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豆渣在焙烤食品中的应用研究

    我国是世界上大豆加工的主要国家之一。豆渣是大豆油脂、酱油、豆腐等豆制品加工的副产物，约占全豆干重15%~20%，我国每年大约可产2 000 万t 湿豆渣。但由于豆渣口感粗糙，水分含量大，易腐败变质，且运输困难，因此通常只用作饲料或直接废弃，不仅浪费资源，而且易造成环境污染[1]。
    随着社会的发展，人们越来越注重食品的营养与健康，对焙烤食品也有了更高的要求。当前我国人均膳食纤维摄入量只有推荐摄入量的一半，一些企业和研究人员考虑在焙烤食品中加入豆渣纤维粉[2]，以满足人们的需求。随着人们保健意识的不断增强，豆渣系列焙烤产品加工工艺会不断得到改进，豆渣的经济价值和营养保健功能将会得到更好的发挥。
    1· 豆渣的营养构成
    豆渣的主要营养成分如表1 所示[2]。豆渣中含有丰富的大豆蛋白和膳食纤维，其纤维含量是燕麦的4~5 倍（燕麦含10.5％的膳食纤维）。豆渣中纤维遇水膨胀后体积增大，易引起饱腹感，对预防肥胖有独特的功效。豆渣纤维的高持水力，增加了粪便的含水量及体积，加强了大肠的蠕动，缩短排空时间，促进粪便的排泄；同时使肠道内致癌物及一些有毒物质随粪便排出，减少致癌物与结肠的接触机会，从而达到预防肠癌的功效[3- 4]。可溶性纤维可降低餐后血糖生成和胰岛素升高的机率，对治疗胰岛素依赖型糖尿病患者有较好功效。将豆渣应用到食品中人们可以用很少的添加量享受高质量的膳食纤维及低热卡值食品。如表2所示[2]，豆渣蛋白中的必需氨基酸在组成上与大豆蛋白基本相当。特别是赖氨酸含量较高，可以弥补谷类食品中赖氨酸的不足，起到氨基酸互补作用，提高蛋白质的利用率和营养价值。
     2· 豆渣预处理
    豆渣通常是以粉末状与面粉混合后以适当比例替代面粉，应用在焙烤食品中。在豆渣制粉前，需要进行预处理，如干燥、粉碎、挤压、发酵、酶解等，不同的预处理工艺对焙烤食品的影响是不同的，并且预处理在提升豆渣作用、改善产品质量和促进营养吸收方面作用显著。
    2.1 干燥
    鲜豆渣含水分较高且含有较丰富的蛋白质、脂肪等营养物质，所以很容易被微生物发酵而导致腐败，不易贮藏，因此需要对豆渣进行干燥处理。常规的干燥技术主要有滚筒干燥、热风干燥或减压干燥等手段。日本九川食品公司和宫平食品公司等组织开发了较为高效的管道式干燥机和滚筒干燥机等干燥装置。除了传统的加热方式，国外也有一些学者和企业采用了远红外线加热干燥技术处理湿豆渣[5]。国内李里特和李修渠等人对豆渣的电渗透脱水工艺进行了较深入研究，该方法很容易控制脱水的速率，效率较高[6]。
    2.2 粉碎
    加工豆制品得到的豆渣，在用于烘焙食品前应粉碎，以降低粗糙感。豆渣的细化，应以石制或陶瓷制装置为佳，金属磨碎装置，会由于磨擦作用产生金属味，影响品质。磨碎后的豆渣粒度以不产生粗糙感为上限，通常在0.1 mm 以下。如果粉碎程度达到300 目以上，则是超微粉碎[7]。采用超微粉碎技术将豆渣颗粒变小，能使其具有良好的乳化性、增稠性，提高了豆渣的可食性。也有学者研究发现，超微细粉碎处理提高了豆渣粉的持水能力，防止水分散失，这对淀粉失水老化会起到延缓作用[8]，所以经过超微细粉碎的豆渣粉适于制做各种淀粉类食品的添加剂和生产方便食品。
    2.3 挤压
