简介

面包被认为是最古老的食物之一，以各种形式被人类广泛食用。麦粒含有独特的面筋蛋白，可使面团具有制作膨松面包所需的粘弹性1．在西方世界，精制小麦粉一直是生产面包的标准原料2．由于城市化和工业化，精制小麦面包的消费在发展中国家迅速增加3.，并与非传染性疾病的负担有关4．与此同时，约30亿人，其中大多数在亚洲和非洲，在大流行前无法负担健康饮食5．造成这种日益严峻的形势的主要原因是气候冲击和粮食不安全地区暴力冲突的双重负担6．非洲进口小麦面粉的需求超过60%，其中很大一部分依赖于俄罗斯和乌克兰的小麦产量7．因此，在2019冠状病毒病大流行和俄罗斯和乌克兰之间的大规模军事冲突的影响下，全球饥饿预计将急剧上升。另一方面，在发达国家，消费者越来越意识到部分使用非小麦成分生产的面包产品对健康和环境的好处，这些成分被认为血糖指数(GI;一种富含蛋白质、膳食纤维和各种生物活性化合物的食物，用来衡量特定食物增加血糖(葡萄糖)水平的程度8，9，10，11．与精制小麦面包相比，它们的碳足迹和水足迹也更低，有助于环境的可持续性12，13．

在发展中国家的粮食生产中，减少小麦进口的概念可以追溯到1960年代，设想这样做是为了增加脆弱地区的粮食安全。在面包制造的背景下，使用小麦和小麦粉替代品的组合生产的面包被称为复合面包。尽管近年来人们对复合面包的兴趣日益浓厚，但复合面包的开发主要局限于家庭烘焙，相关研究相对较少(图5)。1)．在其他因素中，消费者接受度低和对复合面包的好处不熟悉是主要障碍14，15．近年来，提高复合面包质量的加工策略受到越来越多的关注，可持续的面包生产在后危机时代变得势在必行。因此，在这篇综述中，我们讨论了小麦粉替代品在可持续面包制造中的意义。然后，我们总结了有潜力作为小麦粉替代品的原料，以及用于提高其技术功能、感官特性和营养价值的加工方法的最新进展。本文还对未来利用新原料开发复合面包的研究方向进行了展望。由于向更可持续和更适应气候变化的粮食系统转型，世界大多数地区需要向植物性饮食进行重大转变16在美国，我们关注主要气候适应型作物(CRCs)及其加工侧流3.．根据不同的区域，CRCs有时被描述为被忽视和未充分利用的作物品种17．为了增加这篇综述的适用性，本文讨论的加工策略都已应用于不同类型的复合面包，并显示出对面包质量的积极影响。

图1:过去20年(2001-2021年)PubMed数据库中与复合面包相关的每年出版物数量。
图1

搜索使用了以下关键词:(面包[标题/摘要])和((“复合面粉”)或(“非小麦”)或((豆根*)和(面粉))或((豆根*)和(面粉))或((块茎*)和(面粉))或((大麦)和(面粉))或((高粱)和(面粉))或((藜麦)和(面粉))或((荞麦)和(面粉))或((燕麦)和(面粉))或((燕麦)和(面粉)或((油籽)和(面粉)或((木薯)和(面粉)或((山药)和(面粉)或((山药)和(面粉))或((油籽)和(面粉)或((木薯)和(面粉)或((山药)和(面粉)或((土豆)和(面粉))或((木薯)和(面粉)或((山药)和(面粉)或((土豆)和(面粉))或((油料)和(面粉)或((木薯)和(面粉)或((山药)和(面粉)或((土豆)和(面粉))或((木薯)和(面粉))或((油料)和(面粉)或((木薯)和(面粉))或((山药)和(面粉)或((土豆)和(面粉))或((木薯)和(面粉)或((山药)和(面粉))或((土豆)和(面粉)或((土豆)和(面粉))或((木薯)和(面粉)或((山药)和(面粉))或((薯类)和(土豆)或(小溪)和(面粉)))。

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可持续面包制作中的小麦粉替代品:为什么和如何使用?

面包生产对可持续粮食系统的影响

实现粮食生产和贸易的可持续性是人类当代面临的挑战之一，需要采取全面的做法。联合国粮食及农业组织(粮农组织)将可持续粮食体系描述为一个包含经济、社会和环境等诸多因素的框架，为所有人以及子孙后代提供粮食安全和营养。弹性和可持续性是互补的概念:弹性粮食系统能够在各种甚至无法预见的干扰面前向所有人提供充足、适当和可获得的粮食18．面包是一种世界性的主食，因此对粮食系统的可持续性具有重大影响，特别是在环境影响、粮食安全和粮食系统恢复力以及人类健康方面。由于面包生产中对小麦粉的依赖，这些有助于可持续粮食系统的重要因素日益受到挑战。

对小麦谷物依赖的负面后果

2015年至2020年5年期间，全球小麦年平均产量为7.5亿吨5还得靠几个面包篮。中国是最大的小麦生产国，2020年占世界小麦总产量的17.6%，而其他主要生产国如印度、俄罗斯联邦、美国、加拿大和法国占40.5%5．据估计，到2030年，小麦产量应增加8700万吨至840万吨，以满足未来的粮食需求19．小麦种植的急剧增加加剧了可持续粮食生产的需要。另一方面，到2030年，小麦消费量预计将增加12%，其中三分之二以上用于食品19．发展中国家城市化和工业化导致的西方生活方式和饮食的采用是小麦需求增加的主要动力20.(无花果。2)．小麦消费的增加特别集中在非洲和中东/西亚，其中大多数不在小麦生产区域，严重依赖小麦进口，而小麦进口容易受到系统中断的影响21(无花果。2)．2019冠状病毒病大流行和最近的俄罗斯-乌克兰武装冲突都对小麦生产和供应链中断产生了长期影响，给粮食系统的恢复力带来了更大压力，对这些脆弱地区的粮食安全造成了负面影响。目前非洲和中东/西亚在全球小麦进口中所占的份额约为45%，而且由于气候变化加剧的不利天气事件(如气温上升和降雨量减少)增加，预计还将上升。气候变化导致作物产量的波动和小麦价格的波动，导致脆弱地区未来小麦供应的不确定性22．此外，小麦、水稻和玉米占全球养分流失的60%23．据估计，生产一个800克小麦面包对环境的影响有50%以上直接来自小麦种植，其中仅硝酸铵化肥的使用就占了约40%24．这种对环境的负面影响形成了恶性循环，使全球粮食系统更加脆弱。

图2:2020年选定的气候适应力作物和小麦的全球产量，以及2010年至2019年小麦产品消费量增加的国家。
图2

本审查中提到的五种作物的产量以柱状图表示。属于油料作物、豆类、块根和块茎的作物根据粮农组织的分类进行分组，而次要和伪谷物包括大麦、荞麦、小米、燕麦、藜麦和高粱。生产数量的单位为百万吨(Mt)。根据粮农组织的分类，个别国家的生产数量被汇总到指定的区域一级。消费数据用相对变化表示。粮农组织数据5（https://www.fao.org/faostat/en/#data，已访问30/04/2022)。

