Functional Fortification of Wheat Cookies with Red Kidney Bean Flour for Nutritional, Physicochemical, and Sensory Evaluation

技術要約：赤インゲン豆粉による小麦クッキーの機能的強化

問題提起
タンパク質・エネルギー低栄養症（PEM）は、発展途上国において依然として重大な公衆衛生上の課題となっている。これは、高品質なタンパク質、必須アミノ酸（特にリシン）、食物繊維、および微量栄養素が不足しがちな、穀物ベースの主食に大きく依存した食事によって引き起こされている。クッキーのような製菓製品は広く消費されており、栄養強化のための有効な媒体となるが、従来の小麦粉を用いたクッキーは通常、タンパク質や生理活性物質が少ない。さらに、多くの小麦依存型の国々は、輸入小麦への依存による食料安全保障の問題に直面しており、赤インゲン豆のような、現地で入手可能な栄養密度の高い農業資源を活用する必要がある。

方法論
本研究では、脱水処理された赤インゲン豆（Phaseolus vulgaris L.）粉を添加した小麦クッキーの開発および評価について調査した。研究では、豆粉を調製するために特定の加工プロトコルを採用した：

• 粉の調製： 赤インゲン豆に対して超音波補助前処理（プローブ型超音波発生装置、20 kHz、750 W、25°C、パルスモードで30分間）を行い、その後、強制対流式風乾法（60°C）を用いた。この手法は、従来の乾燥法と比較して、乾燥効率を高め、生理活性物質を保持するために選択された。
• クッキーの処方： 小麦粉を赤インゲン豆粉で置換する割合を、0%（対照群、T0）、5%（T1）、10%（T2）、15%（T3）、20%（T4）の5つの処理レベルとして開発した。
• 分析： 得られたクッキーに対し、以下の包括的な評価を行った：
  • 組成分析： 水分、灰分、粗脂肪、粗繊維、粗タンパク質、および無窒素抽出物（NFE）。
  • 物理的特性： 重量、直径、厚さ、スプレッド比、およびかさ密度。
  • 機能的特性： 保水能（WHC）および保油能（OHC）。
  • バイオ機能特性： 総フェノール含有量（TPC）、総フラボノイド含有量（TFC）、DPPHラジカル消去活性、および鉄還元能（FRAP）。
  • 栄養プロファイリング： アミノ酸組成（アミノ酸アナライザーを使用）およびミネラル含有量（鉄、リン、カルシウム、マグネシウムを原子吸光分光光度法により測定）。
  • 官能評価： 感覚的特性（色、テクスチャー、カリカリ感、味、風味、総合的な受容性）を、60日間の保存期間における20名の半訓練されたパネルによって、9段階のヘドニック尺度を用いて評価した。
  • 色彩分析： 色差計を用いて、明度（L*）、赤み／緑み（a*）、黄色み／青み（b*）、全色差（ΔE）、彩度（C*）、および白度指数（WI）を測定した。

主な結果
小麦粉を赤インゲン豆粉に置換することで、評価されたすべてのパラメータにおいて有意な変化（p < 0.05）が見られた：

• 栄養的強化：

  • マクロ栄養素： タンパク質含有量は14.04%（T0）から29.59%（T4）へと増加し、2.11倍となった。食物繊維は1.12%から1.88%へと増加（1.68倍）。脂肪および水分含有量も増加し、NFE（炭水化物）は55.60%から27.52%へと大幅に減少した。
  • アミノ酸： 添加によりアミノ酸プロファイルが大幅に改善され、特に小麦に共通するリシンの不足が解消された。リシン含有量は0.32 g/100gから1.69 g/100gへと増加した。分岐鎖アミノ酸（ロイシン、イソロイシン、バリン）も大幅な増加を示した。ただし、メチオニンは依然として制限アミノ酸であったが、その含有量は0.11から0.33 g/100gへと増加した。
  • ミネラル： 必須ミネラルが漸次的に増加した。鉄は2.07から2.93 mg/100gへ、リンは26.99から51.49 mg/100gへ、カルシウムは23.28から34.94 mg/100gへ、マグネシウムは2.68から3.22 mg/100gへとそれぞれ増加した。
  • 生理活性化合物： 総フェノール含有量は120.00から257.60 mg GAE/100gへと増加し、総フラボノイド含有量も大幅に上昇した。抗酸化能（DPPHおよびFRAP）も、添加サンプルにおいて有意に高まった。

• 物理化学的および機能的変化：

  • 物理的寸法： 置換レベルが増加するにつれ、クッキーの重量と厚さは増加した（重量：8.05gから12.90g、厚さ：4.15mmから6.59mm）。一方で、直径とスプレッド比は減少した（直径：46.50mmから37.03mm、スプレッド比：11.20から5.61）。
  • 機能的特性： かさ密度と保水能は低下したが、保油能は1.30から2.10 g/gへと大幅に増加した。
  • 色彩： 白度指数は低下し（約55から約38）、全色差（ΔE）が増加した。これは、天然の色素およびメイラード反応による褐変化により、より暗く彩度の高いクッキーとなったことを示している。

• 官能評価：

  • 豆粉の置換レベルが増加するにつれ、また60日間の保存期間を通じて、官能スコアは概して低下した。対照群（T0）が最も高いスコアを維持し、20%置換レベル（T4）が最も低いスコアとなった。
  • 極めて重要な点として、10%置換レベル（T2）が最適なバランスを示した。これは、対照群と比較して感覚的特性に大きな損失を与えることなく、良好な総合的受容性を示す組成であった。より高いレベル（T3、T4）では、「豆臭い」風味、硬さの増加、および色の暗さに起因して、色、味、およびカリカリ感のスコアが低下した。

意義および主張
本論文は、超音波補助による脱水処理された赤インゲン豆粉が、タンパク質強化された製菓製品を開発するための強力な機能性原料であることを結論付けている。本研究の主張は以下の通りである：

1. 栄養的安全保障： 小麦クッキーに赤インゲン豆粉を添加することは、タンパク質、繊維、ミネラル、および抗酸化物質を大幅に高め、アミノ酸バランス（特にリシン）を改善することで、タンパク質・エネルギー低栄養症に対処する上で効果的である。
2. 最適な置換レベル： 10%の置換レベルが最適点として特定された。これは、感覚的な受容性を維持しながら、実質的な栄養強化を提供する。
3. 持続可能性： 現地生産の赤インゲン豆を活用することは、穀物ベースの食品を多様化し、輸入小麦への依存を減らし、在来の豆類の消費を促進することで、国家の食料および栄養安全保障に貢献する持続可能な戦略となる。
4. 加工の有効性： 超音波補助乾燥法は、機能性食品への適用に適した高品質な豆粉を製造し、生理活性物質を保持し、技術的特性を向上させる手法として支持される。

著者らは、本研究を、現地の農業資源を活用しながら、栄養不足を緩和しつつ、手頃な価格で栄養密度の高い機能性食品を作成するための実践的なアプローチとして位置づけている。