综述：脉冲面粉功能化的创新新兴技术：与传统热和生物技术的比较

《COMPREHENSIVE REVIEWS IN FOOD SCIENCE AND FOOD SAFETY》：Innovative Emerging Technologies for Pulse Flour Functionalization: A Comparison With Conventional Thermal and Biological Techniques

　　

豆类面粉（如豌豆、豆类和鹰嘴豆制成的面粉）因其营养密度而备受重视，使其成为满足全球对植物基和无麸质食品日益增长需求的关键。尽管具有这些营养优势，其工业应用仍受到特定感官、营养和技术限制的制约。克服这些挑战需要有针对性的功能化策略，旨在赋予改进且可预测的技术功能特性。本综述描述了豆类面粉的特性，并评估了传统（热、生物和化学）及创新改性技术，特别强调了非热技术的应用及其主要技术功能方面。热方法研究最为广泛，主要诱导淀粉糊化和蛋白质变性，通常提高持水性和持油性，但常降低起泡和乳化性质。相比之下，生物方法（发芽和发酵）通常对香气产生积极影响，并通常降低糊化粘度。有趣的是，创新非热技术在豆类面粉基质中的应用研究不足，尽管在主要分离组分（淀粉、蛋白质和纤维）上已进行了大量研究。讨论了每种技术的基本工作原理以及将其应用于豆类的现有研究，重点涉及静态和动态高压处理、超声波、冷等离子体和脉冲电场。选择最佳功能化方法不仅需基于对潜在机制的理解，还需明确预期最终应用，以确保所需成分性能和经济可行性。

**1 引言**
豆类，特别是豆科植物如豆类、豌豆和鹰嘴豆，几个世纪以来一直是人类饮食的一部分，作为提供大量蛋白质和纤维的宝贵能量来源，至今对许多人（尤其是在欠发达国家）仍然极为重要。近年来，对富含蛋白质、无麸质和植物基产品的需求增加，也推动了较发达国家中豆类面粉的消费和使用，尽管这些地区的豆类摄入量仍低于营养指南。当豆类作为配料（尤其是主要配料）使用时，功能性和流变学性质至关重要，因为它们决定了混合物和最终产品的性能。如此广泛的工业应用不仅需要标准化和可靠的指标来评估配料质量，还需要开发精确策略以解决特定问题并定制性质以促进产品利用。与豆类面粉技术功能性质相关的常见问题包括蛋白质溶解度相对较低、加热前粘度改善不足以及明显的回生等。此外，除这些技术问题外，感官方面也存在担忧，因为面粉常带有异味（如豆腥味和青草味），以及由于抗营养因子（如植酸和棉子糖低聚糖）的存在而产生的营养问题。为解决这些限制，可采用功能化策略诱导颗粒大小、分子结构和组分相互作用的特定变化，从而产生改进且可预测的技术功能行为。这些改性策略可根据其作用机制分为三大类：（i）化学方法，涉及使用与目标面粉组分结合的特定试剂；（ii）生物方法，涉及使用酶（通过外源添加或通过发酵和发芽）；（iii）物理方法，涉及应用热（热处理）或其他输入（如压力、电场等）以诱导结构和分子修饰。迄今为止，应用于豆类面粉的主要策略是热和生物方法，但研究和工业市场在选择面粉组分（如淀粉、蛋白质和纤维）的功能化方面更为先进。在该领域，许多研究不仅评估热和生物处理，还关注化学改性和非热处理。面粉与其分离组分的改性在市场和科学研究上的不同发展可能归因于因素如更高的经济价值（证明昂贵功能化步骤的合理性）、更大的产品均匀性（简化改性步骤）以及更特定的功能性质（有利于目标应用和市场需求）。在所有提及的技术中，创新技术尤其研究不足，特别是当主要目的是评估其对功能性和流变学性质的影响时。创新技术通常被定义为非热技术，因为它们的主要作用机制并非主要基于热，包括高压处理（HPP，包括静态和动态）、超声波（US）、脉冲电场（PEF）和冷等离子体（CP）。尽管在食品领域最初关注的是其在微生物灭活方面的潜力，但后续研究已将其可能用途扩展到食品科学的许多其他领域。关于生物大分子改性，静态高压被发现会影响淀粉，通过诱导颗粒结构有序性丧失和随后部分糊化，而蛋白质的二级和三级结构可以以不可完全恢复的方式变形。相反，超声波和动态高压通过空化和高剪切力影响这些组分，可诱导部分蛋白质变性、颗粒尺寸减小和淀粉颗粒损伤。脉冲电场被认为通过偶极充电和电化学反应的组合起作用，可能能够改变大分子结构。冷等离子体则基于产生大量离子、活性物种和自由电子，这些可以蚀刻淀粉颗粒并诱导淀粉和蛋白质分子的聚合或解聚。尽管创新非热技术改变功能性和流变学性质的潜力已在分离的面粉组分（如蛋白质、淀粉和纤维）上得到评估（在大多数情况下，对淀粉和蛋白质分子及超分子结构的作用机制有很好的理解），但关于它们在更复杂基质（如豆类面粉）中的应用，其中组分间的可能相互作用可能显著改变预期结果，所知甚少。本工作简要评估了豆类及其面粉的生产、组成和主要特性。随后详细回顾了常用于改善和改性豆类面粉功能的传统和创新技术。综述将侧重于每种技术的优缺点，特别关注面粉的流变学和功能方面。当关于豆类的信息有限时，也将考虑大豆。

