木聚糖酶添加量對(duì)米糠面團(tuán)發(fā)酵特性的影響

周萌，馮志芬

（1.煙臺(tái)職業(yè)學(xué)院，山東 煙臺(tái) 264670；2.河南大學(xué)護(hù)理與健康學(xué)院，河南 開封 475004）

米糠是糙米碾白過程中被碾壓下的皮層及少量米胚和粹米的混合物，是稻谷精加工的主要副產(chǎn)物，米糠富含蛋白質(zhì)、淀粉、脂肪、粗纖維、礦物質(zhì)和膳食纖維，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較高[1]。米糠以其豐富的膳食纖維深受大眾歡迎[2-3]。我國(guó)米糠資源豐富，眾多專家推薦將米糠作為食物纖維和營(yíng)養(yǎng)劑廣泛應(yīng)用在食品行業(yè)中[4-5]。木聚糖酶是以內(nèi)切法在木聚糖分子中降解木聚糖分子的酶，木聚糖酶在面團(tuán)的制作中，能有效改善面團(tuán)芯的結(jié)構(gòu)[6-8]。因此本文將米糠穩(wěn)定化后添加在面粉中制成米糠面團(tuán)，研究木聚糖酶添加量對(duì)米糠面團(tuán)發(fā)酵特性的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

米糠（水分占11.6%，蛋白質(zhì)占14.5%，脂肪占19.8%）：內(nèi)蒙古龍鼎農(nóng)業(yè)股份有限公司；高筋粉（水分占12.7%，蛋白質(zhì)占15.2%，脂肪占0.86%）：內(nèi)蒙古恒豐食品工業(yè)股份有限公司；酵母、精鹽、白砂糖：市售；木聚糖酶（最適溫度50℃～60℃，酶活力5 000 U/g）：河南萬邦實(shí)業(yè)有限公司；磷酸鹽緩沖液（分析純）：廣州上實(shí)科華試劑儀器有限公司；磷酸（分析純）：北京萬佳標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研發(fā)中心；無水乙醇（分析純）：天津市風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司；醋酸異戊酯（分析純）：廣東林氏化學(xué)試劑有限公司；四氧化鋨（分析純）：湖北魏氏化學(xué)試劑股份有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

HMJ-01和面機(jī)：中山市雅樂思電器實(shí)業(yè)有限公司；HWS-080醒發(fā)機(jī)：牧人王電器五金制品有限公司；AR1000R動(dòng)態(tài)流變儀：山東格林凱瑞精密儀器有限公司；OHG1800粉質(zhì)儀：寧波偉恒（機(jī)械設(shè)備）有限公司；MM721AU-PW（X）微波爐：美的股份有限公司；SU8220型冷場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡：日本HITACH公司。

1.3 方法

1.3.1 米糠面團(tuán)制作

新鮮米糠過30目篩后，用蒸餾水調(diào)整水分含量為27%，用攪拌器將其攪拌均勻，選取40粒，均勻放置在耐熱玻璃器皿中，在功率600 W的條件下，穩(wěn)定90 s，待米糠冷卻后，過60目篩[9]。將微波穩(wěn)定化處理后的10%米糠、0.6%食鹽、80%高筋粉、10%白砂糖、1.5%酵母、1 kg水加入攪拌機(jī)中，并加入不同量的木聚糖酶（20、40、60、80 mg/kg），直到面筋擴(kuò)展至 85%～95%形成面團(tuán)，然后將面團(tuán)放入溫度35℃、相對(duì)濕度90%的醒發(fā)機(jī)中發(fā)酵1.7 h，分割成約200 g面團(tuán)，并取出排氣。在23℃靜置10 min，在相對(duì)濕度90%的條件下醒發(fā)60 min，搓成表面光滑的面團(tuán)[10]。

1.3.2 米糠面團(tuán)粉質(zhì)和拉伸特性測(cè)試

按照GB/T 14614—2019《糧油檢驗(yàn)小麥粉面團(tuán)流變學(xué)特性測(cè)試粉質(zhì)儀法》測(cè)定米糠面團(tuán)粉質(zhì)，按照GB/T 14615—2019《糧油檢驗(yàn)小麥粉面團(tuán)流變學(xué)特性測(cè)試?yán)靸x法》測(cè)定米糠面團(tuán)拉伸特性。

