小麥麩皮酶解產物對面包品質的影響

夏潔人 徐學明，2 臧繼鑫

（1.江南大學食品學院，江蘇 無錫 214122；2.食品科學與技術國家重點實驗室，江蘇 無錫 214122；3.中糧東海糧油工業（張家港）有限公司，江蘇 蘇州 215634）

戊聚糖也稱阿拉伯木聚糖（arabinoxylan，AX）雖然在面粉中的含量很低（2%～3%干基），但因其具有較高的吸水、持水特性、高黏度特性、較好乳化穩定性以及氧化交聯特性，使得它對面團流變學特性和面包烘焙品質有重要的影響［1，2］。戊聚糖對面團特性和面包品質影響的好壞主要與戊聚糖所作用的面粉的性質和其本身的結構性質有關。研究表明［3，4］，水 可 提 取 戊 聚 糖（water－extractable arabinoxylan，WEAX）可以明顯改善面團流變特性及面包烘焙品質，它可增加面團的粉質吸水量、穩定時間，增加面包的體積，改善面包的內部質構；水不可提取戊聚糖（water－unextractable arabinoxylan，WUAX）對面團特性和面包品質具有明顯的負作用。木聚糖酶能使戊聚糖發生酶解，作用WUAX 時能先將其降解為WEAX，對面團和面包品質有改善作用［5］。目前，許多報道都是將戊聚糖提取出來再加入到面團和面包中，也有與木聚糖酶（xylanase）一同加入面團和面包中研究其品質變化的報道［6］，而先用酶酶解戊聚糖到一定程度再將酶解產物加入面粉中的研究未見報道。此外，根據中國行業標準SB／T 10136——93，精致級和普通級面包用小麥粉的濕面筋含量分別大于33%和30%，粉質曲線穩定時間分別大于10min和7min。然而中國國內能達到這樣要求的小麥的品種和數量都很少。

因此，針對以上幾點以及麩皮中含有可觀含量的戊聚糖，且主要為水不溶性的［3］，本試驗利用木聚糖酶直接酶解麩皮，促使麩皮中的WUAX 降解為WEAX 溶出，得到含有不同水解度戊聚糖的酶解產物，將酶解產物加入到面粉和面包中，研究其與面團及面包品質變化間的關系。這樣既省去精確提取WEAX 的麻煩，節省成本，利用了WUAX，還可提高麩皮中其它豐富的水溶性營養物質的利用率，使得制作出的面包營養更豐富。通過本試驗的研究期望能適當降低面包制作對小麥粉的要求，并為麩皮的深加工和面粉品質的改善提供參考。