    挤压热处理能使豆渣纤维中各种聚合物成分的聚合度、相对分子质量、单糖组成及其在纤维总量中的相对含量发生变化。最主要的是，水溶性膳食纤维含量得以提高。由于水溶性聚合物成分都是凝胶多糖，可形成一定黏弹性的三维网络结构，起到类似面筋网络结构的作用，因此对面筋起到改良作用[9]。另外，挤压通过热的作用，可进一步消除豆渣中的抗营养因子，杀灭脂氧酶，使豆渣中的蛋白质适度变性，从而改善产品的风味和储存性能，并且利于机体的消化吸收。一般富含纤维的原料常含有较多的植酸，植酸具有金属螯合作用，会影响人体对微量元素的吸收。挤压可降低植酸与金属离子的鳌合作用，改善豆渣粉对机体微量元素吸收的影响，并提高膳食纤维与阳离子的交换能力，改善产品的功能性。
    2.4 发酵
    鲜豆渣含有丰富的蛋白质、脂肪、碳水化合物等营养物质。有学者研究用微生物发酵豆渣。通过发酵的作用，豆渣中的蛋白质等大分子物质被有效降解，小分子肽、氮基酸含量提高，还能获得几种人体必需但本身不能产生的氨基酸，所以豆渣发酵后有着更为丰富的营养成分，营养成分更易于被人体吸收，从而使产品能很好地满足老年人、小孩及其他特殊人群的需要。另外，发酵豆渣的另一个好处是，有些微生物通过发酵可有效地去除豆渣的腥味，呈现出发酵豆渣特有的清香味。于永红、兰菲等人通过不同菌种发酵豆渣，并将产品应用于饼干和面包等焙烤食品中，都证实了发酵豆渣具有较好的使用价值[10-11]。
    2.5 酶法处理
    为解决由于添加豆渣纤维造成面包品质下降的问题，常采用添加酶制剂的方法来水解豆渣，为豆渣面包工业化生产奠定基础。周德红、赵功玲、姚晓玲等用不同酶将豆渣中部分不溶性膳食纤维降解，以此增加可溶性膳食纤维的含量以提高豆渣的利用率。实验结果证实添加酶解后的豆渣的焙烤食品，膳食纤维含量高、甜度适中、有特殊豆香味、酥而不腻[12-14]。
    3· 豆渣对焙烤食品感官质量的影响
    作为食品生产的最终追求，感官质量评价能更准确的了解工艺或原料配比是否最优，也是评价食品质量的最重要的手段。当前，豆渣添加到焙烤食品（面包、饼干和糕点等）的应用研究中，大多集中在如何调整配比使得食品感官质量达到最优。总的来看，豆渣添加到焙烤食品中，会使得产品的外观性状和口感风味发生一定的变化。
    3.1 面包
    在面包中添加豆渣，面包体积会随着大豆膳食纤维含量的增加而减少，其原因是面筋被稀释，面筋与纤维物质发生相互作用，从而导致面筋网状结构的萎缩。随着面包中大豆膳食纤维含量的增加，面包的重量也随之增加，这主要是由于纤维物质持水力较强所致[15]。王亚伟等研究发现，大豆纤维添加量为5%的面包不会明显影响面包的品质，而且可以改善面包的风味，而添加量增至10%时，其外观和内在质量均明显下降[16]。陈正宏等试验发现，随着豆渣粉添加量的增加，面包体积和比容逐渐增大，直至最大值，又逐渐减少，研究得出豆渣添加量为3%时面包体积和比容最佳[17]，宋欢也得出了类似的结论[18]。
    不论何种来源的纤维如果仅以简单的方式直接添加，当添加量超过7％时就会引起面筋筋力减弱和气体保持能力下降。所以当不溶性纤维的用量增加时，还必须添加其他制剂，如可溶性纤维（胶类）来改善粗糙的质感和咀嚼时的砂粒感。另外可溶性纤维（胶质）的添加还能增加制品弹性，延长货架期。为了解决这一问题，姚晓玲等通过添加酶制剂的方法解决了豆渣纤维面包工艺中面包品质下降的问题[14]。
    面包的硬度和弹性等也是考察的一些主要因素。宋欢通过TA-TZi 质构仪对面团和面包的物性进行测试，表明豆渣膳食纤维的添加虽增加了面团的起始硬度，但随发酵的进行，这种效果逐渐减弱[18]；同时纤维的添加减小了面团的黏性，且这种影响不会因发酵而改善。豆渣膳食纤维在4%添加量时对面包硬度、弹性、回复性等指标影响较小。但高水平的添加量会大大降低面包的评价值，同时发现少量膳食纤维的添加可以延缓面包的老化。