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低收入和中等收入国家目前心血管疾病的患病率和死亡率最高25．在目前的面包制作方法中，精制小麦粉的使用增加与死亡和主要心血管疾病事件的较高风险有关4．另一方面，食用全谷物制成的面包或富含生物活性化合物的面包通常被认为是有益于健康的26，并已被探索作为改善心脏代谢轮廓的方法27．总之，可持续的面包生产在这个充满挑战的时期变得势在必行。这需要从根本上改变目前主要依赖小麦谷物的做法，优先考虑脆弱地区的需求，因为粮食不安全的影响在这些地区最为严重6．

替代小麦粉作为可持续面包生产的解决方案

植物性食物来源的多样化对于改善全球粮食系统的可持续性是必要的。除了减少对环境的影响外，在工业过程中利用当地粮食作物有助于当地经济发展。更短的粮食供应链使人们更容易在危机局势中获得健康和负担得起的粮食，提高了粮食系统的抵御能力。此外，与精制小麦粉不同，许多非小麦谷物和豆类具有密集的营养成分和一系列促进健康的生物活性化合物和结构多样的膳食纤维8，28．例如，小麦含有较低浓度的β-葡聚糖，这与燕麦和大麦β-葡聚糖的分子结构不同29．燕麦和大麦β-葡聚糖相对来说更容易溶解，并被证明通过多种机制保持肠道健康，包括调节肠道菌群(即，肠道中宿主相关微生物的收集)。30.．肠道菌群的一个主要功能是处理食物成分，主要是不可消化的碳水化合物，使其生物转化的食物可以被宿主利用。由于肠道菌群对消化、免疫和代谢稳态的巨大贡献，它与各种肠道和肠外疾病有关31．因此，在小麦类食品中加入小谷物和假谷物可以使膳食纤维来源多样化，有利于肠道和代谢健康32．另一方面，工业化国家大量生产的农业食物废物和副产品是生物活性化合物(包括膳食纤维)的未充分利用和几乎无限的来源。西方饮食缺乏膳食纤维，其中许多纤维(如β-葡聚糖)被认为是益生元，被定义为“宿主相关微生物选择性利用的基质，对健康有益”。33．因此，食品生产中的废物稳定化可以用来纠正我们缺乏纤维的现代饮食34．因此，通过替代小麦粉，可以将改善的粮食安全和粮食系统弹性、人类健康和降低的环境成本纳入可持续面包生产的共同框架(图1)。3.)．

图3
图3

小麦粉替代品与可持续面包生产的关系概述。

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虽然在面包制作中用非小麦替代品替代小麦粉已经被提倡了50多年35在美国，这种成功在中低收入国家受到限制，主要是因为精制小麦面包的技术质量和感官属性较差。与直觉相反的是，迄今为止，在提高非小麦谷物和作物的面包生产潜力方面进行的系统研究相对较少9．向可持续食品的过渡需要改变食物选择，这在很大程度上受到味觉和质地/口感的快感和感官方面的影响，这一点最好的例子是2012年尼日利亚政策规定在烘焙产品中复合面粉中包含40%的木薯36．根据最近的当地调查，由于木薯复合面包的接受度低、面包改良剂的成本高、面包师缺乏加工技术以及消费者对复合面包的选择和好处一无所知，这一举措在很大程度上受到了阻碍14，15．

面包制作中小麦面粉替代品的来源

豆类，谷物边流和油籽膳食成分

人口的快速增长、收入的增加和城市化的加速导致全球，特别是发展中国家对动物蛋白的需求增加，这是以牺牲环境和公共卫生为代价的37．植物蛋白被认为比动物蛋白更环保，因为它们的碳足迹、土地利用和水利用更低38．此外，植物蛋白质可以从副产品(如麸皮组分和油籽压饼)中回收，并重新进入食品生产链，提高可持续性，从而建立循环经济。从营养的角度来看，在小麦面包中加入植物蛋白成分有助于更高的蛋白质摄入和更好的氨基酸配置。例如，色氨酸缺乏的症状，包括生长减缓、骨骼发育受损和神经异常，经常发生在撒哈拉以南非洲部分地区，那里的主食是已知缺乏色氨酸的玉米39．一些豆科植物和由油菜籽制成的富含蛋白质的产品是色氨酸的天然来源，前提是其固有的抗营养因子(如蛋白酶抑制剂)经过适当加工40．各种形式和来源的植物蛋白已被研究作为小麦替代品，不同的蛋白质含量和功能特性列于补充表1．

Legume-based

豆科包括800属和20,000种生长在世界各地41．豆科植物以其固定氮的能力而闻名，这种能力可以减少农业生态系统中温室气体的排放42．它们也有低碳和低水足迹;食用豆类作物只占耕地的极小一部分42．食用豆类被认为可以通过其抗氧化活性、降血压、降糖、降胆固醇、抗动脉粥样硬化、抗癌和益生元特性提供健康益处43．豆类富含膳食纤维(8-28克/100克)和蛋白质(21-37克/100克)。根据欧盟(EU)法规(EC) No 1924/2006(最后由法规(EU) No 1047/2012修订)，当食品中蛋白质提供的能量值≥20%时，可以宣称该食品为“高蛋白”，当产品中纤维含量分别至少为6克/100克或3克/100克时，可以宣称该食品为“高纤维”或“高纤维来源”。来自豆类的蛋白质被归类为不完全蛋白质，因为它们的必需氨基酸，如蛋氨酸和半胱氨酸的含量往往很低。豆类食物中的完全蛋白质可以由其他作物如谷物补充8使它们成为复合面包的诱人原料。使用各种豆科面粉的复合面包是研究最多的小麦粉替代品之一。1)．它们可以作为面粉或分离蛋白(蛋白质含量为90%)或浓缩蛋白(蛋白质含量为60-75%)加入面包配方中。我们最近的研究和以往的研究结果表明，在制作面包时，用豆科植物部分替代小麦粉使面包产品具有更好的氨基酸结构，特别是通过补充小麦中赖氨酸和苏氨酸的不足和豆科植物中硫氨基酸的不足，实现了“蛋白质含量高”的营养宣传44，45，46．此外，用豆科植物代替小麦粉有助于提高不饱和脂肪酸(如亚油酸和α-亚麻酸)和生物活性化合物(如维生素、矿物质、总酚类化合物和类黄酮)的水平，这些化合物已被证明对代谢健康有益47，48，49，50．一些发展中国家的豆科植物被配制成富含蛋白质的复合面包，这表明以豆科植物为基础的小麦粉的替代品具有多功能性，可以根据当地品种和需要加以调整。例如，Erukainure等人用15%的bambara面粉代替小麦，bambara面粉来自于bambara坚果，这是撒哈拉以南非洲的一种豆类作物51．虽然班巴拉的加入减少了面包的体积，但复合面包的口感和香气与小麦面包相当。冈萨雷斯-巴伦等人用高达15%的牧豆豆粉代替小麦粉Prosopis pallida(牧豆树)，原产于秘鲁，生产一种营养价值更高的面包产品49．

