四種生物酶對紅豆小麥面團流變性質和面條質構性質的影響

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

（長春大學，農產品加工吉林省教育廳重點實驗室，吉林長春 130022）

紅豆，又叫紅小豆、赤小豆、赤豆[1]，它在中國有較廣的分布，在東北、華北地區有集中的種植，是我國排名第四位的豆類糧食作物[2]，它含有21.7%的蛋白質、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]。因其豐富的營養成分，在日常生活中受到消費者的廣泛喜愛，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值[5]。中醫認為，紅豆味甘酸、性平、無毒，有健胃消食、補血止瀉、增水去濕、順氣添津、清熱去毒等功效[6]。其在臨床醫學上也有一定價值，楊彥麗等[7]選用赤豆配合相關藥材，對患有產后缺乳癥急性腎炎癥、白塞氏病并前房積膿癥等病癥的數百名患者進行治療，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，護肝等保健作用，其豐富的膳食纖維和色素也可發揮護腎作用[9]。因此，紅豆在保健品行業有廣泛的應用潛力，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。

小麥是我國是第二大糧食作物，是東方的傳統美食如餃子、面條、饅頭等的原材料[15?16]。為了滿足國人在日常生活中對營養且健康飲食的追求，在生產過程中常添加一些對人體有益的其他谷物，以提高面制品的營養價值、健康功能；同時為了改善混合粉最終產品的感官品質，也會使用一些品質改良劑。然而，部分改良劑是對人體有害的化學添加劑（如溴酸鉀等），現已被禁止使用[17]；生物酶制劑具有用量少、安全性高、專一性強等優點。將生物酶制劑作為面制品改良劑，已經成為行業中的研究熱點。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胺酶對面粉糊化性質和面條品質的影響。

由于紅豆含有油脂的成分導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，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），作用于蛋白質的谷氨酰胺轉氨酶（Transglutaminase）和作用于脂肪的脂肪酶（Lipase），測試了以上四種酶制劑對紅豆小麥混合粉面團的黏彈特性及面條質構特性的影響，在此基礎上開發了一種具有較高品質的紅豆小麥面條，同時為日后研究上述四種酶制劑對紅豆制品中的影響及應用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

金沙河小麥粉（含蛋白質12.2 %，脂肪2.0%，碳水化合物73.8%） 河北金沙河面業集團有限責任公司；紅豆 市售；谷氨酰胺轉氨酶（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有限公司。

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

1.2 實驗方法

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80目篩，密封后放在干燥器中常溫儲存。

1.2.2 面團的制備 方案S1：稱取100 g小麥粉，加入50 mL水，面包機的模式（額定功率680 W）調到菜單9攪拌30 min，混合均勻至無生粉夾雜，醒發30 min，將面團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的方法。

1.2.3 面團流變特性測定 取已經醒發好的面團2.5×2.5×0.5 cm3，將樣品放置在流變儀上進行測定，測試探頭選擇P35/Ti，兩平行板的間距為2 mm，刮去多余面團樣品，在夾具邊緣涂上蒸餾水，防止面團水分揮發，減少實驗誤差。測定程序和實驗條件參照袁娟麗[19]方法并稍作修改。探頭下壓后統一將樣品在25 ℃條件下平衡5 min，以排除面團中參與機械作用力對結果造成影響。頻率掃描測試：應力0.1%，溫度25 ℃，頻率0.1~10 Hz。測試樣品的彈性模量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 面條質構特性的測定 取1 L水煮至沸騰，用面條機將面條打出，將面條放入鍋內在沸水中煮5 min后撈出，放在濾紙上靜置8 min瀝干水分，分別取3根面條平行放在質構儀載物平臺上，面條間要有一定的間距。對每個處理的面條做3組平行實驗，記錄實驗結果。本試驗采用探頭為P50。儀器參數分別為：測前速度2.0 mm/s，測試速度0.8 mm/s，測后速度0.8 mm/s，測試形變量：70%，接觸力5 g，兩次擠壓時間間隔1 s。

