四種生物酶對(duì)紅豆小麥面團(tuán)流變性質(zhì)和面條質(zhì)構(gòu)性質(zhì)的影響

季香青，楊定寬，曾 承，慕思雨，劉思琪，于思文，段翠翠，李曉磊，李 丹

（長(zhǎng)春大學(xué)，農(nóng)產(chǎn)品加工吉林省教育廳重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，吉林長(zhǎng)春 130022）

紅豆，又叫紅小豆、赤小豆、赤豆[1]，它在中國(guó)有較廣的分布，在東北、華北地區(qū)有集中的種植，是我國(guó)排名第四位的豆類糧食作物[2]，它含有21.7%的蛋白質(zhì)、0.82%的脂肪、60.68%的碳水化合物、7.621%的鈣、4.9%粗纖維及多種維生素[3]。因其豐富的營(yíng)養(yǎng)成分，在日常生活中受到消費(fèi)者的廣泛喜愛，在食品加工中常以豆沙或豆餡形式作為各類面制品的輔料[4]。紅豆還具有一定的藥用價(jià)值[5]。中醫(yī)認(rèn)為，紅豆味甘酸、性平、無(wú)毒，有健胃消食、補(bǔ)血止瀉、增水去濕、順氣添津、清熱去毒等功效[6]。其在臨床醫(yī)學(xué)上也有一定價(jià)值，楊彥麗等[7]選用赤豆配合相關(guān)藥材，對(duì)患有產(chǎn)后缺乳癥急性腎炎癥、白塞氏病并前房積膿癥等病癥的數(shù)百名患者進(jìn)行治療，最終治愈率較高。紅豆是維持糖尿病病人餐后血糖穩(wěn)定的理想食物[8]。紅豆還含有黃酮、多酚等多種生物活性成分，具有抗癌、抗氧化延緩衰老，護(hù)肝等保健作用，其豐富的膳食纖維和色素也可發(fā)揮護(hù)腎作用[9]。因此，紅豆在保健品行業(yè)有廣泛的應(yīng)用潛力，被制作成紅豆餃子[10]，紅豆黑米面條[11]，紅豆飲料[12]，紅豆酸奶[13]和紅豆面包[14]等。

小麥?zhǔn)俏覈?guó)是第二大糧食作物，是東方的傳統(tǒng)美食如餃子、面條、饅頭等的原材料[15?16]。為了滿足國(guó)人在日常生活中對(duì)營(yíng)養(yǎng)且健康飲食的追求，在生產(chǎn)過(guò)程中常添加一些對(duì)人體有益的其他谷物，以提高面制品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、健康功能；同時(shí)為了改善混合粉最終產(chǎn)品的感官品質(zhì)，也會(huì)使用一些品質(zhì)改良劑。然而，部分改良劑是對(duì)人體有害的化學(xué)添加劑（如溴酸鉀等），現(xiàn)已被禁止使用[17]；生物酶制劑具有用量少、安全性高、專一性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。將生物酶制劑作為面制品改良劑，已經(jīng)成為行業(yè)中的研究熱點(diǎn)。呂振磊等[18]將生物酶制劑添加到面制品中，并研究了谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶對(duì)面粉糊化性質(zhì)和面條品質(zhì)的影響。

由于紅豆含有油脂的成分導(dǎo)致紅豆小麥面條較軟口感不佳，為改善紅豆小麥面條的品質(zhì)，本文選用了作用于碳水化合物的木聚糖酶（Xylanase）和葡萄糖氧化酶（Glucose oxidase），作用于蛋白質(zhì)的谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶（Transglutaminase）和作用于脂肪的脂肪酶（Lipase），測(cè)試了以上四種酶制劑對(duì)紅豆小麥混合粉面團(tuán)的黏彈特性及面條質(zhì)構(gòu)特性的影響，在此基礎(chǔ)上開發(fā)了一種具有較高品質(zhì)的紅豆小麥面條，同時(shí)為日后研究上述四種酶制劑對(duì)紅豆制品中的影響及應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