1 材料與方法

1.1 主要儀器與試劑

1.1.1 試驗儀器

粉質儀：Farinograph－E型，德國Brabender公司；

拉伸儀：Extensograph－E型，德國Brabender公司；

物性測試儀：TA－XT2i型，英國Stable Micro Systems公司；

電子天平：AL204型，梅特勒－托利多儀器（上海）有限公司；

數字攪拌器：RW20型，德國IKA 集團；

粉碎機：6202型，欣鎮企業有限公司；

標準篩：φ200型，浙江上虞市五四紗篩廠；

電熱鼓風干燥箱：DHG－9030A 型，上海一恒科學儀器有限公司；

低速臺式大容量離心機：RJ－TDL－50A 型，無錫瑞江分析儀器有限公司；

雙光束紫外可見分光光度計：TU－1900型，北京普析通用儀器有限責任公司；

立式面團攪拌機：SM－50型，新麥機械有限公司；

電熱烤爐：BOD－102型，上海早苗有限公司；

醒發箱：SM－32S型，新麥機械有限公司；

切片機：SM－302型，新麥機械有限公司。

1.1.2 試驗試劑

木聚糖酶：2×106U／g，寧夏夏盛實業集團有限公司；

精制麩皮：東海糧油工業（張家港）有限公司；

D－（＋）－木糖、二硝基水楊酸、間苯三酚、無水乙醇、冰醋酸、濃鹽酸、葡萄糖、NaOH、丙三醇：分析純，國藥集團化學試劑有限公司；

即發干酵母：番禺梅山馬利酵母有限公司；

全統酥油：強冠企業股份有限公司；

高筋面包專用粉：濕面筋34.5%，干面筋13.8%，益海嘉里（昆山）食品工業有限公司；

花鼓牌蛋糕粉：濕面筋20.0%，干面筋8.1%，益海嘉里（昆山）食品工業有限公司；

特制一等小麥粉：濕面筋25.1%，干面筋10.2%，泰州福太面粉有限責任公司；

糖、鹽：市售。

1.2 試驗方法

1.2.1 小麥麩皮原料預處理 小麥麩皮經高溫120 ℃滅酶2h，取出后冷卻，鋪在白瓷盤內，在40 ℃烘干，用粉碎機粉碎后過40目標準篩，密封低溫（4 ℃）貯存。

1.2.2 小麥麩皮木聚糖酶酶解液的制備 稱取0.2g木聚糖酶，溶于1 000mL水，配制成200mg／L（400U／mL）。稱取一定量經預處理的小麥麩皮，以不同料液比加水，放入水浴反應器，再加入不同量的木聚糖酶酶液，在不同的水浴溫度下，水解反應不同時間。然后將酶解液沸水浴滅酶15min，取出后冷卻至室溫，4 000r／min離心15min，上清液在80 ℃下蒸發濃縮至要求的濃度，真空抽濾，收集濾液，低溫（4 ℃）貯存備用。

1.2.3 小麥麩皮以及酶解液中戊聚糖含量的測定 采用間苯三酚－冰醋酸法（Douglas法）。在552nm 和510nm 處測吸光度。以兩處波長的吸光度差值［7］對標準溶液體積繪制標準曲線。將預處理的小麥麩皮或酶解液先用熱酸處理，按標準曲線方法測吸光度，對照標準曲線，按式（1）計算樣品中的戊聚糖含量。

式中：

C—— 戊聚糖含量，mg／mg或mg／mL；

v—— 標準曲線查得的木糖標準液體積，mL；

n—— 消化液稀釋倍數；

m—— 樣品取樣量，mg或mL；

0.8—— 標準溶液濃度，mg／mL；

0.88—— 木糖與戊聚糖的換算因子。

1.2.4 酶解液中戊聚糖水解度的測定 用二硝基水楊酸法測定酶解液中還原糖含量。在490nm 下測吸光度，以吸光度對標準溶液體積繪制標準曲線。吸取一定量酶解液，按照標準曲線的方法測吸光度，對照標準曲線，按式（2）計算樣品中的戊聚糖水解度。

S—— 戊聚糖水解度，%；

v1—— 由工作曲線查得的木糖標準液體積，mL；

v’—— 樣品取樣量，mL；

c—— 麩皮的戊聚糖含量，%；

r—— 水解反應的料液比，g／mL；

0.8—— 標準溶液濃度，mg／mL；

0.88—— 木糖與戊聚糖的換算因子。

1.2.5 面筋含量的測定

根據一般對滿意程度的評價標準，將客戶滿意程度分為五個等級：很不滿意(v1)、不滿意(v2)、一般(v3)、滿意(v4)、很滿意(v5)，則有評語集V={v1,v2,v3,v4,v5}。

（1）濕面筋：按GB／T 14608——1993測定；

（2）干面筋：按GB／T 14607——1993測定。

1.2.6 粉質試驗 按GB／T 14614——2006方法，將不同條件下水解所得的水解液，按不同的添加比例替代相應量的水，用Brabender粉質儀進行測定。

1.2.7 拉伸試驗 按GB／T 14615——2006方法，將不同條件下水解所得的水解液，按不同的添加比例替代相應量的水，用Brabender拉伸儀進行測定。

1.2.8 面包烘焙試驗

（1）面包基本配方：見表1。加水量以粉質儀測定的最佳吸水量為準。

表1 面包基本配方Table 1 The basic formulation of bread

（2）面包制作過程：原料（除起酥油和水外）按照表1配方混合→加水→面團攪拌→加入起酥油→面團攪拌→發酵（38 ℃，30min）→切分（50g／個）→松弛15min→排氣，成型→醒發（38 ℃，RH 85%，60min）→烘烤（面火、底火200 ℃，18min）→自然冷卻至室溫。

