木聚糖酶對米糠面團(tuán)特性及面包烘焙品質(zhì)的影響

孟祥平，欒廣忠，孫華幸，任龍梅，趙麗貞

1(烏蘭察布職業(yè)學(xué)院 農(nóng)學(xué)與馬鈴薯工程系，內(nèi)蒙古 烏蘭察布，012000)2(西北農(nóng)林科技大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 楊凌，712100)

米糠是稻谷精加工的主要副產(chǎn)物，占稻谷8%～10%[1]，研究顯示米糠含有豐富的蛋白質(zhì)、脂肪、粗纖維、淀粉、礦物質(zhì)及膳食纖維[2]，因此被譽(yù)為“天賜營養(yǎng)源”[3]。我國米糠資源豐富，目前主要用于動物飼料和肥料，僅有少部分用于深加工，開發(fā)利用水平相對低[3-4]。這主要是因?yàn)槊卓分久冈诩庸み^程中容易酸敗，導(dǎo)致食品產(chǎn)生不良?xì)馕禰5]。使用化學(xué)、冷凍、蒸汽、擠壓及微波等方法處理新鮮米糠，能穩(wěn)定米糠中脂肪酶活性，延長米糠保質(zhì)期[2, 6]。徐樹來[7]研究報道在面包配方中添加10%經(jīng)過擠壓膨化處理的脫脂米糠，面包物性與小麥面包相似。TAGHINIA等[8]比較超聲和烘烤2種穩(wěn)定處理的米糠對小麥面團(tuán)和面包品質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)10%替代比例的米糠面包感官評分最好，而當(dāng)添加量為15%時，米糠面團(tuán)流變特性較差，面包品質(zhì)下降[9]。

木聚糖酶(xylanase, Xyl)是一類以內(nèi)切方式降解木聚糖分子中木糖苷鍵的酶類，能水解干擾面筋網(wǎng)絡(luò)形成的阿拉伯木聚糖，用于面包加工以改善面包品質(zhì)如硬度、比容及儲藏特性[10-11]。國內(nèi)外研究報道Xyl能顯著提高全麥面包、冷凍面團(tuán)品質(zhì)[12-13]。

為改善高替代量米糠面包品質(zhì)，本研究以15%米糠替代量的面包為研究對象，分析不同添加量的木聚糖酶對米糠面團(tuán)流變學(xué)特性及面包烘焙品質(zhì)的影響。

1 材料與方法

1.1 材料

高筋粉(11.6%水分，14.6%蛋白質(zhì)，0.96%脂肪)(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，大成良友食品(天津)有限公司；米糠(10.8%水分，13.6%蛋白質(zhì)，18.9%脂肪)(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，龍鼎(內(nèi)蒙古)農(nóng)業(yè)股份有限公司；酵母，安琪酵母股份有限公司；木聚糖酶(最適溫度35～50 ℃，酶活力5 000 U/g)，河南萬邦實(shí)業(yè)有限公司；黃油，蒙牛乳業(yè)有限公司；脫脂乳粉，內(nèi)蒙古伊利實(shí)業(yè)集團(tuán)股份有限公司；食鹽，陜西省鹽業(yè)專營公司；白砂糖，太古糖業(yè)(中國)有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

MM721AU-PW(X)微波爐，美的股份有限公司；FW-400A傾斜式高速萬能粉碎機(jī)，北京中興偉業(yè)儀器有限公司；SM-1688和面機(jī)，牧人王電器五金制品有限公；HWS-080醒發(fā)箱，上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；SGC-1Y烤箱，三麥機(jī)械有限公司；TA.XT plus質(zhì)構(gòu)儀，英國SMS(Stable Micro Systems)公司；DHR-1流變儀，美國TA公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 米糠穩(wěn)定處理

參照自吳雨等[14]方法稍加修改，稱取一定量的新鮮的米糠過40目篩，用蒸餾水調(diào)整水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)至28%，用攪拌機(jī)混合均勻，稱取50 g均勻平鋪于耐熱玻璃器皿中(厚度約1 cm)，至于微波爐中，在中高火(539 W)下，穩(wěn)定90 s，冷卻至室溫，過60目篩，裝于密封保鮮袋中于-4 ℃低溫保藏。

