麥芽糖淀粉酶對面包質(zhì)構(gòu)改良的探討

李守宏 徐 清

諾維信（中國）投資有限公司 北京 100085

從全球的包裝食品來看，烘焙包裝食品數(shù)量據(jù)第二大品類，據(jù)統(tǒng)計，2015年的烘焙包裝食品約3390億美元（圖1），這3390億美元相當(dāng)于馬來西亞的國民生產(chǎn)總值。

人們在生產(chǎn)和消費這些烘焙食品的時候，存在著相當(dāng)嚴(yán)重的浪費，據(jù)估算，全世界每年浪費的食物為16億噸，其中可食用部分占到13億噸，生產(chǎn)這些被浪費掉的食物所使用的水資源為25萬立方米，接近伏爾加河的年流量，或者相當(dāng)于三個日內(nèi)瓦湖的水量，可見食品浪費之嚴(yán)重。

圖1 2015年包裝食品市場規(guī)模

圖2 面包被浪費的主要原因

同理，根據(jù)這個量計算，地球14億公頃的土地，即全世界28%的耕地所產(chǎn)出的食物，每年在不知不覺中浪費掉了，而其中烘焙食品中的面包在家庭消費中的浪費也是相當(dāng)驚人，諾維信公司2011年針對這個問題進(jìn)行調(diào)研，此次調(diào)研覆蓋了丹麥、荷蘭、西班牙和俄羅斯的4000多名消費者，調(diào)研數(shù)據(jù)表明，消費者普遍認(rèn)為：除了面包發(fā)霉不可食用之外，變干老化是導(dǎo)致面包被扔掉的主要原因（圖2）。這在可持續(xù)發(fā)展越來越被世人關(guān)注的今天，我們應(yīng)該研究和探討導(dǎo)致這些浪費的原因，從而采取相應(yīng)的措施，以減少相應(yīng)的浪費。

1 面包變干老化的原因

面包在剛剛出爐的時候，大多柔軟、濕潤、可口，但隨著儲存時間的推移，面包瓤會變得越來越硬，也會失去彈性、變脆，容易掉渣。根據(jù)文獻(xiàn)報導(dǎo)，首先產(chǎn)生這種狀況的原因是由于水分的遷移，水分會從面包芯向表皮遷移，面包中的餡料和面包瓤之間的遷移，水分由表皮向外圍環(huán)境中散失導(dǎo)致面包變干；另外一個重要的原因就是面包瓤中淀粉的重結(jié)晶，特別是高度分支化的支鏈淀粉的重組，淀粉由不定形狀態(tài)，回復(fù)到原本的剛性結(jié)晶態(tài)，在這個過程中，淀粉的重結(jié)晶也會結(jié)合大量的水份而引起面包瓤變硬、變脆（圖3）；還有一個原因就是淀粉與面筋蛋白質(zhì)的交聯(lián)和纏繞，在這個過程中，淀粉也會結(jié)合更多的水份?；谝陨线@些原因，新鮮的面包在儲存過程會變硬和老化，影響其食用價值，而麥芽糖淀粉酶可以在面包的生產(chǎn)過程中干預(yù)后兩者的變化，從而減緩面包中淀粉的老化回生。

圖3 面包的老化機理模型

2 麥芽糖淀粉酶防面包老化的機理

分析了面包老化的主要原因，我們可以有針對性地進(jìn)行干預(yù)，從而減緩面包瓤中淀粉的重結(jié)晶，以及淀粉與面筋蛋白質(zhì)的交聯(lián)和纏繞，據(jù)研究麥芽糖淀粉酶在這個過程中可以起著非常重要的作用。

2.1 麥芽糖淀粉酶的作用溫度區(qū)間

烘焙過程中，面包內(nèi)部的溫度隨烘烤時間變化升高，面團(tuán)中淀粉開始糊化的溫度窗口在55～75℃。據(jù)此，我們來分析在烘焙過程中不同淀粉酶的失活溫度范圍，從而更深入地理解麥芽糖淀粉酶Novamyl的作用特點。