**2 豆类特性与用途**
**2.1 主要豆类生产数据**
联合国粮食及农业组织（FAO）使用术语“豆类”包括所有属于豆科（Leguminosae）的作物。在这个大类中，识别出三个主要类别：豆类（如豆类、鹰嘴豆和干豌豆）、油料作物（包括大豆和花生）以及蔬菜（青豌豆和青豆）。2020年，在这些作物中，大豆全球产量最高（3.65亿吨），其次是花生（5400万吨），而所有豆类合计达到9100万吨（其中豆类、鹰嘴豆和豌豆分别占2700万、1500万和1460万吨）。相比之下，同年所有谷物产量约为30亿吨（其中玉米、水稻和小麦产量最高），这一数字约为大豆产量的10倍，而大豆产量本身是全球豆类产量的四倍。除了全球生产重要性外，豆类在粮食安全中，特别是在发展中国家干旱易发地区，也发挥着关键作用。最近在撒哈拉以南非洲进行的研究强调，采用气候智能型农业实践（如作物多样化、水土保持和最小耕作）可以显著提高耐旱豆类（包括豇豆、木豆和绿豆）的生产力，从而有助于家庭粮食安全和可持续农业系统。聚焦豆类，全球产量从1961年的约4000万吨翻了一番多，到2023年达到9400万吨，印度是迄今为止的主要生产国，其次是加拿大、中国、尼日利亚和缅甸。豆类产量也逐年提高，尽管不同地区和作物的产量差异显著。例如，2020年，根据FAO数据，豆类总体产量从非洲的772公斤/公顷到北美的2020公斤/公顷不等，而豌豆、鹰嘴豆和豆类的全球产量分别为2035、1113和785公斤/公顷。尽管印度生产的豆类约为第二大生产国的三倍，但各国种植的豆类类型不同，加拿大和俄罗斯是豌豆的主要生产国，印度和巴西是豆类的主要生产国，而鹰嘴豆主要在印度和土耳其生产。

**2.2 种子结构及其影响**
豆类种子在大小和重量上差异很大，100粒种子重量从扁豆的0.5-5克到蚕豆的17-70克不等，形状（羽扇豆扁平、豌豆球形）和颜色也各异，但它们具有共同的关键特征。所有种子都是双子叶植物，具有共同的结构，包括保护种子内部的外部种皮、两个为未来植物提供能量储存的子叶，以及将发育出新芽的胚。两个子叶合计占种子总重量的90%，由专门化的薄壁细胞组成，这些细胞储存大量淀粉和蛋白质。这些细胞紧密堆积，由中胶层（一种主要由果胶组成的刚性结构）连接在一起，直接与细胞壁接触。在每个细胞内，淀粉颗粒是主要成分，大小根据豆类品种而异，但在所有情况下，淀粉都嵌入由较小蛋白质体（主要是球蛋白）组成的蛋白质基质中。种皮通常占种子重量的8%-16%，厚度在不同物种间差异很大（扁豆30-40微米，鹰嘴豆423微米）。该结构由横截面可见的多层细胞组成，细胞壁中纤维素和木质素含量较高，使种皮更坚硬、更具抵抗力和防水性，这些特性对于保护层很有用。种子微观结构和宏观结构很重要，影响豆类加工和应用的许多方面。例如，种皮的存在要求制粉公司使用脱皮工艺去除种皮，通常先进行水化以促进去除。这会产生纤维含量较低、颗粒大小均匀性较高的面粉。此外，种子的双子叶性质允许生产裂瓣（dhal，在亚洲极为常见），一些豆类比其他豆类更易裂瓣（如扁豆相对于豆类）。裂瓣种子更小，表面积与体积比更高，导致烹饪时间更短。裂瓣和制粉的难易程度差异也可能源于子叶外层的外生微观结构特征。获得具有完整子叶细胞的面粉（通常通过分解中胶层果胶的工艺，如加热或酸/碱处理）可以使淀粉和蛋白质保持生物封装在细胞壁内。这些过程导致不完全的淀粉糊化和较低的养分生物可及性，这些特性可以针对特定食品（如低血糖指数）进行定制，但也会显著影响所得产品的质地和功能性质（例如，与破碎细胞相比，完整鹰嘴豆细胞面粉的增稠性质较低）。

