大豆乳清廢水提取脂肪氧合酶對面條加工特性的影響

姜 閃，張志國*

（齊魯工業大學（山東省科學院）食品科學與工程學院，山東 濟南 250353）

幾十年前，面粉中使用的改良劑成分多以化學合成品為主，例如研究學者發現KBrO3對小麥粉筋力和彈性等品質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改良劑的主要成分得到了食品界的一致認同。但有研究發現KBrO3作為食品改良劑在焙烤食品中有殘留物，對動物具有致癌作用，因此國際上許多國家和地區已經禁止使用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研究之一[1-4]。

近年來，隨著國民生活質量的不斷提高，人們越來越注重自己的食品質量與安全，而酶制劑作為一種純天然生物制品，與傳統面粉改良劑相比具有綠色安全、經濟高效等優點，因此其作為食品改良劑，在食品生產加工過程中將發揮越來越大的作用[5-6]。面條是我國的傳統主食，在其加工生產中往往會加入一定量的改良劑以提高面條的品質，達到增白強筋的目的，而酶制劑作為化學改良劑的替代品已廣泛應用于面條加工生產中。目前，應用于面條加工的酶制劑主要有蛋白酶、氧化酶、淀粉酶、轉谷氨酰胺酶等，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]。

據研究表明，利用堿溶酸沉工藝法生產大豆分離蛋白時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境污染，還能降低生產成本，大大提高企業的生產效益。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，它廣泛存在于動植物中，其結構中含有非血紅素鐵，能專一性催化具有順,順-4-戊二烯結構的多不飽和脂肪酸，如亞麻酸、亞油酸、花生四烯酸等，形成具有共軛雙鍵的氫過氧化物衍生物，此衍生物能將蛋白質分子中的巰基氧化為二硫鍵，以誘導蛋白質聚合為大分子蛋白質，因此，將LOX作為改良劑應用到面條加工中可起到強化面筋，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，其分子中含有多個不飽和鍵，而LOX可通過偶合反應破壞β-胡蘿卜素的雙鍵結構，并生成無色化合物，以達到增白的效果[16-18]。除此之外，LOX也可用于焙烤食品，通過分解氫過氧化物衍生物產生具有特殊香氣的揮發性小分子，從而增強焙烤食品的風味[19-20]。然而，目前關于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提取工藝復雜，價格昂貴，制約了其在食品加工方面的應用前景，因此，將低成本、高純度的LOX應用于食品生產具有重要研究價值和市場需求。

本實驗以純化的LOX作為食品改良劑，將其應用到面條加工中，測定面條蒸煮過程中對面條最佳蒸煮時間、干物質損失率及斷條率等蒸煮特性的影響，并通過TA-XT plus/30質構儀分別測定面條的硬度、黏著性、彈性及咀嚼性等質構特性，分析LOX作為食品改良劑添加到面條加工生產中對面條感官品質的影響，從而為其在食品生產中的廣泛應用提供數據參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

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

1.2 儀器與設備

TA-XT plus/30質構儀 英國Stable Micro System公司；SZ-156手動壓面機 廣西南寧旭昆機電設備有限公司；C21-WK2102電磁爐 美的集團；DZF-6050真空干燥箱上海精宏實驗設備有限公司。

1.3 方法

1.3.1 面條的制作

參照SB/T 10137—1993《面條用小麥粉》中的方法進行面條制作。按不同質量比例，分別稱取LOX和小麥粉，并將兩者充分混合，加適量溫水攪拌至絮狀，手工和面至面粉成團，于室溫下熟化20 min后，用壓面機進行壓片、切條。壓片過程：用壓面機在壓軸間距為2.0 mm處壓片→合片并將壓軸調至3.5 mm處壓片→合片并將壓軸依次從3.5 mm調至1.0 mm，共壓片6 道→將1 mm厚的壓片切成寬2.0 mm，長約220 mm的面條備用。

1.3.2 面條最佳蒸煮時間[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間，即為面條最佳蒸煮時間，進而分析不同LOX添加量對面條最佳蒸煮時間的影響。

1.3.3 面條煮制品質測定

取220 mm長的鮮面條40 根，放入500 mL沸水中煮至最佳蒸煮時間后，立即將面條撈出，冷卻10 min后，對面條斷條率[22]、干物質損失率[23]及面條吸水率[22]進行測定，分析LOX含量不同對面條蒸煮特性的影響。

