《Food Hydrocolloids》：Pro(cessing) versus anti(nutrients): how common bean flour processing and formulation impact antinutrient levels and
in vitro macro- and micronutrient digestion properties
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紅腰豆加工過程中浸泡、去殼及熱處理對抗營養素水平的影響及對營養素生物利用率的影響。研究發現浸泡顯著降低胰蛋白酶抑制劑和多酚含量，去殼減少多酚88%，熱處理對多酚和植酸影響較小但有效降解胰蛋白酶抑制劑。保留外殼可增加膳食纖維，但可能降低礦物質生物利用率。
埃絲特·斯塔斯（Esther Staes）|多琳·杜伊森斯（Dorine Duijsens）|索菲·范德維爾德（Sofie Vander Velde）|瑪莎·米哈爾斯基（Masha Mikhalski）|安·范洛伊（Ann Van Loey）|塔拉·格勞維特（Tara Grauwet）
魯汶大學（KU Leuven）微生物與分子系統系（M2S）食品技術實驗室，地址：Kasteelpark Arenberg 22，3001，魯汶，比利時
摘要
有多種工藝可用于生產豆類面粉。盡管這些不同的生產方法可能會影響抗營養因子的含量，但以往的大多數研究都集中在整粒種子上，因為整粒種子通常需要比面粉更復雜的加工過程。因此，本研究采用了多種工藝來生產豆類面粉，包括浸泡、去殼以及在不同溫度和時長下進行煮制，隨后評估了抗營養因子的含量。浸泡導致胰蛋白酶抑制劑和多酚的浸出，而植酸僅發生了微小變化。去殼主要影響了多酚的含量，使其減少了88%。雖然熱處理對多酚和植酸的含量沒有影響，但胰蛋白酶抑制劑對熱非常敏感，在溫和條件下其活性也會顯著下降。此外，由于豆類外殼中含有高濃度的抗營養因子，在面粉生產過程中通常會被去除，但它們也可能成為纖維和其他潛在生物活性成分的來源。然而，外殼的存在可能會影響宏量營養素的消化率和礦物質的生物利用度。因此，將不同比例的外殼加入到兩種具有不同微觀結構的面粉中——即開孔型面粉和細胞型面粉。完整的豆細胞顯著減緩了淀粉的分解，而添加外殼的影響有限。相比之下，豆細胞的完整性和種皮的存在顯著降低了蛋白質的分解速率，后者還降低了最終的蛋白質分解程度。細胞型面粉中的礦物質生物利用度較低，并且添加外殼后進一步降低。這些發現為估算豆類面粉中的抗營養因子含量提供了有價值的見解，有助于在決定是否保留外殼于面粉中時做出明智的決定。
引言
常見的豆類屬于豆科植物，因其環保的生產方式和富含不易消化的淀粉、蛋白質、纖維和礦物質而常被推薦為可持續健康飲食的一部分（Hall等人，2017年；Semba等人，2021年；Willet & Rockstr?m，2019年）。然而，豆類也含有稱為抗營養因子的成分，這些成分會影響宏量和微量營養素的消化率和生物利用度。這類化合物種類繁多，其中重要的例子包括胰蛋白酶抑制劑、多酚和植酸（Das等人，2022年；Sharma，2021年）。胰蛋白酶抑制劑（如胰蛋白酶抑制劑）通過使蛋白酶失活來降低蛋白質的消化率（Avilés-Gaxiola等人，2018年；Das等人，2022年；Sharma，2021年）。相比之下，多酚通過與淀粉形成復合物或結合淀粉酶來抑制淀粉的消化，從而降低其活性。此外，它們還與蛋白質消化率和礦物質生物利用度的降低有關（Kardum & Glibetic，2018年；Le等人，2024年；Rousseau等人，2020b年；Sharma，2021年；Sun & Miao，2020年；Visvanathan等人，2024年；Vitali等人，2008年）。植酸由于其強螯合離子的能力，也會降低礦物質的生物利用度，并與蛋白質消化率的降低有關（Campos-Vega等人，2010年；Gilani等人，2012年；Rousseau等人，2020c年）。
