无麸质面包品质改良研究进展

何林阳，杨 杨，陈凤莲，边 鑫，刘晓飞，石彦国，李笑梅，李云辉，刘 颖，张秀敏，谭 斌，张 娜,*

（1.哈尔滨商业大学食品工程学院黑龙江省食品科学与工程重点实验室，黑龙江哈尔滨 150000；2.黑龙江省五常金禾米业有限责任公司，黑龙江五常 150200；3.北京食品科学研究院，北京 100000；4.国家粮食和物资储备局科学研究院，北京 100037）

麸质不耐受症是基因易感人群因摄入麸质蛋白而引起的自身免疫性疾病，包括乳糜泄、小麦过敏、非乳糜泄性麸质不耐受、谷蛋白共济失调等。目前，麸质不耐受疾病已成为最常见的终身疾病之一，在欧洲，麸质不耐受的患病率可达总人口的0.3%～2%[1]。除遗传易感性，环境因素也可能在麸质不耐受疾病的发展中发挥作用，个人对麸质蛋白的不耐受是终身的且具有自我延续性，唯一的解决办法是严格遵守无麸质饮食[2]。

麸质作为一种主要的过敏原，广泛存在于小麦、大麦、黑麦等麦类谷物及其制品中，是最早被研究的食品类过敏原之一。无麸质食品的开发源于满足麸质过敏人群的特殊需求，其中，无麸质面包作为一种重要的主食来源，是无麸质食品中的重要组成部分。常见的无麸质原料包括大米、糙米、藜麦、荞麦、玉米、大豆等，但基于无麸质面包中不含面筋蛋白这一事实，很难获得高质量的面包制品，使得无麸质面包在实际生产中存在质量差、口感差等技术瓶颈[3]。此外，商业的无麸质面包主要以淀粉为基础，这样会导致营养摄入不均衡，如缺乏纤维素、维生素和营养素等[4]。因此，如何提高无麸质面包制品的品质是目前食品烘焙行业的一个重要挑战。

为了提高无麸质面包的质量，研究人员对不同的方法进行了探索，其中，一些研究发现亲水胶体的加入对麸质结构具有一定的替代作用，这使得许多研究集中于比较不同种类的亲水胶体在无麸质面包制作中所起的作用[5−6]，其他的研究则着眼于一些新型外源性物质的使用，例如乳化剂[7]、酸性食品添加剂[8]、益生菌[9]、酶[10−13]和蛋白质[14−18]等。还有一些研究是通过技术改良手段对无麸质面包品质进行改良，例如酸面团发酵技术[19−20]、高静水压技术、非传统烘焙技术、发芽技术等。总的来说，这些研究的目的是提高面糊的稠度，以便在烘烤过程中获得更大的气体保留，使得面包体积增大，感官特性改善，各方面品质得到提高。当前的研究结果虽都对无麸质面包的品质有着不同程度的提高，但迄今为止还没有一种单一的烘焙添加剂可以完全替代面筋蛋白[21]。

本文基于当前无麸质食品的研究现状，分析了国内外无麸质面包所存在的缺陷以及改良的方法和技术手段，并进一步阐述其中每一种改良方法所蕴藏的机理，同时为后续开发出更高品质的无麸质面包提供一定的理论基础。

1 无麸质面包

面筋蛋白是面粉中主要的结构形成蛋白，主要由麦谷蛋白和麦醇溶蛋白组成，其中，麦谷蛋白在充分水化时形成粗糙的橡胶块，而麦醇溶蛋白在水化时则形成粘性的流体块[3]，因此，面筋蛋白与水混合后在外力的作用下可以形成网状结构（图1），从而使得面团具有很好的粘弹性、持气性和延展性等，因此，麸质成为小麦面包制作过程中形成良好品质的关键因素。但是，在无麸质面包中，由于面筋蛋白的缺乏使得无麸质面团的粘弹性不如小麦面团，其形态更像液体面糊，更加不容易处理，并且如图2[22]所示最终的面包产品也会普遍出现纹理破碎、体积较小、面包芯发粘等情况[23]。