1.3.2 面團(tuán)動態(tài)流變特性測定

采用頻率掃描研究面團(tuán)動態(tài)流變學(xué)特性。將不同添加量的Xyl分別與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%米糠、85%高筋粉及相應(yīng)的水?dāng)嚢璩擅鎴F(tuán)，用保鮮膜密封，在室溫條件下靜置10 min，然后取出用壓面機(jī)壓成厚度為2.0 mm面帶，并切成直徑為40 mm的圓面片。將圓面片置于載物臺靜置5 min以消除應(yīng)力，用塑料片刮去多余的面片，并在面片周圍涂抹適量硅油，防止水分蒸發(fā)。在動態(tài)測量模式下，在0.01%～100%進(jìn)行應(yīng)力掃描，確定面團(tuán)的線性黏彈區(qū)；然后，進(jìn)行頻率掃描，頻率掃描測量參數(shù)為：直徑為40 mm平板，間距為2 mm，應(yīng)變?yōu)?.1%，溫度25 ℃，掃描頻率為0.1～40 Hz[15]。

1.3.3 米糠面包制作

面包制作方法參照SUN等[16]文獻(xiàn)方法稍作修改。分別將0，30，60，90，120 mg/kg的Xyl與15%米糠、85%高筋粉、4%脫脂乳粉、0.8%食鹽、15%白砂糖、1.8%酵母(均為質(zhì)量分?jǐn)?shù))與相應(yīng)比例的水一起加入攪拌機(jī)中攪拌至面筋擴(kuò)展至80%～90%，然后加入3%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))黃油繼續(xù)攪拌，累計攪拌15 min。然后將攪拌成熟的面團(tuán)置于溫度30 ℃、相對濕度85%的發(fā)酵箱中發(fā)酵1.5 h，取出排氣、分割成約190 g面團(tuán)，搓圓成表面光滑的面團(tuán)，室溫靜置10 min，采用吐司面包二次整形法整形，置于模具中，在溫度30 ℃、相對濕度85%的條件下醒發(fā)60 min,取出放入上火180 ℃、下火200 ℃烤箱中烘烤20 min。

1.3.4 面團(tuán)發(fā)酵體積測定

參照王杰瓊[17]的方法稍作修改。取1.3.3中的面團(tuán)分割為20 g/份，置于50 mL量筒中整平至20 mL，放置于溫度35 ℃、相對濕度85%的發(fā)酵箱中，從發(fā)酵0 min起，記錄面團(tuán)發(fā)酵體積，每隔15 min記錄1次，至90 min為止。

1.3.5 面包比容測定

面包比容測定參照GB/T 20981—2007[18]，采用油菜籽替代法。面包在室溫冷卻2 h后進(jìn)行測定。

1.3.6 面包質(zhì)構(gòu)特性及硬化速率測定

面包的質(zhì)構(gòu)特性和硬化速率測定參照吉夢瑩[19]的方法稍作修改。面包樣品在室溫冷卻2 h，冷卻完成開始計時為0 h，密封面包并置于常溫保藏24 h。面包樣品均切成20 mm的薄片，采用質(zhì)構(gòu)儀測定。測定參數(shù)為：探頭P/36、測前速度1.0 mm/s，測試速度1.0 mm/s，測后速度1.0 mm/s，形變量為50%，每個樣品平均測定6次。面包芯硬化速率計算如公式(1)所示：

面包硬化速率/(g·h-1)=

(1)

1.3.7 面包芯氣孔結(jié)構(gòu)數(shù)字分析

將冷卻2 h后的面包切片，使用掃描儀進(jìn)行掃描，掃描頻率為600 dpi。采用Image J 軟件將掃描圖像截取最大矩形面積并轉(zhuǎn)為8-bit灰度圖像[20]，利用Otsu thresholding技術(shù)對圖像進(jìn)行處理，在處理后圖像的不同位置選取30 mm×30 mm圖像4次[21]，測定面積>0.1 mm2的氣泡的個數(shù)、平均面積(average size,AS)、氣孔表面分率(area fraction,AF)和氣孔稠密度(cell density,CD)[22]

1.3.8 面包芯氣孔結(jié)構(gòu)數(shù)字分析

面包感官評定參照張猛[23]的方法。由10名熟悉面包感官品質(zhì)評定的學(xué)生和老師(年齡22～40歲)分別從色澤(10 分)、質(zhì)地(15 分)、形態(tài)(30 分)、紋理結(jié)構(gòu)(25 分)、風(fēng)味口感(20 分)5方面對面包樣品進(jìn)行感官評定。

1.3.9 面包芯氣孔結(jié)構(gòu)數(shù)字分析

采用SPSS 19.0分析軟件中one-way ANOVA 的Duncan法對數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析和差異性分析(P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 Xyl對米糠面團(tuán)動態(tài)流變學(xué)特性影響

