脂肪酶對饅頭品質的影響研究

徐 丹, 吳雪瑩, 吳鳳鳳, 徐學明

(江南大學食品科學與資源挖掘全國重點實驗室1,無錫 214122)

(江南大學食品學院2,無錫 214122)

(江蘇省食品安全與質量控制協同創新中心3,無錫 214122)

饅頭起源于中國,是蒸制酵面食品,是我國傳統主食之一[1]。但隨著我國經濟的增長、工業技術水平的提高,作坊式的生產狀況不能適應現代社會發展需求而正逐漸被工業化生產替代[2]。目前,我國饅頭的工業化生產是自動化或半自動化生產,且生產技術及生產設備也日漸完善、成熟[3]。然而,實際生產過程中也存在一些問題,如饅頭表皮不光滑、色不白、成品易老化、內部結構粗糙等,而改良劑的使用可以在很大程度上減緩和克服常見問題[4]。

酶制劑屬于生物制劑,是公認的綠色添加劑,在食品領域內得到了廣泛認可和應用[5]。隨著科技的進步和消費者對食品安全意識的提高,安全無公害的添加劑被大眾迫切的需要,酶制劑替代傳統小麥粉添加劑已成必然趨勢[6]。在此之前,脂肪酶通常會和其他酶或乳化劑復配應用來提高焙烤食品的性能,與傳統乳化劑(如DATEM)相比,脂肪酶除了擁有綠色、劑量小、高效和作用效果出色等優點外,其效能通常為普通乳化劑的10倍以上,并且克服了傳統乳化劑(如DATEM)在儲藏、運輸成本方面等諸多問題[7]。因此,脂肪酶愈來愈受到小麥粉及焙烤食品企業的歡迎。

目前,有關脂肪酶應用于面包專用粉和焙烤食品的研究較多,而脂肪酶對饅頭品質影響的相關報道較少。此外,在饅頭保鮮、柔軟等方面起了重要作用的單甘酯是目前最經濟有效的乳化劑之一[8]。因此,實驗旨在研究脂肪酶對饅頭品質的改良作用,并與傳統乳化劑單甘酯進行對比探究用脂肪酶替代單甘酯的可能性,為脂肪酶的應用推廣和饅頭工業化生產提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

中筋小麥粉,高活性干酵母,脂肪酶Lipopan Xtra BG(25 KLU/g,來自嗜熱真菌屬),脂肪酶Lipopan 50 BG(25 KLU/g,來自疏棉狀腐質霉);單甘酯,食鹽,正己烷、甲醇、氫氧化鈉、氯化鈉、硫酸鈉、三氟化硼等為分析純。

1.2 儀器與設備

SM-25和面機,SM-32S醒發箱,SM-302N切片機,UltraScan Pro1166型高精度分光測色儀,TA.XTPlus物性分析儀,77530-30LABCONCO6L冷凍干燥機,EPSON v10型平板掃描儀,AL204電子天平,Brabender粉質儀。

1.3 小麥粉粉質特性

小麥粉粉質特性的測定方法參照GB/T 14614—2006略作修改,粉質儀使用300 g揉混器,測得小麥粉水質量分數為13.0%,實際稱量296.8 g小麥粉。記錄吸水率、形成時間、穩定時間和粉質質量指數等數據。

1.4 面團拉伸特性

面團拉伸特性的測定方法參照GB/T 14615—2006,記錄拉伸曲線面積、延伸度、最大拉伸阻力和最大拉伸比例等數據。

1.5 饅頭的制作方法

饅頭配方:每100 g小麥粉中,添加高活性干酵母0.6 g、水50 g及適量脂肪酶和單甘酯。

饅頭制作參照劉麗婭等[5]方法并稍作修改:采用一次發酵法。空白對照組的饅頭不含有脂肪酶、單甘酯,含脂肪酶或單甘酯的面團中,Lipopan Xtra BG質量分數為70、75、80、85、90 μg/g(以小麥粉干基計算),Lipopan 50 BG質量分數為50、55、60、65、70 μg/g,單甘酯質量分數為1、2、3、4、5 mg/g。將原料按需稱取好后混合均勻于和面機快速攪拌15 min至面筋結構完全形成,靜置5 min后將面團分割成80 g的劑子,整型、搓圓放入鋪有紗布的蒸屜中,于醒發箱中醒發40 min,醒發溫度為38 ℃,相對濕度80%。醒發完成的面團用冷水蒸制20 min,關火后等待3 min再揭蓋取出饅頭,冷卻后待用。

