麦芽糖淀粉酶对面包品质及面团特性的影响

李 晶,穆晓婷,鲁 绯

(北京市营养源研究所,北京 100069)

面包是烘焙产业中重要产品之一,产品稳定性易受环境影响。面包贮藏过程中因水分的迁移和淀粉重新结晶等作用[1],使淀粉老化,面包保鲜期变短、贮存过程中出现面包变硬、脆性下降、口感粗糙、风味变劣等问题严重影响了面包品质,制约着行业发展。在面包浪费情况的调研中欧洲消费者普遍认为:变干老化是导致面包被浪费的主要原因[2]。

麦芽糖淀粉酶作为一种细菌α-淀粉酶,能使支链淀粉在糊化时侧链变短,水解支链淀粉生成的麦芽糖、寡糖和小分子糊精,能干扰淀粉的重结晶以及淀粉粒与蛋白质大分子的缠绕,延缓淀粉颗粒重结晶,使面包保鲜时间更长。而且淀粉经酶修饰后仍能保持分子结构的完整性,进而保持储存过程中面包的弹性[2-4]。麦芽糖淀粉酶主要来源于嗜热脂肪芽孢杆菌(Bacillusstearothermophilus)、蜡状芽孢杆菌(Bacilluscereus)、绿色糖单孢菌(Saccharomonosporaviridis)、嗜热放线菌(Thermusvulgaris)、枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)等[5],不同来源的麦芽糖淀粉酶对淀粉作用效果不同[6]。Leman等[7]研究发现不同来源的麦芽糖淀粉酶对淀粉的水解程度不同。一定添加量下Bacillussubtilis源淀粉酶会水解淀粉内部链段,残留的支链淀粉和产生的小分子淀粉簇和麦芽低聚糖会影响面团流变特性,降低面团黏度。但目前针对特定来源麦芽糖淀粉酶对面包品质及面粉特性影响的研究较少,缺少在面包生产应用中的理论支撑。

表1 感官评分标准Table 1 Sensory scoring criteria

因此,本研究选用Bacillussubtilis来源麦芽糖淀粉酶,研究其对面包品质及面粉特性的影响,解析麦芽糖淀粉酶在面包老化中的作用,为深入了解酶制剂在烘焙产品老化中的作用提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

小麦粉 益海(石家庄)粮油工业有限公司;高活性酵母粉 安琪酵母股份有限公司;麦芽糖淀粉酶(MA,枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)来源) 德国英联酶公司。

SM2-25搅拌机 新麦机械(中国)有限公司;SM-40SP插盘式醒发箱 新麦机械(中国)有限公司;CV-5热风对流烤炉 河北欧美佳食品机械有限公司;ES 5000电子天平 天津市德安特感应技术有限公司;DHG-9055A电热鼓风干燥箱 上海一恒科学仪器有限公司;TA.XTC国产质构仪 上海保圣实业发展有限公司;Mixolab 2混合实验仪 法国肖邦仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 面包制作方法 称取2 kg小麦粉、1360 g水、40 g盐、20 g酵母和一定麦芽糖淀粉酶,混合原料,和面8 min,面团放入醒发箱35 ℃醒发15 min后,称取面团60 g,揉面定型,室温醒发20 min再次定型后,40 ℃醒发1 h 15 min,放入烤箱烘烤20 min,制得实验用面包,面包制作流程如下:

称料(小麦粉、水、盐、酵母及酶)→和面→定型→醒发→烘烤

1.2.2 酶制剂的添加量 面粉中麦芽糖淀粉酶添加量分别是0%、0.02%、0.04%、0.06%(以面粉质量计),依据1.2.1制作面包,分别测定面包比容、贮藏前后面包质量、水分含量、质构和面团性质,并进行感官评价,研究麦芽糖淀粉酶对面包品质及面团特性的影响。

1.2.3 面包贮藏品质的测定 面包经食品级OPP袋包装,放置于25 ℃、相对湿度33%的室内环境中,在0、1、3、5和7 d,分别测定面包质量、水分含量及质构特性。

