復合酶制劑對全麥饅頭品質的改良作用

劉麗婭 岳 穎 藺艷君 周閑容 佟立濤 王麗麗 周素梅

(中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，北京 100193)

自20世紀90年代以來，大量科學研究數(shù)據(jù)和流行病學調查證實了全谷物(Whole grain)有預防和降低肥胖、心腦血管疾病、糖尿病、結腸癌等慢性疾病風險作用，全谷物營養(yǎng)健康概念日益深入人心。小麥作為全球第二大主糧作物和加工門類最豐富的糧食制品原料，全麥粉及其制品在全谷物產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的地位舉足輕重，產(chǎn)品所占比重高達50%以上。據(jù)美國小麥市場中心提供的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2013年美國全麥粉產(chǎn)量已達到其面粉總產(chǎn)量的20%左右；早在2010年，美國市場上全谷物面包的銷售額已超過普通白面包。這除了美國社會對全谷物健康概念的認知程度較高外，也得益于全麥面包風味口感的顯著改善。在我國，目前全麥粉及其制品所占消費比重仍較低(不足總產(chǎn)的10%)。除了認識上的差距，與我國全麥粉及其制品的商品食用品質欠佳也有很大關系。

饅頭是我國的傳統(tǒng)主食，以全麥饅頭代替普通饅頭，不僅有利于改善我國居民的膳食營養(yǎng)，促進身體健康，并且可以充分利用面粉加工的副產(chǎn)物-麩皮。但是由于全麥粉中含有大量麩皮，使發(fā)酵面制品品質劣化，進而造成全麥饅頭體積小、質地硬、缺乏彈性，內(nèi)部結構粗糙[1]。因此，我國市場上鮮見以純?nèi)湻壑苽涞钠焚|優(yōu)良的全麥饅頭產(chǎn)品。因此，在保持全麥饅頭獨特的麥香味及營養(yǎng)保健價值的同時，改善起發(fā)性差、結構粗糙、質地干硬等品質問題，成為影響其推廣的關鍵因素。

酶制劑是一種天然的生物制品和綠色食品添加劑，安全性高，在改善產(chǎn)品品質的同時對人體無危害。國內(nèi)外研究表明，戊聚糖酶(Pn)可促進不可溶阿拉伯木聚糖(WUAX)降解為可溶阿拉伯木聚糖(WEAX)[2]；纖維素酶(Ce)可降解纖維素，提高Pn的水解效果[3]；葡萄糖氧化酶(Gox)將巰基氧化為二硫鍵的同時還可促進WEAX氧化凝膠[4]，而且這些酶制劑在全麥面包品質改良中的作用已被認可。全麥饅頭雖然與全麥面包均屬于全麥發(fā)酵面制品，但由于對產(chǎn)品品質有不同的要求，在原料品質、制作工藝、配方等因素上存在很大差別。迄今為止，酶制劑對全麥粉饅頭品質的改良作用鮮有報道。

本研究旨在研究戊聚糖酶(Pn)、葡萄糖氧化酶(Gox)和纖維素酶(Ce)單一酶及復合酶對以純?nèi)湻壑谱鞯酿z頭品質的改良作用，以期為我國全麥饅頭工業(yè)化生產(chǎn)提供借鑒，推動我國全谷物食品產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

Bob’s Red Mill全麥粉(蛋白質10%，脂肪1%，碳水化合物9%，膳食纖維20%)：美國Bob’s Red Mill Natural Foods公司，全麥粉粒徑：D10=27 μm、D50=136 μm、D90=294 μm，其中所含麩皮粒徑：D10=191 μm、D50=285 μm、D90=632 μm(參照WANG等[5]的方法測定，D10、D50、D90分別表示小于或等于此粒徑值的體積占測量樣品全部體積的10%、50%、90%；測定麩皮粒徑時將全麥粉經(jīng)100目粉篩篩理200 s，測定其篩上物的粒徑大小)；

低糖高活性干酵母：安琪酵母股份有限公司；

葡萄糖氧化酶(GLUZYME Mono 10 000 BG，10 000 GODU/g)、戊聚糖酶(Pentopan Mono BG，2 500 FXU(W)/g)、纖維素酶(Celluclast BG，3 500 EGU/g)：諾維信生物技術有限公司。

1.1.2 主要儀器設備

KENWOOD(major classic)和面機；JCXZ面團成型機；FX-10A醒發(fā)箱；ZN28YK807-150電蒸鍋；JML面包體積測定儀；TA-XT 2i/5質構儀。

1.2 方法

1.2.1 饅頭制作方法

稱取300 g全麥粉，加入1.0%(m/m)安琪低糖高活性干酵母，混合均勻、轉移至和面機的和面缽中，添加一定量的酶制劑(Pn、Gox、Ce單一酶或者復合酶)再次攪拌、混勻，緩慢加入70%的蒸餾水，加水過程中不斷用筷子攪拌成絮狀，使用和面機最低檔和至面絮成團，再換1檔和面10 min。將和好的面團置于37 ℃，85%RH發(fā)酵箱中發(fā)酵60 min。面團均分為6份，調整輥距為6 mm，壓面20次，手工搓圓，塑型至高約5 cm。于37 ℃、85%RH發(fā)酵箱中再次醒發(fā)30 min后，放入已煮沸并墊有紗布的鋁蒸鍋屜上蒸制25 min。取出于室溫下冷卻1 h，進行相關指標測定。