1.6 饅頭特性測定

1.6.1 饅頭比容測定

饅頭比容測定方法參照GB/T 21118—2007略作修改,蒸制好的饅頭冷卻1 h后,用保鮮膜包好稱重,精確到0.1 g。采用小米置換法測量饅頭體積,精確到5 mL。每組樣品取3個平行,結果取平均值。饅頭比容按公式計算:

比容(mL/g)=體積質量

1.6.2 饅頭質構測定

蒸好的饅頭在室溫自然冷卻1 h后,用切片機切成厚度為12.5 mm的均勻薄片,選取中間2片的固定位置進行測定。測試采用P/25型探頭;測試前、中、后速率分別為:3.0、1.0、5.0mm/s;應力:40%;感應力:5 g;壓縮2次,間隔時間為5 s。每組樣品至少重復3次并取平均值。

1.6.3 饅頭色度測定

蒸制好的饅頭于室溫下冷卻1 h后,用切片機切成厚度為12.5 mm的均勻薄片,選取中間2片使用高精度分光測色儀測定色度。L(L=0 黑色)、a(-a=綠色,+a=紅色)、b(-b=藍色,+b=黃色)。每組樣品平行測定3次,結果取平均值。

1.6.4 饅頭感官評價

饅頭蒸制好后于室溫下冷卻1 h后進行感官品質評價。評價方法參照GB/T 17320—2013和潘治利等[9]的評價方法及標準。感官評價實驗在光線充足、柔和適宜,溫度為25 ℃,空氣新鮮的品評室中進行,挑選20名經過感官培訓的評價員組成評價小組,經集體評價取平均值。

1.6.5 饅頭內部紋理結構分析

參考Semin等[10]的研究方法并稍作修改。具體為:將饅頭樣品用切片機成厚度為12.5 mm的饅頭片,并在旁設置一個3 cm長的標尺,用平板掃描儀一同進行掃描,每個樣品4片饅頭,設定分辨率為300 dpi,截取中心部位3 cm×3 cm大小,然后用Image J軟件進行分析,設定可分辨直徑范圍為1 μm～100 mm,經軟件分析可得氣孔稠密度和表面積。

1.6.6 饅頭儲藏期硬度測定

將蒸制好的饅頭用保鮮膜包好放置在4 ℃冰箱儲藏,按照1.4.4的方法分別對儲藏了6、24、48、72 h的饅頭全質構進行測定。測定之前需提前將饅頭從冰箱中取出,于室溫中放置1 h使其回溫。

1.6.7 饅頭儲藏期老化回生焓值測定

采用差示掃描量熱儀(DSC)測定饅頭儲藏期間老化回生焓值的變化。將置于4 ℃儲藏6、24、48、72 h的的樣品取出冷凍干燥,磨粉后過100目篩,準確稱取3 mg樣品至鋁制DSC坩堝,加入6 μL超純水,蓋上坩堝蓋并壓緊樣品盒,4 ℃過夜平衡,使樣品和水分混合均勻,同時以空坩堝為對照。測定參數設置:升溫速率為10 ℃/min,溫度掃描范圍為20～90 ℃。

1.7 數據處理

采用SPSS 18.0軟件進行單因素方差分析,數據以平均值±標準差表示,圖形使用Origin 8.5軟件繪制分析,表格中在同列或同行的數據上標帶有不同字母即表示數據間有顯著性差異(P<0.05)。

