无麸质大米面包加工技术研究进展

吕隆重，李波轮，任传顺，黄泽华，姚永志，安红周，金志明

(河南工业大学粮油食品学院1，郑州 450001) (河南省谷物品质分析与加工国际联合实验室2，郑州 450001) (杭州市粮食收储有限公司3，杭州 310000)

面包是全球最受欢迎的食物之一，目前，我国面包糕点市场已逾千亿元[1]。小麦粉中独特的醇溶蛋白和谷蛋白能形成其他谷物不具备的面筋(麸质)，赋予面团优良的黏弹性，从而烘焙出高质量的面包，所以绝大部分的面包是以小麦粉为主要原料制成的[2]。然而，部分人群对小麦中的面筋成分不耐受，食用含面筋蛋白的食物会导致一系列不良反应。面筋不耐受包括自身免疫性乳糜泻、小麦过敏和非乳糜泻性面筋敏感症[3]。目前小麦麸质蛋白相关疾病的全球患病率接近5%[4]，并且有部分消费者认为无麸质饮食是一种健康的生活方式，在挑选食物时刻意选择无麸质食品，导致对无麸质食品的需求量不断上升。尽管麸质相关疾病呈高发态势，但尚未有有效的治疗手段，避免麸质不耐受相关疾病的有效方法就是坚持无麸质饮食[5]。

无麸质面包是常见的一种商业无麸质食品，其主要原料包括大米、玉米淀粉、高粱、荞麦、藜麦、马铃薯淀粉和鹰嘴豆等[6-9]。由于大米具有产量大、分布广泛、易消化等特征，成为常用的无麸质面包原料之一。然而，面包的质量很大程度上取决于面筋的性质和功能，使用不含面筋蛋白的大米生产出高质量的面包存在较大的技术难题。大米面包存在难以形成面团、持气能力差、水分流失快、结构松散、易掉屑、易老化、色泽较浅和香味不足等问题，在加工过程中，常通过添加一些辅料或食品添加剂、改进生产工艺来解决问题。此外，跟市场上同类含麸质产品相比，无麸质食品存在营养缺乏的问题[10]，例如缺乏矿物质和维生素、高脂肪、低膳食纤维、碳水化合物含量高、蛋白含量低、缺乏抗氧化成分等，无麸质饮食群体和麸质相关疾病患者的健康可能会受到影响。商业无麸质产品的营养质量较低是目前需要解决的一个关键问题，所以对无麸质面包营养强化的研究成为热点[11]。

对无麸质大米面包加工技术的不断研究，不仅能解决无麸质饮食人群和面筋不耐受患者的部分需求问题，而且能扩展大米深加工产品种类，充分利用碾米过程中产生的碎米资源[12]。本文从大米原料选取及处理、辅料和添加剂、加工工艺、营养强化4个方面综述了目前无麸质大米面包加工技术研究进展。

1.1 大米品种

由于大米的品种和产地不同，其直链淀粉含量、胚乳淀粉结构和短支链淀粉占比等存在差异。在面包加工过程中，大米品种的差异主要影响面包比容和组织结构。大米直链淀粉含量与面包比容呈正相关，直链淀粉通过稳定面团，在制备高比容的无添加大米面包过程中起着重要的作用[13]，但Han等[14]认为直链淀粉质量分数也不宜过高(以23.43%～24.54%最佳)，此外低吸水指数的大米品种有利于提升面包综合品质。Thiranusornkij等[15]发现泰国茉莉香米面包(21.3%直链淀粉)的内聚性、胶着性、咀嚼性和黏着性均优于紫莓香米面包(15.3%直链淀粉)，但紫莓香米的总多酚、花青素和铁还原活性要高于茉莉香米，具有更高的营养价值。Kang等[16]使用圆淀粉结构的大米品种Seolgaeng (SG)和多边形淀粉结构的大米品种Samkwang (SK)和Boramchan (BRC)制作面包，发现胚乳中具有圆淀粉结构的SG比多边形淀粉结构的SK和BRC制作的面包有更大的比容和更均匀的面包芯孔径分布，SG的淀粉颗粒之间包含更大的间隙空间，大米颗粒硬度小，研磨时产生较少的损伤淀粉颗粒，有利于面团组织结构的形成。此外，使用短支链淀粉链占比较高的大米制作无麸质面包，有利于保持面包柔软，延缓硬化，这一发现可用来培育适合生产面包的水稻品种[17,18]。大米原料的组成和结构主要影响米粉的水合特性、糊化黏度和热特性，以及大米面团的流变特征和持气能力，最终影响面包的比容和组织结构。在选择大米品种时，应综合考虑其直链淀粉含量、吸水指数、胚乳中淀粉结构和短支链淀粉链占比。

