α-淀粉酶在面包改良中的应用

2022-11-26郭瑞琳,马凤华,卢金胜等

现代食品 2022年18期

面包是一种由小麦粉经发酵、焙烤制作而成的主食，在人们的饮食中扮演着重要的角色。面包可以被看作是由连续相和不连续相组成的不稳定的、有弹性的泡沫状食品，保质期较短。在储存过程中，面包往往会失去它特有的香味，外皮变硬，并出现干面包屑。面包在储存过程中发生的化学和物理变化被称为面包变质。面包变质会导致消费者接受度下降，易造成大量的食物浪费，并给生产及销售者造成经济损失[1]。为此，大多数企业通过在生产过程中添加改良剂来减缓面包变质，延长面包的保质期。面包改良剂通常具有延缓面包老化、改善面筋结构、降低面包芯硬度、增大面包体积等功能[1]。研究发现，使用酶作为改良剂是特别安全的，因为酶具备生态友好性、生物降解性、高效性，并具有高度特异性，可有效减少面包变质率。近年来，酶受到了社会各界的广泛关注，并被大量应用到烘焙产品当中[2]。

1 α-淀粉酶的简介和分类

酶因具备纯天然、安全、高效的特点，常作为改良剂用于改善面包的质地和口感。淀粉酶是能催化淀粉水解转化成葡萄糖、麦芽糖及低聚糖的一类酶的总称，不同种类的淀粉酶水解淀粉后得到的水解产物也会不同。按其水解淀粉的作用方式不同可以分为α-淀粉酶、β-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶和异淀粉酶。其中，α-淀粉酶和β-淀粉酶广泛存在于粮食作物中，且均与面包烘焙有关，尤其以α-淀粉酶作用最为突出。而β-淀粉酶因无法耐受住烘焙温度，在面包中心温度达到60～70 ℃时，活力已经丧失大半，其作用效果不及α-淀粉酶[3]。

α-淀粉酶是一种内切酶，主要催化小麦淀粉的直链淀粉和支链淀粉分子中的α-(1-4)-D糖苷键的内水解，但也可作为α-外淀粉酶，从非还原端生成α-麦芽糖。α-淀粉酶无法水解淀粉分子内的α-1,6糖苷键，但可以跨越此键水解淀粉分子内部的α-1,4糖苷键，从而导致淀粉结构的改变。水解的终产物是麦芽糖、葡萄糖和异麦芽糖。根据来源不同，α-淀粉酶可分为真菌淀粉酶、谷物淀粉酶、细菌淀粉酶，其性质各异[4]。

2 α-淀粉酶在面包烘焙中的应用

研究发现，α-淀粉酶被用在面包加工中能够有效提高发酵速率、增大面包体积、降低面包芯硬度且使面包芯柔软具有较强的弹性，同时改善面包的色泽和风味，从而有效提升面包的质量[5-7]。

细菌α-淀粉酶热稳定性较强，其钝化温度高达95 ℃，当面包进入焙烤阶段后，仍对淀粉具有水解作用。虽对提高面包质量、改善表皮色泽、增大面包体积、延缓面包老化起很大作用，但若添加过量，易使面包心发黏，故应谨慎添加使用。真菌α-淀粉酶热稳定性较差，65 ℃以下就已失活，即使添加量过多，也不会造成面包心发黏的质量问题，故面包生产厂商普遍喜欢使用真菌α-淀粉酶[3]。

2.1 增大面包体积

在烘焙过程中，高强度面筋会阻碍烘烤过程中的CO2和乙醇逸出，阻止气室扩张，从而影响面包体积。添加适当活性的α-淀粉酶可以减少这种情况发生，使面包体积更加理想，这一作用在无糖、无盐面包的生产中显得尤为重要。另外，α-淀粉酶的作用改变了面团中淀粉的特性。因为在面团发酵过程中，受α-淀粉酶的水解作用影响，破损淀粉颗粒进一步被破坏，高分子不可溶淀粉被部分酶解。如此一来淀粉的水亲合性被改变，原淀粉成为胶体淀粉，面团中小气室壁的延伸性增加。在烘烤时随CO2等气体的膨胀，小气室的空间增大，也会使面包体积更大。烘焙过程中，一些耐高温的α-淀粉酶在烘焙初期还可通过水解淀粉-蛋白质聚合物中的淀粉产生低分子糖，进而提高蛋白质凝结温度，这一作用使面筋蛋白质在热变性凝结前有较长时间可以膨胀，也有助于得到理想体积的面包[3]。所以，生产中添加适量的α-淀粉酶有助于增大面包体积。