图1 面筋网络的形成Fig.1 Formation of gluten networks

图2 无麸质面包与小麦面包的结构比较Fig.2 Comparison between gluten-free bread and wheat bread

2 外源性物质对无麸质面包品质的影响

2.1 乳化剂对无麸质面包品质的影响

食品中的乳化剂是常用添加剂，在我国已经有30 多年的发展历史，目前市面上的乳化剂有70 多种，主要分为脂肪酸酯类、改性淀粉类和盐类[7]。常见的乳化剂可分为非离子型（单硬脂酸甘油酯）[24]、和阴离子型（硬脂酰−2-乳酸钠）[25]。其中，在烘焙工业中最常用的乳化剂是硬脂酰−2-乳酸钠（SSL）和单甘油酯二乙酰酒石酸酯（DATEM），由于它们的两亲性和迁移到界面的能力，可以降低表面张力并产生稳定的分散体系[26]，所以它们能在整个烘焙过程中提高面团的稳定性。由于其与淀粉分子的相互作用，可以通过固定水分子来延缓淀粉回生并且抑制水分迁移[27]，从而减缓面包的老化[28]。

在无麸质面包中乳化剂的添加相对较少，Demirkesen[29]研究发现，通过乳化剂的添加可以显著提高无麸质面包的硬度、比体积和感官结果，因此，为了使无麸质面包达到理想的流变性能，并获得可接受的品质值，推荐DATEM 与亲水胶体配合使用以得到更加理想的面包品质。周文全等通过在指定无麸质面包中添加硬脂酰乳酸钠、蔗糖脂肪酸酯、大豆磷脂和分子蒸馏单甘酯，对成品无麸质面包的比容、结构、气孔分布、硬度、色泽和感官评价等理化性质的测评，综合证明当分子蒸馏单甘酯添加量为0.5 g/100 g 时对无麸质面包品质改善效果最好，与未添加乳化剂的无麸质面包相比，比容提高16.7%，硬度在出炉后降低46.9%，色泽也改善明显[24]。Yano 等[7]研究了卵磷脂（LC）、DATEM、蒸馏单甘酯（DM）、硬脂酰−2-乳酸钠（SSL）在低中高不同剂量组的作用下对无麸质面包品质的影响，其中，乳化剂对无麸质面包的品质均有积极的影响，正确的乳化剂选择和最佳的添加量可以大大提高无麸质面包的质量。Onyango 等[30]通过将DATEM 的浓度优化为0.4%～2.4%（w/w），发现可以进一步改善面包的颗粒结构，增强面团的组织结构并且降低了面包屑的硬度。由此可知，通过乳化剂的添加可以对无麸质面包的硬度、比容、色泽等均产生一定的影响。

2.2 亲水胶体对无麸质面包品质的影响

迄今为止，亲水胶体仍是无麸质面包中最主要且研究最多的添加剂[31]。在无麸质面包烘焙过程中，亲水胶体由于其结合水的效果良好，通常用于形成凝胶来增强面糊的内聚力和粘弹性并充当水粘合剂[32]。当亲水胶体分布在气孔旁边时，气孔的稳定性大幅提高，面团的持气性在这个过程得到提高（图3）。除此之外，亲水胶体的加入还会显著影响淀粉的糊化，溶胀和老化。对面糊特性的影响取决于所使用的亲水胶体的含量、类型以及它们与其他食品成分的相互作用[33]。