1.3.4 熟面條質構特性測定[24-25]

取220 mm長的鮮面條30 根，放入500 mL水中煮沸至最佳蒸煮時間，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 根面條置于載物臺中央，通過質地剖面分析（texture profile analysis，TPA）實驗分別測定面條硬度、彈性、黏著性及咀嚼性等質構特性，每個處理做3 次平行實驗，分析LOX添加量對面條質構特性的影響。

測試條件如下：選用36 mm Dia Aluminium Radiused AACC P/36R圓柱形探頭，參數設置：測前速率1.00 mm/s，測中速率0.80 mm/s，測后速率0.80 mm/s，壓縮率70%，兩次壓縮的時間間隔5 s，起點觸發力5.0 g。

1.3.5 面條感官評定

參照SB/T 10139—1993《饅頭用小麥粉》主要評價指標對面條的顏色、表觀狀態、咀嚼性、彈性等7 個評分項目進行評價，滿分為100 分。挑選10 個愛吃面條且具有一定專業知識的人員組成感官評定小組，對添加不同比例的LOX面條進行感官評定，最后將小組評定結果的平均分作為最終得分。面條評分項目及評分標準如表1所示。

表1 面條評分項目及評分標準Table 1 Criteria for sensory evaluation of noodles

2 結果與分析

2.1 LOX添加量對面條最佳蒸煮時間的影響

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

面條的最佳蒸煮時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間，但隨著LOX添加量的不同，面條的最佳蒸煮時間呈先減小后增大的趨勢，且在LOX添加量為0.6%時，面條的最佳蒸煮時間最短。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，強化面筋蛋白的三維結構，使得面筋蛋白的持水能力提高，面條吸水量增加[26-27]。但添加過量的LOX會引起面條中蛋白質含量過高，面筋強度過大，導致面條最佳蒸煮時間增大，因此，面條中添加適量的LOX可較好的降低其最佳蒸煮時間。

2.2 LOX添加量對面條斷條率的影響

面條斷條率是指面條在蒸煮過程中斷條數占蒸煮總條數的百分比，斷條率越小，表明面條筋力越強，彈性越大。由2.1節可知，面粉中添加LOX可顯著降低面條的最佳蒸煮時間，且面團中適量的淀粉可增加其親水性，易吸水膨脹，當面條受熱時，面筋蛋白熱變形凝固，與糊化后的淀粉一起形成較結實且細密的網絡結構。如圖2所示，LOX也可顯著改善面條的斷條率，但當LOX添加量超過0.6%時，隨著蒸煮時間的延長，面筋強度過大，會加重沸水對面條的侵蝕程度，從而引起面條表面結構破裂、硬度降低、斷條等現象。除此之外，面條斷條率還與面條中直鏈淀粉的含量有關，面條的最佳蒸煮時間越長，直鏈淀粉含量越多，面條韌性就越差，易在蒸煮過程中產生斷條現象，而且在蒸煮過程中淀粉的溶脹破裂也會使面條的斷條率增加[28-29]。

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

2.3 LOX添加量對面條干物質損失率的影響

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

面條干物質損失率也是體現面條耐煮特性的關鍵指標之一，有研究表明，蛋白質含量及面筋強度是決定面條耐煮特性主要因素[30]。當面條中蛋白質含量相對較少，面筋強度較弱，引起面條中淀粉流失量增大，使得面條中干物質損失率也隨之增大。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的添加可催化面團中具有順,順-1,4-戊二稀結構的脂肪酸發生氧化反應，所產生的氫過氧化物可以誘導面筋蛋白分子聚合，從而形成纖維狀的面筋網絡結構[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程的干物質損失率。但當LOX添加量超過0.6%時，面條的干物質損失率有所增加，這可能是由于過多的LOX降低了面條中脂肪含量，使得脂類-直鏈淀粉復合物的含量降低，游離直鏈淀粉數量增加，而面條最佳蒸煮時間越長，溶脹破裂的淀粉顆粒水合后易與少量非脂肪結合型的直鏈淀粉組成低分子質量可溶性物質，在蒸煮過程中易失落在面湯中，從而造成面條干物質損失率的增加[33]。