2 結果與分析

2.1 脂肪酶及單甘酯對粉質特性的影響

由表1可知,添加脂肪酶及單甘酯對中筋粉粉質特性的影響較為復雜。添加不同劑量的脂肪酶對吸水率均影響不大,基本保持不變或略有增大;而在小麥粉中添加不同劑量的單甘酯后吸水率變大,當添加3 mg/g單甘酯時吸水率達到最大值63.3%。面團形成時間主要與蛋白質含量有關,是反映面筋質量的一個重要標準[11]。添加不同劑量的3種改良劑后,面團形成時間增加,說明這些改良劑均具有強筋作用,尤其是添加4 mg/g單甘酯后面團形成時間提高了35.1%,而脂肪酶Lipopan Xtra BG的作用效果優于Lipopan 50 BG。面團穩定時間主要反映面團耐揉性,添加Lipopan Xtra BG脂肪酶對提升面團耐揉性效果顯著,且隨著添加量增大面團穩定性越高;單甘酯也有利于增強面團穩定性,但不同添加水平之間規律不明顯;添加脂肪酶Lipopan 50 BG則使面團穩定性略有下降。從粉質質量指數來看,脂肪酶Lipopan Xtra BG對小麥粉粉質提升效果最好,最高可提升58.6%,其次為單甘酯,低含量Lipopan 50 BG脂肪酶反而會降低粉質質量指數。

表1 不同比例脂肪酶和單甘酯對粉質特性的影響

2.2 脂肪酶及單甘酯對面團拉伸特性的影響

脂肪酶和單甘酯對面團拉伸特性的影響結果見表2,3種改良劑對面團拉伸特性的影響差異不同。添加脂肪酶Lipopan Xtra BG和Lipopan 50BG后,面團的拉伸曲線面積、最大拉伸阻力均隨添加量的增加而呈先增加后減小的趨勢。其中,當Lipopan Xtra BG和 Lipopan 50 BG的質量分數分別為80、60 μg/g時,面團拉伸曲面面積分別增加了12.2%、8.1%。脂肪酶的添加明顯提高了最大拉伸比例,但其值變化與添加量之間無明顯規律。與對照組相比,脂肪酶的添加降低了面團延伸度,說明這種增強的面筋硬而脆[12]。結果說明適量脂肪酶有利于增強面團的面筋網絡結構,這可能是因為在面團攪拌和醒發過程中,水解產物甘油二酯和甘油一酯能發揮乳化劑的功效,進而增強面筋的筋力[13];此外,不飽和脂質與空氣或氧氣接觸會被氧化成過氧化物,進而氧化面團中的游離巰基(—SH),從而達到強化面團面筋的作用;也有報道指出,脂肪水解生成較多的極性脂和非極性脂,能夠促進面筋網絡的形成[14]。

表2 不同比例脂肪酶和單甘酯對面團拉伸特性的影響

2.3 脂肪酶及單甘酯對新鮮饅頭比容的影響

由圖1可見,添加不同劑量的脂肪酶及單甘酯后新鮮饅頭比容都有一定提升。且隨著添加量的增加,比容呈先上升后下降的趨勢。當分別添加80 μg/g Lipopan Xtra BG脂肪酶、60 μg/g Lipopan 50 BG脂肪酶和4 mg/g單甘酯時新鮮饅頭比容達到最大,分別為2.79、2.86、2.78 mL/g,相較于對照組比容分別增大了21.8%、24.9%和21.4%。這可能是因為脂肪酶強化了面筋網絡結構,使其持氣性增加、體積增大,但是脂肪的過度氧化會使面筋強度過大、面團僵硬而不利于面筋網絡擴展,導致延展性和抗拉伸能力降低[15]。對比2種脂肪酶和單甘酯的作用效果,添加單甘酯效果比較穩定,但添加極少量的脂肪酶即可達到同等效果,如分別添加80 μg/g Xtra BG脂肪酶與4 mg/g單甘酯時其比容近似且略大,而脂肪酶的質量分數僅為單甘酯的2%。