1.2.5 面條拉伸特性的測定 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構儀的探頭上拉伸面條直至面條被拉斷，試驗過程不可觸碰面條及探頭。測試探頭型號：Spaghett/Noodle tensile rig code A/SPR。拉伸的測試條件：測前速度：2 mm/s；測中速度：2 mm/s；測后速度：10 mm/s；測試拉伸距離：80 mm。

1.3 數據處理

本試驗中的所有數據（除帶有特殊說明）均為3次平行試驗的平均值。所有實驗結果數據使用SPSS18.0進行統計學分析，顯著性分析采用Tukey法，顯著水平P<0.05。采用Excel 2016計算標準誤差后制圖。

2 結果與分析

由于紅豆粉沒有面筋質，不能形成網絡結構，隨著紅豆粉的添加量增加，相對減少了面團中的面筋質量，使得面團的加工工藝品質變差，同時會導致面團成品顏色略深且無法制成面條，添加過少的紅豆粉所制作成的紅豆面條，不能夠充分發揮紅豆對人體保健功能，因此參考張齊等[20]實驗方案，將本實驗中紅豆粉與小麥粉的比例為3:7，能形成面條且色澤較好，但面條質地較軟，因此，本文選擇添加脂肪酶、谷氨酰胺轉氨酶、木聚糖酶及葡萄糖氧化酶來改善紅豆小麥面條質構性質。

2.1 面團的流變特性

圖1 ，圖2和圖3分別為6個實驗組面團的彈性模量、黏性模量、損耗角正切值隨著頻率變化的曲線。彈性模量（G′）反映黏彈性物質的類固性質，是衡量面團抵抗彈性變形能力的指標。其數值越大說明面團發生一定彈性變形的應力越大，面團越不容易形變，彈性形變越小，硬度越大[20]。黏性模量（G′′）是指面團在發生形變時，由于黏性形變而損耗的能量的大小。它反映了面團的黏性大小及黏彈性物質的類液性質[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′′），表明了面團呈現彈性流體的性質[23]。所有面團樣品的G′和G′′隨著頻率的增大而增大，趨勢一致說明它們均具有頻率相關性[24]。

圖1 添加不同酶制劑的紅豆小麥面團的彈性模量（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

與純小麥面團相比（S1），添加紅豆的小麥面團（S2）的G′更小，這是因為紅豆填充在面筋網絡結構中，使分子間的相互作用變弱，因此面團更容易發生形變，硬度變小。加入谷氨酰胺轉氨酶的紅豆小麥面團，同對照組的紅豆小麥面團相比，發現其彈性模量及黏性模量明顯增加，這與林娟娟等[25]實驗結果一致，推測因為谷氨酰胺轉氨酶是一種能催化蛋白質間酰基轉移反應的酶，其可以將人體必需氨基酸共價交聯到蛋白質上，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較對照組的紅豆小麥面團相比，G′和G′′均明顯增加，這可能是因為葡萄糖氧化酶，使面筋蛋白之間聚合形成交聯的網狀構，從而會使面筋增多，增強了紅豆小麥面團的強度；添加木聚糖酶的紅豆小麥面團與對照組的紅豆小麥面團相比，G′和G′′降低，面團的硬度減小，面團的彈性形變程度增大。這是因為內切β-1,4木聚糖酶是木聚糖降解酶系中最關鍵的酶，以內切方式作用于木聚糖主鏈骨架內部的β-1,4木糖苷鍵，產生的低聚木糖對面團的面筋蛋白有稀釋作用，減少了面團中能形成網絡結構的成分的含量，面筋的筋力變弱。添加脂肪酶可以使紅豆小麥面團G′和G′′明顯增加，可能是因為脂肪酶能使油脂水解，產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、蛋白質、直鏈淀粉復合物，這與徐向東等[9]實驗結論一致。

