大豆乳清廢水提取脂肪氧合酶對(duì)面條加工特性的影響

姜 閃，張志國(guó)*

（齊魯工業(yè)大學(xué)（山東省科學(xué)院）食品科學(xué)與工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250353）

幾十年前，面粉中使用的改良劑成分多以化學(xué)合成品為主，例如研究學(xué)者發(fā)現(xiàn)KBrO3對(duì)小麥粉筋力和彈性等品質(zhì)方面具有良好的改善作用，因而使其作為商品化小麥粉品質(zhì)改良劑的主要成分得到了食品界的一致認(rèn)同。但有研究發(fā)現(xiàn)KBrO3作為食品改良劑在焙烤食品中有殘留物，對(duì)動(dòng)物具有致癌作用，因此國(guó)際上許多國(guó)家和地區(qū)已經(jīng)禁止使用KBrO3作為小麥粉改良劑，而尋求新型酶制劑作為改良劑的研究已成為熱點(diǎn)研究之一[1-4]。

近年來(lái)，隨著國(guó)民生活質(zhì)量的不斷提高，人們?cè)絹?lái)越注重自己的食品質(zhì)量與安全，而酶制劑作為一種純天然生物制品，與傳統(tǒng)面粉改良劑相比具有綠色安全、經(jīng)濟(jì)高效等優(yōu)點(diǎn)，因此其作為食品改良劑，在食品生產(chǎn)加工過(guò)程中將發(fā)揮越來(lái)越大的作用[5-6]。面條是我國(guó)的傳統(tǒng)主食，在其加工生產(chǎn)中往往會(huì)加入一定量的改良劑以提高面條的品質(zhì)，達(dá)到增白強(qiáng)筋的目的，而酶制劑作為化學(xué)改良劑的替代品已廣泛應(yīng)用于面條加工生產(chǎn)中。目前，應(yīng)用于面條加工的酶制劑主要有蛋白酶、氧化酶、淀粉酶、轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶等，其中葡糖糖氧化酶和脂肪氧合酶作為氧化酶，在面條加工中較為常用[7-10]。

據(jù)研究表明，利用堿溶酸沉工藝法生產(chǎn)大豆分離蛋白時(shí)所排放的大豆乳清廢水中含有較多高活性的酶制劑，如β-淀粉酶、胰蛋白酶抑制劑及脂肪氧合酶等[11-12]，因此，資源化回收大豆乳清廢水中的酶制劑不僅能減少環(huán)境污染，還能降低生產(chǎn)成本，大大提高企業(yè)的生產(chǎn)效益。其中脂肪氧合酶（lipoxygenase，LOX）又稱脂氧酶或脂肪氧化酶，屬于氧化還原酶，它廣泛存在于動(dòng)植物中，其結(jié)構(gòu)中含有非血紅素鐵，能專一性催化具有順,順-4-戊二烯結(jié)構(gòu)的多不飽和脂肪酸，如亞麻酸、亞油酸、花生四烯酸等，形成具有共軛雙鍵的氫過(guò)氧化物衍生物，此衍生物能將蛋白質(zhì)分子中的巰基氧化為二硫鍵，以誘導(dǎo)蛋白質(zhì)聚合為大分子蛋白質(zhì)，因此，將LOX作為改良劑應(yīng)用到面條加工中可起到強(qiáng)化面筋，提高吸水率和彈性的效果[13-15]。另外，面粉中含有黃色素和棕色素，而黃色素的主要成分為β-胡蘿卜素，其分子中含有多個(gè)不飽和鍵，而LOX可通過(guò)偶合反應(yīng)破壞β-胡蘿卜素的雙鍵結(jié)構(gòu)，并生成無(wú)色化合物，以達(dá)到增白的效果[16-18]。除此之外，LOX也可用于焙烤食品，通過(guò)分解氫過(guò)氧化物衍生物產(chǎn)生具有特殊香氣的揮發(fā)性小分子，從而增強(qiáng)焙烤食品的風(fēng)味[19-20]。然而，目前關(guān)于LOX的研究多集中于植物中LOX的分離提取及理化特性等方面的研究，且商品化的LOX提取工藝復(fù)雜，價(jià)格昂貴，制約了其在食品加工方面的應(yīng)用前景，因此，將低成本、高純度的LOX應(yīng)用于食品生產(chǎn)具有重要研究?jī)r(jià)值和市場(chǎng)需求。