1.2.9 面包特性測定

（1）烘烤失水量：面包出爐5min內，測面包質量。面包烘烤失水量按式（3）計算。

式中：

△W—— 面包烘烤失水量，g；

W0—— 面包出爐后的質量，g；

50—— 制作面團的質量，g。

（2）面包比容測定：面包出爐冷卻至室溫后，測面包質量，用小米置換法測面包體積，按式（4）計算面包比容。

式中：

SV—— 面包比容，mL／g；

V—— 面包體積，mL；

W—— 面包質量，g。

（3）面包物理特性測定：將冷卻至室溫的面包裝入PE（聚乙烯）高壓食品袋4 ℃密封保存0，1，3，5，7d，取出后將面包切成厚度為12cm 的薄片，并放入保鮮袋室溫下保存至指標測定完成。選取兩片已切好的面包，重疊放在質構儀上進行全質構（TPA）測定。采用P／25鋁制圓柱形探頭，測定條件：測前速率3.0 mm／s；測試速率1.0 mm／s；測后速率5mm／s；壓縮程度為40%；兩次壓縮之間停留時間5s。本試驗選取硬度來指示面包存放過程中的物性變化。

（4）面包芯水分變化：面包按1.2.9（3）方法貯存，將貯存不同時期的面包芯按GB／T 5009.3——2010方法，測面包芯水分。

（5）數據分析：采用Excel軟件對試驗數據進行圖形處理；采用SPSS 17.0統計軟件對測定試驗數據進行分析。

2 結果與討論

2.1 水解條件對戊聚糖酶酶解小麥麩皮的影響

2.1.1 料液比對小麥麩皮戊聚糖水解度的影響 反應的料液比會影響反應物和產物的濃度，反應物間的接觸程度，反應介質的黏度等因素，從而影響反應速率。料液比對麩皮戊聚糖水解度的影響結果見圖1。由圖1可知，不同料液比的小麥麩皮酶解液的水解度都隨時間的延長而增大。其中，當料液比為1∶6，1∶10，1∶12（m∶V）時，酶解液的水解度在前期有較大的增加，60 min后，水解度增速明顯減緩。而在料液比為1∶8（m∶V）時，酶解液的水解度增速較平穩。出現這種情況可能是因為料液比為1∶6（m∶V）時，反應初始階段酶液能與物料的表面接觸，催化表面戊聚糖水解，隨后，由于固形物濃度較高，酶較難深入小麥麩皮內部進行酶解反應，水解度增速明顯放慢；在料液比為1∶10，1∶12（m∶V）時，固形物濃度低，酶與底物能充分接觸，酶解速度很快，底物片段不斷縮短，而木聚糖酶是一種內切型酶，糖苷鍵連接的片段長度對酶的活性也有影響，要求有4個或4個以上的糖基［8］，因此，反應后期水解度增速明顯減慢。在料液比為1∶8（m∶V）時，水解度增速較平穩，易于通過控制反應時間制備各不同水解度樣品，因此選擇1∶8（m∶V）的料液比。

圖1 料液比對小麥麩皮木聚糖酶酶解液水解度的影響Figure 1 Effect of different solid－liquid ratio on hydrolyzing degree of wheat bran by xylanase

2.1.2 水解溫度對小麥麩皮戊聚糖水解度的影響 酶促反應的溫度不但會直接影響反應速率（一般反應溫度高，反應速率快），還會間接地通過影響酶活性來影響反應速率，在其它條件相同的情況時，酶在其最適反應溫度下的催化效率最高，酶促反應速度最快，高于或低于這個溫度，反應速度都會減慢。酶解溫度對麩皮戊聚糖水解度的影響結果見圖2。由圖2可知，水解速度隨著水解溫度的升高而加快，其中40 ℃的水解曲線上升較慢，且水解度跨度小；60 ℃的水解曲線上升速度太快，較難控制，且溫度高能耗高；因此選用50 ℃的酶解溫度較合適。