**2.3 面粉生产与制粉技术**
种子制粉是一个成熟的工艺，有三个主要目标：（i）减小颗粒大小以获得适合各种用途的面粉；（ii）分离不需要的组分，如豆类的种皮或谷物的麸皮；（iii）通过控制淀粉损伤程度和子叶细胞破碎水平来定制特定组分性质。特别是对于豆类，制粉步骤构成了干法组分分离工艺（如空气分级、筛分和静电分离）的基础，这些工艺在研究中的应用日益增多。然而，谷物和豆类制粉差异显著，需要特定的设置和优化以实现产品质量和一致性。这反映在豆类面粉缺乏正式定义，特别是关于颗粒大小方面，而小麦则有明确定义。对于豆类，制粉通常从脱皮开始，旨在适当分离种皮，然后裂瓣子叶，这一特性根据预期用途可以是正面或负面的。脱皮通常使用研磨机进行。对于豌豆，制粉操作已得到充分研究和优化，而对于其他豆类，由于特定形状或非常粘附的种皮，需要预处理以提高脱皮效率，该工艺仍更具挑战性。此类预处理包括浸泡随后用弱碱性溶液干燥，或干法方法如点蚀、刮擦或超声波处理。面粉从脱皮种子使用冲击磨（如针磨、锤磨或离心磨）生产，这些磨倾向于产生细粉，淀粉损伤最小，如果适当优化，可以有效分离淀粉颗粒和蛋白质体，由于这些组分的不同大小导致双峰颗粒大小分布。如前所述，对豆类制粉工艺的兴趣集中在分馏和蛋白质分离上。当使用干法制粉时，后续步骤涉及三种单元操作（筛分、空气分级和静电分离）的不同顺序和重复组合。这些技术按大小、密度和静电变化分离淀粉和蛋白质组分。相比之下，当使用传统湿法（淀粉沉淀和蛋白质溶解/沉淀）进行蛋白质和淀粉分离时，制粉也可以在浸泡的种子上进行，尽管通常起始材料是磨碎的面粉。湿法制粉方法的优点是物料更柔软，易于研磨。该技术常用于玉米分馏和淀粉提取。