图3 淀粉面包模型Fig.3 Models for starch breads

在无麸质面包加工过程中，亲水胶体以多糖为主，通过添加多糖胶体来增加面团的粘弹性和聚集性，不仅可以提高无麸质面包品质，还可以延长面包的货架期[9]。常用于商业无麸质面包产品使用的亲水胶体包括羟丙基甲基纤维素（HPMC），羧甲基纤维素（CMC），β−葡聚糖，果胶，角叉菜胶，黄原胶，瓜尔胶，刺槐豆胶，卡拉胶和琼脂糖[34−35]。Foschia 等[22]研究不同无麸质面包企业中27 个面包样品中亲水胶体的使用情况，结果表明，使用HPMC 的面包样品占比70.4%，纤维素（40.7%），黄原胶（29.6%），瓜尔豆胶（25.9%），CMC（11.1%）和琼脂（7.4%）。另一方面，研究人员总结了亲水胶体在228 种面包中的研究用途，研究指出，最常见的亲水胶体是HPMC，在64%的面包中有添加，其次是黄原胶（53%），瓜尔胶（37%）和车前草（34%），其中，超过80%的无麸质面包使用了亲水胶体组合物，这可以在更大程度上改善面包的性能，尤其是HPMC 通常与其他水胶体（例如刺槐豆胶，瓜尔豆胶或纤维素）结合使用以改善面包屑质地。

韩薇薇等从亲水胶体不同添加量对无麸质面包品质影响的研究中发现，在无麸质原料中添加0.5%的黄原胶后，无麸质面包的流变特性、气孔、比容达到最佳水平，并且面包的外观上无塌陷感，此时，面包硬度相比于初期下降13.1%，比容增加了9%并且感官接受度上升了17.4%[36]。Gujral 等[37]发现，亲水胶体可用于改善米面包的质地，它们有助于在存储期间保持面团的延展性并且可以延缓淀粉的重结晶，其中，黄原胶、瓜尔胶和α-淀粉酶对于延缓大米中的淀粉重结晶特别有效。Xu 等[5]通过对面团流变学特性的振荡和蠕变试验研究发现，添加亲水胶体的无麸质面团的弹性和抗变形能力由大到小依次为黄原胶、羧甲基纤维素、果胶、琼脂糖、β−葡聚糖。Hager 等[38]研究表明HPMC 和CMC 是有潜力改善面包品质的，但是由于黄原胶和HPMC 受周围介质的酸碱度、离子强度、温度以及剪切作用的影响较大，此外，谷物粉的化学成分差异很大，某些成分可能在不同程度上与亲水胶体相互作用，从而导致作用效果的不同。综上所述，亲水胶体的添加可以一定程度改善面包的品质，但是同时也取决于所添加亲水胶体的种类、剂量以及所采用的原料等。

2.3 蛋白质对无麸质面包品质的影响

在无麸质原料中添加蛋白质可以有效促进淀粉和外源性蛋白质的相互作用，也可以增加蛋白质之间的交联作用，而这过程产生的多种肽不仅可以增加无麸质面包的营养还可以提升面包风味。目前常用的有大豆蛋白、乳蛋白以及酪蛋白等。

豆类蛋白具有很强的凝胶形成能力，被考虑添加到无麸质面包中。大豆蛋白中含有的氨基酸种类繁多并且其必需氨基酸含量也很高，可以以高蛋白大豆粉或大豆分离蛋白的形式添加到无麸质面包中。大豆蛋白可以分为两类：球蛋白（占总量的90%）和白蛋白（10%），球蛋白组分的聚合物主要成分为7S 球蛋白和11S 球蛋白，由3 或6 个亚基形成，这些亚基经糖酵解可以生成一个二硫键，并且整体结构的稳定是通过疏水作用实现的，经过热处理后分子内相互作用停止，进而通过氢键和离子键开始分子间相互作用和聚集[39]，并且蛋白质与蛋白质之间的相互作用可以形成类似面筋的三维网络结构，使面团的稳定性提高，面包品质更好[40−41]（图4）。

图4 大豆蛋白与其他蛋白结合对面包品质调控的机理图Fig.4 The mechanism of the combination between soybean protein and other proteins on bread quality

乳蛋白除了具有很高的营养水平外，它的化学结构还与谷蛋白非常相似[42]，可以使面团醒发的更好并且能够建立起相应的三维网络结构[43]，因此非常适合添加到无麸质面包中以改善面包品质。研究表明，无麸质面包配方中乳蛋白的添加显著增加了面包的比容，同时美拉德和焦糖化反应赋予面包令人愉快的颜色、味道和风味[44−45]。但是不足之处在于对于患有麸质不耐受疾病的人来说，乳糖不耐症也常常与之相关，因此在添加乳蛋白改善面包品质的同时，也需注意麸质不耐受人群对于乳蛋白的耐受情况。

