張康逸,張 燦,郭東旭,溫青玉,趙 迪

(河南省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)副產(chǎn)品加工研究中心,河南鄭州 450008)

根據(jù)配方和工藝的不同,可將餅干分為酥性餅干、韌性餅干、發(fā)酵餅干等幾大類[1],其中韌性餅干因其需長時間調(diào)粉,以形成韌性極強的面團而得名。

減筋劑常用在生產(chǎn)餅干、蛋糕的軟麥粉中來弱化面粉中的面筋,改善面粉的品質(zhì)使得餅干、蛋糕等產(chǎn)品口感松脆、柔軟[2]。此類減筋劑一般使用焦亞硫酸鈉和L-半胱氨酸鹽酸鹽(CYS),其中,焦亞硫酸鈉分解時放出的二氧化硫,可降低面筋的彈性,提高面筋的可塑性。但是焦亞硫酸鈉受熱分解產(chǎn)生的二氧化硫,一方面會殘留在餅干中會導致餅干易受潮,影響風味和儲存期,另一方面二氧化硫長期攝入會危害人類健康[3]。CYS通過斷開谷蛋白和醇溶蛋白之間的二硫鍵達到弱化面筋的目的,雖沒有副作用,但價格昂貴,會增加餅干的生產(chǎn)成本。而蛋白酶是一種采用現(xiàn)代生物科學技術開發(fā)形成的活性酶體系,可對面團進行綜合調(diào)理,減少餅干中糖粉和油脂的使用,價格適中,綠色安全,在糕點和餅干中使用比較廣泛[4]。

關于蛋白酶對餅干改良作用的研究國內(nèi)外均有相關報道,而且目前市場上已有市售的韌性餅干專用酶。姚曉丹等[5]探究了蛋白酶與焦亞硫酸鈉和L-半對韌性餅干品質(zhì)的影響,表明蛋白酶可有效弱化面筋,改善餅干品質(zhì),尤其是木瓜蛋白酶效果最佳。Kara等[6]研究發(fā)現(xiàn)兩種蛋白酶酶解麥醇溶蛋白和麥谷蛋白的效果比較好,可有效改善曲奇餅干的延展性,增加其適口性。夏恩琴等[7]通過添加中性蛋白酶修正無糖餅干缺陷,開發(fā)出適合糖尿病人群食用的無糖劍花餅干。李娟[8]通過添加木聚糖酶,改善了全麥蘇打餅干的品質(zhì)。陸曉濱等[9-10]通過加入中性蛋白酶對韌性餅干的自然斷裂現(xiàn)象有一定改善,并采用戊聚糖酶和中性蛋白酶復合酶對無糖大豆纖維餅干工藝進行改進。

但關于酶對餅干粉及餅干品質(zhì)影響的綜合評價還未見相關報道,本試驗研究CYS和酶對韌性餅干品質(zhì)、餅干粉質(zhì)構(gòu)和溶劑保持力的影響差異,分析彼此之間的相關性,采用主成分分析評價CYS和酶的綜合效果,為酶制劑在韌性餅干中的應用提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

金龍魚糕點用低筋小麥粉(蛋白質(zhì)含量為8.1%,濕面筋含量為22.3%)、金龍魚食用植物調(diào)和油 益海嘉里有限責任公司;白砂糖 鄭州家樂福超市;CYS 食品級,河北華陽生物科技有限公司;中性蛋白酶(100 U/mg)、木瓜蛋白酶(800 U/mg)、菠蘿蛋白酶(300 U/mg)、木聚糖酶(6000 U/mg) 食品級,上海源葉生物科技有限公司。

AL204電子天平 梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司;FKM-160小型壓面機 浙江俊媳婦廚具有限公司;FJ-YH高級面包醒發(fā)箱 廣東樂創(chuàng)電器有限公司;烤箱 廣州優(yōu)連食品加工機械有限公司;Universal TA質(zhì)構(gòu)儀 上海騰拔儀器科技有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 餅干粉的制備 分別稱取15 mg的中性蛋白酶、木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶、木聚糖酶和CYS,同時以空白面粉作為對照組,分別加入30 mL的50 ℃的溫水,混合均勻,加入100 g的低筋粉,和面2 min,揉成面團,室溫下靜置30 min,冷凍干燥24 h,磨粉,備用。

