年，欧盟在制订的条例中要求将不含麸质或含微量麸质注明于食品成分标签中，并规定只有含低于20 mg/kg麸质的食品才允许在其预包装上标注“不含麸质”，“含微量麸质”的标签则适用于已经进行特殊处理及去除大量麸质，但食品成分中仍存在低于100 mg/kg麸质的食品[5]。一直避免摄入无面筋食物的饮食模式是不可行的，因为在很多地方尤其是西方国家，面包、蛋糕、意大利面、比萨饼、饼干、面条等面制品都是作为主食存在的，因此，对于无面筋食品的研究是很有必要和发展前景的。

2 面筋蛋白

麦醇溶蛋白和麦谷蛋白是小麦面筋蛋白主要组成部分，富含谷氨酰胺和脯氨酸[6]，由于麦醇溶蛋白中非极性氨基酸组成较多，故决定了面团流动性、伸展性和膨胀性。麦谷蛋白肽链间的二硫键和极性氨基酸赋予了面团以弹性、黏合性，也是决定面团强度的主要因素。两种蛋白的这种氨基酸组成，赋予了小麦面筋蛋白黏弹性的网络结构的特性，也决定了它的不可替代性[7]。

3 技术方法

小麦面筋蛋白特殊的化学组成，赋予了其独特的功能特性，蛋白质性质的差异使无面筋食品的网络结构较少，无法锁住水分，而且淀粉颗粒不能嵌入其中，调制的面团韧性差、松散、不易成团，即使成团，也很散碎不易制皮。这些无面筋食品开发中关于无面筋面团处理的一些潜在问题，可以通过一些新的技术手段得以改进。多年来很多研究者都致力于寻找面筋的替代品的研究，一些新的加工技术也被用来改变无面筋面团的流变特性，比如高静水压处理、挤压膨化技术和预糊化处理等等，为无面筋食品开发研制带来新的希望。

3.1 寻找原料替代品

3.1.1 假谷物的开发利用

假谷物指植物学上不属于禾谷类的植物，其种子或果实与禾谷类的种子或果实的加工性质相同或相近，又因其具有高营养价值，必需氨基酸和脂肪酸含量以及矿物质含量高而被用于无面筋食品的研究，主要有荞麦、苋菜籽和昆诺阿藜籽[8]。Wronkowska等[9]用荞麦粉分别以10%、20%、30%、40%的比例替代玉米粉，辅以果胶，结果表明，随荞麦比例增大，面包比容增加，且面包在储存期内硬度下降。Lemos等[10]用苋菜粉以不同比例替代由木薯淀粉和发酵木薯淀粉混合而成的无面筋粉所制作芝士面包，品质也有所改善。Alvarez-Jubete等[11]将苋菜、藜麦和燕麦作为健康又高营养质量的潜在原料成分替换掉无面筋面包（由大米粉和马铃薯淀粉制成）中的马铃薯淀粉并辅以黄原胶，研究其烘焙特性。结果显示和对照组相比，荞麦和藜麦面包体积明显增大，此外含“假谷物”的面包质地更柔软，共聚焦图像显示这是由于假谷物中天然乳化剂的存在的缘故。

3.1.2 其他无面筋粉

其他一些无面筋谷物包括大米、小米、高粱、画眉草粉、一些淀粉、豆科植物的粉像黄豆、栗子、鹰嘴豆等等都已经被用于无面筋食品的开发。Ergin等[12]以大米、玉米、鹰嘴豆、马铃薯粉、玉米淀粉和马铃薯淀粉为主要原料，辅以糖、盐、瓜尔豆胶等，制作8种不同配方的饼干，发现所有配方饼干适口性、色泽、气味、质构特性等与对照组相比均具有显著差异。鹰嘴豆粉的添加会改善饼干的感官品质，而大米粉则与硬度相关。Tsatsaragkou等[13]用鹰嘴豆粉和抗性淀粉替换大米粉，通过响应面分析法确定鹰嘴豆和蛋白质的最佳加入量，研究发现鹰嘴豆粉可提高面团的含水率。