除了乳蛋白、大豆蛋白外，鱼糜蛋白也可用于添加到无麸质面包产品中。鱼糜具有很高的功能性和良好的凝胶形成行为，因此它可以被用来代替无麸质烘焙中的蛋白质，它所产生的坚硬、有粘性的凝胶与高弹性肌球蛋白、肌球蛋白复合物或肌球蛋白分子的含量有关[46−48]，但是，鱼糜蛋白由于其特殊气味的原因，在无麸质面包中几乎没有应用。

蛋白质几乎很少单独添加到无麸质面包中，大多都与其他改良剂共同使用从而达到更加理想的效果。Kittisuban 等[49]研究表明在配方中加入4.35 g/100 g的HPMC、1 g/100 g 的酵母β−葡聚糖和0.37 g/100 g的乳清分离蛋白（基于米粉的干重），可以生产出品质最佳的无麸质大米面包。Storck 等[50]将转谷氨酰胺酶、卵白蛋白和酪蛋白组合起来确定获得最高比体积和最低面包屑硬度的最佳配方。Furlán 等[51]通过质构研究表明，添加蛋白质和菊粉可以获得更加小且均匀的气孔，改善了面包的质构特性，同时面包的硬度与含面筋的面包相当并且面包的体积随着蛋白质和菊粉浓度的增加而增加，在蛋白质浓度为3.5%（w/w）时达到最大值。因此，蛋白质的添加不仅可以满足消费者对于多种氨基酸的营养需求也可以进一步改善面包的品质。

2.4 酶对无麸质面包品质的影响

酶是一种在自然界中大量存在的生物催化剂，对比其他工业合成添加剂，酶不仅具有高度的专一性、高效性等共性外，还具有天然无毒等优点，因此被广泛应用于食品中，其中约1/3 应用于烘焙工业。在无麸质面包制作中，它们用作调节剂以改善面团的流变特性及面包的质量。根据酶的特性，它们可以通过稳定面糊，增加面包屑的柔软度、面包体积、面包皮褐变或保持新鲜度来改善面包的性能，其中主要的酶制剂包括α−淀粉酶、葡萄糖氧化酶、漆酶以及谷氨酰胺转氨酶等。

谷氨酰胺转胺酶（TG）是一种可以催化赖氨酸残基和谷氨酰胺残基形成蛋白质交联的酶，如果该受体是赖氨酸残基的ε-氨基，则形成分子间或分子内共价肽键，催化的其他反应是将游离氨基引入蛋白质并将谷氨酰胺残基水解为谷氨酸残基的脱酰反应[52−54]（图5）。用于烘烤的TG 通常来源于微生物，根据蛋白质中谷氨酰胺和赖氨酰胺残基的可及性，显示出不同的活性[55−56]，并且通过添加谷氨酰胺转胺酶，可能在高蛋白含量的无麸质烘焙产品中形成一个网络，其稳定性取决于蛋白质来源和酶的用量[54]。在米粉面包中，谷氨酰胺转胺酶的加入会导致交联作用[57]，图6展示出通过添加谷氨酰胺转胺酶来提高烘焙质量的示例，在此研究中，荞麦和糙米被认为是良好的谷氨酰胺转胺酶底物，而玉米粉则不是很好的谷氨酰胺转胺酶底物。Renzetti 等[58]发现TG 的添加量在10 U/g时候的改善效果最佳，在这个最佳添加量下，无麸质粉的结合水能力提高，面糊的可塑性更强，在烘焙过程中，面包的损耗减小，从无麸质面包的三维共聚焦图像上看到，无麸质面包产生变化是由于在谷氨酰胺转氨酶的作用下形成了蛋白质复合物。

