木薯叶与长喙田菁粉对小麦面包发酵过程中面筋功能特性及抗氧化活性的影响研究

本研究探讨了添加Cnidoscolus aconitifolius（木薯叶）和Crotalaria longirostrata（长喙田菁）粉对小麦面包发酵过程中面筋网络结构、淀粉特性及抗氧化活性的影响。通过Mixolab分析、Zeleny沉降及Pelshenke测试等技术，发现木薯叶粉可增强面筋强度，而长喙田菁粉则削弱网络结构；两者均显著影响淀粉糊化与回生，并提升酚类含量与抗氧化潜力。研究为开发功能性营养面包提供了新思路，对改善代谢健康具有潜在应用价值。

　　

在当今追求健康饮食的潮流中，面包作为全球主食之一，其营养强化已成为食品科学领域的热点。传统小麦面包在精加工过程中损失了大量膳食纤维、维生素和植物化学物，导致营养价值下降。与此同时，现代饮食中高糖高脂的消费模式加剧了糖尿病和肥胖等代谢性疾病的流行，因此开发具有增强营养和功能特性的面包产品显得尤为重要。植物源原料因其富含酚类化合物和膳食纤维等生物活性成分，成为改善谷物食品营养价值的理想选择，但它们在面包体系中的应用却面临挑战——这些成分可能与面筋蛋白发生相互作用，影响面团流变学和发酵特性，进而改变最终产品的品质。

近期发表于《Applied Food Research》的一项研究深入探讨了两种传统食用植物——Cnidoscolus aconitifolius（木薯叶）和Crotalaria longirostrata（长喙田菁）的叶片粉对小麦面包制作过程中面筋功能、淀粉特性以及抗氧化活性的影响。这两种植物在墨西哥和中美洲地区常被用作食物或饲料，先前的研究表明它们不仅富含蛋白质、必需氨基酸，还具有较高的酚类含量和抗氧化能力，甚至显示出对α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶的抑制活性，提示其在调节血糖反应方面的潜力。然而，它们与小麦面粉在复配体系中的相互作用，尤其是在动态发酵过程中的影响，尚未被系统研究。

为全面评估这两种植物粉的影响，研究人员采用了多种技术方法：通过Pelshenke测试和Zeleny沉降实验评估面筋质量；利用Mixolab分析仪测定面团在混合、加热和冷却过程中的流变学特性（参数C1–C5）；通过化学分析法监测发酵过程中游离氨基氮（FAN）、总酚含量（TPC）、游离糖和膳食纤维的变化；结合傅里叶变换红外光谱（FTIR）和显微镜技术分析面团蛋白质二级结构及淀粉颗粒形态。所有植物材料采购自墨西哥蒙特雷本地供应商，经干燥、粉碎和筛分处理后以5%的比例替代小麦面粉，并通过微型烘焙实验制作面包样品。

研究结果显示，添加木薯叶粉显著增强了面筋网络强度，其Pelshenke值（17.85 ± 0.79分钟）高于对照组（13.99 ± 0.52分钟），而长喙田菁粉则削弱了面筋结构（11.49 ± 0.11分钟）。Zeleny沉降值进一步证实了这一趋势，木薯叶粉样品（58.30 ± 1.91 mL）与对照组（57.76 ± 1.74 mL）相当，而长喙田菁粉则显著降低（50.96 ± 3.86 mL）。这些差异可能与两种植物中酚类化合物的类型和分子量有关：木薯叶中的绿原酸、迷迭香酸等高分子多酚可通过共价交联增强蛋白网络，而长喙田菁中的香豆素和氟苯甲酸等小分子酚酸则可能干扰二硫键形成。

在淀粉特性方面，Mixolab分析表明长喙田菁粉显著降低了淀粉糊化扭矩（C3值0.37 ± 0.01 Nm）和回生趋势（C5值2.81 ± 0.04 Nm），而木薯叶粉的影响较小。这表明长喙田菁中的成分可能通过氢键或疏水作用与淀粉颗粒相互作用，延缓了凝胶化和老化过程，这对延长面包货架期具有积极意义。

发酵动力学研究揭示了植物粉对微生物代谢的复杂影响。两者均提高了初始游离氨基氮（FAN）水平（木薯叶15.67 ± 0.44 mg/100g，长喙田菁18.80 ± 0.26 mg/100g），表明它们为酵母生长提供了更多氮源。然而，游离糖含量在发酵过程中的增幅较小（木薯叶6.87–8.63%，长喙田菁6.93–8.93%），低于对照组（5.32–11.50%），提示植物粉中的酚类或纤维可能抑制了淀粉酶活性，减少了可发酵糖的生成。总酚含量（TPC）在发酵过程中逐渐下降（木薯叶40.66至29.37 mg GAE/100g，长喙田菁44.04至32.35 mg GAE/100g），可能与酵母酶促转化有关，但仍显著高于对照组，赋予面包更高的抗氧化潜力。

傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析揭示了蛋白质二级结构的变化：植物粉添加引入了1540 cm^-1附近的酰胺II带，表明酚类与蛋白质的相互作用；去卷积光谱显示碳水化合物无定形区（1022 cm^-1）比例增加，且α-螺旋和β-折叠结构比例改变，反映了发酵过程中蛋白水解和网络弱化。显微镜观察进一步证实，添加植物粉的面包中淀粉颗粒破坏程度较低，表明酚类物质可能通过包裹淀粉颗粒减缓酶解，这与先前报道的多酚抑制α-淀粉酶活性的机制一致。

最终面包品质方面，木薯叶面包保持了较好的体积（597.5 ± 13.54 cm3）和较高的重量（157.01 g），而长喙田菁面包则体积较小（521.25 ± 77.08 cm3）。两者均表现出更高的膳食纤维含量和抗氧化能力，但体积减少可能与纤维和酚类对面筋的干扰以及气体保持能力下降有关。

通过层次聚类分析，研究将变量分为四类：营养与发酵代谢（蛋白、FAN、灰分、TPC、糖、纤维、重量）、面筋网络（干湿面筋）、烘焙特性（Zeleny、C3、C5、CS、烘焙前高度）以及淀粉行为与成品特性（总淀粉、C1、烘焙后高度、面包密度）。Pelshenke值和C4参数独立于其他变量，提示它们可能受独特的结构或流变机制调控。

综上所述，本研究系统阐明了木薯叶和长喙田菁粉通过其酚类化合物和膳食纤维成分，对面筋功能、淀粉特性及发酵过程产生显著影响。木薯叶粉增强面筋网络，而长喙田菁粉则削弱结构，两者均延缓淀粉回生并提高抗氧化活性。这些发现不仅为开发功能性面包提供了理论依据，还提示这些植物粉在调节血糖反应方面的潜在价值——通过抑制消化酶活性和延缓淀粉降解，可能有助于降低餐后血糖应答。未来研究可进一步优化添加比例和加工工艺，并通过in vivo实验验证其健康效益，推动传统植物资源在现代功能性食品中的应用。