1.2 大米处理方法

使用大米加工面包，需将大米籽粒破碎成粉。磨粉过程中会对大米施加强烈的机械作用，产生大量的热，从而产生损伤淀粉，对面包产生负面影响。不同磨粉方式产生的损伤淀粉含量和粒径分布的差异是导致面包品质变化的主要原因。Wu等[19]使用湿磨、旋风磨和超细粉碎3种磨粉方法制作大米面包，发现湿磨米粉的受损淀粉含量更低，淀粉颗粒更完整，糊化温度和吸收焓更高，凝胶强度更高，面包的质地和外观最佳，此外，Kang等[20]研究发现大米磨粉后过200目筛制作的面包最好，但Kim等[21]在制作大米蛋糕时，发现过160目筛(粒径<95 μm)的米粉制作的蛋糕比容最高。Homma等[22]则探究了磨粉时间(60%的米粉通过200目筛需要的研磨时间)和大米品种的关系，发现大米的直链淀粉含量越高，粉碎所需的时间越少，并且大米浸泡时间与米粉淀粉损伤度呈负相关。

对大米粉进行物理、化学或生物改性，能使其更适合生产无麸质面包。目前对大米粉预处理的方法包括磷酸化、凝胶化、挤压预糊化和微波湿热处理等(表1)。对米粉预处理可在一定程度上改善米粉的糊化、胶凝和起泡等功能性质，从而优化无麸质面包的品质。在后续的研究中，可进一步探究各种预处理过程的最佳工艺参数，以及预处理米粉的最适添加量。

表1 不同大米粉预处理方法对面包的影响

2.1 辅料

无麸质面包常以预拌粉和成品2种方式售卖，考虑到消费者对外观和口味的偏好，产品配方多使用多种谷物粉复配而成。在研究中，常将一些不含麸质的谷物或植物成分添加到大米面包中改善其品质[6,7]，例如玉米淀粉、马铃薯淀粉、大豆粉、假谷物粉、高粱粉、苋菜粉和香蕉粉等。Kim等[30]分别将玉米淀粉、马铃薯淀粉和木薯淀粉加入到大米面包中，结果表明，除30%添加量的玉米淀粉外，其他配方的整体可接受度均高于100%米粉面包。Nieto-Mazzocco等[31]采用响应面法研究大米、高粱和苋菜粉制作无麸质面包的最佳比例，得到三者的最佳质量占比分别为50%、39%和11%，基于大米、高粱和苋菜的无麸质复合粉替代全麦粉，可以制备优质、无麸质和无添加剂的烘焙产品，其特性与含麸质产品相似。Hosokawa等[32]认为香蕉果实在20 ℃储藏2周后制备的香蕉粉可用作面筋替代品制作无麸质面包，并且不需要添加额外的糖分。此外，由于大豆蛋白的高持水性以及与支链淀粉的相互作用可以延缓老化过程，所以大豆粉也被用于优化面包品质[33]。

添加一些合适的辅料不仅能够改善无麸质大米面包的感官特性，还能提高其营养价值、延缓老化。此外，对于部分对食品添加剂有抵触心理的消费者，以大米为主的复合粉无麸质面包能适应其需求。

2.2 添加剂

2.2.1 亲水胶体

亲水胶体是无麸质面包产品中最常用的一类添加剂，其具有高分子量的亲水长链分子，能够控制乳液、泡沫和悬浮液中含水体系的流变性，达到替代无麸质面包中面筋的作用，从而增加面包的质地和水分含量，并提高产品的比容和整体质量[34,35]。Jang等[36]发现添加胶体后，大米面团的稠度从大到小依次为：瓜尔胶>黄原胶>HPMC>罗望子胶>果胶>不加胶，而烘焙后面包的高度从高到低依次为：HPMC>果胶≈黄原胶>罗望子胶>瓜尔胶≈不加胶。Franco等[37]认为添加羧甲基纤维素钠能与淀粉作用形成网络结构，使面团具有更好和更均匀的气体保留能力，从而提升面包品质。Hong等[38]采用析因设计优化罗望子胶无麸质大米面包的配方和工艺参数，发现加水量和发酵时间是决定面包品质的最重要因素，最大化面包体积和最小化面包硬度的优化配方和加工条件是1%罗望子胶、100 g水(每100 g米粉)、5 min搅拌混合时间和60 min发酵时间。Zarringhalami等[39]采用响应面法优化了基于米粉的无麸质面包配方，得到的最佳配方为：0.73%黄原胶、30%玫瑰茄籽粉和25%蛋清粉，与对照相比，优化的无麸质面包在总蛋白质、矿物质、油和纤维含量方面显示出更高的营养特性以及更低的老化速率。海藻酸丙二醇酯(PGA)是一种具有稳定和乳化双重作用的天然胶体，其与HPMC共同使用能显著提高大米面包的硬度、回复性和弹性[40]，不同亲水胶体之间的协同作用在提升无麸质面包组织结构方面有很大的潜力。