**2.4 当前工业应用**
豆类长期以来被不同文化以多种方式使用，因此在不同地理区域产生了差异显著的传统和既定应用。然而，现代应用越来越多地使用豆类面粉，因为它们在烹饪前无需浸泡，使用更方便。研究最充分的应用是在烘焙领域，豆类面粉通常与小麦粉（WF）混合，通过增加蛋白质、纤维和矿物质含量来提高营养价值。小麦粉替代通常达到20%，因为更高比例的豆类面粉往往会对面团流变学性质、面包质地和气体保留产生负面影响。这些问题源于豆类面粉中缺乏结构化组分（如面筋）。此外，这种替代会影响最终产品的颜色和香气（引入豆腥味和青草味），使得豆类面粉在对面团强度和流变学性质要求不高的产品（如饼干、薄脆饼干和蛋糕）中比面包更易使用。关于豆类面粉应用的另一个主要研究领域是无麸质产品的生产。豆类作为营养良好来源的优势，可以部分替代其他常用配料（如来自块茎或特定谷物的淀粉）。多项研究发现，添加豆类面粉可显著改善用于无麸质产品的面糊的流变学性质，导致更好的微观结构、改善的体积和整体产品可接受性。这种改善是可能的，因为起始面糊缺乏面筋，因此豆类中的纤维和蛋白质增强了吸水性并增加了面糊粘度。豆类面粉的其他应用包括零食，如棒状或薯片，其中挤压技术可以创造新的质地。使用豆类面粉作为主要成分，单独或与谷物结合，正在被深入研究。在这些产品中，挤压可以是确保结构和产品稳定的唯一工艺，这得益于施加到面糊上的高温和剪切力。然而，油炸或烘焙也经常与挤压结合以达到所需产品特性。工业界和研究人员越来越多地不仅使用全豆类面粉，还使用特定馏分，如淀粉、蛋白质和不同纯度的纤维。这些产品提供的性质与原始面粉显著不同，并且可以针对每种应用进行定制。通常，蛋白质馏分由于其高含量的两亲性组分而表现出更高的乳化和起泡能力，而富含淀粉的馏分由于淀粉糊化可在热处理后提供更大的增稠潜力。蛋白质分离物（PI）或蛋白质浓缩物（PC）的典型应用包括用作香肠或肉饼中的肉类填充剂，改善保水性并减少烹饪损失。在意大利面生产中，豆类蛋白质馏分已被证明可以增强营养特性并增加意大利面烹饪后的硬度，尽管它们也会导致更高的烹饪损失。豆类蛋白质分离物和蛋白质浓缩物的主要应用是生产“肉类替代品”产品，即设计成模仿传统动物产品某些营养、功能和感官特性的高蛋白产品。在这些产品中，豆类蛋白质是主要成分，与淀粉和特定增稠剂结合以达到所需的功能和营养特性。蛋白质分离物和蛋白质浓缩物之间的关键区别不仅在于其纯度，还在于分离过程，蛋白质分离物通常通过更剧烈的分离方法获得，这也会影响蛋白质状态并恶化其功能性质。豆类淀粉可用作各种产品中的增稠剂，无麸质食品是主要应用。它们也是挤压零食棒的重要粘合剂。类似地，尽管豆类纤维主要用作功能性配料以增加食品中的纤维含量，但它们也有助于控制面糊流变学并作为肉制品中的填充剂。Sadohara等人报告，从2012年到2021年，美国市场推出的含有至少一种豆类成分的新食品产品数量增加了4.1倍，显示出消费者兴趣的稳定增长。这种需求由关键因素驱动，包括豆类被视为更健康的选择（由于蛋白质和纤维含量增加），以及市场细分如纯素食/素食、无麸质和非过敏性产品的扩展。尽管如此，仍存在阻碍豆类产品采用的障碍，包括低感官可接受性、高价格，以及从工业角度看，生产商之间面粉规格的高度变异性（低配料标准化）。

**3 豆类面粉的功能化技术**
豆类面粉（如豌豆、蚕豆、扁豆、鹰嘴豆、豆类）越来越多地用于增加蛋白质含量、替代过敏原和面筋，并支持清洁标签、植物基配方。然而，天然面粉通常具有豆腥味、不一致的水化性、抗营养因子以及缺乏结构化剂（如面筋）。通过定制分子和超分子结构以实现目标技术功能行为的功能化可以解决这些差距。功能化方法差异很大，通常分为物理（热和非热）、化学和生物策略。物理方法广泛包括制粉程序（控制颗粒大小和淀粉损伤）、空气分级（调整淀粉-蛋白质比例）、热处理（湿法和干法，以调节淀粉糊化和蛋白质变性）以及新型非热技术如高压处理（HPP）、超声波处理、脉冲电场（PEF）和冷等离子体（CP）。生物方法，如发芽、发酵或使用特定酶（蛋白酶、淀粉酶、转谷氨酰胺酶），提供了实现类似结果的替代途径。化学方法，包括乙酰化、脱酰胺或交联，代表了面粉功能化的另一种选择。功能性质在使用面粉时至关重要，其控制和优化必须由预期目的和应用指导。评估的关键性质包括水化性和体积行为，通过持水性（WHC）和持油性（OHC）、膨胀力和溶解度测量。糊化曲线（模拟烹饪期间的粘度变化）和热转变（差示扫描量热法（DSC）焓/温度）量化了淀粉-蛋白质随温度的变化。旋转和振荡流变学，结合凝胶强度质地评估，描述了面团、面糊和肉类类似物基质中的凝胶化和可成形性。界面性能通过乳化活性和稳定性指数（EAI/ESI）、乳析稳定性以及起泡性或泡沫稳定性进行评估。共同地，这些参数为设计具有可预测功能性的豆类面粉提供了有用的框架，用于饮料、烘焙食品、乳液和结构化植物基食品。