谷物side-streams

小麦、水稻和玉米是经济上最重要的粮食作物，提供了世界上超过50%的卡路里摄入量19．在碾磨过程中产生的麸皮部分目前主要用于动物饲料和生物燃料生产52，53．麦麸和米糠的全球年产量分别为130吨和76吨，其中蛋白质含量为10-25%52，54．换句话说，小麦和水稻的侧流含有高达30公吨的蛋白质，而这些蛋白质大部分没有被人类食用。因此，利用侧流作为食品配料有望提高谷物生产的可持续性，产生间接收入，并为消费者提供新的健康食品选择52．例如，在Arte等人的研究中，通过添加12.2%(面粉重量)的麦麸分离蛋白来配制“高蛋白”小麦面包53．在其他研究中，添加高达15%(面粉重量)的米糠浓缩蛋白，显著提高了小麦面包的蛋白质和纤维含量以及抗氧化活性55，56，57．

油料side-streams

2020/2021年全球油籽产量约为600吨;58它的副产品，油籽压榨饼(也被称为油籽粕)，主要用作牲畜饲料、肥料或土壤堆肥59但代表了作为人类食物的蛋白质、不饱和脂肪酸(omega-3和omega-6脂肪酸)和生物活性化合物(例如，酚类化合物、类胡萝卜素、木酚素、生育酚和植物甾醇)的未开发来源。油籽压榨饼可以通过多种方法制成面粉(蛋白质含量<65%)、浓缩蛋白(65-90%)和分离蛋白(>90%)，如盐和酶辅助的碱性或酸性提取、溶剂提取或空气分级60，61．从油籽旁流中回收养分是一种可持续可行的废物管理方法，特别是在发达国家。在这方面，已经尝试利用油籽饼来加强面包产品的营养。pojiic等人使用大麻籽饼粉替代20%的小麦粉，导致面包的蛋白质含量和微量营养素(如铁)增加，淀粉含量减少62．同样，Mohammed等人报告称，在小麦面包配方中添加9%(面粉重量)的向日葵蛋糕分离蛋白会导致更高的蛋白质和氨基酸含量，特别是在必需氨基酸方面63．Sanmartin等人表明，添加10%亚麻籽饼粉的小麦面包具有显著较高的不饱和脂肪酸、总酚和类黄酮水平，以及由此产生的抗氧化活性64．在我们最近的研究中65将油菜籽饼浓缩蛋白和分离蛋白分别配制为20%和10%的小麦面包，以获得符合欧盟营养要求的面包产品，即“蛋白质含量高”和“纤维来源”。通过整合发酵，复合面包还改善了氨基酸结构，特别是色氨酸。

小谷物，假谷物和根面粉

小谷物(如高粱、小米、大麦和燕麦)、假谷物(如藜麦、荞麦和苋菜)和块根作物(木薯、红薯和山药)，其中许多是脆弱地区的土著作物，在小规模农业系统中发挥着重要作用。由于缺乏加工技术，这些作物在商业粮食生产中基本上被忽视，因此消费主要限于其生长区域。另一方面，最近的研究结果支持小米的益生前特性和有益的代谢作用66，67、大麦和燕麦68、荞麦69和藜麦70，71，鼓励发达国家利用这些作物开发功能性食品(补充表1)．

杂粮

高粱(高粱二色的L.)和小米是南亚和撒哈拉以南非洲国家的重要食物，占总热量摄入的很大一部分72．他们主要生长在半干旱和半湿润地区，因为他们的适应性热和干旱条件。高粱在全球谷物作物产量中排名第五，其次是珍珠粟(狼尾草glaucum)．其他小米，如指粟(Eleusine coracana)、谷子(雀稗scrobiculatum)， fonio (三叶草exilis)、黍(黍miliaceum)、谷子(Setaria italica)、谷子(Echinochloa utilis)，小小米(黍sumatrense)和tef (Eragrostis微软)也是重要的作物品种。高粱和小米通常在传统烹饪中作为全谷物食用，如roti(未发酵的面包或煎饼)和粥。它们在营养上类似于传统谷物(平均65%碳水化合物、10%蛋白质、3.5%脂肪和8%膳食纤维)，是微量营养素(维生素，如B族维生素和维生素E，矿物质，如镁、磷和铁)和植物化学物质(酚酸、单宁和类黄酮)的极好来源。72．食用高粱和小米对健康有很多好处，比如控制体重66降低血清胆固醇和甘油三酯水平73降低淀粉消化率，改善血糖控制74，以及降低胃肠道紊乱，包括结肠癌的风险75．高粱粉和小米粉的使用量很高，例如在复合小麦面包中占30% - 60%，并作为高纤维面包销售76，其中含有更多的矿物质77总酚含量和抗氧化活性较高78．此外，添加狐尾(20-50%)、珍珠小米(50%)或tef(40%)可以减少淀粉的消化和吸收，因此，与100%小麦面包相比，复合小麦面包的血糖指数(GI)可能会降低77，79，80．

大麦(大麦芽L.)是第四大谷物，其最大的生产国是欧盟，其次是俄罗斯、乌克兰和澳大利亚。大麦主要用作动物饲料(约70%)，少量用作酿酒原料(约21%)，只有6%被人类消费81．燕麦主要种植在欧洲和北美寒冷的北部地区，主要用作牲畜饲料，在某种程度上也用作人类食物。近年来，由于消费者对其营养价值(如β-葡聚糖和抗氧化化合物)和健康声明的认识，大麦和燕麦类产品(如早餐麦片、粥和无酵面包)的消费量大幅增加。大麦和燕麦中β-葡聚糖含量较高，分别为2.5-11.3%和2.2-7.8%82．每天食用≥3克大麦或燕麦β-葡聚糖(即0.75克/份)已被美国食品和药物管理局(FDA)和欧洲食品和安全局(EFSA)承认具有健康功效，如降低餐后血糖和胰岛素反应，降低血清胆固醇和脂质水平，免疫刺激活性，降低结肠癌风险，预防2型糖尿病，改善胃肠道功能(通过增加上消化道的表观黏度)83，84．β-葡聚糖似乎在烘焙过程中保持完整，但小麦面团中需要添加大量的燕麦或大麦面粉，以达到健康要求(约50%以上)。85．在最近的一项研究中，燕麦纤维(β-葡聚糖的70%)被用于制作面包，用它代替10-14%的小麦粉，制成的面包产品β-葡聚糖含量为3.4-4.6克/100克86．此外，加入60%的大麦粉875-20%燕麦麸88提高了面包的膳食纤维含量和总酚含量，增强了面包的抗氧化活性。

Pseudocereals

奎奴亚藜(藜藜麦)、苋菜(苋属植物Sp .)及荞麦(Fagopyrum esculentum)被认为是世界产量中最重要的假谷物5．藜麦和苋菜是主要生长在秘鲁和玻利维亚等南美洲的古老作物。荞麦主要在俄罗斯和中国生产和消费，其次是乌克兰和美国。与谷类作物相比，这些作物具有适应气候的能力，对水的需求少，对高温、干旱和土壤盐分的耐受性好89．此外，假谷物的营养价值高于小麦和水稻。藜麦、苋菜和荞麦富含蛋白质(平均14%)，氨基酸结构均衡，是膳食纤维(14.6%)、不饱和脂肪酸(4.7%)、维生素(抗坏血酸、生育酚、类胡萝卜素、叶酸、核黄素和硫胺素)、矿物质和生物活性成分(如多酚、皂苷、甜菜碱、植物甾醇和生物活性多肽)的良好来源。89．它们具有潜力作为功能食品，因为促进健康的作用已被广泛研究体内和体外90，91，92，93．最常被报道的健康益处包括抗氧化、抗炎、抗肥胖、抗糖尿病和抗癌特性94；最近的临床前模型研究表明，上述一些影响可归因于假谷物的益生元特性，如通过促进假定有益的生长Faecalibacterium prausnitzii，乳酸菌,双歧杆菌属95．不过，假谷物的益生元效应是否能经受住烘焙过程，并在食用后传递给人类，还有待观察。