1.3.3 掃描電鏡觀察

利用3%戊二醛固定4 g醒發(fā)2 h的面團(tuán)，用磷酸鹽緩沖液（0.1 mol/L）漂洗4次后，繼續(xù)固定（1%四氧化鋨），用磷酸鹽緩沖液（0.1 mol/L）反復(fù)沖洗，再用不同濃度（20%、40%、60%、80%）的乙醇溶液進(jìn)行梯度清洗。最后用醋酸異戊酯和無水乙醇置換處理，經(jīng)過噴金和干燥處理后，采用掃描電鏡觀察[11]。

1.3.4 米糠面團(tuán)動(dòng)態(tài)流變學(xué)特性測(cè)試

面團(tuán)動(dòng)態(tài)流變學(xué)特性測(cè)試過程如下[12]：將制備完成的米糠面團(tuán)，用塑料膜密封，在23℃下放置20 min。將面團(tuán)壓成厚度為3.0 mm面片，切成直徑50 mm的圓片，并刮出多余的面片，在面片周圍涂抹適量硅油，防止水分蒸發(fā)[13]，并將圓面片靜置10 min。掃描參數(shù)：夾縫間距離設(shè)置為3 mm，直徑30 mm的板材，應(yīng)變情況為0.2%，掃頻溫度設(shè)為25℃，頻率為0.1 Hz～40.0 Hz。升溫范圍為25℃～70℃；升溫速率5℃/min。

1.4 數(shù)據(jù)處理

本試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 17.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，采用Origin 8.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 木聚糖酶添加量對(duì)米糠面團(tuán)粉質(zhì)的影響

不同木聚糖酶添加量對(duì)米糠面團(tuán)粉質(zhì)的影響如表1所示。

表1 不同木聚糖酶添加量對(duì)米糠面團(tuán)粉質(zhì)的影響Table 1 Effect of different xylanase addition on flour quality of rice bran dough

由表1可知，隨著木聚糖酶添加量的增加，米糠面團(tuán)吸水率、形成時(shí)間、穩(wěn)定時(shí)間均呈現(xiàn)整體下降趨勢(shì)，弱化度呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，未添加木聚糖酶，初始時(shí)吸水率為58.5%，形成時(shí)間僅需1.6 min，穩(wěn)定時(shí)間為5.7 min，弱化度為60%，當(dāng)添加80 mg/kg木聚糖酶時(shí)，吸水率為52.4%，形成時(shí)間為1.1 min，穩(wěn)定時(shí)間為1.5 min，弱化度為79%，原因在于加入木聚糖酶致使水不溶性木聚糖降解，隨著木聚糖酶添加量增加，降解速度加快，使面粉持水力下降，面團(tuán)變軟，吸水率降低，形成時(shí)間縮短[14]。

2.2 木聚糖酶添加量對(duì)米糠面團(tuán)拉伸特性的影響

木聚糖酶添加量對(duì)米糠面團(tuán)拉伸特性的影響結(jié)果如表2所示。

表2 木聚糖酶添加量對(duì)面團(tuán)拉伸特性的影響Table 2 Effect of xylanase addition on dough tensile properties

由表2可知，在面團(tuán)中添加木聚糖酶，可提高面團(tuán)的延展度，并使拉伸阻力、拉伸曲線面積降低，且木聚糖酶添加量越大，米糠面團(tuán)的延展度越大，拉伸阻力和拉伸曲線面積降低越顯著；在相同的木聚糖酶添加量下，保溫時(shí)間對(duì)米糠面團(tuán)的拉伸特性也有影響，隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，米糠面團(tuán)延展度和拉伸曲線面積整體呈下降趨勢(shì)，拉伸阻力呈增加趨勢(shì)。水不溶性木聚糖酶和面筋網(wǎng)絡(luò)競(jìng)爭(zhēng)吸水，和蛋白質(zhì)組成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，致使面筋產(chǎn)率下降，面團(tuán)變硬。加入的木聚糖酶將水不溶性木聚糖轉(zhuǎn)化為水溶性木聚糖，在面筋網(wǎng)絡(luò)中水溶性木聚糖和水結(jié)合，面團(tuán)彈性降低，延展性增加[15]。

2.3 面團(tuán)微觀結(jié)構(gòu)