2.2 保持面包芯柔软、延缓老化

α-淀粉酶对直链淀粉和支链淀粉均能发生作用，影响小麦面包的老化特性。支链淀粉的退化是淀粉粒在常温贮藏过程中发生硬化的原因。α-淀粉酶降解支链淀粉侧链阻碍了淀粉的再结晶，从而降低了淀粉的固化速率，使面包芯柔软[8]。同时，淀粉降解产生的低分子量糊精也会干扰淀粉与淀粉的相互作用和淀粉与面筋的相互作用，导致面包屑变软，起到抗老化效果[6]。KIM等[9]研究了α-淀粉酶对面包品质的影响，在实验中发现100 mg·kg-1α-淀粉酶可使面包的比容提高24.5%，使面包芯硬度降低63.4%。加入真菌α-淀粉酶，面包芯储藏7 d的硬度显著降低（P＜0.05），而且随酶添加量的增加，面包芯的硬度减小。

2.3 改善面包的色泽和风味

由α-淀粉酶水解作用形成的糖可以作为底物参与烘焙过程中的一系列反应，特别是焦糖化过程、美拉德反应和斯特莱克降解反应等。这些反应不仅会使面包产生诱人的色泽，同时也会生成一些风味物质，赋予小麦面包独特的风味[6,10]。

3 α-淀粉酶与其他面包改良剂的协同作用

改良剂之间具有协同增效的作用，因此复配改良剂的效果往往优于单一改良剂[5]。优化复配改良剂具有明显改善面包烘焙品质和延缓老化的作用。杨连战等[7]以面包芯的硬度为指标，利用正交实验获得由1 mg·kg-1真菌α-淀粉酶、6 mg·kg-1脂肪酶、10 mg·kg-1葡萄糖氧化酶、5 mg·kg-1葡萄糖淀粉酶、20 U·kg-1环糊精葡萄糖基转移酶、0.1 g·kg-1硬脂酰乳酸钠和0.5 g·kg-1双乙酰酒石酸单双甘油酯组成的复配改良剂，并探究了此复配改良剂对面包品质和抗老化能力的影响。结果表明，复配改良剂使面包储藏30 d时硬度比对照组硬度小21.9%，储藏7 d内的含水量显著提高，组织孔隙率提高12.76%，比容增大11.53%。此外，复配改良剂面包储藏7 d时的淀粉相对结晶度和回生焓值分别较空白面包降低37.19%和61.07%，优于市售面包。因此，优化复配改良剂具有明显改善面包烘焙品质和延缓老化的作用。

脂肪酶和α-淀粉酶具有协同作用。脂肪酶释放的乳化物质与淀粉形成的复合物可以抑制淀粉老化，而由α-淀粉酶生成的中等分子淀粉可以提高复合物的稳定性。α-淀粉酶与葡糖淀粉酶具有协同作用，α-淀粉酶将淀粉和环糊精水解为短链淀粉和寡糖，葡萄糖淀粉酶可以利用短链淀粉快速切下葡萄糖分子，从而显著改变淀粉链的大小和结构，使其无法重新排列回最初的状态[7]。

此外，木聚糖酶与α-淀粉酶之间也具有协同作用。添加木聚糖酶能明显增大面包体积，但在添加量较高的情况下，面团易发黏而导致操作较困难。若同时添加少量的α-淀粉酶，可以在获得更大体积面包的同时使面团不发黏。此外，α-淀粉酶与脂肪酶之间也存在协同作用。脂肪酶的加入使面团耐发酵的稳定性增强，面包体积和结构得到进一步改善。近年来发现，抗老化麦芽糖淀粉酶与真菌α-淀粉酶之间，葡萄糖氧化酶与真菌α-淀粉酶之间也存在着协同效应[11]。还有研究发现，将阿拉伯胶、卵磷脂和α-淀粉酶通过一定比例混合并用于面包生产后，面包的产气量、比容、感官品质均得到了显著提升，口感、色泽方面，都有显著的改善。由此说明复配改良剂显著地改善了面包的各项品质指标[7]。