食用豆类在面包预拌粉中的应用研究进展

侯湘婷,樊铭聪,钱海峰,李言,王立

(江南大学 食品学院,江苏 无锡,214122)

烘焙食品历史悠久,据报道,2022年我国烘焙食品行业市场规模达2 853亿元,每周至少进行一次烘焙食品消费的群体高达93.2%,其中每天都要购买烘焙食品的消费者占比6.6%[1]。面对庞大的国内烘焙市场和日益多样化的产品,具有简单、便捷、经济等特点的预拌粉行业应运而生。预拌粉也称预混合粉,它是根据原料的物理化学特性将烘焙的部分原辅材料预先混合好的半成品[2]。面包预拌粉的主要消费对象是家庭烘焙、小型面包作坊以及烘焙工厂,相较于传统的面包制作过程,面包预拌粉以简单混合的方式降低了产品制作的专业性要求和失败率,甚至只需要加水就能够得到各式各样不同口味的面包。特别是在家庭使用的过程中,人们常常因为缺乏专业知识,动作操作不规范,程序繁琐等原因制作不出理想的面包[3],面包预拌粉的出现则从技术层面解决了这些问题,使家庭烘焙更加方便,发展前景十分可观。

食用豆类作为传统食物,蛋白质含量高、质量好,氨基酸组成接近于人体需要,是我国居民膳食中主要的植物性蛋白来源,《中国居民膳食指南》中推荐居民每日全谷物和豆类摄入量为50～150 g[4]。豆类中还含有多种对人体有益的功能性成分,如黄酮类化合物、单宁、植物甾醇和膳食纤维等,具有良好的抗氧化和抗癌功能[5]。将豆类添加到面包预拌粉中,不仅弥补了小麦粉蛋白质含量低、必需氨基酸组成不均衡的缺陷,还可以结合豆类淀粉的葡萄糖缓释特性,有效降低面包的血糖生成指数(glycemic index,GI),为糖尿病等特殊膳食需求人群提供多样化的饮食搭配。

伴随着烘焙市场的快速发展和消费者对健康烘焙产品的需求提高,越来越多的研究人员通过不断优化配料对烘焙产品进行创新升级,包括在配方中添加谷物(大麦[6]、黑麦[7]、燕麦[8]、玉米[9]、高粱[10]、荞麦[11]、藜麦[12])、果蔬(苋菜[13]、椰子[14])和豆类(红小豆[15]、绿豆[16]、蚕豆[17]、芸豆[18])等。尤其是食用豆类,由于其具有营养均衡性和平稳餐后血糖等健康作用,成为研究人员主要选择之一[19],在预拌粉市场具有广阔的前景。本文对常见食用豆类的营养成分进行了比较,分析了其在烘焙用预拌粉中的应用,并对不同预处理方式对含豆类烘焙产品品质影响进行了分析比较,以期为豆类预拌粉、健康烘焙产品的研究开发提供理论支持。

1 食用豆类的营养价值

豆类的品种有很多,包括了大豆、红小豆、绿豆、黑豆、豌豆、蚕豆、扁豆、白芸豆、鹰嘴豆等,根据豆类的营养组成,可将它们分为两大类:一类是以大豆为代表的高蛋白质、高脂肪豆类;另一类则是具有较高的碳水化合物含量的食用豆类,如红小豆、绿豆等。不同食用豆类的特殊营养成分及其健康作用见表1。

表1 不同食用豆类的特殊营养成分与功效Table 1 The special nutrients and effects of different edible legumes

豆类作为我们的传统食物,富含多种营养物质,具有高蛋白质、低淀粉生成率的营养特性[25],是主要的植物性蛋白来源。近年来研究发现食用豆类中含有许多对人体有益的功能性成分,使其越来越多地出现在功能食品的配方中[26]。

