姚曉丹YAO Xiao-dan 徐學(xué)明,2 -,2 吳鳳鳳 - 周 星

(1. 江南大學(xué)食品學(xué)院，江蘇 無錫 214122；2. 江南大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)國家重點實驗室，江蘇 無錫 214122)

韌性餅干的糖油含量約占面粉量的40%，產(chǎn)品形狀多樣，表面平整光滑，口感較松脆、耐咀嚼。由于中國使用的低筋粉筋力較強(qiáng)，易使餅干變形，口感堅硬，高品質(zhì)的餅干通常難以制作[1]，因此餅干企業(yè)會在加工過程中使用焦亞硫酸鈉(SMS)、半胱氨酸(CYS)和蛋白酶等添加劑弱化面筋，改善餅干品質(zhì)[2]。焦亞硫酸鈉與半胱氨酸具有還原性，在餅干中的應(yīng)用已有較長歷史，兩者都存在明顯缺陷。焦亞硫酸鈉會破壞餅干中的B族維生素，抑制褐變反應(yīng)，使得產(chǎn)品顏色發(fā)白影響美觀。此外，焦亞硫酸鈉還存在健康隱患，研究[2]發(fā)現(xiàn)焦亞硫酸鈉會誘發(fā)人體哮喘、過敏反應(yīng)且殘留的SO2與癌癥的發(fā)生有相關(guān)性。而半胱氨酸相比焦亞硫酸鈉，雖然沒有副作用，但價格昂貴，會大幅提高企業(yè)成本。酶制劑相比前兩者，價格適中，無副作用，符合市場清潔標(biāo)簽的健康趨勢，具有明顯優(yōu)勢。

關(guān)于酶制劑在餅干中的應(yīng)用研究已有多年歷史，Kara等[3]曾發(fā)現(xiàn)蛋白酶可以提高曲奇餅干的延展性，減小其密度。陸曉濱等[4]發(fā)現(xiàn)中性蛋白酶可以降低韌性餅干的斷裂率。但目前針對不同酶制劑對餅干品質(zhì)影響的對比研究以及機(jī)理探究較少。毛永甫等[5]曾探究過菠蘿蛋白酶與SMS對韌性面團(tuán)的作用差異，發(fā)現(xiàn)蛋白酶在提升餅干的膨松度及折損強(qiáng)度方面的效果更優(yōu)于焦亞硫酸鈉，但未對菠蘿蛋白酶與SMS改善餅干品質(zhì)的機(jī)理進(jìn)行比較研究。本試驗擬研究不同蛋白酶與SMS、CYS對餅干品質(zhì)的影響差異，并通過測定面團(tuán)流變特性、面筋蛋白分子量分布探究蛋白酶與化學(xué)添加劑改善餅干品質(zhì)的機(jī)理，為酶制劑的應(yīng)用推廣提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

低筋粉：益海嘉里有限責(zé)任公司公司；

大豆油、綿白糖：無錫歐尚超市；

木瓜蛋白酶：2 600 U/mg，重慶驕王天然產(chǎn)物股份有限公司；

菠蘿蛋白酶：240 U/mg，重慶驕王天然產(chǎn)物股份有限公司；

中性蛋白酶Neutrase 1.5 MG：150 U/mg，諾維信中國生物技術(shù)有限公司公司；

焦亞硫酸鈉：博宇化工有限公司；

半胱氨酸：廣州恩軒朗邦化工有限公司；

十二烷基硫酸鈉(SDS)、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉：分析純，國藥化學(xué)試劑上海有限公司。

1.1.2 主要儀器設(shè)備

壓面機(jī)：JMTD168型，北京東孚久恒儀器技術(shù)公司；

物性分析儀：TA.XTPlus型，英國SMS公司；

烤箱：BOD-102型，新麥機(jī)械(無錫)有限公司；

流變儀：DHR-3型，美國沃特世公司；

高效液相色譜儀：LC-20AT型，日本島津公司。

1.2 方法

1.2.1 餅干配方與制作方法

(1) 餅干配方：餅干配料見表1。

表1 餅干配料表Table 1 Biscuits’ Ingredients list g

(2) 餅干制作方法：稱取適量豆油、綿白糖、食鹽、小蘇打、碳酸氫銨、蛋白酶或化學(xué)添加劑(以粉基計)加入50 ℃溫水中，攪拌至完全溶解，加入面粉，和面1～2 min至揉勻成團(tuán)，靜置30 min。依次調(diào)節(jié)延壓距離輥至4，3，2 mm，將面團(tuán)壓至2 mm的面片，壓模，放入烤箱烘烤10 min?？鞠錅囟葹樯匣?00 ℃，下火190 ℃。

