葡萄糖氧化酶對全麥面團及全麥饅頭品質改良的影響

黎 芳,劉 佳,王冉冉,易若琨,趙 欣,*

(1.重慶第二師范學院,重慶市功能性食品協同創新中心,重慶市功能性食品工程技術研究中心,功能性食品研發重慶市工程實驗室,重慶 400067;2.重慶第二師范學院生物與化學工程學院,重慶 400067)

饅頭是我國的傳統發酵主食,在居民膳食結構中占據很大比例。然而精面饅頭所用原料小麥在加工過程中大部分麩皮和胚芽都被去掉,其中所含的大多數纖維素和部分煙酸及鉀、錳、鐵、鋅等對人體有幫助的營養成分也隨之流失[1-2]。若以全麥粉代替精面粉,不僅可以改善居民的營養健康水平,還可以增加我國糧食利用率,減少小麥麩皮的浪費。但全麥粉顏色灰黑,筋力不足,粒度粗糙,導致全麥制品體積小,口感、質構差,保質期短,在市場上的推廣受到了一定的阻礙[3-4]。

面粉改良劑能在一定程度上改善全麥面粉及其全麥面制品的品質,其作用主要表現在改善全麥面團的黏彈性、延展性,增加全麥制品體積和改善制品內部組織結構等方面[5-6]。葡萄糖氧化酶(glucose oxidase，GOD)作為一種新型的面粉品質改良劑,可以催化面粉中的葡萄糖氧化生成葡萄糖酸內酯和H2O2,將面筋蛋白中的-SH 氧化為-S-S-,使面筋蛋白之間形成網絡結構,增強面團的筋力,改善面團的加工性能。Renzetti等[7]研究發現葡萄糖氧化酶可以增加面團的黏彈性,增大面包的體積,在一定程度上使得面包結構組織更加的柔軟。Liu等[8]添加GOD到全麥粉中,結果表明添加GOD使游離巰基含量減少,谷蛋白大分子(GMP)含量增加,形成了穩定的二硫鍵,同時GOD處理過的面團筋力更強,產生更連續和高密度的面筋網絡。

全麥粉是全谷物產品重要產品之一,全麥粉中富含多種抗氧化功效成分,具有多種特殊的生理功能,對保持或改善多種慢性疾病具有重要作用。針對全麥饅頭加工過程中存在比容減小、色澤發暗、內部結構緊密不均勻以及食用品質變差等現實問題,本文利用GOD對全麥饅頭品質進行改良,通過對全麥面團以及制品品質的分析,旨在探索改善全麥粉及其制品品質的優化條件,滿足消費者的需求。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

小麥 河南農科院提供;商業活性干酵母 15 g/袋,安琪酵母股份有限公司;葡萄糖氧化酶(GOD,10 kU/kg) 索萊寶科技有限公司公司。

Mixolab 2混合試驗儀、Alveolab全自動吹泡儀 法國肖邦技術公司;TMS-PRO食品物性分析儀(質構儀) 美國FTC公司;DHR-1動態流變儀 美國TA公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 全麥粉的制備 全麥粉的制備參考郝春明[9]的研究方法,具體步驟如下:將小麥潤麥處理分別收集麩皮、面粉兩部分。將麩皮置于130 ℃烘箱中烘2 h,目的是滅酶穩定化處理,然后用超微粉碎機將麩皮粉碎(80目),嚴格按照實際出粉率回填至面粉中,充分混勻,制成全麥粉,儲存于4 ℃冰箱中。

1.2.2 全麥面團的制備 全麥面團的制作配方:面粉100 g,商業活性酵母1 g,加去離子水70 g,加入一定量的葡萄糖氧化酶(0、100、200、300 U/kg),和面時間10 min(不加酶的全麥面團為空白組),獲得不同GOD含量的全麥面團。

1.2.3 全麥面團熱機械特性的測定 參照王曉艷等[10]研究方法,采用混合試驗儀測定葡萄糖氧化酶添加量對小麥粉加水混合形成面團、面團加熱糊化以及冷卻過程中熱機械特性。測定小麥粉制作成食品整個過程中面團特性,反應面團從生到熟的整個過程。實驗采用Chopin+標準實驗模式,溫度升降程序設定分為三個階段:第一階段:8 min保持30 ℃恒溫階段;第二階段:加溫階段,15 min內以4 ℃/min速度升溫到90 ℃并保持高溫7 min;第三階段:降溫階段,10 min內以4 ℃/min速度降溫到50 ℃并保持5 min,整個過程共計45 min。測定過程中,實時記錄攪拌刀對全麥面團扭矩的變化情況,并繪制溫度隨時間變化的混合曲線。