**3.1 热方法**
热处理是研究最广泛的豆类面粉功能化技术之一，最早的研究可追溯到1980年代。热处理的主要优点是应用范围广泛，因为热量可以应用于整个种子或面粉，在干法或湿法条件下，使用常规方法（如煮沸或烘烤）或创新加热技术（如微波加热、红外辐射或射频加热）。通常，更多研究集中在制粉前的整个种子上，目标不仅包括面粉功能化，还包括香气改善（减少豆腥味）、减少抗营养因子（如胰蛋白酶抑制剂的失活）和颜色优化（增白，通常更适用于面包制作）。表1总结了热处理对豆类面粉功能性质影响的文献发现。持水性（或吸水能力）通常得到改善，但程度差异很大。持油性也观察到类似的改善趋势，尽管程度通常小于持水性，而一些研究也报告了降低。加热对持水性的更强影响在整个研究中一致，很可能源于加热（尤其是在潮湿环境中）对淀粉颗粒的影响。事实上，诱导糊化破坏了颗粒内部的有序分子结构，使直链淀粉和支链淀粉通过氢键更好地与水相互作用。相比之下，持油性通常与面粉中存在的蛋白质相关，而不是淀粉部分。此外，处理后，起泡和乳化性质在整个研究中持续降低。对于这些性质，现有研究倾向于将其与蛋白质部分联系起来，这些蛋白质在热处理后可能发生变性和聚集，导致部分可用亲脂位点丧失，这些位点可以结合脂肪或气泡。尽管整个研究中有普遍趋势，但影响程度差异很大。虽然这可以通过处理参数（最终温度、烹饪时间、使用的水分）和评估方法的不一致性来解释，但观察相同处理对不同豆类影响的研究强调，植物学起源也可能起作用。Stone等人观察到，鹰嘴豆在烘烤后失去了94%的泡沫能力，而扁豆则增加了8%。作者将这种显著差异不仅归因于初始组成不同，还归因于蛋白质部分行为不同；虽然鹰嘴豆的溶解度显著降低，但扁豆面粉保留了部分蛋白质溶解度，从而允许更好的泡沫稳定。Ferawati等人观察到，虽然黄豌豆在烘烤后持水性增加了三倍，但白豆仅增加了80%。同时，抗性淀粉在豌豆中显著增加，但在豆类中减少，表明不同类型的淀粉晶体和直链淀粉/支链淀粉比例可能起作用。然而，仍需进行一项专门研究不同豆类对热处理响应差异原因（考虑组成和微观结构）的工作，以正确理解这些现象并优化处理。热处理中的一个显著区别是水分的存在。湿法系统，如煮沸或浸泡后烹饪，允许更快、更有效的热传递，尽管它们将最终温度限制在100°C，除非使用压力锅。水的量和可用性也关键地影响大分子，如淀粉（在低水分含量下糊化受到强烈抑制）或果胶（较高水分含量通过去甲基化和溶解实现更快的果胶软化）。Choe等人比较了不同整豆（黑豆、芸豆、海军豆和斑豆）的干法和湿法热处理，观察到湿法热处理比干法热处理更有效地提高了持水性，持油性受干法热处理影响更大。此外，两种处理都降低了糊化性质；例如，干法处理将最终粘度降低了96%-98%，而湿法处理仅降低了43%-80%。当比较对面粉（而非种子）进行湿法和干法热处理时，湿法处理的面粉显示出改善的持水性和持油性、降低的蛋白质溶解度，且扫描电子显微镜（SEM）中未见可见淀粉颗粒，而烘烤面粉表现出与对照相似的功能性质和结构。他们的工作强调了在整粒种子和面粉上进行湿法处理之间的区别。对于面粉，所有组分都能适当水化，水扩散不是限制因素，淀粉颗粒可以完全糊化和溶解，形成网络包裹蛋白质和其他颗粒。当湿法处理应用于整粒种子时，糊化仅以非常有限的程度上发生，并受限于细胞壁内，阻碍了凝胶网络的形成。Bento等人也报告了这种行为的证实，其中浸泡后蒸煮的豆类始终比干法蒸煮的豆类显示出更低的糊化焓，尽管干法种子的蒸煮时间长了四倍。最近，干法加热也与海军豆面粉的挤压工艺进行了比较。干法加热的面粉保留了淀粉颗粒完整性，但显示出蛋白质体变性的迹象。当与水混合时，面粉表现出更快的颗粒膨胀和整体改善的糊化性质。相比之下，挤压的高剪切力诱导了淀粉颗粒破坏以及直链淀粉和支链淀粉的释放，同时伴有显著的蛋白质变性。尽管这些影响导致较低的糊化性质，但面粉可以在室温下形成凝胶，其储能模量（G'）值约为4000 Pa，而对照约为4 Pa。最后，研究还评估了热处理豆类面粉在食品生产中的应用，特别是烘焙食品。普遍的模式是，用豆类面粉替代小麦粉不可避免地导致产品可接受性降低，因为面包体积更小、结构更硬、香气不佳。然而，当使用热处理面粉时，小麦粉替代的负面影响减少，导致更好的感官可接受性和改善的面包质地、体积和硬度。