本實(shí)驗(yàn)以純化的LOX作為食品改良劑，將其應(yīng)用到面條加工中，測(cè)定面條蒸煮過(guò)程中對(duì)面條最佳蒸煮時(shí)間、干物質(zhì)損失率及斷條率等蒸煮特性的影響，并通過(guò)TA-XT plus/30質(zhì)構(gòu)儀分別測(cè)定面條的硬度、黏著性、彈性及咀嚼性等質(zhì)構(gòu)特性，分析LOX作為食品改良劑添加到面條加工生產(chǎn)中對(duì)面條感官品質(zhì)的影響，從而為其在食品生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用提供數(shù)據(jù)參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

滿香園精制小麥粉 市購(gòu)；脂肪氧合酶由本實(shí)驗(yàn)室從大豆乳清廢水中提取所得，比酶活≥15 000 U/mg。

1.2 儀器與設(shè)備

TA-XT plus/30質(zhì)構(gòu)儀 英國(guó)Stable Micro System公司；SZ-156手動(dòng)壓面機(jī) 廣西南寧旭昆機(jī)電設(shè)備有限公司；C21-WK2102電磁爐 美的集團(tuán)；DZF-6050真空干燥箱上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司。

1.3 方法

1.3.1 面條的制作

參照SB/T 10137—1993《面條用小麥粉》中的方法進(jìn)行面條制作。按不同質(zhì)量比例，分別稱取LOX和小麥粉，并將兩者充分混合，加適量溫水?dāng)嚢柚列鯛?，手工和面至面粉成團(tuán)，于室溫下熟化20 min后，用壓面機(jī)進(jìn)行壓片、切條。壓片過(guò)程：用壓面機(jī)在壓軸間距為2.0 mm處壓片→合片并將壓軸調(diào)至3.5 mm處壓片→合片并將壓軸依次從3.5 mm調(diào)至1.0 mm，共壓片6 道→將1 mm厚的壓片切成寬2.0 mm，長(zhǎng)約220 mm的面條備用。

1.3.2 面條最佳蒸煮時(shí)間[21]

取20 根鮮面條，放入500 mL沸水中煮沸3 min，至面條略有漂浮之后，每隔30 s取一根面條，觀察面條斷截面白芯是否消失，記錄面條白芯消失的蒸煮時(shí)間，即為面條最佳蒸煮時(shí)間，進(jìn)而分析不同LOX添加量對(duì)面條最佳蒸煮時(shí)間的影響。

1.3.3 面條煮制品質(zhì)測(cè)定

取220 mm長(zhǎng)的鮮面條40 根，放入500 mL沸水中煮至最佳蒸煮時(shí)間后，立即將面條撈出，冷卻10 min后，對(duì)面條斷條率[22]、干物質(zhì)損失率[23]及面條吸水率[22]進(jìn)行測(cè)定，分析LOX含量不同對(duì)面條蒸煮特性的影響。

1.3.4 熟面條質(zhì)構(gòu)特性測(cè)定[24-25]

取220 mm長(zhǎng)的鮮面條30 根，放入500 mL水中煮沸至最佳蒸煮時(shí)間，立即將面撈出于涼水中冷卻5 min后，取面條中間一段，并挑選8 根面條置于載物臺(tái)中央，通過(guò)質(zhì)地剖面分析（texture profile analysis，TPA）實(shí)驗(yàn)分別測(cè)定面條硬度、彈性、黏著性及咀嚼性等質(zhì)構(gòu)特性，每個(gè)處理做3 次平行實(shí)驗(yàn)，分析LOX添加量對(duì)面條質(zhì)構(gòu)特性的影響。

測(cè)試條件如下：選用36 mm Dia Aluminium Radiused AACC P/36R圓柱形探頭，參數(shù)設(shè)置：測(cè)前速率1.00 mm/s，測(cè)中速率0.80 mm/s，測(cè)后速率0.80 mm/s，壓縮率70%，兩次壓縮的時(shí)間間隔5 s，起點(diǎn)觸發(fā)力5.0 g。

1.3.5 面條感官評(píng)定

參照SB/T 10139—1993《饅頭用小麥粉》主要評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)面條的顏色、表觀狀態(tài)、咀嚼性、彈性等7 個(gè)評(píng)分項(xiàng)目進(jìn)行評(píng)價(jià)，滿分為100 分。挑選10 個(gè)愛吃面條且具有一定專業(yè)知識(shí)的人員組成感官評(píng)定小組，對(duì)添加不同比例的LOX面條進(jìn)行感官評(píng)定，最后將小組評(píng)定結(jié)果的平均分作為最終得分。面條評(píng)分項(xiàng)目及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 面條評(píng)分項(xiàng)目及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Criteria for sensory evaluation of noodles

