脂肪酶对馒头品质的影响研究

徐 丹, 吴雪莹, 吴凤凤, 徐学明

(江南大学食品科学与资源挖掘全国重点实验室1,无锡 214122)

(江南大学食品学院2,无锡 214122)

(江苏省食品安全与质量控制协同创新中心3,无锡 214122)

馒头起源于中国,是蒸制酵面食品,是我国传统主食之一[1]。但随着我国经济的增长、工业技术水平的提高,作坊式的生产状况不能适应现代社会发展需求而正逐渐被工业化生产替代[2]。目前,我国馒头的工业化生产是自动化或半自动化生产,且生产技术及生产设备也日渐完善、成熟[3]。然而,实际生产过程中也存在一些问题,如馒头表皮不光滑、色不白、成品易老化、内部结构粗糙等,而改良剂的使用可以在很大程度上减缓和克服常见问题[4]。

酶制剂属于生物制剂,是公认的绿色添加剂,在食品领域内得到了广泛认可和应用[5]。随着科技的进步和消费者对食品安全意识的提高,安全无公害的添加剂被大众迫切的需要,酶制剂替代传统小麦粉添加剂已成必然趋势[6]。在此之前,脂肪酶通常会和其他酶或乳化剂复配应用来提高焙烤食品的性能,与传统乳化剂(如DATEM)相比,脂肪酶除了拥有绿色、剂量小、高效和作用效果出色等优点外,其效能通常为普通乳化剂的10倍以上,并且克服了传统乳化剂(如DATEM)在储藏、运输成本方面等诸多问题[7]。因此,脂肪酶愈来愈受到小麦粉及焙烤食品企业的欢迎。

目前,有关脂肪酶应用于面包专用粉和焙烤食品的研究较多,而脂肪酶对馒头品质影响的相关报道较少。此外,在馒头保鲜、柔软等方面起了重要作用的单甘酯是目前最经济有效的乳化剂之一[8]。因此,实验旨在研究脂肪酶对馒头品质的改良作用,并与传统乳化剂单甘酯进行对比探究用脂肪酶替代单甘酯的可能性,为脂肪酶的应用推广和馒头工业化生产提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

中筋小麦粉,高活性干酵母,脂肪酶Lipopan Xtra BG(25 KLU/g,来自嗜热真菌属),脂肪酶Lipopan 50 BG(25 KLU/g,来自疏棉状腐质霉);单甘酯,食盐,正己烷、甲醇、氢氧化钠、氯化钠、硫酸钠、三氟化硼等为分析纯。

1.2 仪器与设备

SM-25和面机,SM-32S醒发箱,SM-302N切片机,UltraScan Pro1166型高精度分光测色仪,TA.XTPlus物性分析仪,77530-30LABCONCO6L冷冻干燥机,EPSON v10型平板扫描仪,AL204电子天平,Brabender粉质仪。

1.3 小麦粉粉质特性

小麦粉粉质特性的测定方法参照GB/T 14614—2006略作修改,粉质仪使用300 g揉混器,测得小麦粉水质量分数为13.0%,实际称量296.8 g小麦粉。记录吸水率、形成时间、稳定时间和粉质质量指数等数据。

1.4 面团拉伸特性

面团拉伸特性的测定方法参照GB/T 14615—2006,记录拉伸曲线面积、延伸度、最大拉伸阻力和最大拉伸比例等数据。

1.5 馒头的制作方法

馒头配方:每100 g小麦粉中,添加高活性干酵母0.6 g、水50 g及适量脂肪酶和单甘酯。

馒头制作参照刘丽娅等[5]方法并稍作修改:采用一次发酵法。空白对照组的馒头不含有脂肪酶、单甘酯,含脂肪酶或单甘酯的面团中,Lipopan Xtra BG质量分数为70、75、80、85、90 μg/g(以小麦粉干基计算),Lipopan 50 BG质量分数为50、55、60、65、70 μg/g,单甘酯质量分数为1、2、3、4、5 mg/g。将原料按需称取好后混合均匀于和面机快速搅拌15 min至面筋结构完全形成,静置5 min后将面团分割成80 g的剂子,整型、搓圆放入铺有纱布的蒸屉中,于醒发箱中醒发40 min,醒发温度为38 ℃,相对湿度80%。醒发完成的面团用冷水蒸制20 min,关火后等待3 min再揭盖取出馒头,冷却后待用。