不同的加工步驟（如去殼、浸泡和擠壓）會顯著影響這些抗營養因子的含量（Das等人，2022年；X. Li等人，2024年；Patterson等人，2017年；Sharma，2021年；Shi等人，2017年，2018年；Vashishth等人，2021年）。以往的相關研究主要集中在整粒豆類種子中的抗營養因子含量上，因為這些種子通常需要經過復雜的加工才能適合食用（An等人，2024年；Kyomugasho等人，2023年）。然而，目前全球每天攝入的整粒豆類量不到推薦攝入量的一半，因此人們對基于豆類的成分（如面粉）產生了更大的興趣，因為這些成分可以方便地促進豆類的消費（Rawal & Navarro，2019年；Willet & Rockstr?m，2019年）。這類面粉可以通過多種方式生產，而且往往比整粒豆類需要更少的加工，這可能會影響抗營養因子的含量。例如，最簡單的生產豆類面粉的方法是直接研磨原始種子。然而，在機械粉碎之前也可以添加額外的加工步驟，如浸泡和/或去殼。此外，豆類可以在不同溫度下進行熱處理，并在粉碎前保持不同的時間。所應用的熱處理條件對淀粉糊化程度、蛋白質變性以及細胞壁和中間層中果膠的溶解度有顯著影響（Kyomugasho等人，2023年；Okelo等人，2024年）。后者又顯著影響了機械粉碎后的面粉微觀結構（Chigwedere等人，2018年）。最近的研究表明，通過在高溫下進行長時間的熱處理，可以生產出僅包含完整子葉細胞的豆類面粉（即細胞型面粉）。與傳統直接研磨的面粉相比，細胞型面粉中的宏量營養素被包裹在細胞壁內，從而減緩了消化過程。這被認為具有健康益處，如延長飽腹感（Duijsens等人，2022年；Edwards等人，2020年；P?lchen等人，2022年）。雖然將豆類面粉加入常見食品中可以增加豆類的消費量，但也可能增加抗營養因子的攝入量。因此，詳細了解不同加工步驟（包括在不同溫度下進行不同時間的熱處理）對豆類面粉中抗營養因子含量的影響至關重要。
在當前豆類面粉的工業生產中，通常會去除種皮。這是因為種皮帶有苦味，顏色較深（不總是受歡迎），并且可能含有農藥殘留或霉菌毒素（Zhong等人，2018年）。此外，去殼可以顯著降低某些抗營養因子的含量，如多酚（Patterson等人，2017年）。去除的種皮大多被視為廢棄物，通常用于動物飼料，而不是用于人類消費（Zhong等人，2018年）。然而，豆類外殼含有大量的膳食纖維，如細胞壁多糖、半纖維素和果膠（Rousseau等人，2020b年；Zhong等人，2018年）。盡管果膠能夠結合礦物質，去殼可能提高礦物質的生物利用度，但膳食纖維的攝入也與多種健康益處相關，如降低心血管疾病風險和改善體重管理（Grundy等人，2016年；Gwala等人，2020年；Kendall等人，2010年；Le等人，2024年；Rousseau等人，2020b年；Rousseau等人，2020c年）。此外，種皮富含某些礦物質，例如含有超過30%的種子總鐵含量（Rousseau等人，2020c年；Wang等人，2009年）。此外，種皮中的多酚也具有抗氧化和抗炎作用（Due?as等人，2006年；Le等人，2024年）。從這個角度來看，保留豆類面粉中的種皮有助于解決纖維攝入不足的問題，并通過減少廢棄物來提高生產過程的可持續性。然而，由于種皮中的高多酚和纖維含量可能會影響礦物質的生物利用度以及淀粉和蛋白質的消化率，因此評估種皮添加對這些性質的影響至關重要。