2 結(jié)果與分析

2.1 LOX添加量對(duì)面條最佳蒸煮時(shí)間的影響

圖1 LOX添加量對(duì)面條最佳蒸煮時(shí)間的影響Fig. 1 Effect of LOX addition on optimal cooking time of noodles

面條的最佳蒸煮時(shí)間可以很大程度反映面條在沸水中的吸水速率，即最佳蒸煮時(shí)間越短面條吸水速率越快。由圖1可知，面條中添加LOX可以縮短面條的最佳蒸煮時(shí)間，但隨著LOX添加量的不同，面條的最佳蒸煮時(shí)間呈先減小后增大的趨勢(shì)，且在LOX添加量為0.6%時(shí)，面條的最佳蒸煮時(shí)間最短。這是由于面粉中添加LOX，可以氧化面粉中的面筋蛋白，消除面粉中蛋白酶的激活因子（—SH），以防面筋蛋白水解，強(qiáng)化面筋蛋白的三維結(jié)構(gòu)，使得面筋蛋白的持水能力提高，面條吸水量增加[26-27]。但添加過(guò)量的LOX會(huì)引起面條中蛋白質(zhì)含量過(guò)高，面筋強(qiáng)度過(guò)大，導(dǎo)致面條最佳蒸煮時(shí)間增大，因此，面條中添加適量的LOX可較好的降低其最佳蒸煮時(shí)間。

2.2 LOX添加量對(duì)面條斷條率的影響

面條斷條率是指面條在蒸煮過(guò)程中斷條數(shù)占蒸煮總條數(shù)的百分比，斷條率越小，表明面條筋力越強(qiáng)，彈性越大。由2.1節(jié)可知，面粉中添加LOX可顯著降低面條的最佳蒸煮時(shí)間，且面團(tuán)中適量的淀粉可增加其親水性，易吸水膨脹，當(dāng)面條受熱時(shí)，面筋蛋白熱變形凝固，與糊化后的淀粉一起形成較結(jié)實(shí)且細(xì)密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。如圖2所示，LOX也可顯著改善面條的斷條率，但當(dāng)LOX添加量超過(guò)0.6%時(shí)，隨著蒸煮時(shí)間的延長(zhǎng)，面筋強(qiáng)度過(guò)大，會(huì)加重沸水對(duì)面條的侵蝕程度，從而引起面條表面結(jié)構(gòu)破裂、硬度降低、斷條等現(xiàn)象。除此之外，面條斷條率還與面條中直鏈淀粉的含量有關(guān)，面條的最佳蒸煮時(shí)間越長(zhǎng)，直鏈淀粉含量越多，面條韌性就越差，易在蒸煮過(guò)程中產(chǎn)生斷條現(xiàn)象，而且在蒸煮過(guò)程中淀粉的溶脹破裂也會(huì)使面條的斷條率增加[28-29]。

圖2 LOX添加量對(duì)面條斷條率的影響Fig. 2 Effect of LOX addition on breaking rate of noodles

2.3 LOX添加量對(duì)面條干物質(zhì)損失率的影響

圖3 LOX添加量對(duì)面條干物質(zhì)損失率的影響Fig. 3 Effect of LOX addition on dry matter loss rate of noodles

面條干物質(zhì)損失率也是體現(xiàn)面條耐煮特性的關(guān)鍵指標(biāo)之一，有研究表明，蛋白質(zhì)含量及面筋強(qiáng)度是決定面條耐煮特性主要因素[30]。當(dāng)面條中蛋白質(zhì)含量相對(duì)較少，面筋強(qiáng)度較弱，引起面條中淀粉流失量增大，使得面條中干物質(zhì)損失率也隨之增大。如圖3所示，面條中添加LOX可有效減少面條的蒸煮損失，這是由于LOX的添加可催化面團(tuán)中具有順,順-1,4-戊二稀結(jié)構(gòu)的脂肪酸發(fā)生氧化反應(yīng)，所產(chǎn)生的氫過(guò)氧化物可以誘導(dǎo)面筋蛋白分子聚合，從而形成纖維狀的面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[31-32]，使得淀粉分子更好的附著在面筋蛋白形成的空腔中，以減少面條在蒸煮過(guò)程的干物質(zhì)損失率。但當(dāng)LOX添加量超過(guò)0.6%時(shí)，面條的干物質(zhì)損失率有所增加，這可能是由于過(guò)多的LOX降低了面條中脂肪含量，使得脂類-直鏈淀粉復(fù)合物的含量降低，游離直鏈淀粉數(shù)量增加，而面條最佳蒸煮時(shí)間越長(zhǎng)，溶脹破裂的淀粉顆粒水合后易與少量非脂肪結(jié)合型的直鏈淀粉組成低分子質(zhì)量可溶性物質(zhì)，在蒸煮過(guò)程中易失落在面湯中，從而造成面條干物質(zhì)損失率的增加[33]。