1.2.2 饅頭比容測定

饅頭體積測定參照 GB/T 17320—2013 附錄A。

1.2.3 饅頭品質評價

饅頭感官評分標準參考GB/T 17320—2013 附錄A，并根據(jù)全麥饅頭特點進行適當修改，優(yōu)選7名感官評價人員根據(jù)表1對產(chǎn)品進行感官評價。

1.2.4 饅頭樣品質構測定

采用TA-XT 2i/5型質構儀測定，參考楊煒[6]的方法并做適當修改。具體步驟為：饅頭冷卻1 h 后，將饅頭縱切成厚度為20 mm的薄片，進行TPA測試，獲得饅頭硬度、咀嚼性數(shù)據(jù)，每個樣品重復測定四次，取平均值。測定條件：P/36R探頭；壓縮率50%；測前速度、測后和測試速度均為1.00 mm/s；間隔時間5 s；觸發(fā)類型為：Auto；起點感應力：5 g；數(shù)據(jù)采集速率：200 pps。

表1 全麥饅頭感官評分標準

1.2.5 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel進行數(shù)據(jù)整理，數(shù)據(jù)以平均值±標準差表示。采用SAS9.2軟件進行單因素方差分析，正交分析采用直觀分析及方差分析，P<0.05有統(tǒng)計學意義。

2 結果與分析

2.1 葡萄糖氧化酶(Gox)對全麥饅頭品質的影響

由表2可見，未經(jīng)改良的全麥粉所制作的全麥饅頭內(nèi)部結構致密、缺乏彈性、質地較硬，感官評分較低，僅為73.2分。添加40 mg/kg Gox后，饅頭各方面品質均顯著提高，比容達到2.50 cm3/g，提高約14%；饅頭硬度降低37%；饅頭外觀形狀更挺立、內(nèi)部氣孔更均勻，更富有彈性，感官評價總評分增加到84.1(表2、表3)。在面團制作過程中，也發(fā)現(xiàn)Gox適量添加使面團筋力增強，面團干爽，顯著改善饅頭品質；但Gox過量添加不僅不能進一步改善饅頭品質，還會造成饅頭內(nèi)部氣孔結構粗糙、變硬發(fā)干，這與以往的研究結果相一致[7-8]。

表2 葡萄糖氧化酶對全麥饅頭感官評分的影響

表3 不同加酶量對全麥饅頭比容及質構的影響

表4 戊聚糖酶對全麥饅頭感官評分的影響

迄今為止，Gox在面團中的作用機制已經(jīng)有大量研究，廣泛認同的機理主要有兩方面：一方面Gox催化葡萄糖氧化成葡萄糖酸和過氧化氫，后者氧化面筋蛋白中的巰基(-SH)形成二硫鍵(-S-S-)，強化面團網(wǎng)絡結構，增強面團的持氣性、彈性和韌性[9]；同時生成的過氧化氫在小麥粉中過氧化物酶的作用下可產(chǎn)生自由基，催化WEAX中的阿魏酸參與戊聚糖的氧化交聯(lián)反應, 促進WEAX氧化凝膠形成較大的網(wǎng)狀結構，增強面筋骨架，提高面團筋力和彈性[10]。此外，還有理論認為過氧化氫使-SH被氧化失去活性，喪失了激活蛋白酶的能力，抑制了面團中蛋白酶的活性，從而避免蛋白酶強烈分解面粉中的蛋白質使得面團的筋力下降，保護了面團的筋力和加工性能[11]。

2.2 戊聚糖酶(Pn)對全麥饅頭品質的影響

由于全麥粉中存在大量麩皮，WEAX和WUAX比例及二者總量較普通小麥粉差異很大。研究表明，面粉中WEAX/WUAX約為1，總戊聚糖含量約為2%，而全麥粉中WEAX/WUAX約為1/8，總戊聚糖含量約為10%[12-13]。通常情況下WEAX可以明顯改善面團特性及面包烘焙品質，表現(xiàn)在可以顯著增加面團吸水量，增加面團的穩(wěn)定時間，增大面包體積，改善內(nèi)部質地結構[14]；而WUAX對面團特性和面包品質具有明顯的負面作用，WUAX一方面吸收了大量的水分，使面筋和氣胞膜得不到充足的水分，另一方面使面團中氣胞穿孔合并，降低了面團的持氣性，導致發(fā)酵面制品品質變差[15-16]。WUAX的負作用可通過添加Pn來部分消除[17-18]，因此考慮用Pn將WUAX適度水解為WEAX，改善全麥面團特性，進而改善全麥饅頭品質。

