植物功能成分对面包加工品质影响的研究进展

章斌（韩山师范学院生命科学与食品科技学院，广东潮州521041）

植物功能成分对面包加工品质影响的研究进展

章斌
（韩山师范学院生命科学与食品科技学院，广东潮州521041）

摘要：综述植物源功能性成分（功能性糖类、多酚类、其它功能性提取物等）对面团加工性能及面包品质影响的研究概况，并对一些研究方向进行展望。

关键词：面包；面团；植物功能成分；加工性能；研究进展

面包是以面粉、酵母、水、食盐等为基本原料，再添加其它辅料，加水调制成面团后再经发酵、整型、成形、烘焙等工序制作而成的焙烤食品；具有特殊的口感和风味特征，易被人体消化吸收，老少皆宜，是深受全世界消费者喜爱的主食或方便食品。据业内人士预测，至2017年，全球包括面包在内的焙烤产品市场额将达到4 470亿美元[1]。

影响面团加工性能和面包品质的因素包括有工艺配方[2]、焙烤方式[3]、贮藏条件[4]、包装方式[5-6]等，其中原料及配辅料的使用种类、品质及其用量是最关键的影响因素之一。目前，以改善面团加工性能、提高面包食用品质和产量、提高制品营养价值及延长面包货架期为目的而在面包制作过程添加的原辅料主要有3大类：（1）非小麦粉类食品原料（如大豆粉[7]、栗子粉[8]、发芽豌豆粉[9]、玉米粉[10]等）；（2）食品添加剂（海藻酸钠[11]、焦亚硫酸钠[12]、酶制剂[13]、富马酸[14]等）；（3）提取物或功能活性成分（如膳食纤维[15]、迷迭香萃取物[16]、果胶[17-18]、多糖[4]、绿咖啡豆提取物[19]等）。

多糖类、多酚类、萜类、黄酮类、生物碱等植物源功能性成分或提取物具有抗氧化、抑菌、降压降脂等生物活性，在医药、精细化工、食品加工与保鲜等行业有着广泛的应用。近年来，富含这些功能性成分的植物提取物在面包加工中的应用也日益成为国内外学者和焙烤从业人员的关注焦点之一。

1　功能性糖类化合物

1.1多糖类化合物

小麦粉中含有的内源性非淀粉类多糖（如β-葡聚糖、阿拉伯糖基木聚糖和戊聚糖等）的含量及在结构上的空间分布与分支模式可影响其与蛋白质形成面筋的关系，从而对面团流变性能和面粉烘焙品质及贮藏期均有一定影响[20-21]，且研究表明这种影响与面粉中多糖化合物的总量密切相关。由于小麦粉中的内源性多糖含量较低（2%～4%）[22]，因此，通过添加外源性多糖以改善面团加工性能和提高面包品质已成为近年来国内外在焙烤食品加工研究方面的新热点。