2.4 LOX添加量對(duì)面條吸水率的影響

圖4 LOX添加量對(duì)面條吸水率的影響Fig. 4 Effect of LOX addition on water absorption of noodles

面條的吸水率反映了面條在蒸煮過(guò)程中的水合程度，影響面條的口感[34-35]。如圖4所示，隨著LOX添加量的增加面條的吸水率呈上升趨勢(shì)。這是由于在面團(tuán)揉制過(guò)程中，LOX與面粉中的面筋蛋白依靠二硫鍵交聯(lián)、疏水相互作用及氨鍵等作用形成較強(qiáng)面筋網(wǎng)絡(luò)，從而聚合為具有三維結(jié)構(gòu)的小麥蛋白聚集體，且面條中的蛋白質(zhì)含量提高，淀粉顆粒分布均勻[36]。當(dāng)面條在蒸煮過(guò)程中，由于面筋蛋白具有比淀粉更強(qiáng)的吸水性，且隨著LOX添加量的增加，蛋白質(zhì)比例增大，面條中的面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)易吸水膨脹，使得面條吸水率提高。

2.5 LOX添加量對(duì)熟面條質(zhì)構(gòu)特性的影響

TPA測(cè)試又稱2 次咀嚼測(cè)試，它通過(guò)質(zhì)構(gòu)儀探頭模擬人口腔的咀嚼運(yùn)動(dòng)，對(duì)樣品進(jìn)行兩次壓縮模擬牙齒的咀嚼行為和牙齒在2 次咀嚼過(guò)程中時(shí)間和力的變化情況，從而對(duì)樣品的硬度、黏著性、彈性、黏聚性、膠著性、咀嚼性和回復(fù)性進(jìn)行量化的評(píng)價(jià)方法[37]，TPA指標(biāo)測(cè)試曲線如圖5所示。

圖5 面條TPA指標(biāo)測(cè)試曲線Fig. 5 TPA curves of noodles

硬度：第1次達(dá)到一定變形時(shí)所承受的壓力峰值，即圖中的2F值；黏著性：為第1次咀嚼過(guò)程中負(fù)峰的面積，即克服樣品與探頭之間的黏性作用所做的功，即為面積3；彈性：指變形樣品去除變形壓力后恢復(fù)到變形前的高度比，即1F/2F；黏聚性：指樣品經(jīng)過(guò)第1次變形后所表現(xiàn)出的對(duì)第2次壓縮的相對(duì)抵抗能力，曲線中表示兩次壓縮變形所做正功之比，即面積2/面積1；膠著性：該值表示將半固體的樣品破裂吞咽時(shí)穩(wěn)定狀態(tài)下所需能量，即為硬度×黏聚性；咀嚼性：只用于固態(tài)樣品測(cè)試，即膠著性×彈性；回復(fù)性：表示第1次壓縮過(guò)程中樣品的回彈能力，在曲線用面積5與面積4的比值表示[38-39]。

表2 LOX添加量對(duì)面條質(zhì)構(gòu)特性的影響（x±s，n=3）Table 2 Effect of LOX addition on texture characteristics of noodles(x s, n= 3)

表2 LOX添加量對(duì)面條質(zhì)構(gòu)特性的影響（x±s，n=3）Table 2 Effect of LOX addition on texture characteristics of noodles(x s, n= 3)

注：同列不同字母表示差異顯著（P＜0.05）。

添加量/% 硬度/g 黏著性/（g·s） 彈性 黏聚性 膠著性 咀嚼性 回復(fù)性LOX 0 3 327.751±50.17e-46.522±1.22a 0.597±0.04f 0.587±0.03ac 1 953.265±90.14f1 165.338±105.66f0.275±0.02de 0.2 6 806.657±37.22cd-70.476±0.92bc 0.836±0.03ac 0.574±0.04ae 3 910.208±47.22d3 351.285±33.95c 0.284±0.04ad 0.4 7 175.100±29.17bc-76.931±0.39d 0.857±0.01ab 0.581±0.01ad 4 064.907±29.76bc3 571.078±31.57b 0.311±0.01ab 0.6 7 861.318±10.44a-102.62±0.44f 0.903±0.02a 0.625±0.00a 4 525.252±19.33a3 719.072±17.83a 0.317±0.01a 0.8 7 241.092±38.92b-97.523±0.37e 0.822±0.01bd 0.590±0.02ab 4 166.437±35.01b3 268.337±72.6cd 0.301±0.00ac 1.0 6 262.615±24.11f-69.381±0.66b 0.792±0.01de 0.567±0.01af 3 692.101±22.76e2 925.251±29.55e 0.263±0.01ef