金沙河小麥粉（含蛋白質(zhì)12.2 %，脂肪2.0%，碳水化合物73.8%） 河北金沙河面業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司；紅豆 市售；谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶（1000 U/g）、葡糖氧化酶SBE-01GO（1000 U/g）、脂肪酶SBE-01Li（1000 U/g）、木聚糖酶SBE-02X（1000 U/g） 滄州夏盛酶生物技術(shù)有限公司。

ACA全自動(dòng)面包機(jī) 北美電器（珠海）有限公司；俊媳婦電動(dòng)面條機(jī) 永康市富康電器有限公司；TA-XT.PLUS物性測(cè)試儀 英國(guó)Stable Micro System公司；DHR流變儀 美國(guó)TA公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 紅豆粉的制備 選色澤鮮艷且顆粒飽滿的紅豆，清洗干燥后磨粉，過(guò)80目篩，密封后放在干燥器中常溫儲(chǔ)存。

1.2.2 面團(tuán)的制備 方案S1：稱取100 g小麥粉，加入50 mL水，面包機(jī)的模式（額定功率680 W）調(diào)到菜單9攪拌30 min，混合均勻至無(wú)生粉夾雜，醒發(fā)30 min，將面團(tuán)用保鮮膜包裹好取出備用；方案S2：稱取70 g小麥粉，30 g紅豆粉，采用上述同樣的制作面團(tuán)的方法；方案S3、S4、S5、S6：酶制劑的添加量參考GB 1886.174-2016[18],分別加入3 U谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶、4 U葡糖氧化酶、1 U脂肪酶、3 U木聚糖酶，采用上述同樣的制作面團(tuán)的方法。

1.2.3 面團(tuán)流變特性測(cè)定 取已經(jīng)醒發(fā)好的面團(tuán)2.5×2.5×0.5 cm3，將樣品放置在流變儀上進(jìn)行測(cè)定，測(cè)試探頭選擇P35/Ti，兩平行板的間距為2 mm，刮去多余面團(tuán)樣品，在夾具邊緣涂上蒸餾水，防止面團(tuán)水分揮發(fā)，減少實(shí)驗(yàn)誤差。測(cè)定程序和實(shí)驗(yàn)條件參照袁娟麗[19]方法并稍作修改。探頭下壓后統(tǒng)一將樣品在25 ℃條件下平衡5 min，以排除面團(tuán)中參與機(jī)械作用力對(duì)結(jié)果造成影響。頻率掃描測(cè)試：應(yīng)力0.1%，溫度25 ℃，頻率0.1~10 Hz。測(cè)試樣品的彈性模量G′黏性模量G′′與損耗角正切值（tanδ=G′′/G′）隨著頻率的變化曲線。

1.2.4 面條質(zhì)構(gòu)特性的測(cè)定 取1 L水煮至沸騰，用面條機(jī)將面條打出，將面條放入鍋內(nèi)在沸水中煮5 min后撈出，放在濾紙上靜置8 min瀝干水分，分別取3根面條平行放在質(zhì)構(gòu)儀載物平臺(tái)上，面條間要有一定的間距。對(duì)每個(gè)處理的面條做3組平行實(shí)驗(yàn)，記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。本試驗(yàn)采用探頭為P50。儀器參數(shù)分別為：測(cè)前速度2.0 mm/s，測(cè)試速度0.8 mm/s，測(cè)后速度0.8 mm/s，測(cè)試形變量：70%，接觸力5 g，兩次擠壓時(shí)間間隔1 s。

1.2.5 面條拉伸特性的測(cè)定 將煮熟的面條撈出后用水浸泡1 min，將水分瀝干，取一根面條，將兩端分別纏繞在質(zhì)構(gòu)儀的探頭上拉伸面條直至面條被拉斷，試驗(yàn)過(guò)程不可觸碰面條及探頭。測(cè)試探頭型號(hào)：Spaghett/Noodle tensile rig code A/SPR。拉伸的測(cè)試條件：測(cè)前速度：2 mm/s；測(cè)中速度：2 mm/s；測(cè)后速度：10 mm/s；測(cè)試?yán)炀嚯x：80 mm。

1.3 數(shù)據(jù)處理

本試驗(yàn)中的所有數(shù)據(jù)（除帶有特殊說(shuō)明）均為3次平行試驗(yàn)的平均值。所有實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)使用SPSS18.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，顯著性分析采用Tukey法，顯著水平P<0.05。采用Excel 2016計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)誤差后制圖。