圖2 不同酶解溫度的小麥麩皮木聚糖酶酶解液水解度隨時間的變化Figure 2 Effect of different enzymolysis temperature on hydrolyzing degree of wheat bran by xylanase

圖3 不同酶添加量的小麥麩皮戊聚糖水解度隨時間的變化Figure 3 Effect of different dosage of enzyme on hydrolyzing degree of wheat bran by xylanase

2.1.3 酶添加量對小麥麩皮戊聚糖水解度的影響 對酶促反應來說，酶添加量的增加可以使反應速度加快，不過反應速度與酶和底物的比例有關，當比例適當時，酶促反應的效率達到最高，再增加酶添加量對反應速率的影響不大。酶（400U／mL）添加量對麩皮戊聚糖水解度的影響結果見圖3。由圖3可知，水解度增速隨著酶用量的增加而加快。在酶用量為2mL／20g（酶液／麩皮時，反應速度慢，水解度跨度小。在酶用量為20mL／20g時，酶解反應速度過快。因為反應速度過慢，時間過長，水解產生的單糖容易被微生物利用而使酶解液變質；反應速度過快，較難控制反應水解度。在酶用量為5mL／20g和10 mL／20g時，酶解反應速度相似且較平穩，能夠較好地用水解時間來控制水解度，為節省酶用量，選擇5mL／20g的酶用量。

2.1.4 水解時間對小麥麩皮戊聚糖水解度的影響 隨著反應的進行，反應物濃度不斷減少，反應產物濃度不斷增大，反應逐漸達到平衡，反應速率減慢。水解時間對麩皮戊聚糖水解度的影響結果見圖4。由圖4可知，戊聚糖的水解度隨著水解時間的延長而增大，反應速度略微表現為先快后慢，總體較平穩，對后續試驗利用水解時間控制水解度很有利。

由圖4還可知，酶解產物的水解度（y）與酶解時間（x）之間的酶 解 反 應 動 力 學 方 程：y ＝0.004 7x＋0.42（R2＝0.983 4）。

不同酶解時間下測得的酶解產物的水解度及戊聚糖含量見表2。

圖4 酶解時間對小麥麩皮木聚糖酶酶解液水解度的影響Figure 4 Effect of different enzymolysis time on hydrolyzing degree of wheat bran by xylanase

表2 不同水解時間酶解產物的水解度及戊聚糖含量Table 2 Hydrolysis degree and pentosans content of hydrolysates with different hydrolysis time

2.2 小麥麩皮酶解液對面粉粉質特性的影響

2.2.1 酶解液對不同面筋含量面粉粉質特性的影響 面團的粉質特性主要包括吸水率、形成時間、穩定時間和弱化度等指標，本試驗重點以吸水率和穩定時間兩個指標來考察面團的粉質特性變化。一般來說，蛋白質含量越高，面筋越大，面粉的吸水率也越大。面粉的吸水率高，則單位質量面粉的出品率高，且做出的面包松軟，口感好，存放時間也較長。穩定時間能反映面團的機械耐受力，面粉的面筋網絡結構越強越堅固，它的穩定時間越長。穩定時間長也能說明面團在發酵過程中有較強的保持二氧化碳的能力。

酶解產物對不同面筋含量面粉面團粉質特性影響結果見圖5和6。由圖5和6可知，酶解液的添加對高、中、低筋面粉的吸水率均有提高，酶解液在添加量為1.0%（以酶解液中戊聚糖的量計，1g戊聚糖／100g·面粉）時，低筋面粉的穩定時間有明顯提高，而中筋和高筋面粉穩定時間沒有明顯變化，這與前人的研究［9，10］報道一致。