1.2.2 酶處理小麥粉的制備 分別稱取20 mg蛋白酶或化學(xué)添加劑至50 ℃的40 mL水中，混合均勻，再加入100 g 面粉，揉成面團(tuán)，靜置30 min后，冷凍干燥，磨成粉過100目篩備用。

1.2.3 餅干中二氧化硫殘留量的測定 按GB 5009.34—2016《食品中二氧化硫的測定》中第一法執(zhí)行。

1.2.4 餅干特性的測定

(1) 餅干比容的測定：根據(jù)李娟[6]的方法修改如下，將餅干冷卻至室溫后，整齊疊加5片餅干，利用游標(biāo)卡尺對高度、寬度、長度進(jìn)行測量，測量3次取平均值，測出其體積。按式(1)計算比容。

(1)

式中：

SV——比容，cm3/g；

V——體積，cm3；

M——質(zhì)量，g。

(2) 餅干質(zhì)構(gòu)的測定：根據(jù)賈瑜[7]的方法修改如下，將餅干冷卻至室溫后，用質(zhì)構(gòu)儀測定餅干硬度、脆性、酥性的變化。測定條件：TA探頭型號P/2；測試前、中、后速率分別為5.00，2.00，5.00 mm/s；感應(yīng)力5 g。每個樣品至少重復(fù)3次取平均值。

1.2.5 餅干色度的測定 餅干烤制后在室溫下冷卻2 h，使用高精度分光測色儀測定。測定光源D65，色空間選用L*、a*、b*。每個樣品平行測定3次，結(jié)果取平均值。

1.2.6 面團(tuán)流變特性的測定 分別取不同酶處理的面粉加水揉成面團(tuán)備用。測試條件：探頭為P20 mm；板間距2 mm；應(yīng)變0.1%；掃描頻率0.1～10.0 Hz。

1.2.7 小麥粉溶劑保留率(Solvent Retention Capacity, SRC)的測定 按AACCI(56-11.02，2010)執(zhí)行。

1.2.8 面筋蛋白分子量分布測定 取10 mg凍干面團(tuán)樣品溶于1 mL 2% SDS的PBS緩沖液(0.05 mol/L，pH 6.8)中，萃取3 h后離心(5 000×g，4 ℃，5 min)取上清液。色譜條件：分析柱為Shodex Protein KW-804，流動相為0.2% SDS的PBS緩沖液。上樣量20 μL，柱溫30 ℃，流速0.7 mL/min，檢測器為紫外檢測器，檢測波長214 nm[8]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

差異顯著性分析用SPSS 18.0軟件，圖形使用Origin 8.5軟件分析，顯著性分析取P<0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 蛋白酶對韌性餅干比容的影響

比容是評價餅干品質(zhì)的重要指標(biāo)。比容大，質(zhì)地疏松，內(nèi)部氣孔分布均勻是優(yōu)質(zhì)餅干的主要特征。由表2可知，隨著添加量的增加，各組餅干的比容都呈增大趨勢。在SMS與CYS對照組中，添加150 mg/kg SMS組的餅干比容值最大，相比空白組提高了32.5%。與化學(xué)添加劑的對照組相比，添加50 mg/kg的木瓜蛋白酶后，餅干比容即可達(dá)到2.22，相比空白提高了48.2%，超過添加SMS與CYS組的最大值。而在菠蘿蛋白酶組中，當(dāng)添加量為250 mg/kg時，比容值不再發(fā)生明顯變化，為2.28，小于木瓜蛋白酶組，但優(yōu)于化學(xué)添加劑的對照組。中性蛋白酶組的比容在350 mg/kg 添加量以前小于SMS組與CYS組，當(dāng)添加量達(dá)到350 mg/kg 時，比容增大至2.20且大于SMS與CYS組。木瓜蛋白酶對于餅干比容的提升效果最明顯，達(dá)到與化學(xué)添加劑組相同比容時所需劑量更小，僅為SMS的1/3?；赟MS在餅干中的添加量存在限制，根據(jù)方法1.2.3測定餅干中的SO2殘留量發(fā)現(xiàn)，SMS添加量為350 mg/kg時，餅干中SO2殘留量超過GB 2760—2014《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)》的限定值，但為了探究酶制劑改良餅干的最佳添加量，仍保留350 mg/kg 的SMS對照組，此劑量僅為試驗參考所需。