1.1 高蛋白质含量

食用豆类的蛋白质含量一般在20%～30%,是谷物蛋白的2～4倍,是一种优质、廉价、环保的植物蛋白来源[27]。其中含有多种人体必需氨基酸,尤其是谷物中缺少的赖氨酸,营养价值与动物蛋白接近[28],基本接近WHO提出的优质蛋白质氨基酸组成模型。表2列出了不同食用豆类蛋白质的含量与组成。

表2 不同食用豆类的蛋白质含量与组成Table 2 Protein content and composition of different edible legumes

1.2 低淀粉消化率

食用豆含有丰富的“惰性”碳水化合物如膳食纤维、抗性淀粉和慢消化淀粉[35],同时,豆类中完整的组织细胞结构充当了淀粉酶的物理屏障,限制了淀粉消化的速度和程度[36]。大部分食用豆类植物种子中的直链淀粉和抗性淀粉较谷物中更多,淀粉消化速率慢,饭后血糖值升高幅度小,属于低血糖生成指数值食品[37]。研究表明,抗性淀粉含量高的食品可以预防糖尿病和心血管疾病的发生[38-42],在摄入豆类后,葡萄糖释放减少,血糖和胰岛素水平相对稳定,这些特性都有助于肥胖、三高以及糖尿病的预防,豆类也因此成为糖尿病人的理想膳食[43]。最近许多研究将食用豆类应用到延缓淀粉消化、降低血糖生成指数的产品开发中,见表3。

表3 食用豆类对不同产品中GI值的影响Table 3 Effect of edible legumes on GI values in different products

1.3 抗氧化组分

食用豆类中富含黄酮、酚酸、单宁等生物活性成分,是良好的天然抗氧化物质,它们可以有效地清除人体内的自由基,阻止脂质过氧化,经常食用豆类及其制品,可增强人体免疫力,延缓衰老,还能降低与氧化应激相关的慢性疾病风险[49]。近年来,国内外对豆类生物活性物质做出了诸多研究,任顺成等[50]测定了黄豆、绿豆、黑豆、豌豆等15种常见食用豆类提取液,结果均表现出明显的抗氧化活性;ELESSAWY等[51]在菜豆、鹰嘴豆、豌豆、扁豆和蚕豆种皮中检测出13个不同类别的98种多酚类物质;DINIYAH等[52]研究了3种印尼当地的食用豆类,发现其具有丰富的生物活性成分,可用作功能性食品和营养保健品成分;SINGH等[53]从绿豆全豆、外壳和子叶中提取多酚,测得多酚总酚含量、抗氧化活性、铁还原力和DPPH自由基清除活性都比较优异;刘仙俊等[49]对5种食用豆的总多酚、总黄酮含量进行分析,发现其均含有丰富的多酚类和黄酮类物质,并具有较强的抗氧化性能,可用作天然抗氧化剂的研发。

2 食用豆类在面包预拌粉中的应用

传统的烘焙用预拌粉一般以小麦粉为主要原料,小麦粉含有的蛋白质主要是醇溶蛋白和谷蛋白,氨基酸种类相对较少,淀粉含量高,营养不均衡,存在着一定的营养缺陷。而豆类中蛋白质的氨基酸模式较均衡,尤其是较高含量的赖氨酸,可与谷物实现蛋白质组成互补,有利于提高烘焙产品的营养价值[54]。但同时也发现,虽然在小麦粉中添加豆类实现了对面粉的营养强化,但由此制得的烘焙产品在物理性质和感官评价方面都受到了一定的负面影响[55]。与传统的白面包相比,添加豆类后面包比容较小,硬度较高,表皮颜色较深,风味也有所改变,因此想要开发一款消费者接受度高的豆类面包预拌粉仍需要从配方和工艺方面进行完善。国内外许多学者将豆粉添加到面包中来改善面包的营养价值,并研究了不同豆类及添加比例对面包品质的影响(表4)。

表4 不同食用豆类及添加比例对面包品质的影响Table 4 Effect of different edible legumes and addition ratio on the quality of bread