本研究調查了紅豆面粉的生產和配方對抗營養因子含量以及體外宏量和微量營養素消化率的影響。首先，研究了浸泡、去殼和在不同溫度下進行熱處理對紅腰豆面粉中胰蛋白酶抑制劑活性以及多酚和植酸含量的影響。其次，研究了兩種類型面粉（開孔型面粉和細胞型面粉）的淀粉和蛋白質的體外消化率以及礦物質的生物利用度。具體來說，選擇了一種未經熱處理的開孔型面粉和一種在95°C下熱處理90分鐘后的細胞型面粉。由于這兩種面粉采用了本研究中最極端的溫度-時間組合，因此也適合用來評估中等條件下的加工效果。此外，由于它們的生產過程不同，它們的微觀結構也大不相同——即開孔型面粉含有自由細胞物質，而細胞型面粉含有完整的子葉細胞。預計這些由加工引起的差異會顯著影響消化行為。最后，研究了面粉配方中富纖維外殼的添加對消化性質的影響。為此，再次選擇了開孔型面粉和細胞型面粉。通過研究外殼添加對這兩種極端類型面粉的消化行為的影響，可以評估其對采用中等加工方法生產的更廣泛面粉類型的消化率的潛在影響。這兩種面粉分別與兩種比例的浸泡后外殼粉末混合：首先添加10%（w/w）的浸泡后外殼粉末，以模擬豆類種子中外殼與子葉的實際比例；其次添加50%（w/w）的浸泡后外殼粉末，作為高膳食纖維含量的上限。通過評估這兩種比例的影響，可以更深入地了解種皮添加對淀粉和蛋白質消化率以及礦物質生物利用度的實際影響程度。假設由于種皮中含有高量的抗營養因子，其存在會顯著影響消化性質。本研究不僅提供了關于不同生產方式豆類面粉中抗營養因子含量的見解，還為在面粉生產過程中是否保留種皮提供了更明智的選擇依據。
材料
2022年在比利時梅爾貝克（Merelbeke）種植和收獲的紅腰豆（Phaseolus vulgaris L.）由Casibeans（比利時梅爾塞勒（Melsele）慷慨捐贈。經過手工篩選后，干燥的種子（水分含量<10%）在-40°C下儲存，直至使用。所有試劑和消化酶均來自Merck KGaA（德國），總淀粉試劑盒和植酸測定試劑盒（Megazyme，Bray，愛爾蘭）除外。
胰蛋白酶抑制劑活性
不同紅豆面粉生產過程對胰蛋白酶抑制劑活性的影響如圖3A和B所示。浸泡使胰蛋白酶抑制劑活性從10118.16 TIU/g降低到10014.67 TIU/g。這種降低可以歸因于胰蛋白酶抑制劑（一種水溶性蛋白質）浸出到浸泡水中（Avilés-Gaxiola等人，2018年；Shi等人，2017年）。這一點通過測量得到的浸泡水中的抑制劑活性3665.18 TIU/g得到了證實
結論
研究了不同豆類面粉生產過程對胰蛋白酶抑制劑活性以及多酚和植酸含量的影響。浸泡導致胰蛋白酶抑制劑浸出，種皮和子葉中的活性均有所下降。多酚也在浸泡過程中浸出，其中子葉中的損失大于種皮。另一方面，去殼導致總多酚含量顯著降低
CRediT作者貢獻聲明
索菲·范德維爾德（Sofie Vander Velde）：研究、數據分析、數據管理。瑪莎·米哈爾斯基（Masha Mikhalski）：驗證、方法論、概念化。埃絲特·斯塔斯（Esther Staes）：撰寫初稿、可視化、驗證、方法論、研究、數據分析、概念化。多琳·杜伊森斯（Dorine Duijsens）：撰寫、審稿與編輯、監督、方法論、概念化。安·范洛伊（Ann Van Loey）：項目管理、資金獲取、概念化。塔拉·格勞維特（Tara Grauwet）：撰寫、審稿與編輯、監督
未引用的參考文獻
Duijsens等人，2024b.
資金支持
E. Staes和M. Mikhalski是由弗蘭德斯創新與創業計劃（VLAIO）和弗蘭德斯食品計劃（Flanders’ FOOD）在PulseFlour項目（cSBO項目，授權號HBC.2022.0686）框架下資助的博士研究員。D. Duijsens是由弗蘭德斯研究基金會（FWO，授權號12A0225N）資助的博士后研究員。作者感謝魯汶大學內部資金的財政支持。
利益沖突聲明
? 作者聲明沒有已知的財務利益或個人關系可能影響本文所述的工作。
致謝
作者感謝Michiel Nuyts在實驗工作上的支持，以及Casibeans提供的原始種子。