由表4可見，添加Pn后，全麥饅頭比容、硬度以及感官品質都得到顯著改善。添加量60 mg/kg時，饅頭比容達到2.46 cm3/g，提高約12%；硬度降低29%；饅頭內(nèi)部結構細膩，彈性增加，感官評分達到83.7。在制作過程中也發(fā)現(xiàn)，適量添加Pn可使面團變得柔軟，延伸增強，饅頭心柔軟細膩。一方面，這可能與Pn部分水解WUAX，消除WUAX 的負面影響有關；此外，有文獻報道WEAX在醒發(fā)過程中適當降解，使附著在面筋蛋白質膜表面的AX黏度下降，從而促使面筋蛋白質膜延伸性增加，但是面團的穩(wěn)定性和面筋的網(wǎng)絡結構并未因此受到破壞[19]，蒸制初期升溫階段的急速漲發(fā)性增強。隨著Pn添加量的繼續(xù)增加，戊聚糖過度水解使面團發(fā)黏，不易操作，延伸性過大，饅頭的比容、硬度及感官評分均沒有顯著地增加，且制作的饅頭高徑比降低，形狀扁平。

表5 纖維素酶對全麥饅頭感官評分的影響

2.3 纖維素酶(Ce)對全麥饅頭品質的影響

普通小麥面粉纖維含量低，對面團體系影響不大。但全麥粉含有大量纖維基質，導致饅頭發(fā)硬，同時纖維基質對淀粉-面筋網(wǎng)絡結構產(chǎn)生破壞，限制或迫使氣體在特定方向上膨脹，從而影響?zhàn)z頭氣室結構。以往研究結果表明，全麥制品添加Ce，有利于改變纖維素結晶結構，水分子的介入使纖維素分子之間的氫鍵破壞，產(chǎn)生部分可溶性的微結晶[20], 因而可能對全麥制品品質產(chǎn)生有利影響。

由表5可知，Ce改善了全麥饅頭的比容、硬度以及感官品質。添加到30 mg/kg時，饅頭比容為2.40 cm3/g，提高了9%；硬度降低41%；感官評分達到83.5，提高約14%。由表6可見，隨著酶添加量的增加，饅頭比容無顯著增加，而硬度略有提高，高徑比降低，外觀形狀扁平?？梢姡m量添加Ce可使面團變軟、延展性增強，饅頭體積變大、硬度減小；但添加量過大，反而造成筋力弱化、致使面團發(fā)黏、饅頭外觀變差。

表6 纖維素酶對全麥饅頭比容及質構的影響

2.4 復合酶對全麥饅頭品質的影響

在復合酶制劑改良全麥饅頭品質的正交實驗設計中，依據(jù)單因素實驗的結果，將Gox、Pn、Ce的添加量作為影響因素，做3因素3水平正交實驗，因素水平見表7。以饅頭比容為評價指標，采用SAS.9.2統(tǒng)計軟件進行統(tǒng)計分析。實驗結果和數(shù)據(jù)處理結果見表8、表9。

表7 正交實驗因素水平表

表8 正交優(yōu)化實驗結果

表9 方差分析

從表8和表9可知，因素B(Pn添加量)對實驗結果影響顯著(P<0.05)；而因素A(Gox)和因素C(Ce)對實驗結果影響較小。三種酶對饅頭比容的影響依次為B(Pn)>A(Gox)=C(Ce)。極差分析結果表明酶法改性全麥饅頭品質的最優(yōu)酶制劑用量水平為A2B1C2，即Gox 40 mg/kg，Pn 40 mg/kg，Ce 30 mg/kg。此時全麥饅頭比容可達到2.69 cm3/g，挺立度適中(高徑比0.56)，感官總評分達90分 (表10)，從圖1可見，經(jīng)復合酶改良的全麥饅頭比容顯著提高，內(nèi)部孔隙結構更加豐富。與單一酶相比，復合酶主要改善了全麥饅頭的表面和內(nèi)部結構、彈性、韌性、尤其是顯著降低了粗糙感。這可能是由于Gox增強了面團韌性，Pn、Ce增強了延展性，Ce的添加又可促使戊聚糖釋放的原理，酶制劑之間產(chǎn)生了協(xié)同效應，從而使饅頭品質更佳，相關機理有待進一步研究。

表10 最適復合酶添加量下全麥饅頭感官評分

注：復合酶用量為：Gox 40 mg/kg、Pn 40 mg/kg、Ce 30 mg/kg。

3 結論

Gox、Pn、Ce單一使用均可顯著改善全麥饅頭的比容、硬度及感官品質。通過單因素實驗，確定每種酶單一添加時的最適添加量分別為Gox 40 mg/kg、Pn 60 mg/kg、Ce 30 mg/kg，此時全麥饅頭感官評分接近85分。酶制劑過量添加對全麥饅頭品質產(chǎn)生不利影響，例如Gox過量導致饅頭內(nèi)部結構粗糙、口感發(fā)干；而Pn及Ce會使面團黏度增大、饅頭外觀扁平。Gox、Pn、Ce三種酶復合使用對全麥饅頭的改良效果優(yōu)于單一酶制劑。通過正交實驗確定了復配酶制劑的最適添加量：Gox 40 mg/kg，Pn 40 mg/kg，Ce 30 mg/kg。此時全麥饅頭比容為2.69 cm3/g，高徑比0.56，感官總評分達到90。