3.2 加入多糖胶体

目前研究中所使用到的胶体有：羟丙基甲基纤维素（HPMC）、羧甲基纤维素（CMC）、黄原胶、瓜尔豆胶、刺槐豆胶、果胶、琼脂等。Yadav等[14]用珍珠栗、乳清蛋白、大麦和CMC以不同比例混合制得意大利面，实验证明CMC对面团的质构特性有明显改善。Hadnadev等[15]分别用10%、20%、30%的荞麦粉替代大米粉，并加入CMC，通过振荡和蠕变实验测定二者对面团流变特性的影响，结果表明CMC增加了面团的韧性和抗延伸性。路飞等[16]对大米粉进行预糊化处理技术制得米粉面包，并添加了HPMC、CMC、海藻糖、黄原胶4种添加剂，对大米面包的感官特性及质构特性进行了研究。结果表明，添加3%CMC对于大米面包品质有最明显的改善效果，HPMC对于改善大米面包品质较为明显，而黄原胶对改善面包品质有作用，但不明显，海藻糖不适用于大米粉预糊化制作大米面包。

3.3 酶处理

近年来酶在食品工业中的应用日益增加，相较于传统的化学方法，酶法更环保、更绿色。目前，很多研究者已将酶用于无筋面团中，主要是改善面团流变特性，延长产品货架期。Dluzewska等[17]在无筋面团中加入7%的大豆或乳清蛋白，以及谷氨酰胺转氨酶，研究三者对面团物化特点及感官特性的影响并测定了面包的比容、比重等指标，结果发现，大豆蛋白能改善面包品质，尤其是加入1U/g谷氨酰胺转氨酶的面包，感官品质提升明显。Pongjaruvat等[18]在香米中加入预糊化木薯淀粉和谷氨酰胺转氨酶，制得的面包比容低、硬度大，而预糊化木薯淀粉对面包比容和面团的抗变形性均有影响，加入谷氨酰胺转氨酶会增加面包的硬度和咀嚼性，总的来说，二者有助于改善面包品质。在烘焙行业中，像葡萄糖氧化酶以及酪氨酸酶等其他一些酶也已被用于产品加工。比如近些年人们开始关注葡萄糖氧化酶对面团品质的改善作用，研究表明葡萄糖氧化酶对水溶性小麦蛋白具有交联作用[19]。Flander等[20]在燕麦粉中加入漆酶、木聚糖酶和酪氨酸酶，通过SDS-PAGE电泳实验以及微观结构观察，发现酪氨酸酶具有促进燕麦球蛋白交联的作用，特别是与木聚糖酶结合时。

3.4 高压处理

近些年，人们逐渐采用一些创新性的加工处理方法对谷物粉进行物理改性，比如高压处理，它会对原料成分特性产生影响，改变食品中的蛋白质、淀粉等生物大分子的结构从而改变了食品质构。一般来说，高压处理的压力的范围在100 MPa～1 000 MPa，目前的研究中，应用高压处理的原料包括大米淀粉以及荞麦粉、大米粉、高粱粉等，这些研究的结果均表明高压处理能够降低使淀粉糊化温度降低并改变蛋白质结构从而改变谷物面团的黏弹性和结构特性[21-23]。为了研究高压处理对无面筋面团功能特性的改善，Vallons等[24]对荞麦、大米、画眉草面团进行不同大小的压力处理并通过扫描电子显微镜观察处理后面团微观结构的改变。毛细管凝胶电泳实验表明，大米和画眉草面团中的蛋白质中通过巯基和二硫化物间的交联发生聚合反应，而荞麦面团因缺乏巯基基团而无此现象。实验证明，高压处理对面团流变特性是具有一定的改善作用的。Stolt等[25]对大麦淀粉进行高压处理，发现处理后的面团会形成和小麦淀粉和玉米淀粉等类似的质感。