2 結(jié)果與分析

由于紅豆粉沒(méi)有面筋質(zhì)，不能形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，隨著紅豆粉的添加量增加，相對(duì)減少了面團(tuán)中的面筋質(zhì)量，使得面團(tuán)的加工工藝品質(zhì)變差，同時(shí)會(huì)導(dǎo)致面團(tuán)成品顏色略深且無(wú)法制成面條，添加過(guò)少的紅豆粉所制作成的紅豆面條，不能夠充分發(fā)揮紅豆對(duì)人體保健功能，因此參考張齊等[20]實(shí)驗(yàn)方案，將本實(shí)驗(yàn)中紅豆粉與小麥粉的比例為3:7，能形成面條且色澤較好，但面條質(zhì)地較軟，因此，本文選擇添加脂肪酶、谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶、木聚糖酶及葡萄糖氧化酶來(lái)改善紅豆小麥面條質(zhì)構(gòu)性質(zhì)。

2.1 面團(tuán)的流變特性

圖1 ，圖2和圖3分別為6個(gè)實(shí)驗(yàn)組面團(tuán)的彈性模量、黏性模量、損耗角正切值隨著頻率變化的曲線。彈性模量（G′）反映黏彈性物質(zhì)的類固性質(zhì)，是衡量面團(tuán)抵抗彈性變形能力的指標(biāo)。其數(shù)值越大說(shuō)明面團(tuán)發(fā)生一定彈性變形的應(yīng)力越大，面團(tuán)越不容易形變，彈性形變?cè)叫?，硬度越大[20]。黏性模量（G′′）是指面團(tuán)在發(fā)生形變時(shí)，由于黏性形變而損耗的能量的大小。它反映了面團(tuán)的黏性大小及黏彈性物質(zhì)的類液性質(zhì)[21?22]。由圖1和圖2可知，在同一頻率下，彈性模量（G′）總是大于黏性模量（G′′），表明了面團(tuán)呈現(xiàn)彈性流體的性質(zhì)[23]。所有面團(tuán)樣品的G′和G′′隨著頻率的增大而增大，趨勢(shì)一致說(shuō)明它們均具有頻率相關(guān)性[24]。

圖1 添加不同酶制劑的紅豆小麥面團(tuán)的彈性模量（G′）曲線Fig.1 Elastic modulus(G′) curve of red bean wheat dough with different enzymatic preparation

圖3 添加不同酶制劑的紅豆小麥面團(tuán)的損耗角正切值（tan δ=G′′/G′）曲線Fig.3 Curve of loss angle tangent value(tan δ=G′′/G′) of red bean wheat dough with different enzymatic preparation

與純小麥面團(tuán)相比（S1），添加紅豆的小麥面團(tuán)（S2）的G′更小，這是因?yàn)榧t豆填充在面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，使分子間的相互作用變?nèi)?，因此面團(tuán)更容易發(fā)生形變，硬度變小。加入谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶的紅豆小麥面團(tuán)，同對(duì)照組的紅豆小麥面團(tuán)相比，發(fā)現(xiàn)其彈性模量及黏性模量明顯增加，這與林娟娟等[25]實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致，推測(cè)因?yàn)楣劝滨０忿D(zhuǎn)氨酶是一種能催化蛋白質(zhì)間?；D(zhuǎn)移反應(yīng)的酶，其可以將人體必需氨基酸共價(jià)交聯(lián)到蛋白質(zhì)上，而紅豆粉中含有人體必需氨基酸賴氨酸[26]。添加葡萄糖氧化酶的紅豆小麥面團(tuán)較對(duì)照組的紅豆小麥面團(tuán)相比，G′和G′′均明顯增加，這可能是因?yàn)槠咸烟茄趸福姑娼畹鞍字g聚合形成交聯(lián)的網(wǎng)狀構(gòu)，從而會(huì)使面筋增多，增強(qiáng)了紅豆小麥面團(tuán)的強(qiáng)度；添加木聚糖酶的紅豆小麥面團(tuán)與對(duì)照組的紅豆小麥面團(tuán)相比，G′和G′′降低，面團(tuán)的硬度減小，面團(tuán)的彈性形變程度增大。這是因?yàn)閮?nèi)切β-1,4木聚糖酶是木聚糖降解酶系中最關(guān)鍵的酶，以內(nèi)切方式作用于木聚糖主鏈骨架內(nèi)部的β-1,4木糖苷鍵，產(chǎn)生的低聚木糖對(duì)面團(tuán)的面筋蛋白有稀釋作用，減少了面團(tuán)中能形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的成分的含量，面筋的筋力變?nèi)?。添加脂肪酶可以使紅豆小麥面團(tuán)G′和G′′明顯增加，可能是因?yàn)橹久改苁褂椭?，產(chǎn)物為甘油酯具有乳化劑和表面活性劑的特性，在紅豆小麥面條中形成脂質(zhì)、蛋白質(zhì)、直鏈淀粉復(fù)合物，這與徐向東等[9]實(shí)驗(yàn)結(jié)論一致。