注:圖中不同字母表示存在顯著差異(P<0.05)。余同。

2.4 脂肪酶及單甘酯對新鮮饅頭質構的影響

本實驗選取了硬度、咀嚼性和黏性來表征饅頭的質構參數,不同劑量脂肪酶及單甘酯對饅頭硬度、咀嚼性和黏性的影響見圖2。添加2種脂肪酶和單甘酯后新鮮饅頭的硬度有不同程度下降,其中單甘酯效果最優,Lipopan Xtra BG脂肪酶次之。其原因可能是改良劑增強面筋筋力和面團彈韌性,提高了面團發酵性能和醒發耐力,增大饅頭體積,改善饅頭內部組織結構,使內部組織更加均勻、細膩、松軟,從而降低了饅頭的硬度。2種脂肪酶的效果差異可能是由于二者對小麥粉中脂肪水解速率和水解產物的不同而造成的。對咀嚼性和黏性而言,咀嚼值越大表示饅頭口感越硬,不柔軟、缺乏彈性,饅頭整體品質較差。而黏度越大則表示饅頭會粘牙,不爽口。添加3種改良劑后,饅頭的咀嚼性和黏性顯著降低,說明饅頭的口感得到改善,產品品質得以提升。與硬度指標相同的是,隨著添加量的增大,饅頭的咀嚼性和黏性值也呈現了一定的增大趨勢。因此,單甘酯的改善作用最佳,Lipopan Xtra BG的添加效果雖稍遜于單甘酯,但趨勢變化較小,穩定性相對更好,而Lipopan 50 BG作用效果則不如另外2種改良劑。

注:圖2中橫坐標0～5組分別表示Lipopan Xtra BG添加量為0、70、75、80、85、90 μg/g,Lipopan 50BG 添加量為0、50、55、60、65、70 μg/g,單甘酯添加量為0、1、2、3、4、5 mg/g;圖中不同字母表示存在顯著差異(P<0.05)。圖5同。

2.5 脂肪酶及單甘酯對饅頭老化的影響

如圖3所示,Lipopan Xtra BG、Lipopan 50 BG和單甘酯都能夠在某種程度上降低饅頭芯在儲藏期間的硬度,延長產品貨架期。這可能是因為脂肪酶通過水解內源性脂質生成為甘油二酯、甘油一酯,在面團揉和過程中形成微小粒子而插入到淀粉粒間,覆蓋到淀粉顆粒表面,從而有效阻止淀粉粒子之間的重結晶,進而起到了抗老化作用[16]。而單甘酯主要通過影響淀粉性質來延緩饅頭的硬化,它一方面在糊化過程中與淀粉分子絡合,提高了糊化溫度,抑制了淀粉顆粒膨脹,減弱了淀粉顆粒與面筋蛋白之間的相互作用;另一方面延緩了支鏈淀粉在儲存過程中的回生[17]。圖4所示老化焓值隨著脂肪酶或者單甘脂添加量增加呈現降低趨勢,即這3種改良劑均可延緩支鏈淀粉的重結晶,這與推測相符。

圖3 不同劑量脂肪酶及單甘酯對饅頭儲藏期硬度的影響

圖4 不同劑量脂肪酶及單甘酯對饅頭儲藏期淀粉回生焓的影響

比較這3種改良劑,Lipopan Xtra BG與單甘酯的作用效果相近,抗老化效果也較好;而Lipopan 50 BG抗老化效果相對較弱,其添加量過大時,雖然其淀粉回生焓值降低,但其饅頭硬度增大。其中當 Lipopan Xtra BG、Lipopan 50 BG和單甘酯的質量分數分別為80、60、4 mg/g時,抗老化綜合效果最好,這也與其比容最佳添加量是一致的。