損耗角tan δ（G′′與G′的比值）反映了面團體系中黏彈性的比例[27]。tanδ值越大，紅豆小麥面團體系中的黏性所占比例越大，體系表現為流體的特征。tanδ值越小，紅豆小麥面團體系中彈性的所占比例越大，體系表現為類固的特征[28]。由圖3可知，所有實驗組的tanδ均小于1，說明所有實驗組面團的彈性要比黏性大，均具有類固性質。按著谷氨酰胺轉氨酶（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（S1）的tanδ曲線，對照組紅豆小麥面團（S2）的tanδ曲線與純小麥面團的tanδ曲線相距最遠。添加上述四種酶制劑的紅豆小麥面團的彈性與黏性比值均比對照組紅豆小麥面團的大。

2.2 面條的質構特性

圖4 是用六種面團方案制作出的面條黏聚性和回復力兩個質構指標的測定結果。與對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性降低。其中，黏聚性和回復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，形成蛋白質網絡結構，使紅豆小麥內部黏合力及受到外力作用下發生形變的能力降低。這與張潔等[29]實驗結果相符。然而木聚糖酶（S6）的紅豆小麥面條的黏聚性與對照組沒有顯著性差異（P?0.05），說明該酶不影響紅豆小麥面條內部的黏合力。

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性Fig.4 Cohesion and resilience of red bean wheat noodles made with different enzymes

圖5 是六種面團方案制作出的面條其硬度、膠著度和咀嚼度的測定結果。與對照組的紅豆小麥面條相比，添加谷氨酰胺轉氨酶、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，使這三個指標增大最為顯著的是谷氨酰胺轉氨酶（P<0.05），增大幅度分別為6190 g、3600、2672。這是因為谷氨酰胺轉氨酶可以使紅豆小麥面條的蛋白質發生交聯，增強了面條內部的網絡結構，從而提高了硬度，膠著度和咀嚼度。這與彭飛[30]的實驗結論一致。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），但對其硬度和膠著度沒有影響，這是由于木聚糖酶催化產生的低聚木糖對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]的實驗結論一致。

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 是六種面團方案制作出的面條其最大拉伸力的測定結果。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。說明面條的最大抗拉伸力越大，面條的延伸性越好，面條的質量越好。這與魏曉明等[34]的實驗結論一致。

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 是六種面團方案制作出的面條其拉伸距離的測定結果。拉伸距離反映了面條是否容易斷裂[35?36]。其數值越大，說明面條抗拉伸的能力越強，面條越不容易斷。添加谷氨酰胺轉氨酶、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照組的紅豆小麥面條（S2）均顯著增大（P<0.05），說明上述四種酶制劑均可增強面條抗拉伸的能力，使紅豆小麥面條不容易斷裂。其中，添加谷氨酰胺轉氨酶的紅豆小麥混合粉面條（S3）的拉伸距離最大，較對照組紅豆小麥面條的最大拉伸距離提高了17.50 mm。這說明谷氨酰胺轉氨酶使紅豆小麥面條的拉伸能力增強，與添加的其他三種酶制劑相比，添加谷氨酰胺轉氨酶的面條其拉伸效果提升的最為顯著，這與彭飛等[37]的實驗結論一致。

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 結論

在相同的實驗條件下，與30%的紅豆小麥面團相比，谷氨酰胺轉氨酶、脂肪酶，葡萄糖氧化酶均使紅豆小麥面團的流變特性（G′′與G′和tanδ）更接近小麥面團，使面團硬的度增加，黏聚性及彈性形變程度減小，同時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的硬度減小及彈性形變程度增大。木聚糖酶對紅豆小麥面條的黏聚性沒有影響。添加上述四種酶制劑均能對紅豆小麥面條質構及拉伸特性產生影響。其中，谷氨酰胺轉氨酶對紅豆小麥面條的質構特性和拉伸品質的提升最明顯。質構特性、流變特性之間有一定聯系，可能是由于它們二者之間的理論是相互支持的。通過實驗結果可知，添加酶制劑更有利于改善紅豆小麥面團的品質，為后續紅豆面包、紅豆饅頭及紅豆粉絲的制作提供依據。