3 食用豆类面包预拌粉的品质改良

近年来,国内外围绕含豆类面包开展了较多研究,尤其是在增加豆类后品质的改良方面,例如使用一些改良剂,包括亲水胶体、蛋白质、酶、乳化剂和抗性淀粉等,也有通过改良加工工艺,包括运用酸面团发酵、豆类预发芽以及高静压处理等。

3.1 面包改良剂

3.1.1 亲水胶体

亲水胶体是一类亲水性很强的聚合物,一般为多糖大分子及其衍生物,溶入水中形成黏稠状溶液,可用于改善面包的体积,延缓面包老化并延长货架期[60]。在豆类面包中亲水胶体可形成具有类似于小麦面筋功能的聚合物网络,增加面团的黏弹性和气体结合性[61]。GALLI等[62]从鹰嘴豆酸面团中分离出一种可原位产生细菌胞外多糖(exopolysaccharides,EPS)的乳酸菌,产物EPS作为一种亲水胶体可以增加豆类面包的体积并且提升面包的柔软度。PREVITALI等[63]研究了不同质量分数的扁豆粉(10%,20%和25%)以及不同亲水胶体(羧甲基纤维素,瓜尔豆胶,果胶和木薯淀粉)对小麦面包质构和感官的影响,结果显示扁豆粉增加到20%和25%时,面团的质地和面包的感官质量开始产生负面影响,对富含25%豆类面粉的面包样品进行胶体筛选表明,2%的瓜尔豆粉在感官特性方面可以获得最佳结果。ANGIOLONI等[64]将亲水胶体添加到含鹰嘴豆、青豌豆和脱脂大豆的面包中,发现亲水胶体有助于改善豆类面包的面团黏弹性,同时还阻碍了淀粉降解酶的可及性,延缓了淀粉类物质的水解。综上所述,亲水胶体对豆类面包的品质有一定的改良作用,但添加时应选择合适的种类和剂量。

3.1.2 蛋白质

基于自身的发泡性和乳化性,蛋白质可用于面包品质的改良,尤其是含有较高营养价值的豆类蛋白,如羽扇豆、豌豆和大豆蛋白等[65],添加至面包中可以降低产品的界面张力,帮助稳定油-水和水-油界面,提供稳定的乳液和泡沫,从而改善无麸质发酵产品的碎屑结构[66]。VILLARINO等[67]研究了羽扇豆添加对小麦面包质构的影响,发现羽扇豆添加不超过10%时,羽扇豆蛋白与面筋蛋白产生的交联增加了面团稳定性和面包体积,降低了面包硬度并延缓了面包的老化。MIARRO等[68]用4种豆类(鹰嘴豆、豌豆、角豆胚芽、大豆)生产无麸质面包,结果显示角豆胚芽面包的比容值最低(2.51 cm3/g),鹰嘴豆面包的比容值最高(3.26 cm3/g),并且鹰嘴豆面包的面包屑质地最柔软,未来可用于豆类面包的改良。BELC等[69]也得到了类似的结果,其用豌豆蛋白浓缩物和大豆蛋白浓缩物(5%,10%,15%,质量分数)生产面包,发现随着蛋白质含量的增加,面团的吸水性上升,并且相较于豌豆面包,大豆面包的体积和柔软度更佳,感官上也更易被消费者接受。因此,在豆类面包中添加蛋白质也能起到乳化剂的作用,不仅有效地强化了面筋的网络结构,还能提高豆类面包的营养价值。

3.1.3 酶

酶类因其纯天然、安全、高效等特点,近年来受到社会各界的关注,广泛应用于各种烘焙制品的品质改良[70]。在面包制作过程中,酶能够增强蛋白质功能,提高面团可加工性和改善面包的品质,常用的酶有谷氨酰胺转氨酶、麦芽糖淀粉酶、α-淀粉酶、热溶酶和淀粉葡糖苷酶等[71]。MARCO等[72]发现在无麸质面包中添加1%(质量分数)的谷氨酰胺转氨酶可显著增强米粉、大豆粉和豌豆蛋白混合面团的吸水能力,强化面包的蛋白质网络结构,弥补了豆类添加对面包造成的结构缺陷。SCARNATO等[73]将谷氨酰胺转氨酶添加到4种(大米、玉米、苋菜和扁豆)无麸质面粉中也得到了类似的结果,除了脱酰胺和胺的结合外,谷氨酰胺转氨酶还可以催化蛋白质交联,改善面团结构。由此可见,适量添加酶能够提高面包的咀嚼性,增大面包的体积,改善面包的纹理结构以及面包的工艺特性。