2.4 LOX添加量對面條吸水率的影響

圖4 LOX添加量對面條吸水率的影響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。這是由于在面團揉制過程中，LOX與面粉中的面筋蛋白依靠二硫鍵交聯、疏水相互作用及氨鍵等作用形成較強面筋網絡，從而聚合為具有三維結構的小麥蛋白聚集體，且面條中的蛋白質含量提高，淀粉顆粒分布均勻[36]。當面條在蒸煮過程中，由于面筋蛋白具有比淀粉更強的吸水性，且隨著LOX添加量的增加，蛋白質比例增大，面條中的面筋網絡結構易吸水膨脹，使得面條吸水率提高。

2.5 LOX添加量對熟面條質構特性的影響

TPA測試又稱2 次咀嚼測試，它通過質構儀探頭模擬人口腔的咀嚼運動，對樣品進行兩次壓縮模擬牙齒的咀嚼行為和牙齒在2 次咀嚼過程中時間和力的變化情況，從而對樣品的硬度、黏著性、彈性、黏聚性、膠著性、咀嚼性和回復性進行量化的評價方法[37]，TPA指標測試曲線如圖5所示。

圖5 面條TPA指標測試曲線Fig. 5 TPA curves of noodles

硬度：第1次達到一定變形時所承受的壓力峰值，即圖中的2F值；黏著性：為第1次咀嚼過程中負峰的面積，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到變形前的高度比，即1F/2F；黏聚性：指樣品經過第1次變形后所表現出的對第2次壓縮的相對抵抗能力，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穩定狀態下所需能量，即為硬度×黏聚性；咀嚼性：只用于固態樣品測試，即膠著性×彈性；回復性：表示第1次壓縮過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添加量對面條質構特性的影響（x±s，n=3）Table 2 Effect of LOX addition on texture characteristics of noodles(x s, n= 3)

表2 LOX添加量對面條質構特性的影響（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，且面條的質構特性除黏著性外均呈先增加后減小的變化趨勢。當LOX添加量為0.6%時，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絡結構——小麥蛋白聚合物，進而引起面條硬度、彈性、膠著性及咀嚼性的顯著提高，這與Mudgil等[40]的研究結果一致。而LOX添加量對面條黏著性的影響呈先減后增的趨勢，當LOX添加量為0.6%時，面條的黏著性降至-102.62（g·s），這是因為面條的黏著性與面條淀粉流失量有關，隨著淀粉流失量的增加面條的黏著性增大，這也與面條干物質損失率的變化相一致。此外，LOX添加量對面條黏聚性和回復性影響效果較小。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特性。

2.6 不同LOX添加量的面條感官評價結果

表3 面條感官評分結果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，這說明LOX作為面條改良劑可以起到增白強筋的效果，這與Dhingra等[41]研究結果一致。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，這與面條TPA測試結果一致。從面條的風味、表觀狀態及可接受度來看，面條的品質有明顯改善，根據面條總分評定結果可以得出，LOX添加量為0.6%～0.8%的面條易被品評員所接受。

3 結 論

在面條蒸煮品質上，LOX添加量在0.2%～1.0%范圍內，面條的吸水率呈上升趨勢，面條最佳蒸煮時間、斷條率及干物質損失率呈V型變化，且LOX添加量為0.6%時，面條最佳蒸煮時間最短，斷條率及干物質損失率達到最小值。在面條質構特性上，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，且面條的質構特性除黏著性外均呈先增加后減小的變化趨勢。當LOX添加量為0.6%時，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添加量對面條黏著性的影響呈先減后增的趨勢，且當LOX添加量為0.6%時，面條的黏著性降至-102.62（g·s）。此外，LOX添加量對面條黏聚性和回復性影響效果較小。從面條感官品質上，LOX添加量的增加可有效改善面條的黏彈性、色澤、表觀狀態、適口性及可接受性等感官品質，且當面條中LOX添加量在0.6%～0.8%范圍內，易被消費者所接受。由此可見，面條中添加脂肪氧合酶可起到增白強筋的效果，從而改善面條的蒸煮特性、質構特性及感官品質。因此，從大豆乳清廢水提取的脂肪氧合酶不僅能實現資源回收利用，變廢為寶，且具有較大的市場應用前景，以提高企業的經濟效益。