微生物制剂在面包品质改良上的研究与应用

2021-03-02叶豪鑫

生物化工 2021年1期

叶豪鑫

（浙江工商大学食品与生物工程学院，浙江杭州 310000）

自然界中存在丰富的微生物资源，被广泛地应用在食品、药品、农产品等许多行业。这一类资源的合理开发，将会给社会带来巨大财富。尤其在食品中，人们对食品质量与口味的追求变得多样化，将微生物良好应用于食品生产是未来发展的方向之一。

微生物酶制剂在食品生产中是一项重要应用。我国已批准使用于食品工业的酶制剂有α-淀粉酶、葡糖糖氧化酶、脂肪酶、纤维素酶等，主要应用于果蔬加工、焙烤、乳制品加工等方面。α-淀粉酶可以降解淀粉产生发酵糖，改善面包口感、外壳颜色和烘烤品质；葡糖氧化酶作为一种强筋剂用于面粉，可以提高面包柔韧性、延缓淀粉老化；脂肪酶的水解产物能结合淀粉，改善面包的内部组织结构、柔软度。半纤维素酶将非淀粉多糖部分溶解，从而提高面包品质。

1 微生物酶的一般生产技术

酶广泛存在于动植物、微生物体内，最早提取自动植物的组织和器官，但目前主要来源于工业发酵。由于种类多和成本低等优势，微生物酶成为食品开发中的一个重要元素。微生物发酵即是指利用微生物在一定的条件下将原料经过氧化、还原等代谢途径转化为人类所需要的产物的过程，是微生物酶的一般生产技术。微生物发酵生产水平主要取决于菌种的遗传特性和培养条件。发酵工程的应用范围包括食品、医药等方面[1]。

微生物发酵过程根据发酵条件要求分为好氧和厌氧。好氧发酵法主要是在液体或固体培养基表面培养发酵，包括通氧深层发酵等方法。厌氧发酵采用不通氧的深层发酵。因此，好氧发酵与厌氧发酵都需要通过深层培养来实现，这种培养需要在具有一定深度的圆柱形发酵罐内完成[2]。

2 面包品质改良技术

目前，面包品质改良技术十分丰富，如基因工程技术、使用食品品质改良剂、预烤冷冻、微生物酶制剂技术等。基因工程技术主要是通过对蛋白质改良、糖类改良和油脂改良来改善食品营养品质，也可用于改善食品发酵风味，亦可用于改良面包品质[3]。为了明确不同的品质改良剂对冷冻面团面包品质的影响，高坦等人[4]研究出复配品质改良剂，使得冷冻面团面包具有最大的比容、最低的硬度和胶黏性以及最优的感官品质。预烤冷冻是对面包面团进行改善的技术，与新鲜面包进行对比，通过生产工艺改进和添加剂改良，使预烤冷冻面包的品质达到新鲜面包的品质效果[5]。微生物酶制剂是最为常见的面包品质改良技术，其中最主要酶制剂有α-淀粉酶、葡萄糖氧化酶、木聚糖酶、脂肪酶等。α-淀粉酶、葡萄糖氧化酶、木聚糖酶这3种酶制剂复合使用时,能产生良好的协同效应，改善杂粮面包品质并,降低酶制剂添加总量[6]。张琨等人[7]通过正交试验筛选α-淀粉酶、葡萄糖氧化酶、脂肪酶3种酶制剂对面包烘焙品质的改良作用并确定最佳配比，可制得品质较好的面包。

3 不同微生物酶制剂在面包品质改良中的应用

3.1 α-淀粉酶

α-淀粉酶是一类能水解多糖α-1,4糖苷键产生短链糊精的淀粉降解酶。这些酶广泛分布于所有生物体中。大多数α-淀粉酶是金属酶，其所具备的活性、稳定性和完整性都需要钙离子[8]。在烘焙过程中，α-淀粉酶被添加到面团中，将淀粉转化为较小的糊精，随后被酵母发酵，改善了面包的口感、外壳颜色和烘烤品质[9]。α-淀粉酶通过降解淀粉产生发酵糖，并改变淀粉的物化特性，进而影响小麦制品的品质，其效果与α-淀粉酶的来源、含量及小麦制品种类有关。成熟种子中残留的α-淀粉酶对面包品质有显著影响，优质面包品质选择时应关注小麦α-淀粉酶活性的差异[10]。当绿豆浆酶解液中α-淀粉酶加酶量为0.5%时，面包高度和感官评分最大，面包芯内部气孔均匀，硬度和咀嚼性小，老化速度变慢[11]。总之，α-淀粉酶可以加快面团发酵速度，缩短发酵时间，有效改善面包内部组织结构，减缓淀粉老化，延长面包保鲜时间。

3.2 葡糖氧化酶

葡糖氧化酶是食品工业中一种重要的工业用酶，广泛用于葡萄酒、啤酒、果汁、奶粉等食品脱氧、面粉改良、防止食品褐变等方面。葡糖氧化酶广泛分布于动植物和微生物体内，作为一种强筋剂用于面粉中，有很大的热稳定性，在30～60 ℃内稳定，温度对酶活力影响不显著[12]。葡糖氧化酶在有氧条件下可以将葡萄糖转化为葡萄糖酸，产生过氧化氢，将巯基氧化为二硫键，达到强化面筋，生成更强、更具弹性的面团的目的；同时使面包体增大，提升焙烤质量[13]。添加葡糖氧化酶可显著降低（P＜0.05）面团中巯基含量，增加二硫键含量，其中复合酶组变化率最大。从面团及面筋微观结构方面比较，与未添加相比，葡糖氧化酶可促进面团中面筋网络的改善，并使面筋结构孔洞更均一，面筋网络更完整、连续[14]。面包粉中适当添加葡糖氧化酶，有利于改善面粉的加工特性，在延缓面包老化、提高面包柔韧性方面表现突出。

3.3 脂肪酶

脂肪酶是一类羧基酯水解酶，能够将甘油三酯水解成甘油和脂肪酸。脂肪酶主要存在于动植物和微生物的组织中，包括磷酸酯酶、固醇酶和羧酸酯酶。研究发现，在面团中添加脂肪酶后，面团的流变学特性、面包品质、馒头品质都会得到一定改善，对面包制品的内部组织结构、面包柔软度等指标都有较好的改良作用[15]。相关烘焙试验结果表明，脂肪酶对面包制品的内部组织结构、面包芯柔软度等指标都有较好的改良作用[16]。新型的脂肪酶不断地在食品中取得应用，重组疏棉状嗜热丝孢菌脂肪酶能有效改善面包的烘焙品质且具有不同于商业酶的独特优势[17]。

3.4 半纤维素酶

半纤维素酶是一类复杂酶的总称，包括内切木聚糖酶、外切木聚糖酶、纤维二糖水解酶等。木聚糖酶在米糠面团中有较好应用。米糠有助于提高面包营养价值，但随着添加量增加，面包品质下降。当木聚糖酶添加量为60 mg/kg时，面包的比容最大、面包芯气孔结构最好，面包硬度、咀嚼性及硬化速率最小，面包总体感官评分最好[18]。含半纤维素酶的酶制剂能够有效解决面粉因添加膳食纤维而带来的问题，粗糙的麸皮颗粒会对面筋的网络结构产生影响，半纤维素酶通过对非淀粉多糖的部分溶解，从而提高面包品质。如表1所示，总结4种微生物酶制剂对面包品质改善的作用原理和效果。