由于假谷物目前未得到充分利用，已促进将假谷物纳入全球粮食生产系统，例如面包制造，以提供粮食安全。在Lin等人的研究中。96荞麦添加量为15%，以提高小麦面包的抗氧化活性。在烘焙中使用25%的苋菜粉可以显著增加蛋白质、膳食纤维和矿物质(如铁和锌)的含量97，98与相对较小的变化，在物理化学和流变特性的小麦面团99．然而，有报道称苋菜-小麦复合粉的抗氧化活性随着苋菜粉添加量(5-15%)的增加而降低One hundred.．与精制小麦面包相比，添加藜麦粉(5-40%)的面包体外淀粉消化率降低，预测GI也较低10，101．然而，藜麦由于种皮中的皂苷而有苦味。由于这个原因，藜麦谷物经常被预处理以去除皂苷(例如，通过洗涤)101和脱壳102)，以避免面包的苦味。目前尚不清楚藜麦预处理是否会影响其淀粉消化率，从而影响复合面包的gi降低效益。

根和块茎粉

块根类作物，例如木薯(Manihot esculenta Crantz)、红薯(番薯甘薯L.)和山药(薯蓣属spp.)，在热带国家的家庭(特别是农村地区)和国家粮食安全方面发挥着重要作用。2015-2020年期间，世界木薯和红薯的年产量分别为291万吨和991万吨，其中60%以上来自非洲，约30%来自亚洲5．木薯、红薯和山药粉碳水化合物含量高(高达90%)，含有大量抗性淀粉。抗性淀粉显著降低了血糖反应和胰岛素分泌，因为它没有被消化，因此像海绵一样减缓了其他食物中葡萄糖的释放103．此外，某些类型的抗性淀粉是公认的益生元，对个体具有一致的影响104．尼日利亚和巴西是世界上主要的木薯根生产国，为了减少小麦进口，它们一直在推动在小麦面包制作中使用木薯粉36．根据木薯粉的种类，在生产可接受的木薯小麦复合面包时，使用了高达30%的替代水平105，106．然而，由于木薯的纤维含量非常有限，因此需要从外部来源添加纤维来满足推荐的每日摄入量106．红薯粉(尤其是橘红色的那种)富含β-胡萝卜素，这是最重要的维生素A类胡萝卜素原，被开发为在发展中国家预防维生素A缺乏的一种有前途的策略107．在面包制备中，用10-30%的橙肉红薯粉替代小麦粉可提高饲粮维生素A含量108，109．食用100克含有30%橙肉红薯粉的复合面包，可达到3-10岁儿童维生素A推荐膳食摄取量(RDA)的89%和孕妇维生素A推荐膳食摄取量(RDA)的50%110．山药粉已显示出降低面包GI值的潜力。例如，添加30-50%的紫色山药粉可提高小麦面包的抗性淀粉含量，降低淀粉的体外消化率111．山药粉还含有丰富的生物活性化合物，如胶浆和酚类化合物，它们已被用于提高复合面包的抗氧化性能112．

废物价格:多余的面包和啤酒商的谷物

粮农组织报告称，每年全球约有三分之一的供人类消费的粮食被损失或浪费，这已成为工业化国家和发展中国家经济发展的一大挑战。面包容易变质和微生物腐败，由于其产量大，保质期短，是最浪费的食物之一。剩余面包是指生产、零售或供应的面包，但没有出售给顾客或被顾客消费。在芬兰，每年生产的面包产品中大约有5% - 10%(1000万- 2000万公斤)在进入零售市场和到达消费者面前之前就被浪费了113．据《浪费与资源行动计划》(WRAP)估计，在英国，面包浪费占所有食物浪费的11%，其中大部分来自家庭垃圾，即每天2000万片面包114．在瑞典，每年面包浪费约80410吨，即每人每年8.1公斤115．剩余面包的常见废物处理方法包括生物乙醇、动物饲料和啤酒生产、厌氧消化和堆肥、填埋(甲烷)和焚烧115．我们最近报道了一种很有前景的替代方法，将可食用的面包废料回收，转化为新鲜的烘焙产品113，116．回收面包废料供人类消费符合这一概念浪费=食物这是一个可持续的解决方案，可最大限度地减少粮食浪费及其对环境的影响，有助于实现联合国可持续发展目标12.3，即到2030年，在零售和消费者层面减少50%的全球粮食浪费，并减少生产和供应链上的粮食损失。

啤酒废谷物(BSG)是啤酒酿造过程中获得的主要副产物，全球年产量估计为39吨117．大麦颗粒转化成啤酒可以分为3个阶段:麦芽、捣碎和酵母发酵。在捣碎阶段，大麦麦芽被酶水解，产生富含糖分的液体(麦汁)，这些液体将进一步发酵成啤酒。不溶的未水解部分，也称为固体BSG，在醪桶中洗涤步骤后收集。BSG主要由大麦壳、果皮和种皮组成。BSG的营养成分取决于大麦品种和麦芽和粉碎条件118．一般来说，BSG含有14-31%(干物质)蛋白质，0-12%淀粉，0-13%脂肪，以及大量的半纤维素(高达42%，主要是阿拉伯木聚糖)，纤维素(33%)和木质素(11-22%)。118．BSG中必需氨基酸约占蛋白质总量的30%，其中赖氨酸含量最高117．矿物质(如硅、磷和钙)和维生素也大量存在于BSG中。目前BSG主要用作动物饲料。然而，它的高营养价值，低成本和可获得性促使最近的研究旨在将BSG纳入人类食品。有人建议食用BSG对健康有益(例如，降低餐后血糖反应和胆固醇水平)，这可能归因于阿拉伯木聚糖纤维、β-葡聚糖和酚类成分118．最近一项使用体外发酵的研究表明BSG的益生元潜力119．BSG被磨成面粉，作为一种富含蛋白质和纤维的成分，用于制作小麦面包，含量高达20%11，120，121，122，这有可能成为废物管理的可持续策略。

用小麦粉代用品制作面包在技术功能、感官和营养方面的挑战

小麦面包制作的主要特点

小麦面包的质地和感官品质通常被认为是复合面包的基准。小麦面包的制作是一个多阶段的动态过程，具有几个基本特征，包括原料的混合、揉制面筋网的形成、气泡的加入、发酵2酵母产生的过程包括气泡、烘烤、面包皮形成、表面褐变反应和最终面包细胞结构的形成1．混合后，面筋蛋白(即麦胶蛋白和谷蛋白)被水合，三维面筋网络(二硫化物(SS)键)形成，空气细胞被困在基质中。在酵母发酵过程中，产生的CO2溶解在面团的水相中直到饱和，然后扩散到存在的细胞核中，同时含有CO2逃跑了。气泡的保留对面团的液体泡沫结构至关重要。面筋网络创造了面包面团的粘弹性特性，在保持气体和面团发展中起着至关重要的作用1．