1.2.4 全麥面團流變性質的測定 參照Tang等[11]的方法稍加修改,取適量1.2.2制備的含不同加酶量的全麥面團及空白對照樣品置于流變儀樣品平臺上,振幅掃描以確定黏彈性線性范圍,最后頻率掃描獲得面團的流變學特性(彈性模量G′、損耗模量G″、損耗正切值tanδ=G″/G′)。振幅掃描測量參數:1 Hz條件下,應力范圍為0.1%～10.0%。頻率掃描測量參數為:40 mm平板,平板間距為2 mm,掃描溫度25 ℃,應變0.5%,掃描頻率0.1～10.0 Hz。

1.2.5 吹泡特性的測定 使用吹泡儀測定面團拉伸性能,模擬面團發酵的壓片、搓圓、成型、產生二氧化碳使面團產生形變的過程。將1.2.2制備的全麥面團放置于儀器專用輥壓槽內,用配套輥子反復在樣品表面循環滾壓6次,以使樣品表面平整。然后用配套的圓形切割模具從所取面團上順次切下若干個圓形面片備用。取一個面片,放置于吹泡儀測試平臺上,勻速旋轉壓蓋上的搖柄,使樣品變得嚴實平整。取下壓蓋,啟動吹泡程序將面片吹起膨脹直至破裂,儀器自動記錄數據。換其他樣品進行平行實驗,每個樣品測定3次,取平均值。得到吹泡曲線的測量指標:全麥面團韌性P值、全麥面團延展性L值、小麥粉的“烘焙力”W值。P/L代表著面團韌性和延展性之間的關系,P/L>1表示面團的韌性太強大,缺乏可擴展性。太小的P/L<0.3)表明延展性太強[12]。G 值是面團泡破裂時,其中的空氣體積的平方根,由破裂點橫坐標值L換算,與吹泡L 值的表示具有很大相似性,都是對面團延展性的一種表達[13]。

1.2.6 饅頭的制作及其評價方法

1.2.6.1 饅頭的制作 將1.2.2全麥面團取出分割為100 g/個面塊,成型,醒發30 min(38 ℃,80%相對濕度),汽蒸25 min,燜5 min出鍋。室溫冷卻1 h然后進行各項指標的評價,進行3次平行實驗。

1.2.6.2 饅頭比容的測定 小米替代法[14]測饅頭體積,分析天平稱質量,體積與質量之比即為饅頭的比容。

1.2.6.3 饅頭芯質構特性的測定 取饅頭芯統一大小的正方形(3 cm×3 cm×2 cm),用質構儀進行平行實驗。選擇模式TPA:直徑38 mm的圓柱形探頭,測試速度60 mm/min,測試后速度120 mm/min,引發力1 N,壓縮程度50%。

1.3 數據處理

各組實驗數據都使用平均值±標準差的形式表示,每組數據重復三次測定。數據處理使用Microsoft Office Excel 2013和SPSS 16.0 分析軟件進行數據統計分析。利用Origin 8.0進行圖形制作。

2 結果與分析

2.1 葡萄糖氧化酶對全麥面團熱機械特性的影響

通過Mixolab混合實驗儀分析了全麥面團在受到機械剪切作用和溫度約束時,體系中蛋白質和淀粉的性質變化。整個測試過程分為3個階段,第一階段對面團吸水率、形成時間、穩定時間進行測定分析;第二階段測定分析C1、C2(表征蛋白的弱化);第三階段對C3(表征淀粉糊化特性)、C4(表征加熱過程中淀粉糊穩定性)、C5(表征淀粉老化特性)[15-16]進行分析。其中,不同階段的曲線變化斜率、峰值等參數分別反應了全麥面團不同品質,如圖1所示。

圖1 典型mixolab混合實驗儀分析圖譜Fig.1 Typical analysis curve from mixolab注:隨箭頭方向從下到上分別表示:葡萄糖氧化酶(GOD)添加量為0、100、300、500 U/kg。

在面團恒溫揉混階段(一階段):從表1可以看出,添加葡萄糖氧化酶后,全麥饅頭的熱機械特性發生改變。隨著GOD添加量的增加(小于300 U/kg),全麥面團的穩定時間增加,穩定時間反映了面團對抗性的抵抗力,與面團的筋力有關,面團的筋力越強穩定時間越長。這可能與蛋白質分子間交聯以及蛋白質、戊聚糖分子間的相互作用有關[8]。但是葡萄糖氧化酶對面團的吸水率沒有顯著性影響。

表1 葡萄糖氧化酶對全麥粉熱機械特性的影響Table 1 Effects of GOD on thermomechanical properties of whole wheat flour

