通过先进加工技术对爱尔兰种植的豌豆进行物理改良

《Innovative Food Science & Emerging Technologies》:Physical modifications of Irish-grown peas through advanced processing technologies

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年08月09日 来源:Innovative Food Science & Emerging Technologies 6.9

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  摘要随着人们对植物基食材的兴趣日益增加,爱尔兰种植的豌豆为提升谷物类食品的营养价值以及促进当地农作物多样化提供了良好机遇。然而,由于其技术功能上的局限性,如溶解度低和存在异味,这些豌豆的广泛应用仍受到限制。本研究评估了单独或联合使用烘烤、超声处理和微波处理对豌豆粉以及用于面包制作

  

摘要

随着人们对植物基食材的兴趣日益增加,爱尔兰种植的豌豆为提升谷物类食品的营养价值以及促进当地农作物多样化提供了良好机遇。然而,由于其技术功能上的局限性,如溶解度低和存在异味,这些豌豆的广泛应用仍受到限制。本研究评估了单独或联合使用烘烤、超声处理和微波处理对豌豆粉以及用于面包制作的豌豆与小麦混合粉(比例35:65)在成分、功能及结构特性方面的影响,这是首次报道将多种处理方法结合用于豌豆粉的处理。相比爱尔兰豌豆粉,商业豌豆粉具有更高的水溶性、糊化粘度和凝胶硬度。加工处理显著改变了面粉的功能性,其中烘烤对淀粉凝胶化、蛋白质变性以及吸水能力的影响最为显著,使吸水指数相比未经处理的爱尔兰豌豆粉提升了约24%。傅里叶变换红外光谱分析显示,经过处理后豌豆粉的短程淀粉结晶度降低,蛋白质从α-螺旋结构转变为无规卷曲结构,这一变化在烘烤处理后更为明显。扫描电子显微镜图像表明,经过超声+微波+烘烤联合处理的豌豆粉结构破坏最为严重,不过其凝胶硬度也有所恢复——从单独烘烤处理的67.9克上升至86.6克,这反映出蛋白质与淀粉之间相互作用的增强带来了不同的功能表现。总体而言,这些研究结果揭示了可控的物理处理如何促使豆类生物聚合物的结构重组,进而提升谷物基食品的功能性。未来的研究将探讨将这些处理过的面粉用于面包制作,以评估其对最终产品品质的影响。

引言

在全球范围内,随着人们越来越倾向于在日常饮食中加入更多植物基食物,食品行业正在发生着深刻的变革。这一趋势源于消费者对富含植物来源食物的偏好,而这种偏好又受到健康和可持续性因素的推动(Fuentes & Fuentes, 2022)。豆类,包括豌豆、豆子、扁豆和羽扇豆,因其富含蛋白质和纤维等营养成分,早已成为人们日常饮食中的重要组成部分。此外,豆类还含有谷物中缺乏的必需氨基酸赖氨酸(Hall, 2021)。豆类的营养价值,再加上它们能够提升土壤有机质含量,有助于提高作物产量并增加经济效益,因此成为推动饮食向植物基方向转变的重要力量(Cusworth et al., 2021)。爱尔兰气候条件非常适合豌豆生长,当地种植的豌豆富含多种维生素、矿物质、蛋白质以及膳食纤维(Binti Mohd Zaini et al., 2021)。在烘焙食品等制品中加入爱尔兰豌豆,不仅能够提升产品的营养价值,还有助于促进当地经济发展和实现可持续发展。
尽管豆类具有诸多营养和健康优势,但其在食品配方中的应用却可能受到一些风味和功能方面的限制。将豌豆粉添加到食品中可能会带来异味,从而影响消费者的接受度(Young et al., 2019)。
为了改善豆类食品的风味并提升面粉的功能性,以便更充分地利用植物基蛋白质,人们正在探索多种加工技术(Bourré et al., 2019; Guldiken et al., 2022; Millar et al., 2019; Nilufer-Erdil et al., 2012)。传统的烘烤方法长期以来被用于改善食品的感官体验、提高蛋白质和淀粉的消化率,同时减少抗营养因子的含量(Young et al., 2019)。先前的研究也表明,在面包配方中使用烘烤过的豆类面粉能够提升产品质量。Millar等人(2019)发现,使用烤过的豌豆粉制作的面包比未烤过的豌豆粉制作的面包体积更大,口感更为松软。
除了传统加工方法外,超声处理和微波处理这类新兴技术也因能够提升豌豆粉及其他豆类衍生食材的物理化学性质(如分子量、颗粒大小和Zeta电位)以及功能性质(如糊化行为、水溶性、起泡和乳化能力)而备受关注(Ma??s et al., 2024)。
超声处理是通过高强度、低频声波产生空化效应,即微小气泡的形成与破裂来实现的(Sá et al., 2022)。而微波处理则利用非电离性电磁辐射,通过与食品中的化学成分通过离子传导和偶极旋转等方式发生相互作用来实现加热效果,其中材料的穿透深度和介电性质是影响加热效率的关键因素(Sá et al., 2022)。Qin等人(2022)发现,在将半干碾磨后的米粉用于面包制作之前对其进行微波或超声处理,能够提升面包的比容,这一效果与面粉结构和颗粒大小的变化有关。Zhang等人(2022)的研究表明,超声辅助的面团发酵可以减少自由巯基含量,同时增加湿面筋含量,从而提升面团的延展性,使得面包的比容更大,且碎屑硬度更低。Garske等人(2023)发现,对木薯淀粉和鹰嘴豆粉进行微波处理能够提升无麸质面包的碎屑硬度。
烘烤、微波处理和超声处理均能够提升豌豆粉的功能性和营养价值。据我们所知,这是首项针对爱尔兰种植的豌豆粒,分别应用超声处理、微波处理以及将二者与烘烤结合使用的研究。在烘烤之前同时应用超声处理和微波处理可能会产生协同效应:超声处理产生的空化效应能够在豌豆粒结构中形成微裂纹并增加孔隙率,而微波处理带来的介电加热则可以利用这些增大的表面积更高效地吸收能量。这两种效应共同作用,可能在后续的烘烤过程中使蛋白质和淀粉颗粒更加紧密地接触,进而促使淀粉-蛋白质网络发生重组。因此,本研究旨在首次探究这些处理方法对爱尔兰种植豌豆粉及其与小麦粉混合物的综合影响,以确定这种协同效应是否真的能够进一步提升面粉的性能,进而改善面包的品质。