根據(jù)圖5和表2可以看出，與未添加LOX的面條相比，添加LOX面條的硬度、彈性、膠著性及咀嚼性得到顯著提高，且面條的質(zhì)構(gòu)特性除黏著性外均呈先增加后減小的變化趨勢(shì)。當(dāng)LOX添加量為0.6%時(shí)，面條的硬度、彈性、膠著性及咀嚼性分別增至7 861.318 g、0.903、4 525.252和3 719.072，這說(shuō)明面條中添加一定量的LOX可提高面筋蛋白各分子間的氫鍵及疏水相互作用，使其聚集成具有剛性和彈性的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)——小麥蛋白聚合物，進(jìn)而引起面條硬度、彈性、膠著性及咀嚼性的顯著提高，這與Mudgil等[40]的研究結(jié)果一致。而LOX添加量對(duì)面條黏著性的影響呈先減后增的趨勢(shì)，當(dāng)LOX添加量為0.6%時(shí)，面條的黏著性降至-102.62（g·s），這是因?yàn)槊鏃l的黏著性與面條淀粉流失量有關(guān)，隨著淀粉流失量的增加面條的黏著性增大，這也與面條干物質(zhì)損失率的變化相一致。此外，LOX添加量對(duì)面條黏聚性和回復(fù)性影響效果較小。綜上所述，LOX作為改良劑可有效改善面條的硬度、彈性、黏著性、膠著性和咀嚼性，從而提高面條的品質(zhì)特性。

2.6 不同LOX添加量的面條感官評(píng)價(jià)結(jié)果

表3 面條感官評(píng)分結(jié)果Table 3 Sensory evaluation results of noodles

由表3可知，隨著LOX添加量的增加，面條的色澤逐漸變白，彈性也有所增加，這說(shuō)明LOX作為面條改良劑可以起到增白強(qiáng)筋的效果，這與Dhingra等[41]研究結(jié)果一致。而面條的黏性、韌性及適口性隨著LOX添加量的增加呈先增大后減小的趨勢(shì)，這與面條TPA測(cè)試結(jié)果一致。從面條的風(fēng)味、表觀狀態(tài)及可接受度來(lái)看，面條的品質(zhì)有明顯改善，根據(jù)面條總分評(píng)定結(jié)果可以得出，LOX添加量為0.6%～0.8%的面條易被品評(píng)員所接受。

3 結(jié) 論

在面條蒸煮品質(zhì)上，LOX添加量在0.2%～1.0%范圍內(nèi)，面條的吸水率呈上升趨勢(shì)，面條最佳蒸煮時(shí)間、斷條率及干物質(zhì)損失率呈V型變化，且LOX添加量為0.6%時(shí)，面條最佳蒸煮時(shí)間最短，斷條率及干物質(zhì)損失率達(dá)到最小值。在面條質(zhì)構(gòu)特性上，與未添加LOX的面條相比，添加LOX面條的硬度、彈性、黏著性、膠著性及咀嚼性得到顯著改善，且面條的質(zhì)構(gòu)特性除黏著性外均呈先增加后減小的變化趨勢(shì)。當(dāng)LOX添加量為0.6%時(shí)，面條的硬度、彈性、膠著性及咀嚼性分別增至7 861.318 g、0.903、4 525.252和3 719.072。而LOX添加量對(duì)面條黏著性的影響呈先減后增的趨勢(shì)，且當(dāng)LOX添加量為0.6%時(shí)，面條的黏著性降至-102.62（g·s）。此外，LOX添加量對(duì)面條黏聚性和回復(fù)性影響效果較小。從面條感官品質(zhì)上，LOX添加量的增加可有效改善面條的黏彈性、色澤、表觀狀態(tài)、適口性及可接受性等感官品質(zhì)，且當(dāng)面條中LOX添加量在0.6%～0.8%范圍內(nèi)，易被消費(fèi)者所接受。由此可見，面條中添加脂肪氧合酶可起到增白強(qiáng)筋的效果，從而改善面條的蒸煮特性、質(zhì)構(gòu)特性及感官品質(zhì)。因此，從大豆乳清廢水提取的脂肪氧合酶不僅能實(shí)現(xiàn)資源回收利用，變廢為寶，且具有較大的市場(chǎng)應(yīng)用前景，以提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。