**3.2 生物方法**
在通常被认为是“生物”的功能化选择中，包括发芽、发酵和酶的使用。有趣的是，在前两种情况下，面粉组成被主动改变，要么是由于微生物消耗营养物质，要么是由于胚发育成根和芽。这种显著的组成变化在其他改性技术中不会发生，其他技术主要改变结构、构象或组分间的相互作用。发芽通常分为三个阶段。首先，种子浸泡，允许水扩散和种皮软化。其次，吸水减慢，胚的代谢活动重新启动，产生酶（α-淀粉酶和蛋白酶），使淀粉和蛋白质分解供芽生长。最后，种子吸胀再次增加，允许营养物质更容易地流向发育中的胚。通常，发芽以胚根出现结束，此时种子被干燥以停止反应并允许种子制粉。发芽后，豆类面粉倾向于显示更松散的子叶结构，可能是由于水渗透和酶对细胞壁和中胶层的影响，尽管淀粉颗粒似乎仍然相对未受影响。这可能很重要，因为它可能影响制粉过程。表2报告了关于发芽对豆类面粉功能性质影响的文献结果。大多数研究强调持水性（从9%到130%）和泡沫能力（FC）（从14%到60%）的改善与发芽时间成正比，而关于持油性（从降低17%到增加28%）和乳化活性的报告则更具矛盾性。然而，普遍同意较低的糊化焓，表明发芽期间发生了部分颗粒结晶度丧失。尽管如此，重要的是要注意，不同豆类物种和品种之间发芽效果的高变异性已被报告，如Ghavidel和Prakash以及Mao等人所观察到的，扁豆的持水性增加50%，而鹰嘴豆仅增加11%。不幸的是，对于功能性质的测量，不同研究使用的方法往往略有不同，因此仅考虑趋势而非精确值进行比较更有意义。Ghavidel和Prakash的工作提供了解决方案，他们使用一致的方法比较了四种不同的豆类。有趣的是，虽然乳化能力在豆类之间相对均匀地改善（增加27%-35%），但水和脂肪吸收能力并非如此，改善范围分别为11%-48%和6%-25%。作者没有确定这种不同行为的具体原因，但将其与每种豆类在发芽期间不同的发芽率和酶促机制联系起来。在最近一项比较黄豌豆和蚕豆的研究中，作者提出，除了两个物种之间不同的发芽率外，不同行为也可能源于组成和种子微观结构的差异。具体而言，蚕豆具有更高的蛋白质和纤维含量，导致更致密的微观结构，完全包裹淀粉颗粒，而豌豆在未发芽样品中已可见淀粉颗粒。因此，发芽后基质的更大松散使得蚕豆面粉与豌豆相比，显著改善了一些功能性质。有趣的是，对不同豆类的研究似乎一致认为，较长的发芽时间（2-3天）倾向于降低峰值和最终粘度，而较短的发芽时间（24小时）则导致粘度改善，而所有糊化温度都倾向于降低。发芽24小时糊化粘度增加的原因可能是由于子叶结构的松散和淀粉与蛋白质体之间分离的增加，可能是由于酶促作用。这种现象可以导致更好的淀粉水化，从而获得更高的粘度，而过度的酶活性（>24小时）可能会过度损伤淀粉颗粒，从而阻碍糊化过程。最后，研究一致强调，由于发芽的酶促作用结合较低的抗营养因子，淀粉和蛋白质消化率总体改善。已测试了多种微生物和发酵方法。表3列出了评估发酵对豆类面粉功能化影响的近期研究。通常，发酵可以在整粒种子或面粉上进行，但总是在浸泡和润湿产品后进行。根据润湿程度，发酵可分为固态发酵（SSF，通常使用真菌和霉菌）或浸没发酵（SF，通常用于乳酸菌或酵母）。发酵过程的另一个重要方面是起始产品通常需要灭菌以消除初始微生物污染。因此，面粉发生特定变化，类似于在湿法热处理中观察到的变化（主要是淀粉糊化和蛋白质变性），这些变化在最终产品的功能性质中也起着重要作用。最后，发酵过程的特点是持续时间相对较长（通常约3-4天，但某些研究中可达14天），这可能会降低其工业吸引力。关于对面粉性质的影响，发酵过程对最终面粉的颜色、香气和化学组成影响最大，这是由于微生物的强烈代谢活性，以及由于可用于发酵的微生物数量众多，最终产品变异性最大。关注功能性质的研究表明，发酵通常增加持水性（从9%到80%）和持油性（从9%到80%），这一结果有时归因于可溶性分子产量增加和基质孔隙率增加。泡沫能力和乳化性质有时也可以改善（尽管研究之间报告的高变异性，有些显示高达150%的增加，而其他显示降低53%），主要解释为蛋白水解效应后两亲性肽的产生。相反，糊化粘度被观察到随发酵时间成比例降低，可能是由于发酵期间淀粉损伤以及随后微生物消耗。在最近的一项研究中，Montemurro等人评估了扁豆和鹰嘴豆（预糊化或未预糊化）II型酸面团发酵对面包和意大利面生产的影响。结果表明，微生物群落在生面粉和预糊化面粉之间没有差异，尽管预糊化面粉在发酵1天后乙酸含量更高。关于面包性质，作者观察到发酵对面包硬度的相反影响。虽然未发酵的预糊化扁豆面粉导致比生面粉更高的硬度，但发酵导致生面粉制成的面包硬度增加，同时导致预糊化面粉制成的面包硬度降低。这些结果突出了发酵过程中发生的变化的复杂性质，表明需要更好地理解该过程及其影响以优化面粉改性。