复合面包制作中的技术和功能挑战

由于与小麦面筋相比，其他作物的面粉在制作面包时可能不会被传统地加工，因为它们的蛋白质性质有显著的不同。在面包制作中大量使用小麦粉替代品通常会产生质量不合格的最终产品。一般来说，10%以上的替代水平会导致面包比体积的降低和面包屑硬度的增加(补充表)1)．添加非小麦粉对面团流变学特性的影响，如淀粉吸收特性、淀粉糊化特性、面团延伸性和粘弹性(弹性模量和粘弹性模量)已被广泛研究。添加从豆类、大麦、燕麦和BSG中提取的富含纤维的成分通常会增加水分吸收，而添加淀粉成分，如小米和根粉，则会产生相反的效果。此外，高水平的小麦粉代用品会导致面团发育时间延长，淀粉糊化温度升高，面团稳定性和延伸性降低，面筋强度和弹性降低，面团粘性增加45，47，62，80，112，123，124，125，126，127．这些负面影响与面筋网络的减弱有关，其中:(1)面筋蛋白与纤维或非小麦蛋白之间的水分竞争导致面筋蛋白的水合作用降低;(2)非小麦蛋白的不同功能特性破坏了面筋网络的形成;(3)面筋二级结构发生改变46，80，128．

复合面包制作中的感官挑战

消费者渴望能满足他们所享受的感官品质的食物，比如口感、味道和香气。风味是香气、味觉和化学美感的结合。味道是由于食物中存在的非挥发性化合物，被描述为甜、咸、苦、酸和鲜味。香气与挥发性化合物有关。这种化学感觉通常是通过刺激嘴、鼻子或眼睛内的三叉神经末梢来感知的129．小麦粉替代品中的异味，如豆味、苦味和回味，是消费者接受的主要障碍130．在小麦面包中添加以豆类为基础的成分，通常会产生豆的味道。例如，加入10%以上的大豆粉会产生强烈的豆味和回味，导致其风味评分和口感接受度低于小麦对照131．据报道，当小麦面包中含有超过10%的鹰嘴豆粉或红芸豆粉时，气味、味道和整体可接受度的感官评分会下降123，132．加入10%的露平分离蛋白会在面包中产生豆味、泥土味和麦芽味133．豆科植物种子含有2-20%的脂类，富含不饱和脂肪酸:油酸(4-38%)、亚油酸(28-55%)和亚麻酸(3-37%)134．不饱和脂肪酸的氧化在豆类产品中产生异味化合物的过程中起着至关重要的作用129．这种氧化可以是酶的，也可以是非酶的(自氧化和光氧化)。豆类，如大豆、蚕豆和豌豆，是脂质降解酶的丰富来源，如脂氧合酶和脂肪酶。脂肪酶催化甘油三酯水解为游离脂肪酸。脂氧合酶催化多不饱和脂肪酸的降解产生氢过氧化物，氢过氧化物随后在酶或化学反应中降解，形成挥发性和非挥发性化合物，产生异味135．己醛、3 -独联体-己烯，2-戊基呋喃，(E，E)-2,4-十二烯醛和乙基乙烯酮被鉴定为脂氧合酶衍生的豆豆和绿色音符的主要贡献者135．这些异味化合物被检测到的阈值很低，因此少量的脂肪酸就足以产生强烈的豆类异味。

富含全麦或富含纤维成分的面包具有感官特征，通常被描述为苦涩、涩和腐臭，这与游离脂肪酸、皂苷、生物碱、异黄酮、酚酸、单宁、小肽或氨基酸的存在有关129．高粱含有大量的多酚和浓缩单宁，有助于苦味和涩味136．与100%小麦面包相比，50%全麦高粱粉的添加使小麦面包的苦味和回味强度更高137．燕麦粉脂肪含量高(4-8%)，容易发生脂质氧化，产生的长链羟基脂肪酸带来苦味，其挥发性化合物带来腐臭的异味138．加入5-15%的大麦分离蛋白会使小麦面包产生强烈的苦味139．BSG有一种典型的麦芽风味，在捣碎过程中形成，味道很苦140．添加10%以上BSG的面包苦味和酸性更强烈11．在小麦粉中添加BSG或燕麦麸的含量高于10%，会降低气味、味道和整体可接受度的感官得分88．豆科植物，如蚕豆、扁豆和大豆，含有大量的皂苷(皂苷βg和皂苷Bb)，被认为是苦的、涩的和金属味的135．卢平(Lupinus白色L.)含有丰富的生物碱，有强烈的苦味，在制作面包之前需要除去50．因此，澳大利亚的甜露苹(Lupinus狭叶的)，它含有极低水平的苦味生物碱，是面包强化的首选选择141．此外，植物原料中的异味化合物和前体往往在蛋白质分离过程中由于与蛋白质的相互作用而被保留(例如，菜籽分离蛋白中的苦味山奈酚衍生物)，导致负面的感官感知142．

复合面包制作中的营养挑战

植物成分含有植物天然产生的次生代谢产物的某些植物化学物质143．作为植物抵御被吃掉的防御机制的一部分，这些生物活性化合物除了破坏动物体内营养物质和矿物质的生物利用度和利用外，几乎总是会产生难闻的味道143，因此被称为“抗营养物质”。抗营养物质有时被称为非营养物质，因为一些研究声称，在适当的数量和适当的条件下，它们具有促进健康的作用144．尽管其矛盾性质需要进一步研究，但消除或减少反营养因素是大多数食品生产的目标。油饼含有抗营养物质，如植酸、硫代葡萄糖苷、芥子碱、生氰苷、胰蛋白酶抑制剂和单宁145．芥子碱(苦味)是油菜籽粕中主要的酚类成分，通过氧化作用与蛋白质形成复合物，降低消化率145．硫代葡萄糖苷(苦味)已被证明对人和动物都有致甲状腺肿和抗甲状腺作用144，145．生氰糖苷(苦味)是亚麻籽粕中主要的抗营养物质，在胃肠道中分解后会产生有毒的氰化氢146．亚麻籽粕中也含有柳碱，可导致吡哆辛(维生素B6)缺乏146．植酸，存在于大多数油饼，可以结合矿物质，蛋白质和氨基酸。这降低了它们的生物利用度，抑制了α-淀粉酶的活性，导致淀粉消化率降低。单宁酸(苦味和涩味)可以沉淀蛋白质，减少矿物质的吸收，特别是铁。胰蛋白酶抑制剂可以降低蛋白质的消化率145．豆科植物还含有高浓度的抗营养物质，如植酸、凝集素、酪氨酸和酪氨酸、酶抑制剂(胰蛋白酶、糜蛋白酶和α-淀粉酶抑制剂)、浓缩单宁、皂苷和引起肠胃胀气的低聚糖147．凝集素是广泛分布在豆科作物中的碳水化合物结合蛋白。豆科植物凝集素由于与肠上皮细胞结合，对人体消化系统功能和营养吸收产生负面影响147．在葡萄糖-6-磷酸脱氢酶缺乏的易感人群中，维辛和桂碱会导致严重的溶血性贫血，称为favism148．不可消化的棉子糖家族低聚糖(RFOs)，如棉子糖、水苏糖和毛蕊花糖，在豆科植物中大量存在。虽然一些研究表明，大量摄入RFOs具有益生元潜能，但由于结肠发酵增加产生气体，导致一些人腹部不适和腹泻149．假谷物含有皂苷、植酸、单宁和蛋白酶抑制剂150．藜麦中皂苷含量特别丰富，它与红细胞膜的甾醇发生反应，引起溶血，干扰脂类、胆固醇、胆汁酸和脂溶性维生素的吸收151．植酸和单宁是主要的抗营养成分存在于高粱，小米和BSG152．