圖5 酶解液添加量對各面筋含量面粉吸水率的影響Figure 5 Effect of different dosage of hydrolysates of wheat bran by xylanase on flour’s water absorption

圖6 酶解液添加量對各面筋含量面粉穩定時間的影響Figure 6 Effect of different dosage of hydrolysates of wheat bran by xylanase on flour’s stabilization time

2.2.2 不同水解度酶解液對低筋面粉粉質特性的影響 不同水解度酶解產物對低筋面粉面團粉質特性影響的結果見圖7和8。由圖7和8可知，低筋面粉的吸水率一定范圍內隨酶解液添加量的增大而增加，在添加量大于1.0%時，吸水率基本不變。不同水解時間的酶解液對低筋面粉的影響也不同，總的來說水解時間過長的酶解液對低筋面粉吸水率的增加作用減弱，90 min水解液的效果最明顯。從穩定時間看，30，60，90min的酶解液在添加量到1.0%時，面粉穩定時間有明顯增加，120，180 min 的酶解液則要在添加量到1.5%時才有明顯作用。這種現象的原因應該是酶解時間過長（120，180 min），戊聚糖被酶解過量（水解度為0.979%，1.254%），分子鏈減小到一定程度后吸水能力大大減弱。而且隨著木聚糖酶在水解戊聚糖主鏈的同時也會水解支鏈，使得連接在支鏈的阿魏酸也與主鏈分離，甚至成為游離阿魏酸，從而它連接戊聚糖和面筋蛋白的作用就難以發揮，使水解液對面粉穩定時間的作用減弱。從圖8分析，90min水解液（水解度在0.86%，戊聚糖含量8.34 mg／g），添加量為1.0%效果最佳。

2.3 小麥麩皮戊聚糖酶酶解液對面粉拉伸特性的影響

圖7 不同水解度酶解液添加量對低筋面粉吸水率的影響Figure 7 Effect of the dosage of hydrolysates of wheat bran by xylanase for different enzymolysis time on low－gluten flour’s water absorption

圖8 不同水解度酶解液添加量對低筋面粉穩定時間的影響Figure 8 Effect of the dosage of hydrolysates of wheat bran by xylanase for different enzymolysis time on low－gluten flour’s stabilization time

2.3.1 酶解液對不同面筋含量面粉拉伸特性的影響 面團的拉伸特性主要包括拉伸曲面、拉伸阻力、延伸度、拉伸比例等指標。一般拉伸曲面和拉伸阻力越大，則面粉筋力越強；延伸度與面團成型，發酵和焙烤時面團的增大有關。拉伸比例則是評價面團品質最重要的參數，它與面團的機械特性密切相關。酶解產物對不同面筋含量面粉拉伸特性影響的結果見表3和表4。由表3可知，低筋面粉在加入1.0%酶解液后，拉伸曲線面積、拉伸阻力和拉伸比例有顯著（P＞0.05）增加，延伸度變化不大；中筋面粉在酶解液添加量較少（0.2%，0.5%）時，拉伸阻力和拉伸比例略有下降，但當添加量增加到1.0%后，拉伸曲線面積、拉伸阻力和拉伸比例都有顯著增加，延伸度則在添加水解液之后均有所增加；高筋面粉在添加酶解液醒發后粘性過大無法測得拉伸指標。總的看來，水解液對中筋和低筋面粉有效果，尤其是對低筋面粉。

2.3.2 不同水解度酶解液對低筋面粉拉伸特性的影響 不同水解度酶解產物對低筋面粉拉伸特性影響的結果見表5。由表5可知，在醒面45min時，各酶解液對面粉拉伸曲面和拉伸阻力均較空白組增大，且隨著酶解時間的加長，增強的幅度呈逐漸減弱趨勢；在醒面90min和135min時，拉伸曲面、拉伸阻力隨水解時間加長而減小，拉伸曲面的試驗組與空白組差異不顯著（P＞0.05），拉伸阻力則試驗組都高于或顯著高于空白組。延伸度則總是隨著酶解時間的延長呈先減小后增大趨勢；拉伸比例則恰與延伸度相反。表中酶解時間為30，60，90min時，拉伸曲面、拉伸阻力和拉伸比例均增大，表明面團的筋力增大，面筋網絡更加牢固，加工攪拌性能增強。

