表1 木聚糖酶对面粉粉质特性的影响
Table 1 Effect oof xylanase level on farinograph characteristics of wheat flour
注：同列小写字母不同表示差异显著（P＜0.05）。表2同。
王显伦1,2，任顺成2，潘思轶1,*，曹丽萍3
（1.华中农业大学食品科学技术学院，湖北 武汉 403070；2.河南工业大学粮油食品学院，河南 郑州 450001；3.河南省浚县粮食局，河南 鹤壁 456250）
摘 要：研究不同添加量的木聚糖酶对面粉粉质拉伸 特性、面团流变学特性和热力学特性的影响，结果表明：随着木聚糖酶含量的增加，面粉的吸水率、形成时间、稳定时间降低。随着木聚糖酶的 加入，面团的延展性显著提高，但抗拉伸阻力显著下降。在频率变化过程中，木聚糖酶可使面团的弹性模量和黏性模量降低，损耗正切角tanδ增大。随着温度上 升，面团的弹性模量先降低再显著升高，而tanδ不断下降。热力学分析表明，木聚糖酶使面筋蛋白强度和耐操作性均下降。
关键词：木聚糖酶；面团；流变学特性；热力学特性
木聚糖酶是一类以内切方式降解木聚糖分子中木糖苷键的酶类，主要来源于真菌和细菌，采用液体深层发酵、超滤及喷雾干燥等工艺可制得木聚糖酶[1-4]。木聚糖酶在面包等西式面制品中已有应用，它能改善面包芯的硬度、增大比容、延长货架期等[5-8]。对馒头等中式面制品的研究表明，木聚糖酶能显著提高馒头色泽L*值、降低失水率、强化面筋网络结构、生成胶状物，提高馒头的机械加工性能以及延缓老化等[9-13]。
面团是加工面制品的基础，面团的特性关系到最终产品的质量。本实验通过应用粉质仪和拉伸仪从宏观层面上研究面团的流变学特性，运用动态流变仪探讨面团在分子结构上的流变学特性，使用酶流变发酵仪研究因混合搅打和热作用引起的面团热力学特性的变化，揭示木聚糖酶对面团品质的影响，从而为木聚糖酶在面制品中的应用提供理论基础。
1.1 材料
特一粉 郑州金苑面业有限公司；木聚糖酶（型号191，酶活力1 750U/g） 德国AB酶 制剂公司；高活性干酵母 安琪酵母股份有限公司。
1.2 仪器与设备
OHG1800粉质仪 德国Brabender公司；AR-100流变仪 英国TA Instrument公司；Mixolab酶流变分析仪 法国Chopin公司；DSC204型差示量热扫描仪德国Netzsch公司。
1.3 方法
1.3.1 面粉粉质拉伸特性的测定
将木聚糖酶按一定比例添加到面粉中，充分混匀，粉质和拉伸特性分别按照GB/T 14614—2006《小麦粉 面团的物理特性 吸水量和流变学特性的测定 粉质仪法》和GB/T 14615—2006《小麦粉 面团的物理特性 流变学特性的测定 拉伸仪法》方法测定。结果取3 次实验的平均值。
1.3.2 面团的制作
面粉100 g、酵母1 g、水48 g，分别加入 0、50、100、150 mg/kg的木聚糖酶，先低速和面5 min，再高速和面3 min，室温静置15 min后面团成型，分别测定面团的动态流变学特性和热力学特性。
1.3.3 面团动态流变学特性的测定
采用振荡模式下的频率扫描和温度扫描研究不同木聚糖酶添加量对面团流变学的影响。频率扫描测定过程为：取和好的面团放置平板上，平板直径40 mm，夹缝间距为1 mm，刮去多余面团。频率扫描参数：应变0.5%，频率0.1～40 Hz，温度25 ℃。温度扫描测定过程为：取和好的面团放在平板上，平板直径25 mm，夹缝间距1.5 mm，静置2 min，刮掉多余部分。温度扫描参数：应变0.5%，频率1 Hz，升温30～90 ℃，升温速率3 ℃/min。
1.3.4 面团热力学特性的测定
采用酶流变发酵仪研究面团的热力学特性。测试初始温度30 ℃，保温8 min，然后以4 ℃/min的速率升温至50 ℃，保温8 min，再以4 ℃/min的速率升温至90℃。搅拌速率80 r/min。每个样品重复两次操作。
2.1 木聚糖酶对面粉粉质特性的影响
表1 木聚糖酶对面粉粉质特性的影响
Table 1 Effect oof xylanase level on farinograph characteristics of wheat flour