改善复合面包质地、感官和营养属性的策略

小麦粉替代品的技术功能、感官特性和抗营养素的存在是其使用和最终消费者可接受性的主要限制。几种加工策略已被应用于生产复合面包，其技术和感官特征可与精制小麦面包相媲美。不同加工策略的主要优点和缺点，除了纹理和感官的改进，总结在图中。4．很少有策略对所有类型的小麦粉替代品都是普遍有效的，因此通常需要优化特定成分的条件或策略的组合来达到理想的结果。

图4
图4

综述了提高复合面包感官和营养品质的重要加工策略。

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Formulation-based方法

面包改良剂

添加小麦面筋或模仿面筋粘弹性和气体保持特性的面包改进剂，如水胶体、乳化剂和酶，是复合面包制作中最直接和广泛使用的方法。例如，含有61.8%谷子、31.4%小麦和6.8%面筋的复合面包，其质地和感官属性与精制小麦面包相当153．羟基丙基甲基纤维素(HPMC)、羧甲基纤维素(CMC)、瓜尔胶、阿拉伯胶、黄原胶和果胶等水胶体已广泛用于复合面包配方中，以改变面团的流变性，提高面包体积和面包屑的柔软度130．水胶体的功能性质取决于其高的水结合能力和与面团结构成分(如面筋蛋白和淀粉)的相互作用。乳化剂，如硬脂酰-2-乳酸钠(SSL)、单甘油酯的双乙酰酒石酸酯(DATEM)和卵磷脂(LC)，在复合面包中起着面团强化剂、质地增强剂和防霉剂的作用154，155．各种具有水解或交联功能的酶，如淀粉酶、木聚糖酶、纤维素酶和谷氨酰胺转胺酶，通常单独使用或与其他改进剂联合使用，以获得更好的结构性能126，155．淀粉酶是一类重要的酶，它通过为酵母产生可发酵的糖来增加气体产量，从而生产出体积更大的面包。淀粉酶还可以通过防止支链淀粉的老化来延缓面包的变质。例如，利用α-淀粉酶和淀粉葡萄糖苷酶水解剩余面包中的糊化淀粉，可提高面包的烘焙性能和面包品质113．木聚糖酶将水不可提取的阿拉伯木聚糖降解为可溶形式，从而提高面包的体积和柔软度。谷氨酰胺转胺酶通过交联的形成促进蛋白质网络的形成155．

虽然这些面包改良剂已被证明具有一致的效果，并适用于不同的小麦粉替代品，但它们中的大多数都被归类为食品添加剂，被认为具有负面的含义。重要的是，越来越多的证据表明，使用一些改良剂会对健康和疾病产生以前未知的影响。例如，最近在健康成年人中进行的一项随机对照试验表明，富含乳化剂CMC的饮食重塑了肠道环境，肠道菌群发生了负面变化156．黄原胶是一种有效的增稠剂、乳化剂和稳定剂，常用于无麸质面包中。研究表明，黄原胶可以选择肠道菌群中降解黄原的能力，这种能力只存在于工业化人群中，而不存在于狩猎者-采集者中。黄原胶对健康的影响尚不清楚，但与经常食用高于平均量添加的黄原胶的人(如乳糜泻患者)非常相关157．与面包改良剂有关的其他缺点包括在发展中国家进口商业面包改良剂的需求和高成本36添加改进剂并不会减少来自植物源的抗营养物质。

已经提出了一些清洁标签(无电子编码)和可获得的面包改良剂替代品。一种方法是加入当地可获得的富含抗坏血酸的天然成分(如水果)，抗坏血酸是强化面筋的氧化剂158，159．例如，科威特的Zafar等人的一项研究表明，添加印度醋栗（菲兰；在南亚和中东广泛种植的)粉改善了小麦鹰嘴豆复合面包的混合特性、比面包体积、感官品质和整体接受度158．特定菌株的乳酸发酵可以产生天然的水胶体替代品，如右旋糖酐，改善复合面团的技术功能，这将在下一节中讨论。

技术方法

加热处理

热处理(干法和湿法)，如干燥、烤/烤、蒸和挤压蒸煮，可减少植物性材料中的抗营养化合物，如单宁和植酸144，148．热变性导致蛋白酶抑制剂和凝集素失活，使蛋白质的敏感位点暴露于蛋白质水解，从而提高蛋白质的消化率160．热处理也可能使脂质修饰酶失活，从而防止脂质氧化。在热加工方法中，焙烧是一种可以大规模进行的经济技术。烘焙特别有效地消除了令人不快的气味，产生了令人满意的香味，例如豆类成分中的吡嗪和烷基化吡嗪。与对照组相比，使用烤黄豌豆粉(10-20%)的复合面包表现出一种令人愉快的烘焙风味，较少豆味、泥土味和草味45，161．烘焙降低了鹰嘴豆、豌豆、扁豆和大豆的低聚糖水平，增加了蛋白质的消化率(30%)，导致复合面包具有更可接受的香气和更高的比体积160．添加30%的烤豌豆粉也能改善复合面包的体积和质地，达到与精制小麦对照相当的水平162．

低水分挤压蒸煮是一种高温(例如110-160°C)的短时间过程，它被用于通过淀粉糊化、蛋白质变性或聚集、直链淀粉和脂类之间的相互作用以及膳食纤维的增溶来改变面粉的特性163．挤压由于糊化和淀粉结构的改变而增加了淀粉的消化率，这可能与升糖指数有关163．在挤压蒸煮过程中，饲料水分和模具温度是影响面粉挤出物功能性能的重要参数。作为预糊化淀粉的挤出面粉可作为面包制品中食品胶体或面筋的替代品。例如，挤压绿豆(20%)164，高粱(10%)165，指粟(20%)166、BSG (12%)126使复合面团具有较高的吸水性和粘弹性，从而提高了面包的质地品质和感官接受度。在有水分存在的情况下进行其他热处理，例如对非小麦谷物进行回火，然后在20-70°C下孵育不同的时间(最多10天)，已被用于获得更好的质地和营养质量的小米-小麦复合面包78．另一方面，热处理不可避免地会导致热不稳定营养物质的损失，如维生素167．据报道，在各种非小麦作物制成的经过热处理的四种面粉中，热敏性酚酸和类黄酮的含量显著减少，使未经处理的面粉中原本存在的高抗氧化活性失效168．Ciesarová等人最近的一项研究表明，经过热处理的小麦粉替代品，特别是通过烘焙，导致最终面包中潜在致癌物丙烯酰胺和5-羟甲基糠醛含量较高169．这些美拉德反应产物(MRPs)也与负代谢健康相关170．未来的研究有必要开发足够有效的热处理，以提高非小麦面粉的面包制作潜力，同时最大限度地减少某些有害mrp的形成。