在溫度上升面筋弱化階段(二階段):8 min恒溫攪拌結束后,隨著溫度的增加,面團中的面筋網絡迅速弱化,由表1結果可以看出,添加了GOD后,處理組的C2值高于空白對照,這說明GOD的加入讓蛋白質的弱化速度降低。

在淀粉糊化及糊化后冷卻階段(三階段):從表1的數據可以看到,加入GOD后,面團的糊化峰值粘度C3增加,隨著酶含量的增加峰值粘度逐漸增加。糊化后的保持粘度C4隨酶含量的增加逐漸增加,表示面團的糊化穩定性越好,而C5-C4值的增加,意味著淀粉回生作用也有所增強。結果表明,GOD對全麥面團中的淀粉性質有顯著影響(p<0.05),該作用可能與阿拉伯木聚糖的存在有關。GOD的添加使阿拉伯木聚糖分子結構改變,影響了阿拉伯木聚糖氧化凝膠及與淀粉間的相互作用,全麥面團中的淀粉特性也隨之發生變化,且阿拉伯木聚糖的水解、氧化反應也會影響面團中自由水分布,從而對淀粉糊化、老化過程有影響[17-18]。

2.2 葡萄糖氧化酶對全麥面團流變特性的影響

食品的動態流變學特性關系到產品的可加工性及最后成品的品質,在生產制作中十分重要。在動態流變學中,貯能模量(G′)又稱為彈性模量,是每次剪切變形中可恢復的能量,代表面團通過熵彈形變儲存能量的能力;損耗模量(G″)又稱粘性模量,是每次剪切變形中消耗掉的能量,反應面團受力時阻礙其流動的性質。在評價面團時,G′值越大彈性越強,G″越大粘性越強。tan(δ)是G″與G′的比值,表征面團黏彈性,可顯示出面團中高聚物的比例[19]。黏彈性的網絡結構在面團的機械加工和饅頭的質構特性方面都起到主導作用,加熱條件下饅頭烘焙特性的改變是通過面糊的黏彈性改變來體現的。

由圖2可知,在0.1～10 Hz范圍內,G′遠大于G″,并且黏彈性模量是與頻率相關的,說明在測定的范圍內全麥面團主要表現出彈性性質,損耗角正切值tanδ小于1,即彈性強度高于黏性強度,更多表現出固體特征,即彈性性質。加入GOD后,G″和G′的值均有不同程度的變化。如圖2a、圖2b所示,在線性黏彈性范圍內,當GOD的添加量為300 U/kg時,全麥面團的彈性模量和粘性模量達到最大值,GOD的添加量為500 U/kg時,面團的黏彈性反而降低,說明過量的GOD并不能增加面團的黏彈性,反而會面團的網絡結構有破壞作用。可能是因為過量的GOD產生了大量的過氧化氫氣體,破壞了全麥面團的穩定的結構[20]。此外,GOD還可以作用于面團中的水溶性木聚糖,由于過氧化氫酶的存在從而使生產的過氧化氫氧化生成自由基,進而使得水溶性木聚糖和蛋白質等大分子物質交聯,形成蛋白多糖復合物大分子,增加水溶性部分的相對粘度,促進水溶性木聚糖氧化膠凝[21-22],從而改善了面團特性和提高面制品的質量[23]。

圖2 葡萄糖氧化酶酶對全麥面團流變特性的影響Fig.2 Effects of GOD on rheological properties of whole wheat dough注:(a)彈性模量;(b)粘性模量;(c)損耗正切值。

2.3 葡萄糖氧化酶對全麥面團吹泡特性的影響

葡萄糖氧化酶對全麥面團吹泡特性如表2所示。與空白組比較,添加GOD的面團的P值逐漸增加,即面團韌性增強,面筋強度增強。當GOD的使用量為100 U/kg,L、W和G比空白組增加了,說明面團的延展性和氣體容量得到改善。繼續增加GOD的量至500 U/kg,拉伸阻力(柔韌性,P值)和拉伸比(P/L值)逐漸上升,面團的延展性略微降低,證明過量添加GOD對面筋網絡具有一定的弱化作用。當GOD添加量為300 U/kg時,全麥粉粉P值比空白增加了19 mmH2O,P/L值增加了0.26,W值增加了28 mJ,葡萄糖氧化酶添加量大于300 U/kg,L值、G值、W值均有不同程度的降低,說明面團的筋力降低,全麥粉的烘焙品質逐漸下降。藺艷君[3]研究了添加GOD的面團P值增大,面筋韌性增強,同時GOD的添加,也顯著提高了L、W、G值,表明面團的延展性和持氣能力得到改善,該結果與本實驗的研究結果是一致的。除此之外,也有大量研究表明,普通小麥粉的吹泡儀參數L值與面包體積的相關性顯著;面包的體積、質地也與W值有很強的相關性[24]。