表2 蛋白酶和化學(xué)添加劑劑量對餅干比容的影響?Table 2 Effect of protease and chemical additives on specific volume with different dosages respectively

? SMS表示添加焦亞硫酸鈉的韌性餅干；CYS表示添加半胱氨酸的韌性餅干；PAP表示添加木瓜蛋白酶的韌性餅干；BRP表示添加菠蘿蛋白酶的韌性餅干；NEP表示添加中性蛋白酶的韌性餅干；同列不同字母表示組間存在顯著性差異(P<0.05)。

2.2 蛋白酶對韌性餅干質(zhì)構(gòu)的影響

餅干烘烤受熱時，添加的碳酸氫銨、小蘇打會受熱分解產(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w，面筋形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能夠包裹這些氣體，使得餅干體積增大，高度增高[9]。然而面粉的筋力過強(qiáng)會導(dǎo)致面團(tuán)過于緊實，限制餅干的膨脹，造成餅干體積過小，口感硬實。高品質(zhì)的韌性餅干應(yīng)具有較小的硬度以及酥松的口感[10]。選取硬度、脆性和酥性來表征餅干的質(zhì)構(gòu)參數(shù)[7]。不同劑量蛋白酶對餅干質(zhì)構(gòu)的影響見圖1。圖1表明，添加3種蛋白酶與化學(xué)添加劑后，隨著劑量的增加，餅干的硬度和脆性都呈明顯下降趨勢。一般來說，餅干的硬度越低，脆性越低，兩者具有相關(guān)性[7]。當(dāng)添加量相同時，5組餅干的硬度從小到大分別是：PAP組

BC表示空白對照的韌性餅干；SMS表示添加焦亞硫酸鈉的韌性餅干；CYS表示添加半胱氨酸的韌性餅干；PAP表示添加木瓜蛋白酶的韌性餅干；BRP表示添加菠蘿蛋白酶的韌性餅干；NEP表示添加中性蛋白酶的韌性餅干

圖1 蛋白酶和化學(xué)添加劑劑量對餅干質(zhì)構(gòu)的影響

Figure 1 Effect of protease and chemical additives on texture with different dosages respectively

2.3 蛋白酶對餅干色度的影響

表3是蛋白酶與化學(xué)添加劑對餅干色度的影響，L為亮度(0為黑色，100為白色)，+a*為紅，-a*為綠，+b*為黃，-b*為藍(lán)[11]。在試驗所用添加量下，添加SMS后餅干的亮度與空白樣品無明顯差異。添加200 mg/kg NEP的亮度略高于其他試驗組。蛋白酶對餅干的紅綠值沒有明顯影響。添加了酶制劑與化學(xué)添加劑后，餅干的黃度都出現(xiàn)略微下降，添加BRP的試驗組黃度下降最多。總體上看，蛋白酶對餅干顏色的影響較小。

表3 蛋白酶與化學(xué)添加劑對餅干色度的影響?Table 3 Effect of protease and chemical additives on chroma of cookies

? BC表示空白對照的韌性餅干；SMS表示添加焦亞硫酸鈉的韌性餅干；CYS表示添加半胱氨酸的韌性餅干；PAP表示添加木瓜蛋白酶的韌性餅干；BRP表示添加菠蘿蛋白酶的韌性餅干；NEP表示添加中性蛋白酶的韌性餅干；同列不同字母表示組間存在顯著性差異(P<0.05)。