**3.3 化学方法**
缺乏评估豆类面粉化学改性的研究，特别是关于后续功能性质的评估。这可能是由几个因素造成的，例如豆类面粉的经济价值普遍较低，可能不足以证明这种处理的合理性。此外，如前所述，已经有多种方法可以定制面粉的功能性质，使化学改性吸引力降低，因为这些技术通常需要使用特定试剂，这些试剂可能留下痕量，需要特定标签，这可能会阻碍消费者接受。最后，面粉中组成的高度变异性和多种组分的存在可能使这些处理的应用更加复杂和一致，由于可能的干扰。Sinaki等人评估了常用氧化剂（过氧化苯甲酰BP、偶氮二甲酰胺ADA和空气中的氧气）在挤压过程中对豌豆面粉的影响。他们发现，在低于110°C的温度下，空气中的氧气是改善溶解度的最佳氧化剂，而乳化能力和稳定性被BP和ADA大大改善。尽管如此，作者难以确定观察到的功能性质变化背后的确切机制。在另一项研究中，Araoye等人使用乙酸酐对利马豆面粉进行了乙酰化。有趣的是，乙酰化改善了持油性和持水性，在较低乙酰化程度下效果更好，而糊化粘度强烈增加，与乙酰化程度无关。与面粉相比，有大量科学出版物评估了特定豆类面粉馏分（特别是淀粉和蛋白质）的化学改性。蛋白质分离物可以进行脱酰胺、磷酸化、糖基化和乙酰化。类似地，淀粉可以进行乙酰化、氧化、交联和酸解。关于淀粉化学改性的效果和机制的全面总结和解释，请参见Bangar等人和Ren等人的工作。

**4 创新非热功能化技术**
创新功能化技术包括一系列技术，其工业应用相对有限，作用机制不完全依赖热效应，尽管所有此类应用都可能引起一些加热。非热技术尚未被直接研究用于改善面粉性质。事实上，它们最初在食品领域被研究和应用是为了提高提取和微生物安全性。以下部分提供了关于评估使用这些技术改性豆类面粉性质的最新文献综述。当豆类研究不可用或有限时，包括其他豆类（如大豆）的影响。然而，由于大豆种子含油量明显更高以及随后的不同微观结构，重要的是要承认，在大豆上获得的结果可能无法直接重复到豆类种子上。