注：同列小写字母不同表示差异显著（P＜0.05）。表2同。
由表1可知，随着木聚糖酶的加入，面粉的吸水率、形成时间、稳定时间的最大降幅分别为7.89%、29.41%、 69.09%，弱化度的最大增幅为33.89%，说明木聚糖酶的加入在一定程度上劣化了面团品质。这是因为木聚糖酶的加入导致水不溶性木聚糖的降解，从而使面粉的持水能力降低，面团变软、吸水率下降、形成时间缩短[14-15]。
2.2 木聚糖酶对面团拉伸特性的影响
表2 木聚糖酶对面团拉伸特性的影响
Table 2 Effect of xxylanase level on tensile properties of wheat flour
注：E为延伸度；Rm为拉伸阻力；A为拉伸曲线面积。下同。
由表2可知，木聚糖酶的加入显著提高了面团的延展度，而使面团的抗拉伸阻力显著下降。这可能是因为水不溶性木聚糖与面筋网络竞争吸水，并能与蛋白质形成网络结构，导致面筋产率低、面团变硬。木聚糖酶的加入将水不溶性木聚糖降解为水溶性木聚糖，而水不溶性木聚糖所结合的水转移到面筋网络中，使面团弹性下降，延展性增强[16-17]。
2.3 频率变化过程中木聚糖酶对面团动态流变学特性的影响
图1 频率变化过程中木聚糖酶对面团弹性模量G’的影响
Fig.1 Effect of xylanase level on dough elasticity modulus (G’) as a function of frequency
图2 频率变化过程中木聚糖酶对面团黏性模量G’的影响
Fig.2 Effect of xylanase level one dough elasticity modulus (G’) as a function of frequency
图3 频率变化过程中木聚糖酶对面团损耗正切角tanδ的影响
Fig.3 Effect of xylanase level on dough loss tangent angle (tanδ) as a function of frequency
在频率变化过程中，木聚糖酶对面团弹性模量G’、黏性模量G’、损耗正切角tanδ的影响如图1～3所示。与未添加木聚糖酶的面团相比，添加木聚糖酶的面团G’、G’’均降低，tanδ增大，说明木聚糖的降解使面团中高分子聚合物数量减少。面粉中的水溶性木聚糖能改善面团品质，而水不溶性木聚糖氧化交联形成凝胶，与面筋网络竞争吸水，使面筋失水，面团变软。木聚糖酶通过降解水不溶性木聚糖生成小分子的水溶性木聚糖，能提高面筋网络的持气能力、改变和控制水分的分布情况、改善面筋网络结构，使淀粉、脂肪球等更均匀地分布在面筋中[18-19]。
2.4 升温过程中木聚糖酶对面团动态流变学特性的影响
图4 温度变化过程中木聚糖酶对面团弹性模量G’的影响
Fig.4 Effect of xylanase level on dough elasticity modulus (G’) as a function of temperature
图5 温度变化过程中木聚糖酶对面团损耗正切角tanδ的影响
Fig.5 Effect of xylanase level on dough loss tangent angle (tanδ) as a function of temperature
温度扫描反映的是黏弹性材料动态流变学参数的温度变化规律。由图4可知，在30～48 ℃范围内，随着温度的上升，弹性模量G’缓慢下降；从48 ℃开始，G’开始上升，到72 ℃时达到最大值。G’的增加说明了淀粉的糊化和蛋白质的热变性，开始糊化的淀粉颗粒从面筋内部吸水膨胀，固定在面筋网络结构中。由于淀粉糊化所需要的水是从面筋蛋白网络所吸收的水分转移而来，致使面筋在逐步失水状态下，网络结构变得更具有弹性和黏性[20-21]。当温度高于72 ℃时，面团弹性模量开始下降，面团网络已因淀粉糊化和蛋白热变性而形成，此时的面团结构更柔软。由图5可知，tanδ随着温度的升高而下降，在57～72 ℃范围内，tanδ急剧下降，这是由于淀粉的凝胶化作用所致[22]。木聚糖酶显著提高了淀粉凝胶化的起始温度，从而使更多的水分转向面筋网络，增加了面团的柔软度。
