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红腰豆加工过程中浸泡、去壳及热处理对抗营养素水平的影响及对营养素生物利用率的影响。研究发现浸泡显著降低胰蛋白酶抑制剂和多酚含量，去壳减少多酚88%，热处理对多酚和植酸影响较小但有效降解胰蛋白酶抑制剂。保留外壳可增加膳食纤维，但可能降低矿物质生物利用率。
埃丝特·斯塔斯（Esther Staes）|多琳·杜伊森斯（Dorine Duijsens）|索菲·范德维尔德（Sofie Vander Velde）|玛莎·米哈尔斯基（Masha Mikhalski）|安·范洛伊（Ann Van Loey）|塔拉·格劳维特（Tara Grauwet）
鲁汶大学（KU Leuven）微生物与分子系统系（M2S）食品技术实验室，地址：Kasteelpark Arenberg 22，3001，鲁汶，比利时
摘要
有多种工艺可用于生产豆类面粉。尽管这些不同的生产方法可能会影响抗营养因子的含量，但以往的大多数研究都集中在整粒种子上，因为整粒种子通常需要比面粉更复杂的加工过程。因此，本研究采用了多种工艺来生产豆类面粉，包括浸泡、去壳以及在不同温度和时长下进行煮制，随后评估了抗营养因子的含量。浸泡导致胰蛋白酶抑制剂和多酚的浸出，而植酸仅发生了微小变化。去壳主要影响了多酚的含量，使其减少了88%。虽然热处理对多酚和植酸的含量没有影响，但胰蛋白酶抑制剂对热非常敏感，在温和条件下其活性也会显著下降。此外，由于豆类外壳中含有高浓度的抗营养因子，在面粉生产过程中通常会被去除，但它们也可能成为纤维和其他潜在生物活性成分的来源。然而，外壳的存在可能会影响宏量营养素的消化率和矿物质的生物利用度。因此，将不同比例的外壳加入到两种具有不同微观结构的面粉中——即开孔型面粉和细胞型面粉。完整的豆细胞显著减缓了淀粉的分解，而添加外壳的影响有限。相比之下，豆细胞的完整性和种皮的存在显著降低了蛋白质的分解速率，后者还降低了最终的蛋白质分解程度。细胞型面粉中的矿物质生物利用度较低，并且添加外壳后进一步降低。这些发现为估算豆类面粉中的抗营养因子含量提供了有价值的见解，有助于在决定是否保留外壳于面粉中时做出明智的决定。
引言
常见的豆类属于豆科植物，因其环保的生产方式和富含不易消化的淀粉、蛋白质、纤维和矿物质而常被推荐为可持续健康饮食的一部分（Hall等人，2017年；Semba等人，2021年；Willet & Rockstr?m，2019年）。然而，豆类也含有称为抗营养因子的成分，这些成分会影响宏量和微量营养素的消化率和生物利用度。这类化合物种类繁多，其中重要的例子包括胰蛋白酶抑制剂、多酚和植酸（Das等人，2022年；Sharma，2021年）。胰蛋白酶抑制剂（如胰蛋白酶抑制剂）通过使蛋白酶失活来降低蛋白质的消化率（Avilés-Gaxiola等人，2018年；Das等人，2022年；Sharma，2021年）。相比之下，多酚通过与淀粉形成复合物或结合淀粉酶来抑制淀粉的消化，从而降低其活性。此外，它们还与蛋白质消化率和矿物质生物利用度的降低有关（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）。植酸由于其强螯合离子的能力，也会降低矿物质的生物利用度，并与蛋白质消化率的降低有关（Campos-Vega等人，2010年；Gilani等人，2012年；Rousseau等人，2020c年）。
不同的加工步骤（如去壳、浸泡和挤压）会显著影响这些抗营养因子的含量（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）。以往的相关研究主要集中在整粒豆类种子中的抗营养因子含量上，因为这些种子通常需要经过复杂的加工才能适合食用（An等人，2024年；Kyomugasho等人，2023年）。然而，目前全球每天摄入的整粒豆类量不到推荐摄入量的一半，因此人们对基于豆类的成分（如面粉）产生了更大的兴趣，因为这些成分可以方便地促进豆类的消费（Rawal & Navarro，2019年；Willet & Rockstr?m，2019年）。这类面粉可以通过多种方式生产，而且往往比整粒豆类需要更少的加工，这可能会影响抗营养因子的含量。例如，最简单的生产豆类面粉的方法是直接研磨原始种子。然而，在机械粉碎之前也可以添加额外的加工步骤，如浸泡和/或去壳。此外，豆类可以在不同温度下进行热处理，并在粉碎前保持不同的时间。所应用的热处理条件对淀粉糊化程度、蛋白质变性以及细胞壁和中间层中果胶的溶解度有显著影响（Kyomugasho等人，2023年；Okelo等人，2024年）。后者又显著影响了机械粉碎后的面粉微观结构（Chigwedere等人，2018年）。最近的研究表明，通过在高温下进行长时间的热处理，可以生产出仅包含完整子叶细胞的豆类面粉（即细胞型面粉）。与传统直接研磨的面粉相比，细胞型面粉中的宏量营养素被包裹在细胞壁内，从而减缓了消化过程。这被认为具有健康益处，如延长饱腹感（Duijsens等人，2022年；Edwards等人，2020年；P?lchen等人，2022年）。虽然将豆类面粉加入常见食品中可以增加豆类的消费量，但也可能增加抗营养因子的摄入量。因此，详细了解不同加工步骤（包括在不同温度下进行不同时间的热处理）对豆类面粉中抗营养因子含量的影响至关重要。