1.2.4 比容的测定 参照GB/T 20981-2007 面包6.5.2方法测定[8]。

1.2.5 水分含量 参照GB/T 5009.3-2016 食品水分含量测定[9]。

1.2.6 面包质构测定 参照AACC(美国谷物化学家协会)标准:AACC74-09面包的硬度测试,测定面包硬度、弹性和咀嚼性[10-11]。

1.2.7 面包保水性测定 分别在贮藏1、3、5和7 d称量面包质量,计算面包失水率(%)。

式中:W表示面包失水率,%;M1表示0 d时面包质量,g;M2表示在1、3、5、7 d时分别测得的面包质量,g。

1.2.8 感官评价 由固定的10名(5名男性、5名女性)感官评价人员组成评价小组对0和7 d的面包进行感官评价,评分标准见表1[12-13]。

1.2.9 Mixolab测定面团性质[14-15]采用Mixolab混合实验仪测定面团性质。按照“Chopin+”标准设定试验条件:吸水率58%,水合率基准14%(湿基),和面转速为80 r/min,目标扭矩为(1.1±0.5) Nm,面团重量75 g。

标准测试为3个过程:(1)恒温阶段:30 ℃保持8 min;(2)升温阶段:15 min内以4 ℃/min升温到90 ℃,保持高温7 min;(3)降温阶段:10 min内以4 ℃/min速度降温到50 ℃,保持5 min,试验总时间45 min。

1.3 数据处理

表2 麦芽糖淀粉酶对面包品质的影响Table 2 Effect of maltogenic amylase on the quality of

注:同列不同字母表示差异显著(P<0.05);表3～表4同。

采用SPSS 20.0和Excel 2010进行数据处理和相关性分析,P<0.05有统计学意义,用Origin 9.1进行绘图。

2 结果与分析

2.1 酶对面包品质的影响

比容、水分含量及质构是衡量面包品质的常用指标,GB/T 20981-2007中也对面包的水分含量及比容作了限定。面包比容反映面团的醒发力及保持力,面筋强度越大,越易于醒发,面包的比容越大。淀粉酶水解淀粉产生的麦芽糖和葡萄糖会加快面团发酵速度,增加发酵面团体积,增加面包比容[16]。由表2结果所示,添加MA酶组面包的比容均高于不加MA酶组。

不同MA酶添加量的组别间,水分含量差异明显。水分含量是面包的重要因素,充足的水分会使面包松软,富有弹性,食用时更为爽口。MA酶的添加改变了淀粉的网状结构,小分子糖类的代谢也提高了面包持水性[17]。实验中添加0.06% MA提高了面包水分含量,而且其显著高出0.02%组3.99%以及0.04%组4.75%(P<0.05)。

随MA酶添加量的增加,面包硬度增大(表2),当MA酶添加到0.04%和0.06%时,面包硬度显著大于不加MA酶组(P<0.05),面包硬度分别增加了38.79%和46.12%。而面包的弹性和咀嚼性与对照组相比没有显著性变化,但添加MA酶组面包的弹性均高于不加MA酶组,这可能是加入适量的MA酶后,淀粉水解物有较好的增塑作用,能够提高面包的弹性[18]。

2.2 酶对贮藏期面包保水性的影响

面包水分含量的改变直接影响面包外观及口感,贮藏过程中水分会从面包芯向表皮迁移,散失到外围环境中导致面包干缩、掉渣、易碎断和弹性变小[3]。如图1所示,添加不同量的MA酶会影响面包贮藏过程中的水分变化,贮藏期第3 d起,0.04%组和0.06%组面包的失水率均低于不加MA酶组。这一结果可能是麦芽糖淀粉酶水解淀粉时会产生麦芽糖、寡糖和小分子的糊精,产物中的麦芽糖具有良好的保湿性,能够提高面包的保水性,防止面包老化[19]。面包贮藏第7 d时,0.04%组能够显著提高面包保水性(P<0.05),与不加MA酶组相比,0.04% MA酶组面包失水率降低了36.92%。