在烘焙行業(yè)早期乃至現(xiàn)在，麥芽粉一直被廣泛應(yīng)用于烘焙行業(yè)中，它能生成葡萄糖，為酵母提供養(yǎng)分，最終產(chǎn)生更多的二氧化碳，生產(chǎn)出體積更大的面包。然而，麥芽粉的品質(zhì)很難標(biāo)準(zhǔn)化，而且其品質(zhì)逐年變化，不僅如此，麥芽還可能含有烘焙產(chǎn)品不需要的蛋白酶，從而影響面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，對面包的結(jié)構(gòu)和體積產(chǎn)生負(fù)面的影響。

真菌α－淀粉酶也廣泛應(yīng)用在烘焙業(yè)中，與麥芽粉中的淀粉酶相比，它具有較低的最適溫度40～50℃，這個溫度區(qū)間剛剛接近于淀粉粒的溶脹過程，然而，大部分小麥淀粉在等于或大于60℃時才開始糊化，開始被酶作用，而此時的真菌α－淀粉酶正逐漸失活，所以其僅能作用于研磨過程中破損淀粉的直鏈淀粉，并且在溫度達(dá)到75℃時完全失活。也有人嘗試用熱穩(wěn)定細(xì)菌α－淀粉酶，但其在烘焙結(jié)束時仍保留有部分活力，因此很難掌握添加的劑量，并且一旦過量添加，便會導(dǎo)致面包芯沒有彈性、發(fā)粘，具有很大的風(fēng)險，因此也不被廣泛應(yīng)用在烘焙產(chǎn)品中。

麥芽糖淀粉酶Novamyl的最適溫度介于麥芽粉和熱穩(wěn)定細(xì)菌淀粉酶之間，最適作用溫度范圍為55～75℃，溫度達(dá)到90℃左右時才完全失去酶活性（面包中心溫度可達(dá) 96℃）。鑒于麥芽糖淀粉酶Novamyl這樣特殊的溫度耐受性特點，我們可以清晰地看到，麥芽糖淀粉酶Novamyl在面制品的烘焙過程中具有比真菌α－淀粉酶更長的作用時間，而且其作用溫度區(qū)間亦剛好處在支鏈淀粉的糊化過程中，這給麥芽糖淀粉酶Novamyl作用于支鏈淀粉創(chuàng)造了機會，并產(chǎn)生相應(yīng)的水解作用，可以對支鏈淀粉有一定程度的修飾，又可以避免在終產(chǎn)品中殘留酶活性的風(fēng)險。

2.2 麥芽糖淀粉酶的作用機理

麥芽糖淀粉酶Novamyl不僅在溫度適用范圍上有其獨特性，而更加獨特之處在于它作用于淀粉的模式不同，圖4為麥芽糖淀粉酶Novamyl的作用機理，麥芽糖淀粉酶Novamyl并不會完全水解支鏈淀粉，它會完整保留支鏈淀粉的主要結(jié)構(gòu)，只是從淀粉分子末端水解析出DP2～DP7的小分子，這主要包括麥芽糖和一定數(shù)量的寡糖和小分子的糊精。而正是這些結(jié)構(gòu)獨特的水解產(chǎn)物干擾了淀粉的重結(jié)晶以及淀粉粒與蛋白質(zhì)大分子的纏繞，從而減少淀粉顆粒的回生率和重結(jié)晶率，使面包保持松軟，保鮮時間更長；而且另一部分經(jīng)麥芽糖淀粉酶修飾過的淀粉產(chǎn)物，由于保持了淀粉分子結(jié)構(gòu)的完整性，從而保持了面包瓤在存儲過程的彈性。

圖4 麥芽糖淀粉酶Novamyl的作用機理

鑒于麥芽糖淀粉酶Novamyl的獨特性，可以在柔軟性、濕潤度和良好的彈性三個維度來改善面包的品質(zhì)，從而達(dá)到保證食用品質(zhì)、延長面包貨架期的效果。