儲能模量或彈性模量(G′)和損耗模量或黏性模量(G″)是頻率掃描的2個重要參數(shù)，分別反映了樣品力學(xué)特性中的彈性本質(zhì)和黏性強(qiáng)度[24]。損耗角(tanδ)是G″和G′比值，反映樣品的綜合黏彈性，tanδ值小，代表更硬的剛性樣品，反之代表黏性樣品[25]。圖1分別為添加Xyl后米糠面團(tuán)的G′、G″和 tanδ值隨頻率的變化關(guān)系圖。由圖1可知，所有組的G′、G″ 隨頻率增加而增大，且G′始終>G″，進(jìn)而導(dǎo)致tanδ<1，這表明面團(tuán)中彈性所占比例大于黏性，面團(tuán)呈固態(tài)性質(zhì)。與對照相比，添加Xyl后，米糠面團(tuán)有更大G′和G″，更小tanδ值，說明添加Xyl可以改善面團(tuán)黏彈性。GHOSHAL等[26]報道添加Xyl的全麥面團(tuán)比未添加Xyl的全麥面團(tuán)具有更高的G′和G″，并認(rèn)為Xyl有助于谷蛋白二硫鍵/巰基展開，使蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)間形成更加交聯(lián)的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而使得面團(tuán)具有更高的G′值。王佳玉等[27]對添加Xyl后的全麥面團(tuán)流變特性進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)添加Xyl后的全麥面團(tuán)相比于未添加Xyl的全麥面團(tuán)，在酶反應(yīng)時間15～60 min，所有添加水平均顯示出更高的G′和G″。由圖1可知，在Xyl添加量為60 mg/kg時，米糠面團(tuán)顯示更高的G′，更低的tanδ值，有較好的黏彈性。

a-儲能模量(G′)；b-損耗模量(G″)；c-損耗角(tanδ)圖1 米糠面團(tuán)的儲能模量(G′)，損耗模量(G″)和損耗角(tanδ)

2.2 Xyl對米糠面團(tuán)發(fā)酵體積的影響

圖2為米糠面團(tuán)在發(fā)酵過程中體積隨發(fā)酵時間的變化。由圖2可知，在0 ～ 30 min，面團(tuán)的體積變化速率較快，在30 min后，面團(tuán)體積變化趨于平穩(wěn)，且添加Xyl后米糠面團(tuán)的體積較對照組面團(tuán)有更大增長體積，當(dāng)Xyl添加量為60 mg/kg時，米糠面團(tuán)具有最大的發(fā)酵體積。WANG等[13]報道添加Xyl后，新鮮面團(tuán)和冷凍面團(tuán)發(fā)酵高度增大，面團(tuán)持氣能力提高。羅昆等[28]研究發(fā)現(xiàn)添加Xyl的麥麩面團(tuán)中水溶性阿拉伯木聚糖含量在攪拌、發(fā)酵及烘焙初期3個過程都進(jìn)一步增加。Xyl能增加面團(tuán)面筋強(qiáng)度和延展性[29]，使氣泡液膜成圓形，改善面團(tuán)持氣性；且Xyl降解產(chǎn)生的小分子糖類物質(zhì)能促進(jìn)酵母生長，提高面團(tuán)產(chǎn)氣量，因此添加Xyl后米糠面團(tuán)發(fā)酵體積相比于對照組增大。

圖2 Xyl對米糠混粉在發(fā)酵過程中面團(tuán)體積的影響

2.3 Xyl對米糠面包比容的影響

由圖3可知，添加Xyl后面包的比容顯著增大(P<0.05)，隨著添加量的增加先增大后降低，當(dāng)Xyl添加量為60 mg/kg時，面包比容最大。這是因?yàn)閄yl能降解原料中水不溶性木聚糖為水溶性木聚糖，這些糖與蛋白質(zhì)結(jié)合，增加面團(tuán)吸水能力，有利于面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)充分快速擴(kuò)展和形成，增加面團(tuán)持氣能力，使面團(tuán)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在烘烤過程中不易破裂合并，面包比容增大。隨著Xyl添加量的增加，面團(tuán)的持水能力降低，影響攪拌后面團(tuán)的松弛性和黏性，導(dǎo)致面包比容減小[30]。

圖3 Xyl對米糠面包比容的影響

2.4 Xyl對米糠面包質(zhì)構(gòu)特性的影響

由表1可知，添加Xyl后面包的硬度和咀嚼性顯著降低(P<0.05)，且隨著添加量的增加先降低后升高，當(dāng)Xyl添加量為60 mg/kg時，面包硬度和咀嚼性最低。同時，也可以看到，添加Xyl后，面包的彈性、內(nèi)聚性和回復(fù)性都顯著增加(P<0.05)，但不同添加量Xyl之間相比較并沒有明顯差異。曾潔等[31]研究發(fā)現(xiàn)添加Xyl的饅頭硬度、膠著性和咀嚼性顯著降低，但添加量增大時這些指標(biāo)明顯增高。這可能是由于木聚糖酶水解水不溶性木聚糖為可溶性木聚糖，改善了面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，面團(tuán)變得柔軟有彈性，而隨著Xyl添加量的增加，由于水解釋放大量自由水，使得烘烤過程水分散失過多，進(jìn)而導(dǎo)致面包的硬度、咀嚼性增加，彈性降低[23]。