    3.2 饼干
    饼干也是一类重要的焙烤食品，相对于面包而言，饼干对面粉筋力要求较低，因此可较大比例地添加豆渣膳食纤维，可制作以膳食纤维功能为主的保健饼干。有研究表明，一定量纤维的加入，会使面团的可塑性增加，弹性降低，从而面团易成型，模纹清晰；同时，产品的咀嚼感好，酥脆性增加。吴金凤等人研究并探讨了豆渣纤维饼干生产中原辅料和加工工艺对饼干面团性能与成品感官质量的影响，证明豆渣粉的添加量直接影响饼干面团的性能及成品的口感[19]。通过调整油、糖、水的比例，可将豆渣粉替代面粉的量提高到40%，添加量越大，油的使用量也越大。
    关于豆渣在饼干中的添加最佳适宜范围，不同学者有着不同的见解，这可能是感官评价存在较大人为主观性造成的。姚晓玲等的研究结果表明豆渣粉的添加量对面团性能和成品风味产生直接影响，其替代面粉量的适宜范围为0%~22%[20]。
    而肖少香等在2004 年研发了一种高纤维无糖豆渣饼干，其实验结果表明最佳配方以面粉量为基准，干豆渣和玉米淀粉各为40%[21]。陈卫梅在基本配方的基础上添加富含大豆膳食纤维的豆渣粉，并通过正交试验确定了大豆膳食纤维饼干的最佳配方为豆渣粉占面粉33%，制得的大豆膳食纤维饼干质量最佳[22]。
    3.3 糕点
    糕点的原料多含有大量水分，烘焙时会失去水分使产品硬度增加而影响质量。加入豆渣后，因豆渣中的膳食纤维具有较高持水力，可吸附大量水分，有利于产品保持体积和柔软度，同时降低成本。大豆纤维的添加量一般为面粉的20%~25%。
    李雨露通过实验发现豆渣含量的高低会直接影响成品的口感，含量高，口感粗糙；含量低，不能起到弱化面筋的作用，不利于蛋糕品质的改善[23]。陆宁等试验表明，在蛋糕中添加适量的大豆纤维，增强了蛋糕的持水性，减少蛋糕在贮存中失水收缩，延长蛋糕的货架期[24]。分布于面粉之中的大豆纤维对蛋糕内部的结合力有一定影响，在烘烤过程中有产生裂口的倾向，且用量较大时导致蛋糕内部组织结构粗糙，表面凹凸不平，降低产品的感官质量。因此，用量也不可过大。此外，邵秀芝等研究得出在大豆纤维蛋糕生产中需适当延长拌粉时间和烘烤时间，当添加量为12%时，可生产出膳食纤维高，质量满意的蛋糕[25]。
    李雨露和吴素萍分别对豆渣蛋糕进行了研究，在保证蛋糕感官评价指标良好的情况下，提高了蛋糕中膳食纤维的含量[23, 26]。前者将豆渣提升到面粉的30%，后者将豆渣含量提升到面粉和淀粉总和的33%。
    4· 豆渣对焙烤食品面团流变学性质的影响
    面团是面筋蛋白与水发生了溶剂化作用，并且定向剪切力使得多肽链间发生二硫键和次级键（氢键、疏水键、离子键）的断裂和重组，从而形成了有序的空间网状结构[27]。
    豆渣主要是由碳水化合物构成，碳水化合物暴露的游离羟基与水的作用不同于蛋白质与水的作用，所以添加纤维后面团的性质会发生改变，即影响面团的流变学性质。通常纤维制品加入到面粉中，由于稀释了蛋白含量，弱化了面筋网络结构，从而恶化了面团流变学特性，但是，对于成分较复杂的豆渣而言情况有所不同[28]。
    另外由于豆渣含有一定量的果胶类物质和戊聚糖（阿拉伯戊聚糖），它们均属已知的面团品质改良剂，这就使得豆渣添加对面团特性的影响情况变得复杂起来。在一定范围内添加豆渣，可以改善面团的粉质和拉伸等流变学特性，但当超过这一限度时，豆渣粉或其纤维粉对面团流变学特性就起到恶化作用。