1.2.2 餅干的制作方法 餅干的基本配方為低筋粉100.0%(以低筋粉100 g計),水20.0%,糖粉20.0%,植物油20.0%,小蘇打0.5%,食鹽1.0%,中性蛋白酶、木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶、木聚糖酶和CYS的添加量均為梯度添加,依次為0、50、150、250、350 mg/kg。稱取上述基本配方配料:糖粉、植物油、小蘇打、食鹽、酶或CYS,加入50 ℃水中,攪拌至完全溶解,加入低筋粉,和面2 min,揉成面團,室溫下靜置30 min,將壓面機的輥筒間距調(diào)至2 mm,將面團壓成光滑完整的面片,每次旋轉(zhuǎn)90 °,輥軋8～10遍。用模具成型,上火185 ℃,下火165 ℃,烘烤8 min(烤至4 min時烤盤調(diào)整方向,保證均勻烤制),冷卻。

1.2.3 餅干比容的測定 參考李娟[8]的方法并做一定修改,隨機選取5片餅干疊加在一起,用游標卡尺測定其長、寬、高,比容計算公式如下:

式中:L-長度,cm;W-寬度,cm;H-寬度,cm;SV-比容,cm3/g;M-質(zhì)量,g。

1.2.4 餅干質(zhì)構(gòu)的測定 參考茍青松等[11]的方法做一定的修改,用質(zhì)構(gòu)儀測定餅干的硬度、咀嚼性和膠黏性,測定條件為: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,感應力為2 N,形變量為30%。

1.2.5 餅干色澤的測定 用色差儀測定餅干的L*、a*、b*、ΔE,每個樣品測三次,結(jié)果取平均值。

1.2.6 面筋質(zhì)構(gòu)的測定 用質(zhì)構(gòu)儀測定添加不同添加劑的餅干粉中面筋的硬度、彈性和膠黏性,用2%的鹽水將餅干粉中的面筋洗出,將面筋放入質(zhì)構(gòu)儀黏著力測定裝置的模具中,擠成厚度為2 mm的面筋,測定時以此模具為平臺進行測定。測定條件為:TA探頭型號P/2,測試前后速度分別為1.00 mm/s,感應力為5 N,形變量20%。

1.2.7 餅干粉溶劑保持力(Solvent Retention Capacity,SRC)的測定 按AACC56-11測定[12]。

1.2.8 餅干粉堿水保持力(Alkali Water Retention Capacity,AWRC)的測定 按AACC56-10測定[13]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

2 結(jié)果與分析

2.1 CYS及酶的添加量對餅干比容的影響

比容是評價餅干品質(zhì)的重要指標之一,尤其是對于韌性餅干而言,比容大,質(zhì)地疏松,是優(yōu)質(zhì)韌性餅干的重要特征。由表1數(shù)據(jù)可知,加入添加劑后,餅干的比容均有所增加,尤其是中性蛋白酶、菠蘿蛋白酶和木聚糖酶。與空白組相比,添加50 mg/kg的菠蘿蛋白酶比容增加了10.65%,與CYS組相比,添加50 mg/kg的菠蘿蛋白酶比容增加了5.06%。添加量為150 mg/kg時,添加菠蘿蛋白酶的餅干的比容增加量最大。添加量為250 mg/kg時,添加中性蛋白酶的餅干的比容增加量最大,與空白組相比,增加了20.71%,與CYS組相比,增加了10.87%。菠蘿蛋白酶組較空白組比容增加了11.83%,較CYS組增加了2.72%,木瓜蛋白酶、木聚糖酶和CYS組之間無顯著性差異。與250 mg/kg的添加量對比,添加量為350 mg/kg時,木瓜蛋白酶增加餅干比容的效果已不明顯,中性蛋白酶效果略有下降,與相同添加量的CYS組相比,菠蘿蛋白酶與CYS之間差異不明顯,木聚糖酶較CYS比容增加了3.12%。與CYS相比,添加相同量的酶制劑,增大比容的效果均要優(yōu)于CYS,即若要達到與CYS組餅干比容一致,所需酶的添加量更小,150 mg/kg的添加量,除菠蘿蛋白酶外,CYS和其他蛋白酶的效果無明顯差異性。