1.1.1膳食纤维（DF）

膳食纤维含有可通过氢键与水发生交互作用的羟基官能团，具有吸水性、黏滞性等功能特性，是面包加工中研究最多的非淀粉多糖。国内外有关DF对面团加工特性（如吸水率、最大公差指数、面团形成时间、稳定时间、断裂时间、弹性与膨胀性）和面包品质（如面包比容、面包芯与表皮色泽、面包屑硬度、组织性状、口感、咀嚼性、货架期）影响的研究已有不少报道[23-26，27-33]。综合现有的研究情况来看，来源不同[34-35]、添加量不同[36]、颗粒大小不同[37]、理化性状不同[38]导致DF所含的羟基总数量不同，因而对面团与面包品质的影响差别不一。如添加有干制甘薯叶和甘薯茎的面团，其吸水率和最大公差指数随二者用量增加而增大，而面团形成时间、稳定时间和断裂时间有所降低；质构分析结果表明面包的粘合性变化不大，但添加量在5%以上的面包硬度和咀嚼性明显高于对照组，且色泽也均比对照组深[36]。Yuthana[38]将4种水不溶性膳食纤维（IDF）和水溶性膳食纤维（SDF）含量不同的米糠用于无筋面包制作，产品在色泽、气味、口感和组织性状4指标上的总体得分均高于空白组，且SDF含量高的米糠对产品得分的影响远小于IDF；在温度20℃、相对湿度50%的9 d贮藏观察试验中，老化动力学Avrami模型的测试结果表明面包老化速率常数k值大小与米糠中SDF含量呈负相关（测得SDF添加量最高为3.0%的实验组的老化速率常数k最低，0.014），说明SDF可更显著地延长产品货架期；同时，添加高含量SDF的面包在贮藏期的比容更大、表皮更软、内部多孔性结构更明显。不仅如此，来源与添加量不同的DF可对面团加工性能起截然不同的作用影响：添加10%芒果皮粉的面团，稳定性降低且形成时间延长（从4.2 min 到5.8 min）[34]；而3%的角豆粉和豌豆粉对面团形成时间及其稳定性的变化没有影响[35]；颗粒大小（精制粉和糙粉）、含水量（干粉、湿粉）和用量（5%、10%）均不同的榛子粉用于面团调制，淀粉测定记录仪和伸长曲线仪等功能特性测试结果则显示仅10%用量的精制榛子干粉显著增加了面团稳定性[37]。

另一方面，DF可减少面团中的CO2持气量，以及结合面团中的水而降低淀粉-面筋网络结构的形成（即稀释面筋及降低DF-水-面筋3者的交互作用），因而也可产生破坏面团结构、减少面包体积、增大面包屑硬度、加深表皮色泽和降低成品口感等负面影响[22]。

1.1.2果胶

果胶是存在于植物细胞壁和细胞内层中的水溶性酸性多糖，常作为胶凝剂、增稠剂、稳定剂等用于食品加工。果胶对面团性能和面包品质的影响主要体现为两个方面综合作用：一是果胶中的阴离子基团（羧基）在低pH条件下可与面筋蛋白形成亲水配合物，起到稳定蛋白质分散体而强化面团筋力作用，一定程度上提高面团稳定性；二是果胶中的甲氧基可与面筋蛋白产生疏水作用，影响面筋网络的形成而降低面团稳定性，这一影响与果胶的甲酯化程度密切相关：María[18]将分子量为50 kDa、酯化度分别为67%和43%的高甲氧基果胶（HMP）和低甲氧基果胶（LMP）添加至面团，流变学测试结果表明HMP与面筋蛋白作用生成疏水键数量较多，在增大面团和面包体积等方面较LMP更显著（添加1%HMP、2%HMP、1%LMP与2% LMP后的面包比容分别为4.0、4.2、3.8、3.3 cm3/g，对照组为3.3 cm3/g），且面团硬度与弹性、面团形成时间、面包屑质量等指标变化结果同样显示HMP对面团稳定性的影响较LMP更大。总体来说[18，39-40]，果胶的甲氧基含量越高，对降低面团稳定性的影响作用越大。

同时，果胶对面包品质的影响与面粉品种及面团调制所用的其它配辅料等因素有关。K.Ghodke[41]的研究表明CL-可增强面筋蛋白间的疏水作用，因此食盐的添加可减小果胶破坏面筋网络结构的作用；N.R. Ponzio[39]将1%的HMP分别添加至Buck Pronto品种和Klein Escudo品种的面粉中进行面包制作，成品感官综合评价结果表明BP品种面粉的面包在表观、气味、面包芯和面包屑组织性状上都略差于对照组，而KE品种面粉的面包均高于对照组；这与面粉本身的化学组成及特性（如淀粉与非淀粉多糖种类和含量、蛋白质含量）有关；同样的现象也存在于茶多糖[4]、β-葡聚糖[20，42]对面团性能影响的研究结果中。