在当前豆类面粉的工业生产中，通常会去除种皮。这是因为种皮带有苦味，颜色较深（不总是受欢迎），并且可能含有农药残留或霉菌毒素（Zhong等人，2018年）。此外，去壳可以显著降低某些抗营养因子的含量，如多酚（Patterson等人，2017年）。去除的种皮大多被视为废弃物，通常用于动物饲料，而不是用于人类消费（Zhong等人，2018年）。然而，豆类外壳含有大量的膳食纤维，如细胞壁多糖、半纤维素和果胶（Rousseau等人，2020b年；Zhong等人，2018年）。尽管果胶能够结合矿物质，去壳可能提高矿物质的生物利用度，但膳食纤维的摄入也与多种健康益处相关，如降低心血管疾病风险和改善体重管理（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，种皮富含某些矿物质，例如含有超过30%的种子总铁含量（Rousseau等人，2020c年；Wang等人，2009年）。此外，种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）。从这个角度来看，保留豆类面粉中的种皮有助于解决纤维摄入不足的问题，并通过减少废弃物来提高生产过程的可持续性。然而，由于种皮中的高多酚和纤维含量可能会影响矿物质的生物利用度以及淀粉和蛋白质的消化率，因此评估种皮添加对这些性质的影响至关重要。
本研究调查了红豆面粉的生产和配方对抗营养因子含量以及体外宏量和微量营养素消化率的影响。首先，研究了浸泡、去壳和在不同温度下进行热处理对红腰豆面粉中胰蛋白酶抑制剂活性以及多酚和植酸含量的影响。其次，研究了两种类型面粉（开孔型面粉和细胞型面粉）的淀粉和蛋白质的体外消化率以及矿物质的生物利用度。具体来说，选择了一种未经热处理的开孔型面粉和一种在95°C下热处理90分钟后的细胞型面粉。由于这两种面粉采用了本研究中最极端的温度-时间组合，因此也适合用来评估中等条件下的加工效果。此外，由于它们的生产过程不同，它们的微观结构也大不相同——即开孔型面粉含有自由细胞物质，而细胞型面粉含有完整的子叶细胞。预计这些由加工引起的差异会显著影响消化行为。最后，研究了面粉配方中富纤维外壳的添加对消化性质的影响。为此，再次选择了开孔型面粉和细胞型面粉。通过研究外壳添加对这两种极端类型面粉的消化行为的影响，可以评估其对采用中等加工方法生产的更广泛面粉类型的消化率的潜在影响。这两种面粉分别与两种比例的浸泡后外壳粉末混合：首先添加10%（w/w）的浸泡后外壳粉末，以模拟豆类种子中外壳与子叶的实际比例；其次添加50%（w/w）的浸泡后外壳粉末，作为高膳食纤维含量的上限。通过评估这两种比例的影响，可以更深入地了解种皮添加对淀粉和蛋白质消化率以及矿物质生物利用度的实际影响程度。假设由于种皮中含有高量的抗营养因子，其存在会显著影响消化性质。本研究不仅提供了关于不同生产方式豆类面粉中抗营养因子含量的见解，还为在面粉生产过程中是否保留种皮提供了更明智的选择依据。
材料
2022年在比利时梅尔贝克（Merelbeke）种植和收获的红腰豆（Phaseolus vulgaris L.）由Casibeans（比利时梅尔塞勒（Melsele）慷慨捐赠。经过手工筛选后，干燥的种子（水分含量<10%）在-40°C下储存，直至使用。所有试剂和消化酶均来自Merck KGaA（德国），总淀粉试剂盒和植酸测定试剂盒（Megazyme，Bray，爱尔兰）除外。
胰蛋白酶抑制剂活性
不同红豆面粉生产过程对胰蛋白酶抑制剂活性的影响如图3A和B所示。浸泡使胰蛋白酶抑制剂活性从10118.16 TIU/g降低到10014.67 TIU/g。这种降低可以归因于胰蛋白酶抑制剂（一种水溶性蛋白质）浸出到浸泡水中（Avilés-Gaxiola等人，2018年；Shi等人，2017年）。这一点通过测量得到的浸泡水中的抑制剂活性3665.18 TIU/g得到了证实
结论
研究了不同豆类面粉生产过程对胰蛋白酶抑制剂活性以及多酚和植酸含量的影响。浸泡导致胰蛋白酶抑制剂浸出，种皮和子叶中的活性均有所下降。多酚也在浸泡过程中浸出，其中子叶中的损失大于种皮。另一方面，去壳导致总多酚含量显著降低
CRediT作者贡献声明
索菲·范德维尔德（Sofie Vander Velde）：研究、数据分析、数据管理。玛莎·米哈尔斯基（Masha Mikhalski）：验证、方法论、概念化。埃丝特·斯塔斯（Esther Staes）：撰写初稿、可视化、验证、方法论、研究、数据分析、概念化。多琳·杜伊森斯（Dorine Duijsens）：撰写、审稿与编辑、监督、方法论、概念化。安·范洛伊（Ann Van Loey）：项目管理、资金获取、概念化。塔拉·格劳维特（Tara Grauwet）：撰写、审稿与编辑、监督
未引用的参考文献
Duijsens等人，2024b.
资金支持
E. Staes和M. Mikhalski是由弗兰德斯创新与创业计划（VLAIO）和弗兰德斯食品计划（Flanders’ FOOD）在PulseFlour项目（cSBO项目，授权号HBC.2022.0686）框架下资助的博士研究员。D. Duijsens是由弗兰德斯研究基金会（FWO，授权号12A0225N）资助的博士后研究员。作者感谢鲁汶大学内部资金的财政支持。
利益冲突声明
? 作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
作者感谢Michiel Nuyts在实验工作上的支持，以及Casibeans提供的原始种子。