2.2.2 酶处理

蛋白酶和转谷氨酰胺酶是改善无麸质大米面包质量的有效添加剂。蛋白酶可以部分降解包埋淀粉颗粒的大分子蛋白质复合物，从而改善淀粉相的连续性以及面糊的更好的流变性质，而转谷氨酰胺酶能够在蛋白质之间引入共价交联，形成网状结构，对流变行为有显著影响[41]。Kawamura-Konishi等[42]发现添加嗜热菌蛋白酶后，处理的面包芯组织均匀，面包体积大，质地柔软，老化速率显著降低，扫描电子显微镜显示，在酶处理的面包中形成了许多网状结构，而未处理的面包中则很少。此外，蛋白酶的种类(来源)对大米面包的影响也存在差异[43]。Renzetti等[44]研究了转谷氨酰胺酶(TG)对面包品质的影响，当添加10 U/g TG酶时(以配方中存在的蛋白质质量计)，糙米糊的假塑性行为明显增加，糙米面包表现出更好的烘焙特性和整体的外观，并用激光共聚焦显微镜图像分析证实了TG酶作用形成了蛋白质复合体。此外，脂肪酶[45]和葡萄糖氧化酶[46]也被报道用于无麸质面包的品质改良。

2.2.3 动植物蛋白

部分蛋白质具有良好的乳化、水合、胶凝和起泡等功能特性，能调控大米面团的黏度，增加发酵和焙烤过程中的气体保留能力。向无麸质大米面包中添加一些动植物蛋白，不仅有助于面包组织的形成，还有增加香味物质、改善颜色和硬度、强化营养的作用。Srikanlaya等[47]发现乳清浓缩蛋白能够改善面包芯孔径分布，大豆分离蛋白能提高面团发酵的最终高度，两者均可改善面包的孔隙率，但大米面包的比容、弹性和咀嚼性仍低于小麦面包。Salah等[48]发现向米粉中添加6%质量分数的油菜蛋白能降低面包的硬度，使面包更蓬松，并且更加有弹性，显著提高面包的整体质量。Pico等[49]通过在面包中添加大米蛋白、豌豆蛋白、蛋清蛋白和乳清蛋白来改善无麸质面包的外壳质量，发现外壳的颜色和挥发性成分取决于添加的蛋白质类型，乳清蛋白会产生颜色较深的外壳，并产生更较高浓度带有香味的吡嗪，植物蛋白中，大米蛋白比豌豆蛋白产生颜色更深的外壳，大米蛋白还能显著增加令人愉悦的香味物质2-乙酰-1-吡咯啉的浓度。此外，Phongthai等[50]发现花生蛋白水解物对无麸质大米面包的比容和弹性有积极的影响。单独添加蛋白对大米面包的组织和比容影响有限，所以常添加TG酶在蛋白间形成交联，协同提升面包的综合品质。

2.2.4 其他

除常用的一些添加物，还有其他的添加剂用于改善无麸质大米面包的品质，例如乳化剂、谷胱甘肽、阿拉伯木聚糖、有机酸及其盐等。乳化剂能与直链淀粉形成复合物，抑制面包储存过程中直链淀粉的再结晶，使面包柔软，保护淀粉颗粒中水合的水分，因此对面包有软化作用和延迟老化的效果。Lee等[51]研究发现添加乳化剂有利于提升大米面包体积，减少储藏过程中硬度变化，其中添加硬脂酰乳酸钠的面包具有最高的体积和最低的硬度。当水被加入到米粉中时，谷蛋白聚合物会阻碍淀粉分子对水的吸收，而谷胱甘肽可能会打破这一屏障，使面糊更加稳定和黏稠，从而提高其在发酵过程中的气体保持能力。Yano等[52]研究证实了谷胱甘肽能够改善大米面糊在酵母发酵过程中的保气性，在焙烤初期促进了大米淀粉的糊化，形成光滑的面包芯微观结构，从而增大面包的体积。Espinosa-Ramirez等[53]发现阿拉伯木聚糖能够改善无麸质面包的硬度和面包芯结构，但同时会对弹性、内聚性和回复性造成负面影响。Blanco等[54]研究乙酸、乳酸、柠檬酸和磷酸二氢钠对添加HPMC大米面包的影响，发现磷酸二氢钠在增加面包的体积、改善外观、香味和质地方面有最佳表现。此外，高雨晴[55]研究了魔芋精粉、乳清蛋白和TG酶共同作用优化大米面包的品质，三者的最适添加量为：乳清蛋白8.0%、魔芋精粉1.5%、TG酶5.0%，此配方制作的大米面包与小麦面包品质相当，多种添加剂共同作用能大幅提升无麸质大米面包的品质。