1.1.3茶多糖

茶多糖是一种酸性糖蛋白，在降血糖、降血脂、抗氧化和抑制肿瘤等方面有良好功效；近年来，在以面包为载体的焙烤食品制作中也表现出较好的使用性能。如纯度60%、添加量1%～3%的茶多糖可加快面团发酵速度，增大面包体积；而2%的茶多糖可使面包在20℃和4℃贮藏过程中的弹性、硬度、内聚性、回复性、耐咀嚼性和胶黏性的综合品质质构变化最佳[43]。不仅如此，在面粉中添加2%、纯度为89.5%的茶多糖，可增加面筋-淀粉复合网络结构的弹性和强度，从而增大面团吸水性、面团形成时间和稳定时间，提高面团的搅拌性能；同时，添加5%茶多糖的面包在20 d 的4℃贮藏过程中，x射线衍射结果表明面包中淀粉再结晶的速率只有空白组的1/8，有效延缓了面包的淀粉回生[4，44]，这主要是由于：①茶多糖为含有戊糖、己糖和糖醛酸的杂多糖，其侧链或支链的基团均可溶于水，能与其它的糖残基发生氢键缔合作用形成大分子网络结构；②茶多糖链不易产生分子重排形成有规律的大分子或螺旋结构，其分子渗透或分散于淀粉中后，对直链和支链淀粉的缔合或重排可产生阻尼作用，阻碍或延迟淀粉食品的老化[43]。

1.1.4菊糖（Inulin）

菊糖由果糖分子聚合而成，研究表明持续几周的5 g/d～15 g/d菊糖摄入可在人体内表现出明显的益生作用。有关菊糖在面团调制及面包、饼干、意大利面加工中的研究报道较多[45-46]：如菊糖的果聚糖链在高温作用下降解生成葡萄糖、果糖、蔗糖等低分子量产物，加速面包表皮的美拉德反应，使产品色泽更深或可缩短焙烤时间；同时，菊糖-菊糖和/或菊糖-面筋之间的相互作用可稀释面筋蛋白，使面筋网络弹性增加而引起面包体积减小；菊糖还可吸收蛋白水化作用所需的水分，导致某些发酵性化合物和脂质氧化化合物在焙烤过程的挥发减少。所有这些对面团和面包品质的影响均与菊糖的聚合度（degree of polymerisation，DP）有关：如高聚合度的菊糖可增加面团形成时间；较高用量的低聚合度菊糖可延长面团混合时间和降低面团吸水率；不同聚合度的菊糖（Inulin DP：8、Inulin DP：10、Inulin DP：23、Inulin DP≥23）对面团品质的影响在Karolini[47]等的研究结论中存在不一致甚至截然相反的情况。总体来说，短链和低聚合度且添加量在5%以下的菊糖对面团流变性的影响更小。

多糖在化学组成和功能特性上差异很大，用传统生化理论和方法很难对它们影响面团和面包品质的功能共性加以总结和归纳，因此多糖类化合物对焙烤制品品质影响的作用机理需具体分析和进一步研究。1.2低聚糖

低聚糖是由3个～9个单糖经糖苷键缩聚而成的低分子糖类聚合物，可使体内的双歧杆菌有效增殖，具有抑制内毒素、降胆固醇、降血脂、降血压、延缓衰老和抗肿瘤等生理功能，又称功能性低聚糖。目前已发现的主要有水苏糖、棉子糖、低聚果糖、低聚木糖、低聚半乳糖、低聚异麦芽糖、低聚乳果糖等。李晓东[48]等人研究发现经β-D-呋喃果糖苷酶改性后的大豆低聚糖能有效延缓面包老化和延长成品货架期2 d～3 d，且老化延缓效果与其加入量呈正相关；同时，该低聚糖在60%以下的蔗糖替代添加量情况下，对面包口感、风味和质地无明显影响。Garry[49]的研究结果表明：醋酸壳寡糖、乳酸壳寡糖、抗坏血酸壳寡糖和琥珀酸壳寡糖可使面包皮含水率升高并通过改变水的再分配与存在状态，有效防止面包表皮坚硬、烘焙斑点与颜色不均等不良情形（但可强化焙烤过程的美拉德反应而使面包皮色泽加深），而中等分子量的壳聚糖多糖则会产生以上现象。同时，以上4种壳寡糖可通过吸附在淀粉表面，防止直链淀粉与脂质结合以及抑制淀粉颗粒与蛋白纤维间交联的形成，因此可显著延缓面包中的淀粉老化速率。