2.6 脂肪酶及單甘酯對饅頭內部結構的影響

饅頭內部結構分析結果見表3。其中氣孔稠密度是每單位面積上氣孔平均個數,氣孔表面積分率是氣孔總表面積和圖像面積的比值,這些數據在一定程度上能夠反映饅頭芯氣孔的持氣率和穩定性,進而體現饅頭品質[18, 19]。隨著脂肪酶Lipopan Xtra BG、Lipopan 50 BG和單甘酯添加量的增加,3組饅頭芯的AF、CD值呈先上升后下降的趨勢,且均優于空白對照組。其中當脂肪酶Lipopan Xtra BG、Lipopan 50 BG 和單甘酯的質量分數分別為80、60 μg/g和4 mg/g時,氣孔稠密度最大,AF值也最大,且相應地AS最小,這說明3種改良劑在饅頭制作過程中能夠使其內部組織結構細膩,從而提高產品品質。其原因可能是脂肪酶或單甘酯能夠改善脂質與蛋白質的連接作用,增強了面筋強度,使氣孔界面很難斷裂,增強了面團持氣性;同時,脂肪酶通過催化產生甘油一酯等脂類物質,分解產物起到乳化作用,從而使饅頭芯氣孔分布更加均勻、細膩。

表3 不同比例脂肪酶和單甘酯對饅頭芯氣孔的影響

2.7 脂肪酶及單甘酯對饅頭色度的影響

由表4可知,脂肪酶和單甘酯增加了饅頭白度(L值),3種改良劑按白度提升效果由大到小依次為:Lipopan Xtra BG、Lipopan 50 BG、單甘酯。其中,脂肪酶 Lipopan Xtra BG、Lipopan 50 BG及單甘酯對白度影響最優時質量分數分別為80、60 μg/g和4 mg/g,饅頭L值分別提高了6.11%、4.78%、1.56%;而2種脂肪酶只有在低添加量時才對b值起到顯著提升作用。脂肪酶起到增白作用一方面可能是因為脂肪酶和脂肪氧合酶的協同作用破壞了胡蘿卜素的雙鍵結構,從而使饅頭增白[20];另一方面可能是脂肪酶與小麥粉中的脂肪過氧化物酶生成不飽和脂肪酸實現小麥粉漂泊的作用[21]。而增白幅度較小可能是面團或饅頭在放置過程中存在褐變,從而抵消了一部分增白作用。

表4 不同比例脂肪酶和單甘酯對饅頭色度的影響

2.8 脂肪酶及單甘酯對饅頭感官的影響

不同劑量脂肪酶和單甘酯對饅頭感官總評分的影響見圖5,隨著添加量的增大,3組實驗的感官總評分呈先上升后下降的趨勢,這與饅頭比容的變化趨勢呈現一致性。其中,當Lipopan Xtra BG、Lipopan 50 BG和單甘酯質量分數分別為80、60 μg/g和4 mg/g時感官總評分最高,與空白組相比 評分分別提高了30.1%、22.6%和21.0%。2種脂肪酶對饅頭感官總評分影響差別不大,而單甘酯組饅頭最高總評分低于脂肪酶組,但其添加效果比較穩定性,尤其是在較高添加量時,饅頭總評波動幅度小于脂肪酶組。

圖5 不同劑量脂肪酶及單甘酯對饅頭感官品質的影響

3 結論

研究脂肪酶Lipopan Xtra BG、Lipopan50 BG和單甘酯對饅頭品質的影響,并以粉質特性和面團拉伸特性為指標初步探究了脂肪酶的作用機理。結果表明:適量添加這3種改良劑均能增大饅頭比容,降低饅頭硬度,增強其表明光澤度及感官性能,使內部組織結構細膩均勻,延緩饅頭老化,延長產品的貨架期。其中,脂肪酶Lipopan Xtra BG、Lipopan 50 BG和單甘酯最適添加量分別為80、60 μg/g和4 mg/g。Lipopan Xtra BG對新鮮饅頭品質改善的效果最佳,其次為單甘酯和Lipopan 50 BG。此外,Lipopan Xtra BG添加量遠低于單甘酯,因而也具有較好的應用前景。脂肪酶Lipopan Xtra BG和Lipopan 50 BG能夠提升小麥粉品質,增加饅頭白度,還可以增強面團筋力,改善其粉質及拉伸特性,增加面團的耐發酵性和持氣性,從而改善饅頭質構,進而多方面改善饅頭的品質。