1.6 馒头特性测定

1.6.1 馒头比容测定

馒头比容测定方法参照GB/T 21118—2007略作修改,蒸制好的馒头冷却1 h后,用保鲜膜包好称重,精确到0.1 g。采用小米置换法测量馒头体积,精确到5 mL。每组样品取3个平行,结果取平均值。馒头比容按公式计算:

比容(mL/g)=体积质量

1.6.2 馒头质构测定

蒸好的馒头在室温自然冷却1 h后,用切片机切成厚度为12.5 mm的均匀薄片,选取中间2片的固定位置进行测定。测试采用P/25型探头;测试前、中、后速率分别为:3.0、1.0、5.0mm/s;应力:40%;感应力:5 g;压缩2次,间隔时间为5 s。每组样品至少重复3次并取平均值。

1.6.3 馒头色度测定

蒸制好的馒头于室温下冷却1 h后,用切片机切成厚度为12.5 mm的均匀薄片,选取中间2片使用高精度分光测色仪测定色度。L(L=0 黑色)、a(-a=绿色,+a=红色)、b(-b=蓝色,+b=黄色)。每组样品平行测定3次,结果取平均值。

1.6.4 馒头感官评价

馒头蒸制好后于室温下冷却1 h后进行感官品质评价。评价方法参照GB/T 17320—2013和潘治利等[9]的评价方法及标准。感官评价实验在光线充足、柔和适宜,温度为25 ℃,空气新鲜的品评室中进行,挑选20名经过感官培训的评价员组成评价小组,经集体评价取平均值。

1.6.5 馒头内部纹理结构分析

参考Semin等[10]的研究方法并稍作修改。具体为:将馒头样品用切片机成厚度为12.5 mm的馒头片,并在旁设置一个3 cm长的标尺,用平板扫描仪一同进行扫描,每个样品4片馒头,设定分辨率为300 dpi,截取中心部位3 cm×3 cm大小,然后用Image J软件进行分析,设定可分辨直径范围为1 μm～100 mm,经软件分析可得气孔稠密度和表面积。

1.6.6 馒头储藏期硬度测定

将蒸制好的馒头用保鲜膜包好放置在4 ℃冰箱储藏,按照1.4.4的方法分别对储藏了6、24、48、72 h的馒头全质构进行测定。测定之前需提前将馒头从冰箱中取出,于室温中放置1 h使其回温。

1.6.7 馒头储藏期老化回生焓值测定

采用差示扫描量热仪(DSC)测定馒头储藏期间老化回生焓值的变化。将置于4 ℃储藏6、24、48、72 h的的样品取出冷冻干燥,磨粉后过100目筛,准确称取3 mg样品至铝制DSC坩埚,加入6 μL超纯水,盖上坩埚盖并压紧样品盒,4 ℃过夜平衡,使样品和水分混合均匀,同时以空坩埚为对照。测定参数设置:升温速率为10 ℃/min,温度扫描范围为20～90 ℃。

1.7 数据处理

采用SPSS 18.0软件进行单因素方差分析,数据以平均值±标准差表示,图形使用Origin 8.5软件绘制分析,表格中在同列或同行的数据上标带有不同字母即表示数据间有显著性差异(P<0.05)。