3.5 酸面团发酵

酸面团是面粉和水的混合物经乳酸菌和酵母发酵的产物[26]，是一种中间产品，酸面团中包含着具有代谢活性的乳酸菌和酵母菌。近几年，酸面团的应用逐渐增加，多被用于面包、蛋糕及薄脆的生产加工中。Wolter等[27]向荞麦粉、藜麦粉、画眉草粉以及高粱粉制得的面团中加入20%的酸面团，研究面团流变特性及面包感官特性改变，实验结果显示，相较于对照组，实验组面包硬度降低、老化时间延长、货架期也增加。Flande等[28]研究小麦酸面团对燕麦面包（50%燕麦粉）的影响，结果表明小麦酸面团对面包的比容无明显改善，但可以提高面包的感官品质。利用酸面团发酵能够改善面团特性并提高面包品质，主要是由于乳酸菌发酵产生有机酸，降低面团的pH，进而提高内源蛋白酶活和淀粉酶活并使戊聚糖溶解度增加，改善淀粉和蛋白间的相互作用[29-31]。乳酸菌可保护面包的发酵免受其他发酵的影响，抑制了微生物的繁殖作用[32]。

3.6 挤压技术

近年来，挤压膨化技术也逐渐应用于无面筋食品的制作中。有研究表明，通过挤压处理可以提高以淀粉为基本原料的产品的功能特性，如面浆的流变学特性及烘焙特性等。Jeong等[33]在无面筋大米粉中加入5%和10%以不同湿度进料经挤压处理得到的米粉，制成蛋糕来研究挤压膨化粉对产品品质的影响，结果显示，蛋糕的质构特性明显提高。Pedrosa等[34]在生大米粉中加入酸性膨化大米粉，发现加入后制作的无筋面包色泽及质构特性均有明显改善。挤压膨化处理的应用目前还在起步阶段，相信在未来的发展中，该技术在无面筋食品方面的应用会越来越广泛。

3.7 发芽

发芽能够激活一些酶的通路，提高面团营养价值和感官特性。有研究表明，发芽谷物面团中的酶能够提高蛋白质溶解度、矿物质含量、抗氧化活性并改变功能因子含量[35-36]。目前，已经进行研究的原料包括籽粒苋、荞麦、玉米、小米、大米和高粱等[37]。Makinen等[38]将发芽燕麦和发芽荞麦作为无面筋食品原料研究了二者对面包烘焙品质的影响，结果表明，以1%的浓度发芽得到的燕麦能够提高面包体积，此外，燕麦的发芽会使α-淀粉酶活性增强，这对改善面包品质有明显的作用。用发芽的大豆粉制作的无面筋面包感官特性也较好，并且相较于加热处理得到的大豆粉，发芽处理得到的面包体积更大[39]。

3.8 其他

其他一些技术，比如冷冻处理、预糊化处理等也都逐步被应用于无面筋食品的制备中。谢少梅等[40]研究了预糊化的木薯变性淀粉、马铃薯变性淀粉、玉米变性淀粉和大米粉对麻糬面包的感官、比容、弹性的影响，分析了预糊化变性淀粉的布拉班德黏度曲线，结果表明，预糊化木薯变性淀粉与预糊化马铃薯变性淀粉制作的麻糬面包口感及外观较好，而预糊化玉米变性淀粉与预糊化大米粉制作的产品口感不佳、比容小，预糊化木薯变性淀粉与预糊化马铃薯变性淀粉质量比为1∶1时，麻糬面包加工性能好、口感清爽、弹性强、比容较大、保型性佳。Mezaize等[41]研究了未发酵的冷冻面团对无面筋面团和面包的特性的影响，振荡试验结果显示生面团和已解冻面团黏弹性虽无明显变化，但流变学试验表明，冷冻对面团流动性和稠度指数有影响，制得的面包比容较传统方法更小且面包硬度更大，而面包气室分布更均匀，色泽也有所改观。

4 结论与展望

对于乳糜泻患者而言，唯一的治疗办法就是避免食用含有面筋蛋白的食物，而无面筋食品因缺乏面筋蛋白而很难形成网络结构得到类似小麦产品一样的口感和质地。一些技术的应用可以为未来无面筋食品的研究与发展提供更好的解决方法，应多研究发掘一些新的酶应用于无面筋食品或者将几种酶以不同比例混合得出最佳作用条件，而高压处理技术的应用处于初级阶段且仍有待继续探索最佳工艺条件得出最适操作参数。现在的很多研究都是从宏观角度对新技术进行评估而很少从微观角度进行解读，因此未来也应该加强从分子角度的探索。虽然无面筋食品的研究已经取得一定成果，但开发出跟小麦产品类似口感和品质的产品仍需进一步研究。随着技术的不断发展革新，无面筋食品会作为乳糜泻患者的主要食物逐渐走入公众视野并得到普及。