章节节选

原材料与谷物加工

爱尔兰种植的卡灵顿品种豌豆的干燥颗粒由Wynnes Ltd(位于爱尔兰基尔代尔)提供。这些经过清理和干燥的豌豆颗粒是通过一款集超声处理(200瓦,25千赫兹)和微波处理(1000瓦)功能于一体的超声-微波辅助提取器(型号E200,制造商为法国马赛市的Idco SAS公司)进行加工的,该设备还配备了冷却系统,以确保样品温度始终低于30摄氏度。由于目前关于这一主题的现有文献较为有限,因此本研究

面粉的基本成分与颜色

表1展示了这些面粉的基本成分与颜色情况。所有成分参数都存在显著差异。正如预期,小麦粉的蛋白质和纤维含量最低。爱尔兰豌豆粉的蛋白质和纤维含量明显(p?p?

结论

本研究证明,单独或联合应用烘烤、超声处理和微波处理,能够显著改变爱尔兰种植豌豆粉的结构和功能特性。小麦粉与豌豆粉在功能和结构方面存在明显差异,而且豌豆的生长条件也对面粉的功能性有着显著影响(p?

作者贡献说明

Mariana Ma??s:负责原文撰写——初稿编写、数据可视化、项目管理、方法设计、实验研究、正式数据分析、数据整理以及概念构建工作。Barbara Biduski:负责原文撰写——审稿与编辑、项目监督以及方法设计工作。Laura G. Gomez-Mascaraque:负责原文撰写——审稿与编辑、资源协调以及实验研究工作。Elizabeth Codjoe:负责结果验证以及实验研究工作。Elke K. Arendt:负责原文撰写——审稿与编辑、项目监督以及项目管理工作。Eimear Gallagher:负责原文撰写——审稿与编辑、项目监督工作,

利益冲突声明

作者声明,他们不存在任何可能影响本研究结果的已知财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了Teagasc机构在沃尔什奖学金计划下的资助,项目名称为HighPBreads。作者们要衷心感谢Kim Kufeji在面粉加工和Mixolab分析方面提供的宝贵帮助,也要感谢Karen Hussey在分析面粉基本成分过程中给予的支持。此外,作者们还要特别感谢Alessandro Ferragina在光谱学研究领域所展现出的专业素养以及做出的重要贡献。
Mariana Ma??s|Barbara Biduski|Laura G. Gomez-Mascaraque|Elizabeth Codjoe|Elke K. Arendt|Eimear Gallagher
爱尔兰都柏林15区阿什敦,Teagasc食品研究中心,食品质量与感官科学系
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