2 结果与分析

2.1 脂肪酶及单甘酯对粉质特性的影响

由表1可知,添加脂肪酶及单甘酯对中筋粉粉质特性的影响较为复杂。添加不同剂量的脂肪酶对吸水率均影响不大,基本保持不变或略有增大;而在小麦粉中添加不同剂量的单甘酯后吸水率变大,当添加3 mg/g单甘酯时吸水率达到最大值63.3%。面团形成时间主要与蛋白质含量有关,是反映面筋质量的一个重要标准[11]。添加不同剂量的3种改良剂后,面团形成时间增加,说明这些改良剂均具有强筋作用,尤其是添加4 mg/g单甘酯后面团形成时间提高了35.1%,而脂肪酶Lipopan Xtra BG的作用效果优于Lipopan 50 BG。面团稳定时间主要反映面团耐揉性,添加Lipopan Xtra BG脂肪酶对提升面团耐揉性效果显著,且随着添加量增大面团稳定性越高;单甘酯也有利于增强面团稳定性,但不同添加水平之间规律不明显;添加脂肪酶Lipopan 50 BG则使面团稳定性略有下降。从粉质质量指数来看,脂肪酶Lipopan Xtra BG对小麦粉粉质提升效果最好,最高可提升58.6%,其次为单甘酯,低含量Lipopan 50 BG脂肪酶反而会降低粉质质量指数。

表1 不同比例脂肪酶和单甘酯对粉质特性的影响

2.2 脂肪酶及单甘酯对面团拉伸特性的影响

脂肪酶和单甘酯对面团拉伸特性的影响结果见表2,3种改良剂对面团拉伸特性的影响差异不同。添加脂肪酶Lipopan Xtra BG和Lipopan 50BG后,面团的拉伸曲线面积、最大拉伸阻力均随添加量的增加而呈先增加后减小的趋势。其中,当Lipopan Xtra BG和 Lipopan 50 BG的质量分数分别为80、60 μg/g时,面团拉伸曲面面积分别增加了12.2%、8.1%。脂肪酶的添加明显提高了最大拉伸比例,但其值变化与添加量之间无明显规律。与对照组相比,脂肪酶的添加降低了面团延伸度,说明这种增强的面筋硬而脆[12]。结果说明适量脂肪酶有利于增强面团的面筋网络结构,这可能是因为在面团搅拌和醒发过程中,水解产物甘油二酯和甘油一酯能发挥乳化剂的功效,进而增强面筋的筋力[13];此外,不饱和脂质与空气或氧气接触会被氧化成过氧化物,进而氧化面团中的游离巯基(—SH),从而达到强化面团面筋的作用;也有报道指出,脂肪水解生成较多的极性脂和非极性脂,能够促进面筋网络的形成[14]。

表2 不同比例脂肪酶和单甘酯对面团拉伸特性的影响

2.3 脂肪酶及单甘酯对新鲜馒头比容的影响

由图1可见,添加不同剂量的脂肪酶及单甘酯后新鲜馒头比容都有一定提升。且随着添加量的增加,比容呈先上升后下降的趋势。当分别添加80 μg/g Lipopan Xtra BG脂肪酶、60 μg/g Lipopan 50 BG脂肪酶和4 mg/g单甘酯时新鲜馒头比容达到最大,分别为2.79、2.86、2.78 mL/g,相较于对照组比容分别增大了21.8%、24.9%和21.4%。这可能是因为脂肪酶强化了面筋网络结构,使其持气性增加、体积增大,但是脂肪的过度氧化会使面筋强度过大、面团僵硬而不利于面筋网络扩展,导致延展性和抗拉伸能力降低[15]。对比2种脂肪酶和单甘酯的作用效果,添加单甘酯效果比较稳定,但添加极少量的脂肪酶即可达到同等效果,如分别添加80 μg/g Xtra BG脂肪酶与4 mg/g单甘酯时其比容近似且略大,而脂肪酶的质量分数仅为单甘酯的2%。