图5 谷氨酰胺转胺酶催化的反应Fig.5 Reactions catalyzed by transglutaminase

图6 谷氨酰胺转胺酶对3 种无麸质面包品质的影响Fig.6 Effect of transglutaminase on the quality of three kinds of gluten-Free bread

α−淀粉酶在精加工后的无麸质原料中含量较低，导致面团含糖量处在1%的低水平而无法满足酵母的繁殖需要。添加额外的α−淀粉酶可以通过分解原料中的淀粉而产生大量满足酵母生产需要的葡萄糖以及麦芽糖。此外，该种类的淀粉酶添加后可以有效防止生成的小分子糊精，减缓面团老化的过程[12]。对比添加不同含量的α−淀粉酶后面团的外观，色泽和结构层次，得出适量添加可以使面包的体积有效增大，面包的质地得到改善[37]。

因为酶的作用具有增效效应，添加单一酶制剂并不能得到理想的效果，因此在实际运用中采用多种酶复配的方法。根据单一的酶在各种研究中的效果，同时要求原则上在复合酶制剂中，每一种酶的添加量都应该小于单种酶添加时的添加量。

3 运用改良技术

3.1 酸面团发酵技术

在无麸质面团发酵技术的选择上，可把乳酸菌和酵母菌添加到无麸质原料和水的混合物中，将发酵温度控制在30 ℃的适宜条件下，静置发酵24 h，这个过程中会产生大量的CO2、醛酮和代谢得到的乳酸等成分[59]。添加的乳酸菌具有良好的生物学活性并且可以抑制其他不利菌群的繁殖，经过酸面团发酵处理后的面包在气孔排布上更加均匀，从而形成更加稳定的结构；同时使得无麸质面包的硬度有所下降，降低面包老化的速度，有助于无麸质面包货架期的延长[60]。同时，酸面团中乳酸在发酵过程产生细胞外多糖，可以充当无麸质面包制作过程中为了改善面团质构和韧性而添加的增稠剂和稳定剂[61]。

Nami 等[62]研究以小米粉为原料制作无麸质面包时4 种不同的乳酸菌对面团弹性、硬度上的影响，结果显示：4 种乳酸菌都具有改善弹性、软化硬度的作用，而且含有乳酸菌的小米面包比容最大，水分含量也最适宜。Bender 的研究团队则扩大研究范围，选择7 种不同的乳酸菌，将最后出炉的小米面包和市场上复合发酵剂发酵面团的质地进行检测对比，发现其中的4 种菌种：L. sanfranciscensisDSM20663、L.paralimentariusLMG19152、L. pentosusLMG10755、L. hammesiiDSM16381 改 良 效 果 最 佳[63]。Wolter等[64]则以新鲜酸面团20%为剂量，加入到不同的原料中，比如藜麦、高粱、荞麦、画眉草中，发现虽然原料种类不同，但与未添加酸面团的面包相比，在老化速度和面包加工损耗上均有下降，体积和香味均有增加。Sozer 等[65]在豆粉和玉米淀粉等量混合的无麸质原料中加入乳酸发酵，面包不仅在营养成分上有大幅度的提高，蛋白质的体外消化程度也从53.9%上升至72.3%，相反淀粉的消化率则下降明显，有利于食用后人体血糖的稳定。Ceballosgonzalez 等[66]也用荞麦粉作为无麸质原料，加入乳酸菌进行研究，经过发酵后，发现面团中可溶性蛋白的含量增加，面包的老化速度下降。

综合有关酸面团的研究可以发现，通过该加工技术，可以使无麸质原料中的营养成分充分利用，其影响可以在某种程度上取代为了改善面团的韧性和弹性而添加的食品添加剂。

3.2 非传统烘焙技术

在传统无麸质面包加工中，面团含水量通常保持在55%～60%之间，焙烤温度一般处于190～240 ℃，烘烤30～60 min。烤箱传热过程是由面包外部向内延伸，导致面包中水分分布由内向外依次减少，在面包最外面层出现面包芯相对较硬的无水层。同时，在传统烘焙工艺中，无麸质面包由于缺少起支撑作用的三维网络面筋而出现面包体中心塌陷[67]。