3.1.4 其他改良剂

除了亲水胶体、蛋白质和酶外,乳化剂和抗性淀粉也可用于豆类面包的改良。在面包制作过程中乳化剂常用作面筋强化剂或面包柔软剂,它可以与面包中的蛋白质、脂质和碳水化合物等物质相互作用,在增强面筋网络结构的同时延缓了面包的老化。BILGIÇLI等[74]测定了乳化剂[硬脂酰乳酸钠(sodium stearyl lactate,SSL)、单甘酯二乙酰酒石酸酯(diacetyl tartaric acid ester of mono-and diglycerides,DATEM)和SSL+DATEM组合]对羽扇豆面包品质的改良效果,发现各类乳化剂在最佳添加水平下均能改善无麸质面包的质量,其中SSL+DATEM组合在面包的对称性、孔隙结构和质地等方面有更为积极的影响。在面包烤制的过程中,随着温度的上升,抗性淀粉主要起到凝胶化的作用,它能促使面包吸收更多的水分,形成面包等食品的骨架结构[75]。TSATSARAGKOU等[76]用角豆粉和抗性淀粉部分替代米粉生产面包,结果显示抗性淀粉的加入不会影响面包屑硬度,并且有效地改善了面包屑的弹性和孔隙率。在制作面包时,合理选择和添加乳化剂和抗性淀粉,不但能改善面包的质地和风味,还能提高面包的含水量和感官品质[77]。

3.2 面包改良技术途径

3.2.1 酸面团发酵技术

酸面团发酵是食品生产中广泛使用的最古老的生物技术之一[78],乳酸菌在酸面团发酵过程中原位产生的EPS常作为面包质地改良剂,它能够改善面包的风味和质地,延长面包的保质期,尤其在豆类面包中,酸面团发酵还能够有效地消除豆腥味。HOUBEN等[79]报道,在无麸质面团生产中,少量的乳酸菌发酵可以增加酸面团的黏度,均匀面包屑结构,延长产品的保质期,产生更加浓郁的风味。PERRI等[80]发现与对照小麦面包相比,添加30%(质量分数)酸面团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过程产生了大量的葡聚糖,有效地抵消了面筋网络破坏引起的质量缺陷。RIZZELLO等[81]利用酸面团和小麦、鹰嘴豆、小扁豆和菜豆面粉的混合来改善白面包的营养、质地和感官特性,与添加相同比例豆粉的对照面包相比,酸面团发酵显著改善了豆类面包的比容,在质构方面,乳酸发酵提升了面包的柔软度(硬度降低了约30%)和面包屑弹性(脆性显著增加)。由此可见,酸面团发酵对烘焙食品的流变学、感官和保质期属性都有比较积极的影响。

3.2.2 发芽技术

发芽是一种简单、廉价、低碳的食品生物加工技术,在种子萌发的过程中,一些大分子物质如淀粉和蛋白质被分解,维生素和矿物质等营养物质被释放,豆类中的氨基酸含量和组成以及利用率发生了改变,整体营养价值得到提高[82]。ESPINOSA-RAMREZ等[83]研究了发芽菜豆粉对小麦面包营养价值和质构特性的影响,结果显示发芽处理不仅增加了菜豆面包的吸水性和稳定性,还提高了面包中矿物质和营养素含量。SHIN等[84]发现在发芽过程中豆类蛋白的溶解度增加,乳化性和发泡性增强,因此用发芽豆粉制成的面包样品也表现出更好的质量特征。ATUDOREI等[85]报道了发芽羽扇豆粉与发芽鹰嘴豆在面包中的应用,发现发芽豆粉的添加可以有效地降低面团的稠度并增加面团的弹性,改善了豆类面包的流变学特性。总的来说,豆类经发芽后制成的面包品质有很大的改善,但在制作面包时要注意豆子发芽的时间和发芽豆粉的添加量,否则可能会产生相反的效果。