[1] Murray J A.The widening spectrum of celiac disease[J].American Journal of Clinical Nutrition,1999,69(3):354-365

[2] Arendt E K,Dal Bello F.Gluten-free cereals products and beverages[M].1.New York:Academic Press,2008:1-22

[3] Niewinski M M.Advances in celiac disease and gluten-free diet[J].Journal of American Diet Association,2008,108(4):661-672

[4] Gallagher E,Gormley T R,Arendt E K.Recent advances in the formulation of gluten-free cereal-based products[J].Trends in Food Science and Technology,2004,15(3/4):143-152

[5] Thompson T.Wheat starch,gliadin,and the gluten-free diet[J].Journal of American Diet Association,2001,101(12):1456-1459

[6] 司学芝,李建伟,王金水,等.麦醇溶蛋白和麦谷蛋白提取条件的研究[J].郑州工程学院学报,2004,25(3):33-36

[7] 钟耕,陈宗道.小麦面筋蛋白及其化学改性研究[J].粮食与饲料工业,2001(5):41-43

[8] 钱建亚,Kuhn M.苋菜籽和昆诺阿藜籽的营养和利用[J].西部粮油科技,1999,24(1):26-30

[9] Wronkowska M,Haros M,Maria Soral-S mietana.Effect of Starch Substitution by Buckwheat Flour on Gluten-Free Bread Quality[J].Food Bioprocess Technology,2013,6:1820-1827

[10]Lemos,A D,Capriles V D,Silva M,et al.Effect of incorporation of amaranth on the physical properties and nutritional value of cheese bread[J].Ciencia e Tecnologia de Alimentos,2012,32(3):427-431

[11]Alvarez-Jubete L,Auty M,Arendt E K,et al.Baking properties and microstructure of pseudocereal flours in gluten-free bread formulations[J].European Food Research and Technology,2010,230(3):437-445

[12]Ergin A,Herken E N.Use of various flours in gluten-free biscuits[J].Journal of Food Agriculture and Enviroment,2012,10(1):128-131

[13]Tsatsaragkou K,Gounaropoulos G,Mandala I.Development of gluten free bread containing carob flour and resistant starch[J].LWT-Food Science and Technology,2014,58(1):124-129

[14]Yadav D N,Balasubramanian S,Kaur J,et al.Non-wheat pasta based on pearl millet flour containing barley and whey protein concentrate[J].Journal of Food Science and Technology-Mysore,2014,51(10):2592-2599

[15]Hadnadev T R D,Orbica A M,Hadnadev M S.Influence of Buckwheat Flour and Carboxymethyl Cellulose on Rheological Behaviour and Baking Performance of Gluten-Free Cookie Dough[J].Food and Bioprocess Technology,2013,6(7):1770-1781

[16]路飞,任文涛,马涛,等.几种添加剂对大米面包感官及质构特性的影响[J].食品研究与开发,2014,35(20):23-26

[17]Dluzewska E,Marciniak-Lukasiak K,Kurek N.Effect of trans-glutaminase additive on the quality of gluten-free bread[J].CYTA:Journal of Food,2015,13(1):80-86

[18]Pongjaruvat W,Methacanon P,Seetapan N,et al.Influence of pregelatinised tapioca starch and transglutaminase on dough rheology and quality of gluten-free jasmine rice breads[J].Food Hydrocolloids,2014,36:143-150

[19]Sciarini L S,Ribotta P D,Leon A E,et a1.Incorporation of several additives into gluten free breads:Effect on dough properties and bread quality[J].Journal of Food Engineering,2012,111(4):590-597

[20]Flander L,Holopainen U,Kruus K,et al.Effects of tyrosinase and laccase on oat proteins and quality parameters of gluten-free oat breads[J].American Chemical Society,2011,59:8385-8390