將不同木聚糖酶添加量的米糠面團(tuán)經(jīng)過2h醒發(fā)后分別在600倍數(shù)的掃描電鏡下觀察，結(jié)果如圖1所示。

圖1 不同木聚糖酶添加量的米糠面團(tuán)的掃描電鏡圖Fig.1 Scanning electron micrographs of rice bran dough of different xylanase addition

由圖1可知，在添加20 mg/kg和40 mg/kg木聚糖酶時(shí)，可以看到粗纖維片段阻斷了面筋的連續(xù)性，面筋結(jié)構(gòu)有斷裂、不均勻[16]。在添加60 mg/kg木聚糖酶時(shí)，面筋幾乎沒有斷裂，粗細(xì)不同，相互交織。添加80 mg/kg木聚糖酶時(shí)，面筋結(jié)構(gòu)偶有斷裂、不均勻。

2.4 木聚糖酶添加量對(duì)米糠面團(tuán)動(dòng)態(tài)流變學(xué)特性的影響

頻率掃描中的兩個(gè)重要參數(shù)——彈性模量（G′）和黏性模量（G″）代表了樣品力學(xué)特性中的彈性本質(zhì)和黏性強(qiáng)度。損耗角（tan δ）是 G′和 G″比值，代表樣品的綜合黏彈性，tan δ值越小代表黏彈性較好，硬度較低；tan δ值越大代表樣品黏彈性較差，硬度較高。圖2～圖4為分別不同木聚糖酶添加量的米糠面團(tuán)的彈性模量、黏性模量，以及米糠面團(tuán)損耗角隨頻率變化的關(guān)系圖。

圖2 米糠面團(tuán)彈性模量（G′）Fig.2 Elastic modulus（G′） of rice bran dough

圖3 米糠面團(tuán)黏性模量（G″）Fig.3 Viscosity modulus（G″） of rice bran dough

圖4 米糠面團(tuán)損耗角（tan δ）Fig.4 Loss angle（tan δ）of rice bran dough

由圖2～圖4可知，添加不同量的木聚糖酶米糠面團(tuán)的 G′和 G″隨頻率增加而增大，且始終 G′>G″，導(dǎo)致tan δ>1，說明面團(tuán)中黏性所占比例小于彈性所占比例，米糠面團(tuán)呈固態(tài)。相比較未添加木聚糖酶的對(duì)照組面團(tuán)，添加木聚糖酶的米糠面團(tuán)具備更大的G′和G″，更小的tan δ，可見想要改善面團(tuán)黏彈性可通過添加木聚糖酶的方法實(shí)現(xiàn)。木聚糖酶使蛋白質(zhì)分子之間形成交聯(lián)的結(jié)構(gòu)，有助于谷蛋白二硫鍵展開，使面團(tuán)有更高的G′值[17]。在研究添加木聚糖酶后的米糠面團(tuán)動(dòng)態(tài)流變學(xué)特性時(shí)，添加60 mg/kg木聚糖酶的米糠面團(tuán)顯示出更高的G′和G″，更低的tan δ值，試驗(yàn)結(jié)果表明，米糠面團(tuán)在木聚糖酶添加量為60 mg/kg時(shí)，黏彈性較好，硬度較低。

升溫過程中木聚糖酶添加量對(duì)米糠面團(tuán)彈性模量G′的影響如圖5所示，升溫過程中木聚糖酶對(duì)米糠面團(tuán)黏性模量G″的影響如圖6所示。

圖5 升溫過程中木聚糖酶添加量對(duì)米糠面團(tuán)G′的影響Fig.5 Effect of xylanase addition on the G′of rice bran dough during heating

圖6 升溫過程中木聚糖酶添加量對(duì)米糠面團(tuán)G″的影響Fig.6 Effect of xylanase addition on the G″of rice bran dough during heating