**4.1 静态高压处理**
高静压处理（HHP）是一种在食品工业中具有众多应用的处理技术。它通过向预包装产品施加高达1000 MPa的静态压力来工作，这些产品放置在充满水并加压的腔室中。在操作过程中，水瞬时且均匀地将压力传递给被处理产品。在这些条件下，根据勒夏特列原理（在平衡状态下，系统倾向于最小化任何外部施加力的影响），任何伴随体积减小的现象，如化学反应或相变，都受到压力增加的促进。在大分子上，这些效应导致其空间构象的变化，最终导致弱键（范德华力、氢键和离子相互作用）的断裂。对于蛋白质，变形可导致二级和三级结构丧失甚至胶凝，而在淀粉中，颗粒晶体结构可以被改变。必须注意，观察到的改性在压力释放后通常只能部分恢复。这些效应是观察到的功能性质改性的基础。许多应用集中在豆类上，大多数研究检查对面粉的影响，而只有一项直接研究了种子。表4列出了通过应用HHP改性豆类功能性质获得的主要结果。当对整粒种子进行处理时，作者发现HHP诱导的效应强烈依赖于豆类类型，其中杰克豆受影响最小，在HHP处理后持油性和乳化稳定性未显示统计学显著差异。加压后，豇豆的泡沫能力增加，而木豆的泡沫能力降低。不同植物学起源的豆类在经过HHP处理后功能性质的显著不同响应非常有趣，作者将其主要归因于蛋白质含量和组成的差异。具体而言，虽然所有豆类都有一个约45-67 kDa的主要馏分，但杰克豆在94 kDa处呈现主导带。有趣的是，这条蛋白质带在还原条件下仍存在，表明非二硫键相互作用可能使其在结构上对压力具有抵抗力。尽管如此，不应忽视不同微观结构的可能影响，因为观察到非淀粉颗粒粘附在淀粉颗粒上对淀粉本身在加压时具有保护作用。然而，当处理整粒种子时，功能性质的影响通常小于其他研究人员对面粉工作的发现。这与Alvarez等人的发现一致，他们观察到干法处理面粉与浆料相比，凝胶性质影响较小。此外，这种浆料中较高的面粉浓度再次降低了HHP诱导的效应。虽然作者没有明确指出确切原因，但他们认为这可能与水作为增塑剂的作用有关。换句话说，如果有更多水分子可用，则水与分子之间的相互作用改善，这是实现淀粉晶体区域破坏所必需的现象，这是糊化的基础。Kweon等人对大豆蛋白质在含有不同增塑剂的溶液中进行压力变性的研究结果可能支持这些结果。他们观察到，高糖浓度或其他溶剂的存在有助于降低蛋白质对压力的敏感性。总体而言，研究人员一致认为，HHP可以诱导部分淀粉糊化、结晶度丧失以及伴随的蛋白质变性，尤其是在较高压力下，如600 MPa。这些效应取决于面粉状态（浆料中水的量）以及与其他组分的相互作用，因为相同的处理被发现对分离的淀粉比全绿豆面粉更有效。具体而言，当评估HHP下面粉中淀粉的结晶度时，发现面粉中存在的淀粉颗粒比分离淀粉保留了更多结晶度，从显微镜观察中保留马尔他十字和形状也观察到类似趋势。虽然机制尚不清楚，但似乎粘附的蛋白质体和非淀粉基质对面粉中的压力具有保护作用。另一个一致的研究发现是，加压处理后面糊粘度和稠度增加，而在加热时（例如在糊化分析期间），形成的凝胶往往更弱，具有较低的粘度或储能模量。这种行为可能源于改变的蛋白质构象允许更好的蛋白质-蛋白质相互作用，以及部分淀粉糊化，两者都能增加粘度。加热时，预先损伤的淀粉的存在可能阻碍适当膨胀，从而降低总体观察到的峰值粘度。最后，关于主要加工变量（压力、温度和保压时间）的影响存在一致性。结果表明，目标压力是分子构象和功能性质变化的主要驱动因素，而温度和保压时间起次要作用，尽管其影响仍然可见，糊化和蛋白质变性随更长的保压时间或更高的加工温度而增加。

**4.2 动态高压处理**
动态高压处理在食品工业中广泛使用，主要用于乳脂肪的乳化和稳定。这些处理涉及一个连续过程，其中液体被迫通过一个窄阀，产生高压、湍流和剪切力，从而减小乳液和悬浮液的尺寸分布。该类别中的两个主要过程是高压均质化（HPH）和微射流，主要区别在于处理腔室的设计。HPH在窄阀后有一个冲击环，而微射流将流体分成两个毛细管，导致射流碰撞。被认为负责大分子改性的机制是高速剪切力结合空化和局部温度升高，这可能导致蛋白质亚基的解聚（丧失四级结构）以及二级和三级结构的部分丧失。在淀粉中，这些效应被认为源于HPH处理影响分子和颗粒结构。几项研究强调了处理后颗粒表面出现粗糙表面和孔洞，以及颗粒合并和结晶度丧失。这些现象，结合分子影响如支链淀粉脱支和分子量降低，与宏观性质的变化相关，如较低的糊化曲线、降低的回生和更高的消化率。有趣的是，在淀粉中观察到的功能性质改善似乎与压力和通过次数成正比，而这一趋势在蛋白质中未观察到。在后者的情况下，一些研究表明存在最佳处理条件，超过该条件功能改善（如溶解度）可能下降，可能是由于过度