[21]Li W,Bai Y,Mousaa S S,et al.Effect of high hydrostatic pressure on physicochemical and structural properties of rice starch[J].Food Bioprocess Technology,2012,5(6):2233-2241

[22]Vallons K R,Ryan L M,Koehler P,et al.High pressure-treated sorghum flour as a functional ingredient in the production of sorghum bread[J].European Food Research and Technology,2010,1231(5):711-717

[23]Liu Y,Selomulyo V O,Zhou W.Effect of high pressure on some physicochemical properties of several native starches[J].Journal of Food Engineering,2008,88(1):126-136

[24]Vallons K J R,Ryan L A M,Arendt E K.Promoting structure formation by high pressure in gluten-free flours[J].LWT-Food Science and Technology,2011,44(7):1672-1680

[25]Stolt M,Oinonen S,Autio K.Effect of high pressure on the physical properties of barley starch[J].Innovatives Food Science and Emerging Technologies,2000,1(3):167-175

[26]Di Cagno R,Barbato M,Di Camillo C,et al.PA29 Presumptive safety for celiac patients of wheat baked goods rendered gluten-free during sourdough fermentation[J].Digestive and Liver Disease,2010,42(Suppl 5):S353

[27]Wolter A,Hager A S,Zannini E,et al.Influence of dextran-producing Weissella cibaria on baking properties and sensory profile of gluten-free and wheat breads[J].International Journal of Food Microbiology,2014,172:83-91

[28]Flander L,Suortti T,Katina K,et al.Effects of wheat sourdough pro－cess on the quality of mixed oat-wheat bread[J].LWT-Food Science and Technology,2011,44:656-664

[29]Gobbetti M,De Angelis M,Corsetti A,et al.Biochemistry and physiology of sourdough lactic acid bacteria[J].Trends in Food Science and Technology,2005,16(1/3):57-69

[30]Gaenzle Michael G,Vermeulen N,Vogel R F.Carbohydrate,peptide and lipid metabolism of lactic acid bacteria in sourdough[J].Food Microbiology,2007,24(2):128-138

[31]Gaenzle Michael G,Loponen J,Gobbetti M.Proetolysis in sourdough fermentations:mechanisms and potential for improved bread quality[J].Trends in Food Science and Technology,2008,19(10):513-521

[32]Gobbetti M,Rizzello CG,Di Cagno R,et al.How the sourdough may affect the functional features of leavened baked goods[J].Food Microbiology,2014,37:30-40

[33]Jeong S,Kang W-S,Shin M.Improvement of the quality of glutenfree rice pound cake using extruded rice flour[J].Food Science and Biotechnology,2013,22(1):173-180

[34]Pedrosa Silva Clerici M T,Airoldi C,El-Dash A A.Production of acidic extruded rice flour and its influence on the qualities of gluten-free bread[J].LWT-Food Science and Technology,2009,42(2):618-623

[35]Kaukovirta-Norja A,Wilhelmson A,Kaisa A,et al.Germination:a means to improve the functionality of oat[J].Agricultural and Food Science,2004,13(1):100-112

[36]张钟,程美林,王丽,等.发芽对小麦品质的影响[J].中国粮油学报,2014,29(1):11-16

[37]Omary M B,Fong C,Rothschild J.Effect of germination on the nutritional profile of gluten-free cereals and pseudocereals:a review[J].Cereal Chemistry,2012,89(1):1-14

[38]Makinen O,Zannini E,Arendt E.Germination of oat and quinoa and evaluation of the malts as gluten free baking ingredients[J].Plant Foods for Human Nutriton,2013,68(1):90-95

[39]Shin D-J,Kim W,Kim Y.Physico-chemical and sensory properties of soy bread made with germinated,steamed,and roasted soy flour[J].Food Chemistry,2013,141(1):517-523

[40]谢少梅,周雪松,郭桦.预糊化变性淀粉在麻糬面包中的应用[J].现代食品科技,2013,29(7):1638-1641

[41]Mezaize S,Chevallier S,Le-Bail,A,et al.Gluten-free frozen dough Influence of freezing on dough theological properties and bread quality[J].Food Research International,2010,43(8):2186-2192