发芽

控制条件下的发芽是一种经济、容易获得和环境友好的方法，可以提高豆科和谷物制成的小麦粉替代品的营养和技术功能特性。在萌发过程中，蛋白酶和淀粉酶等内源性酶被激活，水解蛋白质、淀粉和脂类，提高必需营养物质的消化率和生物利用度171．研究表明，豆科植物萌发可提高蛋白质和总膳食纤维含量，降低单宁和植酸含量，提高矿物生物利用率172，173．豆类和荞麦等植物种子能够积累硒，并将其转化为有机形式，如硒蛋氨酸。通过将豆科植物种子浸泡在钠中，可以达到硒的生物强化2搜索引擎优化3.这也是提高复合面包抗氧化活性的一种很有前途的方法174．在小麦面包配方中使用发芽面粉会导致面团流变学特性和面包品质的变化。一般来说，添加高于10%的发芽面粉会对面包的体积和质地属性产生负面影响，而添加低于10%的发芽面粉则会产生有益影响174，175．发芽对豆科植物种子及其面包制品的风味有深远的影响，包括由于糖浓度增加而产生的更强烈的甜味，以及由于特殊挥发性化合物的释放而产生的绿色、蘑菇和肉味129．与未经处理的大麦粉相比，添加30%的发芽大麦粉(24小时)改善了复合面包的风味和质地属性，并提高了复合面包的整体接受度176．然而，过度发芽(≥48 h)的大麦会显著提高面包的总酚含量和抗氧化能力，但不利于面包面筋网络的发育和质地的形成176．过度发芽的豆科植物由于脂氧合酶活性较高而具有浓郁的豆味，由于多酚的释放而产生苦味177，178．

发酵

发酵食品长期以来几乎在每一种文化中都是人类饮食中不可或缺的一部分。酸面包是一种从面粉和水的混合物中获得的发酵剂，由一种以乳酸菌(LAB)、醋酸菌(AAB)和酵母为主要菌种的复杂菌群自发发酵而成。在工业生产的酵母和化学酵母剂广泛使用之前，酸面包一直是传统面包制作的重要组成部分。发酵技术在制造高质量复合面包方面获得了新的兴趣，因为它具有技术和营养上的好处，而且低、中收入国家的面包师可以使用，而且在熟悉的基础上被全球消费者广泛接受。

由酸面团发酵制成的精制小麦或复合面包在多个队列中都被证明可以降低GI，无论是健康的个体还是糖耐量受损的成年人，这可能是由于多种机制，例如，抗性淀粉的增加和自由酚化合物的合成179．最近的体外研究表明，食用用乳酸发酵工艺制成的面包可以促进肠道微生物代谢物、短链脂肪酸的产生，这可能对新陈代谢健康有益180．发酵面粉的加入也提高了复合面包的营养质量，减少了反营养因子，如植酸、浓缩单宁和低聚糖。这些积极的影响部分来自于LAB的代谢活性和植物源性酶或微生物酶的激活，从而导致有机酸的产生、蛋白质水解和抗菌化合物的形成。例如，添加20-30%的鹰嘴豆蛋白发酵用片球菌属acidilactici与未发酵的复合面包相比，棉子糖、水苏糖和毛蕊糖含量减少75-90%181．用15%(面粉重量)的鹰嘴豆、扁豆和大豆发酵豆荚粉和30%发酵蚕豆粉配制的小麦面包显示出较高的体外蛋白质消化率、游离氨基酸和较低的预测血糖指数44．荞麦，苋菜，鹰嘴豆，藜麦面粉发酵乳杆菌C48被用来生产富含γ-氨基丁酸(GABA，中枢神经系统的主要抑制性神经递质)的功能性面包。182．在面包配方中加入20-50%发酵谷子粉可生产低GI复合面包(GI < 55)。79．采用12.5%的藜麦粉发酵而成l .杆菌T6B10和l . rossiaeT0A16提高了复合面包的总膳食纤维含量和感官性能183．发酵还降低了β-葡聚糖降解酶的活性，从而降低了燕麦-小麦复合面包的β-葡聚糖解聚程度184．

微生物产生无数代谢物的能力可以通过发酵来提高面包的质地质量。增质葡聚糖是以蔗糖为底物，由来自LAB的葡聚糖酶合成的高分子量天然聚合物185．右旋糖酐由右旋糖蔗糖酶产生Weissella菌株具有~97%的α-(1→6)连接的d -糖基单元和3%的α-(1→3)分支连接的线性结构130．这些右旋糖酐是商业水胶体的天然替代品，我们之前讨论过它们如何积极影响复合面团的流变性和质地特性，例如，通过增加吸水性和面团粘弹性特性130．此外，发酵与Weissella菌株导致轻微的酸化，有利于现场生产的右旋糖酐的功能130．最近的研究表明，从发酵中提取的原位葡聚糖是一种可持续的方法，可以改善由多种小麦粉替代品制成的复合面包的质地质量46，80，113，131，137，186，187(无花果。5)．

图5
图5

产葡聚糖发酵对不同类型复合面包比体积和质地的改善(以%的差异表示)Weissella confusa菌株。

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发酵通过降解苦味化合物，如皂苷和生物碱，降低脂氧合酶在低pH值下的活性，并通过来自LAB的醛脱氢酶或醇脱氢酶将醛或醇转化为相应的酸，来降低豆科植物成分的豆味和苦味129．我们最近的研究探讨了在高粱、大豆粉、米麸小麦面包中就地生产的葡聚糖对异味的掩盖作用131，137以及用油菜籽蛋白制成的复合面包65．右旋糖酐对味道的修饰作用可能是由于风味化合物与右旋糖酐结合，和/或食品的口腔结构发生改变，例如，嚼时增强的黏性，使风味分子困在食物基质中131，137．右旋糖酐的掩味效果是浓度依赖性的，也就是说，当右旋糖酐的添加水平高于临界线圈重叠浓度(c*)时，味觉和香气强度会降低。此外，葡聚糖对面包风味和质地的积极影响可以通过强化酸化抵消，例如长时间发酵188或者使用l . pseudomesenteroides作为开胃菜46．食品中强烈的酸味通常令人难以下咽。因此，当应用于新原料时，需要根据原料的特性优化发酵条件，以达到温和的酸度和充足的原位产生的葡聚糖水平。

重要的是，发酵的多功能性允许为特定目的设计的其他加工方法的集成，或为难以管理的技术特性的小麦粉替代品。例如，在我们最近的工作中，混合发酵方法被应用到豆粉或米糠使用丙酸菌属freudenreichiiDSM 20271及Weissella confusaA16生产的复合面包具有高的感官属性和充足的活性B12由p . freudenreichii达到每日推荐的摄入量131．由于植物性食物普遍缺乏B12，这类策略在对抗与大规模微量营养素缺乏相关的“隐性饥饿”方面具有巨大潜力。另一方面，可将发酵与其他加工方法结合，如豆科植物、未充分利用的谷物和小米谷物的发芽，制成营养和感官性能更好的复合面包189，190，191或者和卢平一起借债192．