另一种在面包加工中使用较多的低聚糖为低聚果糖[45-46，50]：它可促进面团吸水而变得更柔软，具有更好的延展性；且其葡萄糖等效值（DEV）高于蔗糖，可使焙烤过程的美拉德反应更强烈而使表皮颜色更深。除此之外，低聚果糖也可促使面包持留更多水分而明显地抑制淀粉回生。

目前，对低聚半乳糖、低聚异麦芽糖、低聚乳果糖等低聚糖在面包等焙烤食品加工中的应用研究较少；因此，进一步了解低聚糖对面团性能的作用影响和拓展其在焙烤食品中的使用效果和范围还有待更深入研究。

1.3功能性糖醇

糖醇具备某些糖的属性，对酸和热的稳定性较高，且热值低，适合糖尿病患者等特殊人群食品的加工[51]。糖醇含两个以上的羟基，可结合内部水分而使产品具有较好的保湿性，适量用于面包制作时可延缓产品货架期：Amir[52]将甘油、山梨糖醇、麦芽糖醇和丙二醇4种糖醇分别按0、1%、5%的用量添加于面包制作，产品在两周室温贮藏过程的指标检测表明糖醇的添加没有影响面包的比容和宽/高比，但显著降低了面包的含水率；1%添加量的丙二醇可使对照组面包的水分活度0.883降至0.871，5%添加量的丙二醇可使对照组面包的水分活度0.883降至0.867；面包硬度和含水率测定结果表明山梨糖醇和丙二醇可减少面包老化。而面包的色泽、气味、口感、咀嚼度、表皮硬度、内部组织孔隙度等指标的感官分析综合结果表明：丙二醇对面包质量和货架期的影响较其它3种糖醇更大，这可能是丙二醇在化学结构上含有更多的羟基，对面包内部水分的再分配以及淀粉-面筋网络结构的稳定性影响更大。

2　多酚类化合物

面包等焙烤制品营养基质丰富、水分含量较高，在一般贮藏环境易受霉菌污染而导致货架期普遍较短。因此，延缓产品货架期也成为焙烤行业近年来的研究热点之一。小麦等谷物含有的内源性酚类抗氧化剂（类黄酮、皂苷、植物雌激素、酚酸（阿魏酸、香草酸、香豆酸）等）可抑制脂质过氧化作用，有效防止食品腐败变质。由于这些内源性酚类的抗氧化活性在很大程度上取决于谷物品种、提取方法、抗氧化活性评价方法等因素[22]，且内源性酚类含量普遍不高；通过外源性添加以改善面团加工性能、提高面包品质和延缓货架期已成为主要途径之一。

酚类影响面团与面包的作用机制主要为：①酚类所含羟基与蛋白肽残基上的羰基或多糖可逆地产生氢键络合作用，生成的配合物可再通过酚盐与蛋白质分子中的阴离子或阳离子形成的共价键和离子键等键合作用得以稳定，从而影响面筋网络结构；②多酚分子通过疏水相互作用连接在蛋白质表面，或与蛋白质分子交联络合。通过以上两种作用方式，酚类化合物含量可因其在面团调制过程与小麦蛋白质间的氢键相互作用而降低，也可因其在面包焙烤过程产生的氧化、异构化或降解反应而降低；而酚类化合物含量的降低则会造成产品的抗氧化能力和抑菌能力减弱，以致引起面包货架期的缩短。另外，须值得注意的是，外源性酚类化合物在食品配方中的高用量添加可能造成苦涩味加重等感官品质的不良影响。