2.5 木聚糖酶对面团热力学特性的影响
表3 木聚糖酶对面团中蛋白组分热力学特性的影响
Table 3 Effect of xylanase level on thermal mechanical properties of protein components in dough
注：同行小写字母不同表示差异显著（P＜0.05）。C1为最大扭矩；α为蛋白质随温度稳步上升发生弱化的速率。
由表3可知，木聚糖酶使面团的吸水率显著降低。这是因为木聚糖酶将吸水率很高的水不溶性木聚糖降解为水溶性木聚糖，导致面团吸水率降低[23-24]。面团形成时间和稳定时间的下降说明木聚糖酶在面粉混合过程中迅速发挥作用，生成大量的水溶性木聚糖，使面筋竞争吸水作用增强，面团成形快，由于水分从木聚糖凝胶中转移到面筋网络中导致面团变弱，稳定时间下降。面筋蛋白质弱化度（C1－C2）出现一定程度的上升，但差异并不显著，说明面筋蛋白强度和耐操作性有所下降，这可能是水溶性木聚糖的分子和面筋蛋白间的交联作用下降造成的。C2反映蛋白质的弱化程度，与α反映的弱化速率变化一致。
通过对面粉的粉质特性、面团的拉伸特性和流变学特性、热力学特性的研究发现，适量的木聚糖酶对面团的品质具有很好的改善作用。和未添加木聚糖酶相比，木聚糖酶的加入使面团的吸水率、形成时间和稳定时间降低、弱化度增加、面团的弹性下降但延展性增强；面团的G’、G’均降低而tanδ增大。此外，木聚糖酶显著提高了淀粉凝胶化的起始温度，使更多的水分转向面筋网络，增加了面团的柔软度。同时，木聚糖酶能减弱木聚糖和蛋白质间的交联作用，使面筋强度下降，有利于淀粉吸水糊化。
参考文献：
[1]BUKSA K, ZIOBRO R, NOWOTNA A, et al. Isolation, modification and characterization of soluble arabinoxylan fractions from rye grain[J]. European Food Research and Technology, 2012, 235(3): 385-395.
[2]徐君飞, 顾佳佳, 刘正初, 等. 木聚糖酶酶活测定条件的优化[J]. 农产品加工: 学刊, 2007(7): 7-10.
[3]王晓丹, 郭丽琼, 赵力超, 等. 木聚糖酶酶活性测定方法及酶活性单位定义[J]. 食品与发酵工业, 2009, 35(9): 128-131.
[4]江正强. 微生物木聚糖酶的生产及其在食品工业中应用的研究进展[J]. 中国食品学报, 2005, 5(1): 1-9.
[5]李秀婷, 李里特, 江正强, 等. 耐热木聚糖酶对面包老化作用探讨[J].食品与发酵工业, 2006, 32(1): 23-27.
[6]COURTIN C M, DELCOUR J A. Arabinoxylans and endoxylanases in wheat flour bread-making[J]. Journal of Cereal Science, 2002, 35(3): 225-243.
[7]陈海华, 李国强. 木聚糖酶对面粉糊化特性和面包品质的影响[J].粮油食品科技, 2010, 18(1): 10-12.
[8]SHAH A R, SHAH R K, MADAMWAR D. Improvement of the quality of whole wheat bread by supplementation of xylanase from Aspergillus foetidus[J]. Bioresource Technology, 2006, 97(16): 2047-2053.
[9]任顺成, 李绍虹, 范永超, 等. 酶制剂对冷冻面团品质影响的研究[J].粮食科技与经济, 2010, 35(2): 49-53.
[10]温纪平, 林江涛, 王晓曦, 等. 酶制剂对面团流变学特性及面食品制作品质的影响[J]. 食品科技, 2003, 28(4): 44-46.
[11]王春霞, 周国燕, 胡晓亮, 等. 馒头的老化机理及延缓老化方法的研究进展[J]. 食品科学, 2012, 33(11): 328-332.