其他新兴技术

近年来，创新的加工技术，如高静水压力处理(即高压处理)和超声波处理，已被重新用于面包制作中的非小麦成分的稳定。高静水压力处理是一种非热巴氏杀菌技术，用于消灭食品中的微生物和灭活酶。食品以水为压力传递介质，在短时间内承受静水压力(100-1000 Mpa)59．高压加工改变了淀粉的糊化特性，变性和聚集蛋白，从而提高了复合面团的强度和粘弹性193．高压加工还可以提高淀粉和蛋白质的消化率，减少豆类和谷物类产品的抗营养因子。高压处理(350兆帕，10分钟)已应用于水合谷物面粉，如燕麦、小米和高粱(40-60%)，以改善复合面包产品的感官品质、抗氧化潜力和淀粉消化率193．

超声波技术被认为是帮助实现可持续“绿色”化学目标的重要技术。这种非热技术的工作原理是由高强度和低频声波(20-100 kHz)产生声空化，可用于广泛的应用，包括发酵、乳化和提取59．超声波处理可以改变蛋白质的溶解度和功能，使面粉中的内源性微生物和酶失活，并有助于从豆科植物中提取酚类化合物和生物碱，即通过破坏植物基质细胞壁来脱菌。用超声波处理过的面粉制作复合面包是相对初期的。在yyaver和Bilgiçli的研究中，与传统脱脂法处理的面粉相比，使用超声脱脂的露平面粉(10-20%)增加了最终复合面包的比体积，降低了面包屑硬度50．经过超声波处理的甘薯浆-小麦复合面团(50:50)的流变特性得到改善，与未处理的对照相比，其面包产品具有更高的面包比体积和更柔软的面包屑194．虽然上述处理技术对环境无害，而且据说是有效的，但大多数研究都是在实验室环境下进行的。因此，它们的可扩展性和可获得性，特别是在低收入和中等收入国家，仍有待检验。

未来前景

到目前为止，我们已经讨论了使用各种类型的小麦粉代用品制作面包的好处和挑战，对这种代用品的需求和研究在不久的将来可能会呈指数级增长。展望未来，需要采用跨学科方法，解决目前在环境、营养、健康和技术方面的知识差距。可持续发展科学、人类营养学、微生物学和食品科学之间的协同作用是扩大研究成果产生大规模积极影响的必要条件195．

在环境维度上，对原料到面包链的生命周期评价(LCA)研究是有必要的，以了解不同小麦粉替代品制成的复合面包对环境的影响。应设计一种比较性方法，同时评价每份食物的每单位环境影响的营养密度，以确定营养密度和环境可持续的候选食物。Chaudhary等人将营养概况系统与LCA分析相结合，开发了营养碳足迹评分(NCFS)作为每单位环境影响的产品级营养密度指标13．这种营养概况系统可以灵活地适应特定区域的营养需要。例如，在乔杜里的研究中，使用了营养平衡概念(NBC)，在该概念中，基于营养质量计算一个综合度量，即，一种营养被认为对给定食物的营养状况有积极或消极的影响196．利用这种方法，作者证明了黄豌豆-小麦复合粉制成的食品与精制小麦相比具有更高的单位环境影响营养密度13．考虑到营养密度的LCA分析对于全面理解食物垃圾价格化的好处特别重要，因为在某些情况下，将食物垃圾加工成可食用成分可能会增加其对环境的影响197．这类未来的研究是必不可少的，作为涉及不同利益相关者的政策制定的基础，以提高对吃什么开发相关加工技术，促进可持续食品生产，促进健康，特别是在脆弱地区。

向更健康食品消费的饮食转变通常会改善环境的可持续性37．此外，营养和健康效益有助于促进对可持续复合面包的接受。发达国家的消费者对市场上的“肠胃友好型”面包越来越感兴趣198．这些都强调了传统食品试验对评估食品产品(例如新开发的复合面包)对消费者健康的影响的重要性199．传统上，营养学研究采用了简化的方法，关注食物的营养成分;食品科学和技术一直以全食品方法为基础，更加强调食品的形态计量学和理化性质。天然食品中营养物质相互作用的多样性往往会改变其营养性能和健康潜力200．因此，有人提出，未来的研究需要将这两种方法结合起来，以“食物”为基本单位，研究其对多个替代终点的影响201，包括肠道菌群。尽管个体间存在差异，但一个人的肠道菌群可以用来衡量他们的健康状况202，预测他们对饮食的短期和长期代谢反应203，204，并有可能预测心脏代谢疾病的风险205，206．因此，有必要将微生物学纳入所有常规食品试验，因为它广泛反映了食品及其加工技术对健康的影响。后者还没有经过严格的评估201而加工与食物基质之间的关系，以及由此产生的对消化、营养和健康的影响，是最近人们感兴趣的一个课题。例如，多项研究表明，面包制作的加工技术对餐后代谢反应有显著影响202．目前，关于不同加工工艺在复合面包中减少抗营养化合物的有效性及其对健康的影响的研究尚缺乏。

就加工技术而言，在面包制作过程中修改加工变量的策略，如乳酸发酵，在非小麦谷物面包制备中仍未得到充分利用9．我们认为，用原位生产的葡聚糖发酵是改善复合面包质地和感官特性的最通用和最可行的方法之一。因此，未来的研究将受益于混合搭配的方法，即研究需要发酵和其他方法之间的最佳组合，以增加小麦粉替代品的比例，同时对面包的营养和感官属性的影响最小。以植物为基础的成分发酵，无论是用原料中的本地微生物，还是用选定的起始物，传统上都被用于制备食物，并被非洲、亚洲、欧洲和美洲的许多土著社区消费207．酸面包文化的复兴提供了一个极好的例子，表明这些传统发酵食品是资源的宝库，可以利用这些资源改善健康和食品质量。最近的一项研究对大量酵母发酵剂中的微生物进行了分析，发现醋酸细菌，一种经常被忽视的酵母微生物，是导致面团发酵速度和香气变化的原因208．因此，人们很想对不同发酵食品中的微生物群落进行特征描述，并确定特定的微生物对其独特的风味和香气负责。随后可以调整发酵过程，生产出与当地人熟悉的发酵食品相似的感官特性的面包产品。这种熟悉程度可能会增加当地消费者的偏好，即使面包产品在某些方面不如精制小麦面包，如前所述的bambara -小麦复合面包的研究51．

在新石器时代革命之前，面包首先是用当地的野生小麦、野生大麦和根茎植物制成的209但从那以后，它已经进化到依赖一种占据地球上最多耕地的作物。作为一种可靠的主食，这造成了生物多样性的丧失和环境生产力的降低，对地球健康造成了不可逆转的损害。向可持续面包生产过渡需要采取多方面的方法，包括使用来自可持续来源的小麦粉替代品，这可以通过基于证据的知识和对本综述中概述的当前和未来进展的翻译得到支持。