3 麥芽糖淀粉酶在長貨賀期烘焙產(chǎn)品中的研究

3.1 麥芽糖淀粉酶的實驗測試及分析

為了更全面了解麥芽糖淀粉酶Novamyl的作用特點及效果，我們在國內(nèi)做了大量的對比試驗。我們選用國內(nèi)的面粉及其它原輔料，采用國內(nèi)常用的典型工藝，從而確信其在中國特色烘焙產(chǎn)品中也具有明顯的改良效果。

3.1.1 試驗設(shè)計

本試驗中，為使試驗更具有代表性，我們選用了市場上的商品面粉，由于國內(nèi)的面包粉有別于歐美的面包粉，在國內(nèi)由于小麥品質(zhì)波動較大，面粉廠往往為了保證面粉品質(zhì)的穩(wěn)定，除進(jìn)行小麥搭配外，也添加了一定量的酶制劑對面粉進(jìn)行品質(zhì)改良和校正；同時我們也根據(jù)自己的經(jīng)驗，并沒有加入市售面包改良劑，以確保我們能知道配方中各種酶的大致添加量；此試驗的配方設(shè)計見表1，表2所示。我們?yōu)榱丝疾辂溠刻堑矸勖窷ovamyl對于面包在存儲過程中的質(zhì)構(gòu)變化，選擇了麥芽糖淀粉酶Novamyl量的添加梯度；使用高糖高油的國內(nèi)通用面包制作配方。

表1 試驗室酶的配方設(shè)計

表2 面包的試驗配方

面包的制作工藝，我們選擇了國內(nèi)大多數(shù)試驗室通常采用的快速法來制作面包，采用國內(nèi)具有代表性的面包制作評價方法。表3清楚地列出我們在試驗室制作面包的工藝過程及各工藝參數(shù)的控制，保證了對照試驗的可比性。

表3 面包的試驗室制作工藝

面包制作過程中，面團(tuán)的操作性能也是我們關(guān)注的一個重點，我們希望面團(tuán)具有良好操作性能，干爽、不粘手和設(shè)備、具有適中的彈性和延展性，通過表4的評價數(shù)據(jù)，我們可以看到，麥芽糖淀粉酶Novamyl的添加，并未對面團(tuán)特性有非常明顯的影響，也就是說，麥芽糖淀粉酶Novamyl的加入不會影響面團(tuán)的操作性能。

表4 面團(tuán)的操作性能評價

3．1．2 面包在存儲過程中的柔軟度變化

如前文所述，面包在存儲過程中由于水分的散失和淀粉的老化會變干變硬，我們北京試驗室用質(zhì)構(gòu)儀 TA－XT2（AACCmethod74－09）對于面包樣品進(jìn)行評價，結(jié)果見圖5所示。試驗結(jié)果表明，麥芽糖淀粉酶Novamyl具有較低的起效量，在20ppm時已經(jīng)對于面包柔軟度具有一定的改良效果，隨著添加量的增加，對柔軟度的改良更為明顯。我們的經(jīng)驗認(rèn)為，通常配方中的面包添加30ppm，就可以在第二天的評價中表現(xiàn)出對面包柔軟度和折疊性的顯著改善。

圖5 面包在儲過程中柔軟度變化的質(zhì)構(gòu)分析

3．1．3 面包在存儲過程中的彈性變化

面包在儲存過程也會出現(xiàn)掉渣的現(xiàn)象，主要是面包瓤的粘聚變從而導(dǎo)致彈性損失。圖6的曲線也印證了麥芽糖淀粉酶Novamyl的實際效果，其在甜面團(tuán)中，對于面包瓤的彈性具有顯著的改良。

圖6 面包存儲過各彈性變化的質(zhì)構(gòu)分析

綜合分析，麥芽糖淀粉酶Novamyl具有起效量低，適應(yīng)性好，對于面團(tuán)的操作性和面包的工藝無負(fù)面影響，同時對面包的柔軟和彈性具有明顯的改善。