3.1 大米面团的制作与发酵

大米粉难以形成有效的网络结构，所以大米面团几乎没有弹性，而流动性较高，导致其难以成形，呈现出糊的特征。优化大米面团制作的工艺参数，例如加水量、水温、搅拌时间和速度等，能够显著改善无麸质大米面包的最终质量。Rozylo等[56]认为由米粉制成的面包，水添加量为80%(占米粉质量)时可获得更好的品质。此外，无麸质面团调制过程中的加水量可以通过粉质仪测量面团的稠度来不断调整[57]。Kim等[58]研究了水温对无麸质大米面包品质的影响，发现当添加50 ℃的水时，面包拥有最大的体积和最高的比容。豆浆中含有的大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白可以防止气室在酵母发酵和烘焙过程中合并或塌陷，能显著增加酵母发酵后的面团体积，从而提高面包质量，可使用豆浆代替水制作大米面团[59]。在大米面团混合过程中，提高面团的搅拌速度和时间，能增加面团的黏度和弹性，从而改善面包品质[60]。

大米面团持气性相对较差，在发酵过程中常采取一些措施来减少气体的逸出，从而增大面团发酵后的体积，使面包更蓬松。Chung等[61]发现面团的比容随着酵母添加量和发酵时间的增加而减小，在添加1.5%的酵母和60 min发酵时间的条件下，面包拥有最佳的体积和外观。Jagelaviciute等[62]发现由种子粉(大麻、木薯和藜麦)制成的非传统酸面团应用于无麸质面包的制备，可以改善无麸质玉米/大米面包的感官和结构特性，非传统酸面团降低了面包的pH、比容和老化速度，增加了面包的孔隙率，提高了面包的可接受性。Ucok等[63]使用米粉和玉米淀粉以及不同水平(10%、20%和30%)的大米酸面团制备无麸质面包，发现添加酸面团对面包体积有负面影响，但能降低面包储藏期间的硬化，有利于延长其货架期。此外，无麸质大米面包发酵75 min比发酵30 min的具有更大的气室和更小的密度[64]。

3.2 焙烤

由于大米面团中缺乏面筋薄膜，导致内部结构较为松散，在焙烤过程中随着水分流失和气体膨胀，大米面包内部结构强度不够，难以截留全部气体。所以对于无麸质大米面包而言，焙烤时常面临大量泄气、表面开裂、塌陷、香味不足和色泽较浅的问题，严重影响面包的最终质量，对于焙烤工艺的研究能在一定程度上优化面包的品质。

Srikanlaya等[65]研究了热风烘焙(HA)、微波烘焙(MW)和热风微波烘焙(HA-MW)对米粉面团和面包品质的影响，发现MW和HA-MW条件可以减少烘焙时间和血糖指数(GI)，但在4 ℃下储藏7 d后发现面包老化速度比HA快。Rondeau-Mouro等[66]将无麸质面包在部分真空(-20 kPa)条件下焙烤，发现在此条件下焙烤面包的体积比在大气压焙烤下更大，面包芯气室较大且相对均匀，并且减压焙烤面包在储存过程中杨氏模量比常压焙烤面包低约50%。Pico等[67]使用质子转移反应时间飞行质谱法(PTR-ToF-MS)实时测量了烘烤过程中无麸质面包和小麦面包的挥发性化合物释放量，与小麦面包相比，无麸质面包在烘烤过程中挥发性物质的损失更高，这是导致无麸质面包香味不足的部分原因。欧姆加热具有加热快速且均匀的特点，使用欧姆加热仅需几分钟即可获得完全膨胀的面包，并且比容、弹性和孔隙率均优于常规烘焙方法[68]，此外，还可通过优化欧姆加热工艺参数(功率输入和保持时间)提升无麸质面包品质。真空焙烤、微波辅助焙烤和欧姆加热等能改变面包焙烤过程中的热传递和水分迁移，使其有利于面包组织结构的形成，后续研究可进一步优化各种焙烤方式的参数，使负面影响降到最低，并且降低成本，使其能够商业化应用。