注:图中不同字母表示存在显著差异(P<0.05)。余同。

2.4 脂肪酶及单甘酯对新鲜馒头质构的影响

本实验选取了硬度、咀嚼性和黏性来表征馒头的质构参数,不同剂量脂肪酶及单甘酯对馒头硬度、咀嚼性和黏性的影响见图2。添加2种脂肪酶和单甘酯后新鲜馒头的硬度有不同程度下降,其中单甘酯效果最优,Lipopan Xtra BG脂肪酶次之。其原因可能是改良剂增强面筋筋力和面团弹韧性,提高了面团发酵性能和醒发耐力,增大馒头体积,改善馒头内部组织结构,使内部组织更加均匀、细腻、松软,从而降低了馒头的硬度。2种脂肪酶的效果差异可能是由于二者对小麦粉中脂肪水解速率和水解产物的不同而造成的。对咀嚼性和黏性而言,咀嚼值越大表示馒头口感越硬,不柔软、缺乏弹性,馒头整体品质较差。而黏度越大则表示馒头会粘牙,不爽口。添加3种改良剂后,馒头的咀嚼性和黏性显著降低,说明馒头的口感得到改善,产品品质得以提升。与硬度指标相同的是,随着添加量的增大,馒头的咀嚼性和黏性值也呈现了一定的增大趋势。因此,单甘酯的改善作用最佳,Lipopan Xtra BG的添加效果虽稍逊于单甘酯,但趋势变化较小,稳定性相对更好,而Lipopan 50 BG作用效果则不如另外2种改良剂。

注:图2中横坐标0～5组分别表示Lipopan Xtra BG添加量为0、70、75、80、85、90 μg/g,Lipopan 50BG 添加量为0、50、55、60、65、70 μg/g,单甘酯添加量为0、1、2、3、4、5 mg/g;图中不同字母表示存在显著差异(P<0.05)。图5同。

2.5 脂肪酶及单甘酯对馒头老化的影响

如图3所示,Lipopan Xtra BG、Lipopan 50 BG和单甘酯都能够在某种程度上降低馒头芯在储藏期间的硬度,延长产品货架期。这可能是因为脂肪酶通过水解内源性脂质生成为甘油二酯、甘油一酯,在面团揉和过程中形成微小粒子而插入到淀粉粒间,覆盖到淀粉颗粒表面,从而有效阻止淀粉粒子之间的重结晶,进而起到了抗老化作用[16]。而单甘酯主要通过影响淀粉性质来延缓馒头的硬化,它一方面在糊化过程中与淀粉分子络合,提高了糊化温度,抑制了淀粉颗粒膨胀,减弱了淀粉颗粒与面筋蛋白之间的相互作用;另一方面延缓了支链淀粉在储存过程中的回生[17]。图4所示老化焓值随着脂肪酶或者单甘脂添加量增加呈现降低趋势,即这3种改良剂均可延缓支链淀粉的重结晶,这与推测相符。

图3 不同剂量脂肪酶及单甘酯对馒头储藏期硬度的影响

图4 不同剂量脂肪酶及单甘酯对馒头储藏期淀粉回生焓的影响

比较这3种改良剂,Lipopan Xtra BG与单甘酯的作用效果相近,抗老化效果也较好;而Lipopan 50 BG抗老化效果相对较弱,其添加量过大时,虽然其淀粉回生焓值降低,但其馒头硬度增大。其中当 Lipopan Xtra BG、Lipopan 50 BG和单甘酯的质量分数分别为80、60、4 mg/g时,抗老化综合效果最好,这也与其比容最佳添加量是一致的。