3.2 麥芽糖淀粉酶Novamyl在手撕面包中的應(yīng)用

手撕面包是繼軟面包之后于2015年流行的一個長貨架期產(chǎn)品，由于其柔軟、好吃、美味的特點，很受消費者歡迎，但手撕包主要是走商超渠道，貨架期通常在3～6個月，運輸、儲存過程中也存在著面包老化問題，以下是麥芽糖淀粉酶Novamyl在此類烘焙產(chǎn)品工業(yè)化生產(chǎn)過程中的應(yīng)用。

表5 手撕包的建議配方（直接法）

3．2．1 手撕包的通用配方（表 5）

從表5可以看到，長貨架期面包和通常的高糖高油的面包配方有非常大的不同，長貨架期的面包為了盡量減少面團(tuán)在焙烤過程中水份的損失，均加入了一定量的保濕劑，如甘油、山梨糖醇、麥芽糖醇等，同時這也是為了降低成品的水分活度，以降低微生物對成品的污染，但這些柔性材料的添加，導(dǎo)致配方中水的減少，只有38%，甚至更少，在這樣的配方中，對于麥芽糖淀粉酶Novamyl糖的耐受性也是非常大的考驗，因此，在工廠試驗中，我們增加了麥芽糖淀粉酶Novamyl的添加量。

3．2．2 手撕面包的工藝

一個好的面包必須有一個完善的工藝配合，方可生產(chǎn)好的產(chǎn)品，下面是一個工廠典型的手撕面包生產(chǎn)過程：

·原料稱量：麥芽糖淀粉酶Novamyl酶100ppm和200ppm可以溶于水中或與酵母拌均在面團(tuán)攪拌時加入；

·臥式打面機，面筋充分?jǐn)U展：28～30℃，面粉6 袋/批；

·面團(tuán)分割成小塊：6kg，便于操作及降溫，置于干凈的烤盤，蓋上塑料膜；

·置于低溫發(fā)酵室：0～10℃，20～24h（面團(tuán)松馳，發(fā)酵，便于開酥）；

·包油開酥：2kg油脂/6kg面團(tuán)，2×3×3開酥；

·成型：2．5～2．7cm，47～50g；

·裝盤；

·醒發(fā)：3～4h；

·烤：隧道爐，13min；

·脫盤：自動脫盤；

·冷卻：30min；

·包裝：充氮包裝。

經(jīng)過生產(chǎn)車間整個過程的跟蹤，生產(chǎn)過程順利，操作人員并沒感覺到添加麥芽糖淀粉酶Novamyl 100ppm或200ppm，面團(tuán)與對照相比有任何差異，正常打面、分割、發(fā)酵、開酥、醒發(fā)和烘烤，在工業(yè)化生產(chǎn)中也再次驗證麥芽糖淀粉酶具有良好的適應(yīng)性和耐受性。圖7印證了麥芽糖淀粉酶Novamyl的實際效果。

圖7 工業(yè)化生產(chǎn)手撕包

3．2．3 麥芽糖淀粉酶Novamyl在中國的感官評價

2014年FIC時，我們試驗室制作了一批高糖吐司面包，放置8天的面包樣品請參會者品嘗評價，我們對52份有效問卷進(jìn)行分析，空白樣與Novamyl 3D添加量50ppm的樣品進(jìn)行對比，結(jié)果如圖7所示，最高滿意度為5分。與對照面包相比，添加50 ppmNovamyl3D的面包在8天后的總體喜愛度可達(dá)到4．5分，而對照樣只有2．1分，據(jù)此可以看出，添加50ppmNovamyl3D對面包的柔軟度、可折疊性、濕潤度及整體的適口性方面均有明顯的改善，廣泛被消費者接受。

圖7 2014年上海FIC消費者感官評價

4 結(jié)論

經(jīng)過試驗室和工廠的實際應(yīng)用可以看出，麥芽糖淀粉酶Novamyl具有良好適應(yīng)性，在普通的甜面包配方中，30ppm對于面包的品質(zhì)即具有顯著改良；同時，麥芽糖淀粉酶Novamyl在長貨架期的高糖、高油、低水量的手撕面包中也有良好效果，可以延緩面包在存儲過程中淀粉的老化回生，麥芽糖淀粉酶Novamyl與配方中其它物料的協(xié)同作用，可使面包的柔軟度、濕潤性和彈性等三個維度得以維持，從而確保烘焙產(chǎn)品在貨架期中的食用品質(zhì)被消費者接受。