市场上的无麸质面包大多以大米粉和玉米淀粉为原料[7]，添加各种亲水胶体制成，其营养成分单一，易导致无麸质饮食人群出现健康问题[11]。在2014年之前，大部分的研究仅涉及到无麸质面包感官品质的提升，忽视了面包的营养问题。类似于对小麦面包从品质到营养的研究历程，对无麸质面包的研究也逐渐注重营养价值的提升。Fry等[69]比较了英国市场上679种无麸质食品和同类的1 045种常规食品，发现更多的无麸质面包产品含有高脂肪和高糖，并且高盐、低膳食纤维、低蛋白等问题在无麸质食品中更加普遍，无麸质食品价格虽高，但并不比普通食品更健康。

为了解决无麸质大米面包营养不足的问题，研究人员向面包中添加一些动植物原料，或者矿物质、膳食纤维和蛋白质等营养素，在提高或者尽量不影响大米面包感官质量的前提下强化其营养。Bourekoua等[70]向大米粉中添加0%～5%的樱桃粉制作无麸质面包，随着樱桃粉的加入，面包中的总酚含量和抗氧化活性均有不同程度的提高，并且能降低面包硬度、增加体积和弹性，樱桃粉的最佳添加量为3%。Diprat等[71]添加小球藻粉制作无麸质大米和玉米淀粉混合粉面包，发现添加5%的小球微藻粉能提高面包的蛋白质、叶黄素和ω-3脂肪酸含量，并且对面包的体积和质地无明显影响。Belen等[72]将分离咖啡皮膳食纤维(3%和4.5%)添加到无麸质面包中，发现强化面包的膳食纤维和蛋白质含量显著高于对照面包，并且能增加面团体积和面包芯弹性，降低面包硬度。针对无麸质大米面包蛋白质含量低的问题，将10%的β-伴大豆球蛋白浓缩物添加到米粉中制作面包，发现其能够产生类似于面筋产生的网状结构[73]，这不仅有利于面包的组织结构，还能提升面包的蛋白质含量和氨基酸平衡。将碾米过程中的米粉、糙米和米糠按45∶35∶20的比例混合制作无麸质面包，能够提升产品的质量和营养价值，充分利用稻米资源[74]。此外，发芽糙米[29]、假谷物[62]、凝乳干酪[75]和油菜蛋白[48]等也被用于无麸质大米面包的营养强化。市场上营养强化的无麸质大米面包较少，应综合考虑添加物质的成本因素和最终产品的消费者接受度，将实验室的研究尽快推向市场，减少无麸质饮食带来的健康问题。

对于无麸质大米面包加工技术的研究贯穿整个面包制作过程，从大米品种的选取、磨粉和预处理，到辅料和添加剂的选择，再到大米面团的制作、发酵和焙烤，研究人员从各个方面优化大米面包的品质，并且不断深入，越来越多的高质量无麸质大米面包从实验室中产出。但在市场方面无麸质大米面包的品种还比较少，且价格普遍偏高，给无麸质饮食带来一定困扰。推动更多的无麸质大米面包新配方、新技术应用于市场，是亟需解决的问题。我国无麸质食品的研究还比较少，在超市或电商平台上的无麸质食品大部分为国外进口产品，尚未形成完整的产业链，且缺乏无麸质食品相关标准。参考国外繁多的无麸质面包相关研究，对开发适合我国消费者的无麸质食品有参考价值。

未来对于无麸质大米面包的研究应该从成本、感官品质、营养价值和配套生产设备四个方面来展开。对于无麸质大米面包加工技术的研究应综合考虑各个因素之间的协同作用，从大米原料、辅料和添加剂、加工过程方面共同优化无麸质大米面包的品质。在辅料和添加剂的选择上，要兼顾大米面包营养价值的提高，例如使用一些高粱粉、藜麦粉、大豆粉或大豆蛋白、果蔬粉等，可使用多种辅料或添加剂共同作用提高面包质量。酸面团技术不仅能用来提高大米面团的体积，还能提高面包的营养价值和风味，可选择对酸面团的原料、菌种、添加比例和发酵工艺进行研究。优化大米面包焙烤工艺，需要研发或改进相关焙烤设备，例如减压焙烤设备、欧姆加热设备等，此外，可以对焙烤过程中的温度进行控制，研究焙烤各个阶段的最适温度。

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