    4.1 对粉质特性的影响
    郑建仙在1995 年以富强粉为例较系统地研究了活性大豆纤维粉对面团性质的影响，通过研究发现活性纤维粉的添加可明显改善面团的粉质曲线[29]。具体来看：添加了纤维粉，面团吸水率增大、形成时间延长，稳定时间显著延长和衰落值减小，粉质曲线综合指标评价值逐渐增大。可以发现，随着纤维粉添加量的增大，粉质曲线稳定性、评价值等指标的改良程度越来越明显，但也带来“终弹性”指标下降这一缺点。
    但是，肖安红等在2007 年通过AACC54-21 方法分析了大豆豆皮膳食纤维对小麦粉流变学性质的影响，研究结果表明，面团的形成时间随膳食纤维添加比例的增大呈上升趋势；并且当大豆豆皮膳食纤维添加百分比到达某一值时，面团稳定时间会出现一个峰值，而并不是随着添加量的增大出现趋势性变化[30]。2010 年, 王苏闽等的研究结果也表明在一定范围内添加纤维会改善面团特性，超过这一范围则会恶化其性质[31]。
    进一步，宋莲军和李争艳也对此进行了深入地研究[32-33]。他们则通过研究找到最优添加量来使得各指标最优。他们的研究证明豆渣添加量对面粉粉质影响较大，面团稠度、形成时间、稳定时间、粉质指数随着豆渣添加量的增加呈现先上升后下降的趋势，当添加量为7. 5% 时，这些指标均达到最优值；弱化度则随豆渣添加量的增加呈现先下降后上升的趋势，当添加量为7. 5%时，弱化度达到最小值。与未添加豆渣的面粉相比，面粉吸水量均有所增加[26]。
    4.2 对拉伸特性的影响
    膳食纤维替代部分面粉后，面团不仅粉质特性发生了较大变化，拉伸特性也发生了改变。评价面团拉伸曲线特性有四个主要指标：粉力、抗拉阻力、延伸性和拉力比数，在一定范围内这四个参数的数值越大，则表明面团的拉伸特性越好。
    郑建仙的研究表明，面团拉伸曲线的变化总趋势是抗拉阻力和拉力比数增大，说明是强化了面团筋力；粉力和延伸性变小，这又说明是恶化了面团特性。因此，豆渣的添加对面团拉伸特性的影响也存在双重性[29]。
    经过分析，豆渣中还含有半纤维素阿拉伯木聚糖复合物，这是一种不溶性戊聚糖。有试验验证，大豆戊聚糖对拉伸曲线的影响是使粉力略有下降、抗拉阻力增大、延伸性下降和拉力比数增大。戊聚糖改良面团特性的原因在于戊聚糖通过酚酸（阿魏酸）的活性双键与面粉蛋白质结合成更大分子的网络结构，强化了面团特性[34]。
    但是，宋欢的研究结果则显示，豆渣粉的添加量对粉质特性的影响随着豆渣膳食纤维粉添加量的增大，混粉的粉力、最大抗拉力、延展性和拉伸比都逐渐减小，与郑建仙的数据趋势有一些出入[18]。
    5 ·尚待解决的问题
    虽然国内外有关专家学者一直致力于研究和拓展豆渣在焙烤食品中的应用，以此提高焙烤食品品质和拓展豆渣的深加工利用，但目前在这一领域的研究还有一些问题未得到合理解决，需要进一步的研究。如豆渣中各成分与面粉中各成分间的相互作用研究。豆渣添加到面粉中，并且经过一系列机械加工和热加工的过程，这可能会促进或“激发”豆渣和小麦粉组分间的作用，而这一领域也近乎空白。如果揭示了这一作用机理，将会对豆渣粉对面团流变学性质机理的探究起到很好的推动作用。另一方面是大豆豆渣脱腥问题，因豆渣的腥味限制了其在培烤食品中的应用，如何开发出生产上简单易行、成本低廉的加工工艺来对豆渣进行脱腥处理值得关注。

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