2.4 蛋白酶對面團(tuán)流變特性的影響

面團(tuán)的流變性能可在一定程度上決定產(chǎn)品的最終品質(zhì)[12]。圖2、3描述了添加不同蛋白酶和化學(xué)添加劑后面團(tuán)的G＇和G″隨振蕩頻率變化關(guān)系圖。貯能模量(G＇)和損耗模量(G″)為流變儀的2個主要參數(shù)值。G＇是指儲存在物質(zhì)中的或經(jīng)過一個震動周期的正弦形變后所恢復(fù)的能量，它代表物質(zhì)的彈性本質(zhì)。面團(tuán)流變試驗結(jié)果表明，添加了3種蛋白酶后面團(tuán)的G＇出現(xiàn)明顯下降，說明面團(tuán)的彈性減小，面筋筋力弱化。而5組曲線中，添加PAP的面團(tuán)值G＇最小，說明其弱化的程度最大。面團(tuán)的筋力是影響餅干品質(zhì)的重要因素，在一定范圍內(nèi)，面團(tuán)的筋力越小，對應(yīng)餅干的比容越大，硬度和脆性越小，酥性越大，所得餅干的品質(zhì)越好。Lefebvre等[13]認(rèn)為面團(tuán)的彈性與面筋蛋白中谷蛋白聚合體的含量存在正相關(guān)性，聚合度越高的谷蛋白其G＇也越高。添加蛋白酶后面團(tuán)G＇值下降,說明面團(tuán)中的谷蛋白聚合體含量下降。G″是指每個周期的正弦形變所消耗或損失的能量，它代表的是物質(zhì)的黏性本質(zhì)，故也稱黏性模量。G＇>G″，物體表現(xiàn)為固體性質(zhì)；G＇

BC表示空白對照的韌性餅干；SMS表示添加焦亞硫酸鈉的韌性餅干；CYS表示添加半胱氨酸的韌性餅干；PAP表示添加木瓜蛋白酶的韌性餅干；BRP表示添加菠蘿蛋白酶的韌性餅干；NEP表示添加中性蛋白酶的韌性餅干

圖2 不同添加劑對面團(tuán)G＇值的影響

Figure 2 Effect of different additives onG＇ in dough rheological properties

BC表示空白對照的韌性餅干；SMS表示添加焦亞硫酸鈉的韌性餅干；CYS表示添加半胱氨酸的韌性餅干；PAP表示添加木瓜蛋白酶的韌性餅干；BRP表示添加菠蘿蛋白酶的韌性餅干；NEP表示添加中性蛋白酶的韌性餅干

圖3 不同添加劑對面團(tuán)G″值的影響

Figure 3 Effect of different additives onG″ in dough rheological properties

2.5 蛋白酶對小麥粉溶劑保留率(SRC)的影響

SRC值是指面粉的溶劑保留率，通過測定SRC值，可以有效地預(yù)測面粉的流變特性和產(chǎn)品品質(zhì)特性[16]。由圖4可知，添加3種蛋白酶后面粉的水SRC值、碳酸鈉溶液SRC值都略微上升，蔗糖溶液SRC值下降，乳酸SRC值明顯下降。4種不同溶劑的SRC值中，乳酸SRC值的試驗組與空白組的差距最大。這是因為乳酸的 SRC值與面粉中麥谷蛋白的特性有關(guān)，谷蛋白含量越小，乳酸SRC值越小[17]。蛋白酶加入弱化了面筋結(jié)構(gòu)，減少了面粉中谷蛋白聚合體的含量，導(dǎo)致乳酸的SRC值出現(xiàn)明顯下降。PAP組的乳酸SRC值最小，表明PAP酶解后小麥粉中的谷蛋白聚合體含量最小，該發(fā)現(xiàn)與前面流變試驗的趨勢一致。因此PAP弱化面筋的效果最明顯。碳酸鈉溶液SRC值與破損淀粉含量存在正相關(guān)，3組蛋白酶的碳酸鈉SRC值均出現(xiàn)上升，推測原因可能是蛋白酶破壞了淀粉表面的顆粒結(jié)合蛋白，使淀粉更容易損傷，導(dǎo)致碳酸鈉SRC值上升[18]。3組蛋白酶的水SRC值上升也能說明這一現(xiàn)象。水的SRC值代表面粉的吸水力，SRC值上升說明面粉吸水力變強(qiáng)。酶解小麥粉后，面粉中的谷蛋白聚合體含量下降，吸水力應(yīng)減弱[19]。但面粉中淀粉表面的顆粒結(jié)合蛋白被破壞后會導(dǎo)致淀粉的吸水性增強(qiáng)[20]，因此宏觀表現(xiàn)為吸水力變強(qiáng)，面粉的水SRC值增大。