2.6 脂肪酶及单甘酯对馒头内部结构的影响

馒头内部结构分析结果见表3。其中气孔稠密度是每单位面积上气孔平均个数,气孔表面积分率是气孔总表面积和图像面积的比值,这些数据在一定程度上能够反映馒头芯气孔的持气率和稳定性,进而体现馒头品质[18, 19]。随着脂肪酶Lipopan Xtra BG、Lipopan 50 BG和单甘酯添加量的增加,3组馒头芯的AF、CD值呈先上升后下降的趋势,且均优于空白对照组。其中当脂肪酶Lipopan Xtra BG、Lipopan 50 BG 和单甘酯的质量分数分别为80、60 μg/g和4 mg/g时,气孔稠密度最大,AF值也最大,且相应地AS最小,这说明3种改良剂在馒头制作过程中能够使其内部组织结构细腻,从而提高产品品质。其原因可能是脂肪酶或单甘酯能够改善脂质与蛋白质的连接作用,增强了面筋强度,使气孔界面很难断裂,增强了面团持气性;同时,脂肪酶通过催化产生甘油一酯等脂类物质,分解产物起到乳化作用,从而使馒头芯气孔分布更加均匀、细腻。

表3 不同比例脂肪酶和单甘酯对馒头芯气孔的影响

2.7 脂肪酶及单甘酯对馒头色度的影响

由表4可知,脂肪酶和单甘酯增加了馒头白度(L值),3种改良剂按白度提升效果由大到小依次为:Lipopan Xtra BG、Lipopan 50 BG、单甘酯。其中,脂肪酶 Lipopan Xtra BG、Lipopan 50 BG及单甘酯对白度影响最优时质量分数分别为80、60 μg/g和4 mg/g,馒头L值分别提高了6.11%、4.78%、1.56%;而2种脂肪酶只有在低添加量时才对b值起到显著提升作用。脂肪酶起到增白作用一方面可能是因为脂肪酶和脂肪氧合酶的协同作用破坏了胡萝卜素的双键结构,从而使馒头增白[20];另一方面可能是脂肪酶与小麦粉中的脂肪过氧化物酶生成不饱和脂肪酸实现小麦粉漂泊的作用[21]。而增白幅度较小可能是面团或馒头在放置过程中存在褐变,从而抵消了一部分增白作用。

表4 不同比例脂肪酶和单甘酯对馒头色度的影响

2.8 脂肪酶及单甘酯对馒头感官的影响

不同剂量脂肪酶和单甘酯对馒头感官总评分的影响见图5,随着添加量的增大,3组实验的感官总评分呈先上升后下降的趋势,这与馒头比容的变化趋势呈现一致性。其中,当Lipopan Xtra BG、Lipopan 50 BG和单甘酯质量分数分别为80、60 μg/g和4 mg/g时感官总评分最高,与空白组相比 评分分别提高了30.1%、22.6%和21.0%。2种脂肪酶对馒头感官总评分影响差别不大,而单甘酯组馒头最高总评分低于脂肪酶组,但其添加效果比较稳定性,尤其是在较高添加量时,馒头总评波动幅度小于脂肪酶组。

图5 不同剂量脂肪酶及单甘酯对馒头感官品质的影响

3 结论

研究脂肪酶Lipopan Xtra BG、Lipopan50 BG和单甘酯对馒头品质的影响,并以粉质特性和面团拉伸特性为指标初步探究了脂肪酶的作用机理。结果表明:适量添加这3种改良剂均能增大馒头比容,降低馒头硬度,增强其表明光泽度及感官性能,使内部组织结构细腻均匀,延缓馒头老化,延长产品的货架期。其中,脂肪酶Lipopan Xtra BG、Lipopan 50 BG和单甘酯最适添加量分别为80、60 μg/g和4 mg/g。Lipopan Xtra BG对新鲜馒头品质改善的效果最佳,其次为单甘酯和Lipopan 50 BG。此外,Lipopan Xtra BG添加量远低于单甘酯,因而也具有较好的应用前景。脂肪酶Lipopan Xtra BG和Lipopan 50 BG能够提升小麦粉品质,增加馒头白度,还可以增强面团筋力,改善其粉质及拉伸特性,增加面团的耐发酵性和持气性,从而改善馒头质构,进而多方面改善馒头的品质。