[12]赵仁勇, 王金水, 崔剑锋. 馒头老化指标的初步研究[J]. 中国粮油学报, 2002, 17(5): 14-17.
[13]王金水, 司学艺, 崔剑锋. 酶制剂抗馒头老化效果研究[J]. 粮油食品科技, 2004, 12(12): 4-7.
[14]CAMACHO N A, AGUILAR G. Production, purification, and characterization of a low-molecular-mass xylanase from Aspergillus sp. and its application in baking[J]. Applied Biochemistry and Biotechnology, 2003, 104(3): 159-171.
[15]李里特, 李秀婷, 江正强, 等. 嗜热真菌耐热木聚糖酶对面包品质的改善[J]. 中国粮油学报, 2004, 19(5): 11-15.
[16]COURTIN C W, DELCOUR J A. Arabinoxylans and endoxylanases in wheat flour bread-making[J]. Journal of Cereal Science, 2002, 35(3): 225-243.
[17]丁雁鑫, 苏东民, 苏东海. 应用NMR和MRI技术研究木聚糖酶对面团发酵特性的影响[J]. 河南工业大学学报: 自然科学版, 2013, 34(5): 11-15.
[18]邹奇波, 袁永利, 黄卫宁. 食品添加剂对面团动态流变学及冷冻面团烘焙特性的影响研究[J]. 食品科学, 2006, 27(11): 35-40.
[19]JIANG Zhengqiang, LI Xiuting, YANG Shaoqing, et al. Improvement of the breadmaking quality of wheat flour by the hyperthermophilic xylanase B from Thermoto ga maritima[J]. Food Research International, 2005, 38(1): 37-43.
[20]DREESE P C, FAUBION J M, HOSENEY R C. Dynamic rheological properties of flour, gluten, and gluten-starch doughs. Ⅰ. Temperaturedependent changes during heating[J]. Cereal Chemistry, 1988, 65(4): 348-353.
[21]苏东民, 丁雁鑫, 苏东海. 不同木聚糖酶对小麦面团流变性质的影响[J]. 中国农学通报, 2013, 29(12): 206-211.
[22]马福敏. 阿拉伯木聚糖的功能性质及其应用[D]. 无锡: 江南大学, 2009: 74-77.
[23]朱运平, 李秀婷, 宋焕禄, 等. 娄彻氏链霉菌S. rochei L10904产木聚糖酶对馒头品质的影响[J]. 食品科学, 2012, 33(3): 174-178.
[24]王石峰, 林孔亮, 秦晓培, 等. 一株嗜热菌产耐热木聚糖酶对馒头品质和保质期的影响[J]. 食品科学, 2011, 32(11): 137-140.
WANG Xianlun1,2, REN Shuncheng2, PAN Siyi1,*, CAO Liping3
(1. College of Food Science and Technology, Huazhong Agricultural University, Wuhan 403070, China; 2. College of Grain, Oil and Food Science, Henan University of Technology, Zhengzhou 450001, China; 3. Xunxian Grain Bureau, Hebi 456250, China)
Abstract: Effect of xylanase on farinograph and tensile properties of flour, and rheological properties and thermal mechanical properties of dough was studied. The results showed that flour water absorption rate, and dough development time and stability time were reduced with increasing content of xylanase. Addition of xylanase significantly improved dough extensibility, but significantly decreased tensile resistance. Under varying frequency conditions, xylanase decreased elastic modulus of dough, and increased loss tangent tanδ. As temperature increased, the elastic modulus of dough decreased firstly and then significantly increased, while tanδ decreased. The thermomechanical analysis showed that xylanase could decrease the strength and resistance of gluten.
Key words: xylanase; dough; rheological properties; thermal properties
doi:10.7506/spkx1002-6630-201507005
中图分类号：TS213.2
文献标志码：A
文章编号：1002-6630（2015）07-0026-04
*通信作者：潘思轶（1965—），男，教授，博士，主要从事食品生物技术研究。E-mail：pansiyi@mail.hzau.edu.cn
作者简介：王显伦（1963—），男，教授，博士，主要从事面食品品质研究。E-mail：wangxianlun1001@163.com
基金项目：“十一五”国家科技支撑计划项目（2007BAD74B02）
收稿日期：2014-11-12