表1 Xyl對米糠面包質(zhì)構(gòu)特性的影響(x±s, n=4)

2.5 Xyl對米糠面包硬化速率的影響

面包硬化是面包老化的最明顯表現(xiàn)之一，面包芯硬化速率越小面包老化回升率越低[19]。由圖4可知，添加Xyl后，面包硬化速率降低，當(dāng)Xyl添加量為60 mg/kg，面包硬化速率最低，隨著Xyl添加量的增加，面包硬化速率有所增大。添加一定量的Xyl后，一方面面團(tuán)中水溶性木聚糖的相對量增加，水溶性木聚糖分子的鏈長更易于與蛋白質(zhì)等大分子結(jié)合，優(yōu)化了面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的組成，改善面團(tuán)性能[32]；另一方面促使水溶性阿拉伯木聚糖的凝膠強(qiáng)度增大，使得產(chǎn)品在儲存過程中失水速率和水分遷移速率延緩，持水性保持高，硬度增加相對小[33]。而當(dāng)Xyl添加量高時，Xyl的添加影響了面包的烘焙品質(zhì)，因此在貯存24 h后,xyl添加量為90 mg/kg和120 mg/kg組面包的硬度較60 mg/kg組增加大，面包硬化速率增大[34]。

圖4 Xyl對米糠面包硬化速率的影響

2.6 Xyl對米糠面包芯氣孔結(jié)構(gòu)的影響

由表2可知，與對照組面包相比，添加Xyl后，面包芯的氣孔結(jié)構(gòu)各參數(shù)均發(fā)生改變。當(dāng)Xyl添加量為60 mg/kg時，面包氣泡個數(shù)、AF值及CD值顯著增大(P< 0.05)，而AS值適中。好的面包，氣孔分布均勻，且氣孔平均面積適中[35]。因此添加適量Xyl有助于改善面包氣孔結(jié)構(gòu)。研究報道添加Xyl的面團(tuán)有更加連續(xù)的面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[13]，使得面包氣孔可以保住更多氣體，形成具有薄面包壁和均勻孔隙率的面包。

表2 Xyl對米糠面包芯氣孔結(jié)構(gòu)的影響(x±s, n=5)

2.7 Xyl對米糠面包感官品質(zhì)的影響

由圖5可知，添加Xyl后的米糠面包色澤評分差異不大，而質(zhì)地、紋理結(jié)構(gòu)、形態(tài)及氣味口感評分均高于對照組，這與表1、表2及圖3對面包質(zhì)構(gòu)、面包芯氣孔結(jié)構(gòu)及比容結(jié)果一致。WANG等[13]研究報道添加Xyl后，鮮面包和冷凍面團(tuán)面包的體積和氣孔結(jié)構(gòu)評分顯著提高，感官總評分最高。隨著Xyl添加量的增加，面包感官總評分先增大后降低，當(dāng)添加量為60 mg/kg時，米糠面包總評分最高。這可能是因?yàn)閄yl降解原料中水不溶性木聚糖生成的可溶性木聚糖，增加面團(tuán)黏度，降低水不溶性木聚糖交聯(lián)度，進(jìn)而增加面團(tuán)吸水性，形成高品質(zhì)的面包。當(dāng)Xyl添加量過高時, 會造成水解過度, 導(dǎo)致面團(tuán)發(fā)黏不易成型, 影響發(fā)酵和產(chǎn)氣，造成面包品質(zhì)下降[36]。

圖5 米糠面包感官評分

3 結(jié)論

在含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%米糠的小麥面包中添加一定比例的Xyl能改善面團(tuán)和面包的烘焙品質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)，相比于對照組，添加Xyl后面團(tuán)的儲能模量、損耗模量增大，而損耗角降低，米糠面團(tuán)的黏彈性得到改善。添加Xyl后，發(fā)酵過程中米糠面團(tuán)體積更大。當(dāng)Xyl添加量為60 mg/kg時，米糠面團(tuán)有較好的黏彈性和發(fā)酵體積。與對照組相比，Xyl添加量為60 mg/kg，面包比容最大，面包硬度和咀嚼性最小，彈性、內(nèi)聚性及回復(fù)性增大，面包芯的氣孔結(jié)構(gòu)最好，硬化率低，面包形態(tài)、質(zhì)地、紋理結(jié)構(gòu)、氣味口感得到改善，面包總評分最高。因此，適量Xyl可以改善米糠面團(tuán)特性，改善面包烘焙品質(zhì)和面包貯藏特性。