3　具抗氧化活性的提取物

研究表明添加富含有绿原酸、儿茶素、原花青素等功能性成分的面包具有一定的化学防护和反基因病毒能力[19，53]，益于人体健康。面包在焙烤过程会因高温作用而产生少量的丙烯酰胺、羟甲基糠醛等有害物[12]，在其制作过程添加一定量（300、600 mg和1 g）富含酚类化合物的葡萄籽提取物，可大大减少面包皮中有害物N-ε羧甲基赖氨酸的产生，且去除效果与葡萄籽提取物添加量呈良好的线性关系[54]。Michael[19]将富含绿原酸的绿咖啡豆提取物用于面包制作，测得成品的抗氧化能力显著高于对照组（铁离子还原能力检测结果为对照组的265倍，Trolox等效抗氧化能力测定结果为对照组的24倍）；同时，Michael将结肠细胞和肝细胞在添加有绿咖啡豆提取物的冻干面包水提液中经过24 h～72 h的体外培养后，发现细胞数量显著减少，由H2O2诱发的细胞DNA损伤也明显减少，且未检测到基因毒性或细胞毒性作用；这说明绿原酸可增加结肠细胞和肝细胞对H2O2的氧化应激抵抗力。

4　其它功能活性成分

羟基柠檬酸（HCA）可促进脂肪代谢，是部分减肥产品和营养保健品的成分之一。Ezhilarasi[55]将富含HCA的云南山竹子果皮提取物冷冻干燥成微胶囊产品后添加到面包制作中，以乳清蛋白为壁材的HCA微胶囊可增大面包体积、松软内部结构、产生诱人的表皮色泽。

5　结语

植物功能性成分种类多，功能各异；在进一步开展这些功能成分对面团加工性能和焙烤制品品质影响机制的同时，发掘其它新资源也是一项重要的基础性工作。我国卫生部公布的87种药食同源型中草药中有很多兼具有营养（如罗汉果、枸杞、百合）、抑菌（如肉桂、生姜、丁香、茴香）、抗氧化（如鱼腥草、鸡内金）等功能特性，已日渐受到焙烤从业人员的关注与重视。如孙小斐[56]、徐贵华[57]、陈东海[58]等分别用白果、山药和枸杞绞股蓝制作功能保健型面包，Federica[59]在生姜粉对面团与面包的抗氧化性、流变特性和感官特性影响方面做了研究性探索。随着药食同源型中草药资源在食品加工中的更深入研究，充分利用其所富含的功能性成分将会成为焙烤产品开发的一个有价值的研究方向。

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DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2015.23.046

收稿日期：2014-04-28

基金项目：国家星火计划项目（2013GA780011）；潮州市科技引导计划项目（2014N02）；广东顺大食品调料有限公司委托项目（Z13012）；广东普通高校工程技术开发中心项目“粤东食品加工与安全控制工程技术开发中心”（GCZX-A1415）；韩山师范学院2014年大学生创新性实验计划项目（20140076）；韩山师范学院2013年大学生创新性实验计划项目（2012048）

作者简介：章斌（1981—），男（汉），讲师，硕士，研究方向：食品加工与质量安全。

Research Progress of the Influence of Plant Functional Components on Bread Processing Quality

ZHANG Bin
（College of Life Science and Food Science＆Technology，Hanshan Normal College，Chaozhou 521041，Guangdong，China）

Abstract：Recent research situation and progress of effects on processing properties of dough and bread quality by functional components and extracts from plants such as functional carbohydrates and polyphenols etc.were summarized in this paper.Meanwhile，future development prospects and research directions are forecasted.

Key words：bread；dough；plant functional components；processing performance；progress