实际无麸质面包烘焙过程中，常常采用微波辅助的方法。与传统烤箱不同，微波加热由内向外进行传热，一般与外部向内部传导热的方式联合使用，比如红外和热风。红外-微波和热风-微波的方式在面包品质上的影响较大。红外-微波主要影响面包内部的含水量和水分分布，通过红外-微波方式烘烤所得到的面包可以锁住更多水分并且使得水分分布更加均匀。热风-微波可以有效减少面包烘焙的时间，但是面包在静置一段时间后，其老化速度增加较快[68]。Therdthai 等[69]通过对比不同烤箱焙烤温度下面包中淀粉的消化率，结果发现，提高温度可以降低淀粉消化率，使面包色泽明亮。Perezquirce 等[70]采用红外-微波加热的方式对大米无麸质面包进行烘焙，结果发现米粉中的β-葡萄糖酶丧失了活性，因此大量β−葡萄糖被保留，使得无麸质面包具有更高的营养价值。

真空烘烤也是不同于传统烘焙的加热方式[71]。一般要求压强在20 kPa 以下，温度控制在205 ℃。通过这种加热方式，得到面包的气孔孔径大，口感更松软，表皮光滑。主要原因在面包在真空状态下由于气压差，面包内气体会外排，有利于面包体积膨胀，面包中水分在200 kPa 时的沸点低于100 ℃，有利于缓解面包暗沉，且留在面包内的水分重新分布，减缓面包的老化。

3.3 原料发芽技术

发芽是通过激活残余酶而诱导的生物过程，因此，关于谷物发芽的大部分研究都集中于酶活性及样品组分的变化[72]。在谷物发芽过程中，其直链淀粉含量下降是决定谷物品质和食用品质的关键因素之一[73]。研究表明，随着发芽时间的延长，谷物的糊化粘度急剧下降，光滑而致密的淀粉颗粒随着萌发而变得粗糙，这种现象可能是由于萌发过程中激活的淀粉酶和蛋白酶降解淀粉和淀粉颗粒相关蛋白引起的[74]，因此，经过发芽处理的谷物面包口感更好，尤其体现在提高了面包的柔软性和弹性，降低了面包的硬度和咀嚼性[75]，并且伴随着发芽过程中多种营养物质的生成，进一步弥补了无麸质面包由于原料单一所导致的营养缺乏等问题。

在对不同原料种类的选择上，Horstmann[76]对苋菜、糙米、玉米、扁豆、藜麦、蚕豆、扇豆种子发芽并磨粉，证明经过发芽后的无麸质原料粉发酵程度更大，面包的比容也有所增加[77]。因此，发芽谷物作为一种提高食物质量和潜在健康促进功能的原料，在最近的十年中受到了广泛的关注，也成为我国发展无麸质食品的重要原料之一。

4 结语

为了改善乳糜泄疾病患者的生活质量，本文综述了提高无麸质面包品质的方法，尽管无麸质面包的生产还面临着许多问题和挑战，但是仍然有许多研究发现了可以提高无麸质面包品质的方法。大多数研究都是通过添加外源性物质进而替代面筋网络，其中，亲水胶体被证明发挥重要作用，其他的一些关于外源性物质如乳化剂、交联酶、蛋白质等的相关研究也越来越多，此外，一些创新技术也被应用于提高无麸质面包的品质，其中，酸面团发酵技术可以很好地改善无麸质面包的质量，研究相对较少的是非传统烘焙技术，非传统烘焙技术由于成本较低等优点可能成为改善无麸质面包质量一个全新的领域，发芽谷物也由于其丰富的营养成分成为提高无麸质面包品质的重要原料。

在接下来的研究中，一些比较实际的问题，比如无麸质面包产品的实际生产成本、保质期、消费者可以接受的程度等问题应该被考虑，除此之外是否还有其他创新方法可以应用于改善无麸质面包的品质等都应该进行更加深入的研究和探讨。