表2 葡萄糖氧化酶對全麥面團吹泡特性的影響Table 2 Effects of GOD on the alveograph properties of whole wheat dough

2.4 葡萄糖氧化酶對全麥饅頭比容的影響

GOD對全麥饅頭比容的影響結果如表3所示。結果表明,與空白組相比,葡萄糖氧化酶添加量為100 U/kg時,全麥饅頭的比容沒有顯著性變化,葡萄糖氧化酶添加量為300 U/kg時,全麥饅頭的比容達到3.18 mL/g,其比容增加了9.28%。當添加葡萄糖氧化酶500 U/kg時,全麥饅頭的比容反而降低,說明適量的GOD可以增加全麥饅頭的比容,過量的GOD反而對其比容有負面影響。王雨生等[25]研究發現隨著葡萄糖氧化酶的添加,面包的比容逐漸增加,但當葡萄糖氧化酶的添加量超過30 μL/kg 面粉時,面包比容明顯減小、硬度增大,與本實驗結果相近。有學者研究發現,添加GOD對面包體積有不同的影響,這些影響取決于使用的劑量[26-27]。

表3 葡萄糖氧化酶對全麥饅頭比容的影響Table 3 Effects of GOD on specific volume of whole wheat CSB

2.5 葡萄糖氧化酶對全麥饅頭質構特性的影響

饅頭質構特性反應其柔軟程度、咀嚼特性等,是饅頭品質和可接受度的重要指標。在一定范圍內,饅頭質構特性中的硬度、膠黏性和咀嚼性與饅頭的品質成負相關,值越大饅頭的口感越差;內聚性和彈性與饅頭的品質成正相關,值越大饅頭的口感柔軟、不黏牙[28-29]。

添加GOD后全麥饅頭的質構性質如表4所示。由表4可知,添加一定量GOD后,全麥饅頭質構結果與空白對比表現出不同程度的改良效果,其中硬度、膠黏性以及咀嚼性明顯降低。當GOD添加量300 U/kg,與空白組相比,饅頭硬度降低了38%,咀嚼性降低了40%;當GOD添加量500 U/kg,與添加300 U/kg GOD饅頭的硬度、咀嚼性相比反而有所上升。在面團制作過程中,發現適當添加GOD可使面團干爽并顯著改善饅頭的品質。然而,過量添加不僅可以不能改善饅頭的品質,而且還可能使面團變硬和干燥,并且增加饅頭內部孔結構的粗糙度,與前人研究結果是一致的[30]。

表4 葡萄糖氧化酶的全麥饅頭質構的影響Table 4 The effect of glucose oxidase on texture properties of whole wheat CSB

3 結論

將GOD添加到全麥粉中,會對全麥面團及全麥饅頭的品質產生影響。整體來看,GOD(小于300 U/kg)的添加增加了全麥面團的穩定時間、峰值粘度、保持粘度,表示面團的糊化穩定性越好,同時面團淀粉回生特性(C5-C4)也有所增加,意味著淀粉回生作用也有所增強,表明GOD的加入在一定程度上改善了面團的熱機械學性質。全麥面團的流變特性的研究結果表明,與空白對照組相比,GOD的添加量為300 U/kg時,全麥面團的彈性模量和粘性模量達到最大值,表明GOD的添加增強了全麥面團的固體性質,使面團的機械強度增大,GOD的添加量為500 U/kg時,全麥面團的彈性模量和粘性模量的值反而降低,說明適量的葡萄糖氧化酶可以改善全麥面團的流變學特性。全麥面團的吹泡特性研究結果表明適量的GOD使面團P值、L值、W值增加,當GOD的添加量為300 U/kg時,與空白組相比,P值、L值、W值分別增加了19 mmH2O、2 mm、28 mJ,改善了全麥面團的韌性和延展性。全麥饅頭質構的結果表明,當添加量小于300 U/kg時,饅頭的比容、硬度、咀嚼性以及黏附都隨著GOD添加量的增加而顯著降低,品質得到改善,但是過量的GOD(500 U/kg)反而對其品質有負面的影響,其中GOD添加量為300 U/kg時,改良的全麥饅頭的比容是最大的,比容到達3.18 mL/g,硬度與空白組相比也降低了38%。

因此,GOD的添加量為300 U/kg時,改善面團的網絡結構,增加了全麥面團的黏彈性、持氣性,面團的這些變化可能是全麥饅頭品質得到改善的重要原因,也為今后葡萄糖氧化酶對全麥制品品質的改良方法提供一些依據。