損耗角tan δ（G′′與G′的比值）反映了面團(tuán)體系中黏彈性的比例[27]。tanδ值越大，紅豆小麥面團(tuán)體系中的黏性所占比例越大，體系表現(xiàn)為流體的特征。tanδ值越小，紅豆小麥面團(tuán)體系中彈性的所占比例越大，體系表現(xiàn)為類固的特征[28]。由圖3可知，所有實(shí)驗(yàn)組的tanδ均小于1，說(shuō)明所有實(shí)驗(yàn)組面團(tuán)的彈性要比黏性大，均具有類固性質(zhì)。按著谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶（S3），葡萄糖氧化酶（S4），脂肪酶（S5），木聚糖酶（S6）的順序，tanδ曲線依次降低且均接近純小麥面團(tuán)（S1）的tanδ曲線，對(duì)照組紅豆小麥面團(tuán)（S2）的tanδ曲線與純小麥面團(tuán)的tanδ曲線相距最遠(yuǎn)。添加上述四種酶制劑的紅豆小麥面團(tuán)的彈性與黏性比值均比對(duì)照組紅豆小麥面團(tuán)的大。

2.2 面條的質(zhì)構(gòu)特性

圖4 是用六種面團(tuán)方案制作出的面條黏聚性和回復(fù)力兩個(gè)質(zhì)構(gòu)指標(biāo)的測(cè)定結(jié)果。與對(duì)照組的紅豆小麥面條相比，添加其他四種酶制劑均可以使紅豆小麥面條的黏聚性和回復(fù)性降低。其中，黏聚性和回復(fù)性降低幅度最大的是葡萄糖氧化酶，降低幅度為0.281 g·s和0.289。葡萄糖氧化酶可以將小麥面粉中面筋分子的巰基氧化為二硫鍵，形成蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使紅豆小麥內(nèi)部黏合力及受到外力作用下發(fā)生形變的能力降低。這與張潔等[29]實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符。然而木聚糖酶（S6）的紅豆小麥面條的黏聚性與對(duì)照組沒(méi)有顯著性差異（P?0.05），說(shuō)明該酶不影響紅豆小麥面條內(nèi)部的黏合力。

圖4 添加不同酶制劑制作出的紅豆小麥面條的黏聚性和回復(fù)性Fig.4 Cohesion and resilience of red bean wheat noodles made with different enzymes

圖5 是六種面團(tuán)方案制作出的面條其硬度、膠著度和咀嚼度的測(cè)定結(jié)果。與對(duì)照組的紅豆小麥面條相比，添加谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶、葡萄糖氧化酶和脂肪酶均可以使紅豆小麥面條硬度、膠著度、咀嚼度增大。其中，使這三個(gè)指標(biāo)增大最為顯著的是谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶（P<0.05），增大幅度分別為6190 g、3600、2672。這是因?yàn)楣劝滨０忿D(zhuǎn)氨酶可以使紅豆小麥面條的蛋白質(zhì)發(fā)生交聯(lián)，增強(qiáng)了面條內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而提高了硬度，膠著度和咀嚼度。這與彭飛[30]的實(shí)驗(yàn)結(jié)論一致。然而木聚糖酶使紅豆小麥面條的咀嚼度顯著性降低（P<0.05），但對(duì)其硬度和膠著度沒(méi)有影響，這是由于木聚糖酶催化產(chǎn)生的低聚木糖對(duì)面條的面筋蛋白有稀釋作用，使面條的面筋筋力減弱了，這與劉姣等[31]的實(shí)驗(yàn)結(jié)論一致。