BC表示空白對照的韌性餅干；SMS表示添加焦亞硫酸鈉的韌性餅干；CYS表示添加半胱氨酸的韌性餅干；PAP表示添加木瓜蛋白酶的韌性餅干；BRP表示添加菠蘿蛋白酶的韌性餅干；NEP表示添加中性蛋白酶的韌性餅干

圖4 添加劑對面粉溶劑保留率的影響

Figure 4 Effect of different additives on flour solvent retention rate

2.6 蛋白酶對面筋蛋白分子量分布的影響

分子排阻色譜從分子量分布角度進(jìn)一步說明了蛋白酶與化學(xué)添加劑對面筋蛋白的不同影響。分子排阻色譜能夠?qū)⒚娼畹鞍状笾路譃?個峰區(qū)，按分子量大小分別為谷蛋白聚合體(Mw為91 000～688 000)、單體谷蛋白與醇溶蛋白(Mw為16 000～91 000)和肽鏈及氨基酸(Mw<10 000)[21]。由圖5可以看出，添加了SMS與CYS的面團(tuán)中，谷蛋白聚合體的含量較空白變化不明顯。而經(jīng)過PAP酶解處理后的面團(tuán)中，谷蛋白聚合體處的峰幾乎消失，肽鏈及氨基酸峰明顯增高，即面團(tuán)中谷蛋白大分子聚合體的含量顯著減小，肽鏈及氨基酸等小分子含量增加。說明蛋白酶將面團(tuán)中的谷蛋白大分子降解成為了分子量更小的肽鏈或氨基酸，從而降低了面團(tuán)的彈性，使餅干不會收縮。而SMS與CYS的降解更可能是谷蛋白與醇溶蛋白之間的二硫鍵，對面團(tuán)中谷蛋白聚合體的含量沒有明顯影響，與蛋白酶弱化面筋的方式存在本質(zhì)差異[22]。

BC表示空白對照的韌性餅干；SMS表示添加焦亞硫酸鈉的韌性餅干；CYS表示添加半胱氨酸的韌性餅干；PAP表示添加木瓜蛋白酶的韌性餅干

圖5 添加劑對面筋蛋白分子量分布的影響

Figure 5 Effect of different additives on the molecular weight distribution of gluten protein

3 結(jié)論

蛋白酶PAP、BRP、NEP均能增大餅干比容、降低餅干的硬度與脆性，提高餅干的酥性，改善其質(zhì)構(gòu)，但對于餅干的色度則無顯著影響。當(dāng)達(dá)到相同水平的比容大小與質(zhì)構(gòu)時，PAP的添加量為3種蛋白酶中最小，且小于SMS與CYS 2種化學(xué)添加劑。面團(tuán)流變、面粉SRC值以及面筋蛋白分子量試驗發(fā)現(xiàn)蛋白酶與化學(xué)添加劑均使得面團(tuán)的彈性下降，但蛋白酶使得面團(tuán)中谷蛋白大分子聚合體的含量顯著減少，化學(xué)添加劑對其含量則無明顯影響，兩者弱化面筋的方式存在本質(zhì)差異。本研究僅在蛋白分子分布角度對蛋白酶改善韌性餅干品質(zhì)的機(jī)理做了探究，未來還可對其做進(jìn)一步探討，例如研究谷蛋白大分子的具體含量與餅干品質(zhì)的相關(guān)性。

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