表3 酶解液對低面筋含量面粉拉伸特性的影響Table 3 Effect of different dosage of hydrolysates of wheat bran by xylanase on low－gluten flour’s tensile properties

表4 酶解液對中面筋含量面粉拉伸特性的影響Table 4 Effect of different dosage of hydrolysates of wheat bran by xylanase on middle－gluten flour’s tensile properties

表5 不同水解度酶解液對低筋面粉拉伸特性的影響Table 5 Effect of different enzymolysis time of hydrolysates of wheat bran by xylanase on low－gluten flour’s tensile properties

2.4 小麥麩皮戊聚糖酶酶解液對面包品質的影響

2.4.1 酶解液對各面筋含量面粉面包品質的影響 評價面包烘焙品質的指標有很多，其中，烘烤失水量能反映面團在烘烤時的持水性，烘烤時失水量多則產出的面包會比較干，易掉屑，粗糙；面包比容反應面包品質的重要指標，比容大的面包其面團發酵比較好，氣泡能夠長大，面包質地較松軟、有彈性；面包芯水分的流失預示著面包的干燥和老化，面包芯水分保持能力較好的面包一般口感更好，保存時間更長；硬度能夠反應面包質構和老化程度。

酶解產物對各面筋含量面包品質影響的結果見表6。由表6可知，添加酶解液1.0%后，面包的烘烤失水量減少，面包芯水分在1周的貯藏時間內的散失速度也減緩，這說明添加水解液能提高面包的持水性，這與戊聚糖的高吸水率有關；中、低筋面粉面包的比容有顯著增大，這與前人［10］報道相符；試驗組面包的硬度在1周貯藏期內都較空白組顯著改善，說明面包的老化速度在添加酶解液后有所減緩；其中以低筋面粉面包品質改善效果最為顯著。

2.4.2 酶解液添加量對低筋面粉面包品質的影響 酶解產物添加量對低筋面粉面包品質影響的結果見表7。由表7可知，面包烘烤失水量和面包芯水分在貯藏期內的散失速度隨著酶解液添加量的增加而減小；面包比容隨著酶解液添加量的增加而增大；面包的硬度在貯藏期內的變化隨著酶解液添加量的增加而減緩。總的看來添加量增大，面包品質改善效果增加，1%的酶解液添加量效果最明顯，這與前面的粉質和拉伸試驗結果一致。

表6 酶解液對各面筋含量面粉面包品質的影響Table 6 Effect of the hydrolysates of wheat bran by xylanase on bread’s quality of different flour

表7 不同添加量的酶解液對低筋面粉面包品質的影響Table 7 Effect of different dosage of the hydrolysates of wheat bran by xylanase on bread’s quality of low－gluten flour

3 結論

本試驗通過對酶解條件的單因素試驗得到了能較為穩定地通過酶解時間來控制水解度的酶解條件，并且得到了酶解反應動力學方程。本試驗的研究表明，在一定時間范圍內，木聚糖酶酶解麩皮的酶解液中戊聚糖水解度和戊聚糖含量隨著酶解時間的延長而增大。將含有戊聚糖的酶解液添加到面團和面包中，酶解液能很好地改善低筋面團的流變學特性和面包的烘焙品質，表明木聚糖酶能夠促使麩皮中的WUAX 降解為WEAX 從而改善面團和面包品質，也說明本試驗的方法能提高麩皮戊聚糖的利用率。盡管如此，本試驗對酶解液中的物質尤其是戊聚糖沒有進行進一步地分析和檢測，希望今后能對其進行分子量的檢測和結構差異的研究，以期發現能對面團和面包其改善作用的戊聚糖的分子量分布和它們的結構特征，為戊聚糖的加工利用和面粉改良理論提供參考。

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