圖5 添加不同酶制劑制作出的紅豆小麥面條的硬度、膠著度及咀嚼度Fig.5 Hardness, adhesion and chewiness of red bean wheat noodles made with different enzymes

2.3 面條的拉伸特性

圖6 是六種面團(tuán)方案制作出的面條其最大拉伸力的測(cè)定結(jié)果。添加酶制劑的紅豆小麥混合粉面條（S3、S4、S5、S6）的最大拉伸力與對(duì)照組的紅豆小麥面條（S2）均有顯著性差異（P<0.05），最大拉伸力越大證明面條越有彈力[32?33]。這說(shuō)明添加這四種酶制劑均可以有效地改善紅豆小麥混合粉面條的拉伸特性。與其他三種酶制劑相比，添加谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶的紅豆小麥面條的拉伸性能最好，最大拉伸力提高了0.071 N。說(shuō)明面條的最大抗拉伸力越大，面條的延伸性越好，面條的質(zhì)量越好。這與魏曉明等[34]的實(shí)驗(yàn)結(jié)論一致。

圖6 添加不同酶制劑制作出的紅豆小麥面條的最大拉伸力Fig.6 Maximum tensile force of red bean wheat noodles made with different enzymes

圖7 是六種面團(tuán)方案制作出的面條其拉伸距離的測(cè)定結(jié)果。拉伸距離反映了面條是否容易斷裂[35?36]。其數(shù)值越大，說(shuō)明面條抗拉伸的能力越強(qiáng)，面條越不容易斷。添加谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶、葡萄糖氧化酶、木聚糖酶和脂肪酶的紅豆小麥面條的拉伸距離較對(duì)照組的紅豆小麥面條（S2）均顯著增大（P<0.05），說(shuō)明上述四種酶制劑均可增強(qiáng)面條抗拉伸的能力，使紅豆小麥面條不容易斷裂。其中，添加谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶的紅豆小麥混合粉面條（S3）的拉伸距離最大，較對(duì)照組紅豆小麥面條的最大拉伸距離提高了17.50 mm。這說(shuō)明谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶使紅豆小麥面條的拉伸能力增強(qiáng)，與添加的其他三種酶制劑相比，添加谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶的面條其拉伸效果提升的最為顯著，這與彭飛等[37]的實(shí)驗(yàn)結(jié)論一致。

圖7 添加不同酶制劑制作出的紅豆小麥面條的拉伸距離Fig.7 Tensile distances of red bean wheat noodles made with different enzymes

3 結(jié)論

在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，與30%的紅豆小麥面團(tuán)相比，谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶、脂肪酶，葡萄糖氧化酶均使紅豆小麥面團(tuán)的流變特性（G′′與G′和tanδ）更接近小麥面團(tuán)，使面團(tuán)硬的度增加，黏聚性及彈性形變程度減小，同時(shí)也提高了紅豆小麥面條的硬度、膠著度、咀嚼度及拉伸性能，使紅豆小麥面條不容易斷，具有較好的抗拉伸能力。而木聚糖酶使紅豆小麥面團(tuán)的硬度減小及彈性形變程度增大。木聚糖酶對(duì)紅豆小麥面條的黏聚性沒(méi)有影響。添加上述四種酶制劑均能對(duì)紅豆小麥面條質(zhì)構(gòu)及拉伸特性產(chǎn)生影響。其中，谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶對(duì)紅豆小麥面條的質(zhì)構(gòu)特性和拉伸品質(zhì)的提升最明顯。質(zhì)構(gòu)特性、流變特性之間有一定聯(lián)系，可能是由于它們二者之間的理論是相互支持的。通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，添加酶制劑更有利于改善紅豆小麥面團(tuán)的品質(zhì)，為后續(xù)紅豆面包、紅豆饅頭及紅豆粉絲的制作提供依據(jù)。