致謝黨桃，盧金勝和陳麗幫助做了大量的試驗測試及質(zhì)構(gòu)分析。

[1]Enzymes in Baking Technology－A handbook of Novozymessolution，2017

風(fēng)力制粉廠

國際糧食、面粉和飼料商務(wù)雜志[世界糧食]（WorldGrain）2017年4月登載了ArvinDonley撰寫的一文，《風(fēng)力制粉》（MakingFlourwithWindPower）。在此,摘要簡介文中有關(guān)面粉廠利用風(fēng)力電能的一些技術(shù)經(jīng)濟(jì)和環(huán)保要點。

2014年，位于美國堪薩斯州洪特松（Hudson）的斯坦福特縣制粉公司（StaffordCountyMills），在它所屬的堪薩斯中心面粉廠附近，安裝了一臺風(fēng)力渦輪機，繼而，建成了北美第一座現(xiàn)場利用風(fēng)力發(fā)電電能的工業(yè)化制粉生產(chǎn)設(shè)施。

該廠利用的能源是遍及該州豐富的風(fēng)力資源，研磨的原料是地產(chǎn)小麥，產(chǎn)出的產(chǎn)品是該公司享有獨特美名HudsonCream精特級短期專利面粉。

這臺風(fēng)力渦輪機于2014年12月開始工作，同時，電力公司給予面粉廠零售電價和減排補償。

公司總裁說，“斯坦福特縣制粉公司，實際上是處于美國最佳風(fēng)道之一的地帶，所以，很自然地，這就給我們提供了尋找合理獲得能量的一個機會，以減少我們對不可再生能源的依賴，同時，有助于我們確定在面粉加工生產(chǎn)中的關(guān)鍵投入成本。”

斯坦福特縣制粉公司風(fēng)力制粉廠建造可行性研究的結(jié)論是：面粉廠使用一臺建在合適場址并以高效產(chǎn)能成本工作的風(fēng)力渦輪機，面粉廠的最佳日產(chǎn)量約為110t/d。

如果安裝的是一臺全載風(fēng)力發(fā)電機，廠方將存在占有了全部多余能源的問題，廠方必須償還給電力公司相應(yīng)的費用。而廠方在最佳規(guī)模日產(chǎn)量下，則幾乎所有使用的電力來自一臺風(fēng)力渦輪機，其余少量電力來自電力公司供電網(wǎng)。

斯坦福特縣制粉公司風(fēng)力制粉廠使用的G58－850kW風(fēng)力渦輪機，安裝在55m高的塔樓上，工作場所遠(yuǎn)離野生動物保護(hù)區(qū)，持續(xù)風(fēng)速幾乎總是處于它工作所需10～80km/h的范圍。整個工程投資200萬美元，包括一臺風(fēng)力渦輪機、全套變電轉(zhuǎn)換裝置、電網(wǎng)、勘測等費用。

兩年多的生產(chǎn)運行結(jié)果表明：面粉廠的確減少了能耗費用。風(fēng)力渦輪機全年工作是波動的，根據(jù)風(fēng)力狀況，每月產(chǎn)出電能140000～260000kWh。它全年平均產(chǎn)出電能基本滿足面粉廠使用需求。

風(fēng)力渦輪機的使用壽命20～25年，7年內(nèi)付清投資。這是一項長期投資。一旦付清投資，基本上對沖能源成本，保護(hù)不受持續(xù)上漲能源成本的影響，能耗費用更趨穩(wěn)定。

控制能耗費用不是公司決定投資風(fēng)能的唯一原因，還是公司為了履行節(jié)約能源的承諾。許多較大的面粉零售鏈，對所有面粉供應(yīng)商都有合理利用能源指數(shù)的要求。這個要求，有助于利用綠色能源，來顯示公司的競爭力。

顧華孝 供稿