图1 贮藏期不同酶添加量面包失水率的比较Fig.1 Comparison of the water loss rate of bread with different enzyme doses during storage 注:不同字母表示差异显著(P<0.05);图2～图4同。

2.3 酶对贮藏期面包质构品质的影响

质构是食品结构以及此结构对所受外力反应行为的一种感官显示[20],面包质构常用硬度、弹性和咀嚼性作为评价指标。面包贮藏过程中淀粉重结晶和水分的迁移会加快面包的老化,影响面包口感、降低弹性、增加硬度和咀嚼性。实验中将4组面包放置于25 ℃、相对湿度33%的环境中7 d,测定面包质构,以面包硬度、咀嚼性和弹性分析MA酶对贮藏期面包品质的影响。

面包硬度方面(图2),放置第3 d起,不加MA酶组面包硬度显著增加(P<0.05),而且面包硬度均高于加MA酶组面包的硬度。贮藏第7 d时,不加MA酶组、0.02% MA组、0.04% MA组和0.06% MA酶组面包的硬度比贮藏0 d时的硬度分别增加了5.79、3.26、1.29和1.04倍,而且由图2所示,随MA添加量的增加面包硬度变化较小,表明了麦芽糖淀粉酶能够改善贮藏期间面包品质,延缓面包变硬。这一结果与Gomes-Ruffi[21]和李守宏[2]的研究结果具有一致性。

图2 不同贮藏天数面包硬度的比较Fig.2 Comparison of the hardness of bread for different storage days

图3 不同贮藏天数面包咀嚼性的比较Fig.3 Comparison of the chewiness of bread for different storage days

面包咀嚼性与面包品质成负相关,数值越大,咀嚼性越差、缺乏弹性、口感差[17]。由图4所示,贮藏期间,面包的咀嚼性随贮藏天数的增加而增加。其中,不加MA酶组面包咀嚼性增加最快,贮藏第7 d时面包咀嚼性是第0 d时面包咀嚼性的9.76倍,0.04% MA组和0.06% MA酶组贮藏第7 d时面包咀嚼性是第0 d时的2.35和2.65倍,这一结果也表明了MA酶能够延缓贮藏期间面包咀嚼性的增加,改善贮藏期间面包品质。

表3 面包的感官评价结果(分)Table 3 Sensory evaluation results of breads(score)

表4 麦芽糖淀粉酶对面团特性的影响Table 4 Effect of maltogenic amylase on the quality of

注:黏度崩解值:C3-C4;回生值:C5-C4。

图4 不同贮藏天数面包弹性的比较Fig.4 Comparison of the flexibility of bread for different storage days

7 d贮藏期内面包的弹性没有显著性改变(P>0.05),MA酶对面包的弹性影响小,贮藏期间第3 d后,不加MA酶组和加MA酶组中面包的弹性均无显著性变化(P>0.05)。

2.4 面包的感官评价

分别对贮藏0和7 d的面包进行感官评价,结果如表3所示,0 d时,不同加酶量对面包的品质影响并不明显。贮藏天数的增加会影响面包的品质,面包贮藏第7 d,酶添加量为0.04%时会明显影响面包感官评价结果,其中对表皮质地、滋味与口感和弹柔性影响显著(P<0.05)。MA酶的添加会减缓面包表皮变硬、面包弹柔性下降,并延缓面包滋味和口感变劣。

基于保水性、质构品质和感官评价结果可以看出,面包贮藏期品质会随着酶添加量的增加而延缓降低,而且酶添加量为0.04%和0.06%时能显著延缓面包品质变劣(P<0.05)。同时结合成本考虑本实验中添加0.04% MA酶即可延缓面包老化和降低面包品质变劣速度。