由圖5可知，升溫過程中，隨著溫度的升高，米糠面團(tuán)彈性模量呈現(xiàn)出明顯的三階段動(dòng)態(tài)流變特征。第一階段：約30℃～50℃時(shí)，彈性模量隨著溫度的升高，變化不大；第二階段：約從50℃開始，隨溫度升高，彈性模量迅速增加，在70℃時(shí)達(dá)到最大值。其原因在于淀粉糊化和蛋白質(zhì)熱變性，使彈性模量迅速增加。米糠面團(tuán)內(nèi)部開始糊化的淀粉顆粒吸收水分導(dǎo)致膨脹，并被固定在其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上。若面團(tuán)水分逐漸損失，則其網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)將變得更具黏性和彈性[18]。第三階段：當(dāng)溫度超過70℃時(shí)，米糠面團(tuán)的彈性模量開始逐漸下降，當(dāng)下降到一定程度時(shí)，面團(tuán)中的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)因?yàn)榈矸酆淖饔煤偷鞍踪|(zhì)的熱變化而發(fā)生改變，面團(tuán)變得更加柔軟。熱流變特性在第二、三階段的變化是與淀粉糊化和蛋白質(zhì)熱變性同時(shí)進(jìn)行的，因此第二、三階段流變特性的變化更為重要，并造成木聚糖酶添加量在加熱過程中對(duì)米糠面團(tuán)動(dòng)態(tài)流變學(xué)特性的影響作用。由圖5和圖6可知，當(dāng)溫度低于50℃時(shí)，彈性模量和黏性模量變化不明顯，但當(dāng)溫度高于50℃時(shí)，迅速增加。

2.5 木聚糖酶添加量對(duì)米糠面團(tuán)發(fā)酵體積的影響

圖7是不同木聚糖酶添加量對(duì)米糠面團(tuán)發(fā)酵體積的影響。

圖7 木聚糖酶添加量對(duì)米糠面團(tuán)發(fā)酵體積的影響Fig.7 Effect of xylanase addition on fermentation volume of rice bran dough

由圖7可知，發(fā)酵10 min～30 min，面團(tuán)發(fā)酵體積變化速率逐漸加快，30 min后變化速率逐漸下降，并趨于穩(wěn)定，添加木聚糖酶的米糠面團(tuán)比對(duì)照組面團(tuán)的發(fā)酵體積增長(zhǎng)得更快。在木聚糖酶添加量為60 mg/kg時(shí)，米糠面團(tuán)的發(fā)酵體積最大。木聚糖酶能增加面團(tuán)的延展性和面筋強(qiáng)度，改善米糠面團(tuán)持氣性，使氣泡液膜形成圓形，其原因是木聚糖酶在降解的過程中產(chǎn)生小分子糖類物質(zhì)[19-20]，提高面團(tuán)產(chǎn)氣量。

2.6 木聚糖酶添加量對(duì)米糠面團(tuán)芯氣孔結(jié)構(gòu)的影響

不同木聚糖酶添加量對(duì)米糠面團(tuán)芯氣孔結(jié)構(gòu)的影響如表3所示。

表3 木聚糖酶添加量對(duì)米糠面團(tuán)芯氣孔結(jié)構(gòu)的影響Table 3 Effect of xylanase addition on pore structure of rice bran dough core

由表3可知，與對(duì)照組比較，加入木聚糖酶后，米糠面團(tuán)芯氣孔結(jié)構(gòu)各參數(shù)均發(fā)生變化。用60 mg/kg的木聚糖酶處理后，面包氣泡個(gè)數(shù)、氣孔稠密度和氣孔表面分率均較對(duì)照組顯著增加（P＜0.05），氣泡的平均面積適中，面團(tuán)氣孔分布較為均勻；面團(tuán)氣孔結(jié)構(gòu)在添加適量木聚糖酶時(shí)得到改善，具有薄面團(tuán)壁和均勻孔隙率的面團(tuán)有更加連續(xù)的面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并且面團(tuán)氣孔可以保住更多氣體。

3 結(jié)論

本文通過研究木聚糖酶添加量對(duì)米糠面團(tuán)的粉質(zhì)特性、拉伸特性和米糠面團(tuán)動(dòng)態(tài)流變學(xué)特性的影響發(fā)現(xiàn)，添加適量的木聚糖酶對(duì)米糠面團(tuán)的發(fā)酵有很好的改良作用。與未添加木聚糖酶的面團(tuán)相比，添加木聚糖酶后的面團(tuán)吸水率、形成時(shí)間和穩(wěn)定時(shí)間下降、弱化度加大、面團(tuán)的彈性降低，延展度增加。當(dāng)木聚糖酶添加量為60 mg/kg時(shí)，面團(tuán)的彈性模量和黏性模量最佳，損耗角最低，具備較好的黏彈性和發(fā)酵體積，面團(tuán)芯氣孔結(jié)構(gòu)最好。