3.2.3 高静压技术

高静压技术是一种典型的非热加工技术,它能够在保持食品营养价值和感官特性的基础上改善无麸质面团的品质[86]。与热加工技术相比,非热加工可以最大限度地减少高热对食品造成的不利影响[87],因此高静压技术在食品加工领域也越来越受到人们的关注。研究发现,高静压可以作用于蛋白质大分子间较弱的非共价键(如氢键、疏水键和离子键等)来改变蛋白质的高级结构从而影响其功能特性[88]。ANGIOLONI等[89]研究了高静水压处理对豆科(鹰嘴豆、青豌豆)面糊的蛋白质聚集和流变特性的影响,发现高压处理可以诱导蛋白质网络结构的形成,引起的淀粉和蛋白质的变化有助于豆类面糊流变性能的整体改善。COLLAR等[90]将高静压应用于高含量豆类(鹰嘴豆,豌豆和大豆)复合面包的品质改良,结果显示用高静压处理过的豆类制得的面包质地更加柔软,老化程度也较低,证实了高静压可以部分取代高含量豆类面包中的结构剂。由此可见,高静压的应用增加了豆类面团的弹性,并改善了面包的体积和质地,是一种有效的新型改良技术。

3.2.4 其他改良技术

除了酸面团发酵、发芽和高静压技术外,还可以通过湿热处理、微波处理和欧姆加热等来改良豆类面包。程新等[91]对白芸豆进行湿热处理并加入小麦粉中制成面包,面团微观结构显示湿热处理后面筋结构连接更加紧密,分析原因是由于湿热处理导致芸豆蛋白变性,使得蛋白质对面筋的稀释作用减弱。郎双梅等[92]用微波处理后的绿豆制作绿豆面包,发现硬度、胶着性和咀嚼性等质构特征均得到了明显地改善。BENDER等[93]研究了不同欧姆加热工艺参数(功率输入、保温时间)对面包化学、功能特性(比体积、面包屑硬度和相对弹性、孔隙特性、颜色、淀粉糊化)和消化率的影响,受益于均匀快速的加热过程,欧姆烘焙只需要几分钟即可获得完全膨胀的无麸质面包,不仅改良了无麸质面包的比容、弹性和孔隙率,还减少了加工时间和成本,是一种很有潜力的非常规加热技术。

4 前景与展望

预拌粉的出现满足了快节奏的生活需求,让人们更直接地体验到烘焙的乐趣,同时也给企业大规模生产提供了一种标准化和规模化的技术可行方案。但相较于国外,国内预拌粉的研究少、起步晚,理论实践等各方面仍需继续探索,且面包预拌粉虽采用多种材料混合而成,但它的主要原料仍是小麦粉,当前纯粹的碳水已经不能满足人们的健康需求,因此包括添加豆类的多元化预拌粉开发将会成为行业的创新点,也是将来在食品市场上的竞争点。后续研究可以围绕以下方面开展:1)豆类虽然蛋白质含量较高,但不含有面筋蛋白且含有较多其他成分(如酚类),因此需要研究如何克服面筋相对缺乏、其他成分对面筋结构影响等问题,从而生产出感官品质优良的烘焙产品;2)目前食用豆类品种资源广泛,且各自具有特殊的营养价值,结合营养、加工适宜性等方面筛选合适的品种需要进一步研究;3)添加非面粉配料后,必然会带入一些添加剂等辅料以保持品质,而随着生活水平的提高,消费者越来越关注食品的配料表和营养标签,改善口感与提升营养价值的同时,如何行成清洁标签与配料天然化也需要进一步研究。