2.5 麦芽糖淀粉酶对面团品质的影响

贮藏试验结果表明,MA能够延缓面包的老化和面包品质的下降。为进一步明确MA酶对面包品质的影响,本实验测定了面团流变学特性,解析MA酶对面团品质的影响。

2.5.1 麦芽糖淀粉酶对面团吸水率的影响 吸水率的增加会提高单位质量面包出品率,做出的面包更为松软、存放时间较长。不加MA酶组面粉揉混成面团时扭矩达到1.11 Nm时的吸水率为54.6%。添加MA酶后面团吸水率增加。其中,0.06% MA酶组面团吸水率比不加MA酶组提升了0.92%,但酶对面团吸水率的影响并不显著(P>0.05)。

2.5.2 麦芽糖淀粉酶对面团形成时间和稳定时间的影响 形成时间指从开始加水到面团稠度达到最大时所需要的揉混时间,反应了面团的揉混性。本实验中,加入MA酶后会降低面团形成时间。其中,酶添加量为0.06%时,面团形成时间显著降低了9.06%(P<0.05)。

与不加MA酶组相比,0.02% MA酶组和0.04% MA酶组的稳定时间没有显著性改变(P>0.05),但随着淀粉酶添加量的增加,淀粉酶过度水解淀粉,会影响面粉稳定体系。面团稳定时间是指在搅拌过程中最大稠度保持在11%以内的持续时间,也可视为面团的搅拌阻力。在面粉添加0.06%的MA酶后,面团稳定时间显著降低了26.18%(P<0.05)。这一结果表明淀粉酶的添加需要控制在合适的添加量,过量的淀粉酶会使面团稳定性下降,影响面包品质。

2.5.3 麦芽糖淀粉酶对糊化特性的影响 Mixolab仪主要通过黏度最小值(C2)、峰值黏度(C3)、保持黏度(C4)和糊化速率(β)反映面团中淀粉的糊化特性。麦芽糖淀粉酶活性增加,降低淀粉颗粒分子量和结构刚性,使淀粉糊峰值黏度降低[22]。如表4所示,随着面粉中添加MA的增加,0.02%和0.04% MA酶对面团的C2和C3值影响并不显著(P>0.05),影响较小。而其会显著影响C4和β值(P<0.05),MA酶的添加会分解部分淀粉,影响面团热稳定性。面团黏度崩解值与α淀粉酶活性成正相关,反映淀粉凝胶热稳定性[23]。由表4和图5所示,淀粉酶活性增加会降低面团黏度,增加面团黏度崩解值,淀粉凝胶热稳定性下降。本实验中,0.06% MA酶组显著影响淀粉糊化特性(P<0.05),降低面团黏性及淀粉热稳定性。这一结果表明,淀粉酶会影响面团淀粉特性,加工过程中需适量控制淀粉酶添加量。

图5 Mixolab曲线图Fig.5 Mixolab curve

回生值是淀粉糊的老化和回生程度的重要指标之一,反映了面团冷却过程中体系形成凝胶能力的强弱,数值越大凝胶性越强,淀粉越易老化[24]。如表4所示,与不加MA酶组相比,添加MA酶会显著影响面团回生值(P<0.05),并且回生值分别降低了34.48%、35.63%和50.57%。图5中可以明显看出,随着 MA 的添加,淀粉老化速度降低,这一结论与李守宏[25]等的研究具有一致性,麦芽糖淀粉酶显著降低面粉回生值,延缓淀粉老化。

3 结论

本实验通过贮藏前后面包理化指标、质构和面团流变学特性综合分析了枯草芽孢杆菌来源麦芽糖淀粉酶对面包品质的影响。B.subtilis产生的α-淀粉酶是一种糖化淀粉酶,其能够产生游离糖,减缓面团老化速度。本实验中该麦芽糖淀粉酶能够延缓贮藏期面包品质下降,减缓面包变硬和咀嚼性增加,降低面包水分快速流失,维持面包柔软,保存面包口感。麦芽糖淀粉酶的添加影响面团流变学特性,能够显著减缓面包的老化(P<0.05),过量的淀粉酶的添加会显著影响面包加工特性(P<0.05)。综合面包品质、面团流变学特性和生产成本考虑,本实验中麦芽糖淀粉酶添加量为0.04% 时,能显著提升面包品质,有效延缓面包老化(P<0.05)。