表1 CYS和酶的添加量對餅干比容的影響(cm3/g)Table 1 Effects of the add amount of CYS and enzymes on the specific volume of biscuits(cm3/g)

表4 CYS和酶對餅干粉溶劑保持力的影響(%)Table 4 Effects of CYS and enzymes on the solvent retention capacity of biscuit flour(%)

2.2 CYS及酶的添加量對餅干質(zhì)構(gòu)的影響

對于餅干而言,除比容外,口感是評價其品質(zhì)的另一重要指標,餅干在焙烤過程中,其中添加的小蘇打會因受熱而分解產(chǎn)生二氧化碳,使形成的面筋網(wǎng)絡包裹住這些氣體,從而使餅干的體積增大,反映在口感上餅干酥松[14]。本研究通過添加CYS和酶制劑達到減筋的目的,化學添加劑CYS可以斷開谷蛋白和醇溶蛋白之間的二硫鍵,蛋白酶分解蛋白鏈,同樣的,木聚糖酶會影響谷蛋白大分子的聚集。

由圖1～圖3可知,與空白餅干對比,隨著CYS和酶添加量的增加,餅干的硬度、咀嚼性和膠黏性均呈現(xiàn)下降的趨勢,餅干的質(zhì)構(gòu)特性均有一定的改善。當添加量為50 mg/kg時,餅干硬度、咀嚼性和膠黏性從大到小為:中性蛋白酶、木聚糖酶、CYS、木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶,即在相同添加量的情況下,木瓜蛋白酶和菠蘿蛋白酶降低餅干硬度、咀嚼性和膠黏性的效果優(yōu)于CYS。當添加量為150 mg/kg時,餅干硬度、咀嚼性和膠黏性從大到小為:中性蛋白酶、CYS、木瓜蛋白酶、木聚糖酶、菠蘿蛋白酶,即在相同添加量的情況下,木瓜蛋白酶、木聚糖酶和菠蘿蛋白酶降低餅干硬度、咀嚼性和膠黏性的效果優(yōu)于CYS,其中菠蘿蛋白酶的效果最佳。添加量為250 mg/kg時,木瓜蛋白酶改善餅干質(zhì)構(gòu)的效果弱于CYS。添加量為350 mg/kg時,餅干硬度、咀嚼性和膠黏性從大到小為:菠蘿蛋白酶、CYS、木聚糖酶、中性蛋白酶、木瓜蛋白酶。

圖1 CYS和酶的添加量對餅干膠黏性的影響Fig.1 Effects of the add amount of CYSand enzymes on the adhesiveness of biscuits

圖2 CYS和酶的添加量對餅干咀嚼性的影響Fig.2 Effects of the add amount of CYSand enzymes on the chewiness of biscuits

圖3 CYS和酶的添加量對餅干硬度的影響Fig.3 Effects of the add amount of CYSand enzymes on the hardness of biscuits

由2.1和2.2不同添加量的CYS和酶對餅干比容和質(zhì)構(gòu)的影響試驗確定150 mg/kg為本試驗合理添加量。因此,后文均研究此添加量下,各組酶及CYS對餅干及餅干粉的品質(zhì)的影響。

2.3 CYS及酶對餅干色澤的影響

表2為添加150 mg/kg CYS和酶對餅干色澤的影響,與空白組對比,添加CYS和酶后餅干的亮度無差異顯著。添加中性蛋白酶和木聚糖酶之后,餅干的紅度略有增加。而添加CYS和酶后,餅干的黃度均顯著增加,其中CYS實驗組對黃度影響最大。從色差值ΔE來看,色差值小于1.0,是在可接受范圍的,無明顯差異。

表2 CYS和酶對餅干色澤的影響Table 2 Effects of CYS and enzymes on the color of biscuits

餅干的色澤主要是通過焦糖化反應和美拉德反應呈現(xiàn),反應體系中使用的白砂糖主要成分是蔗糖,屬于非還原糖,還原糖的含量比較少,故此反應體系以焦糖化反應為主,美拉德反應為輔,添加化學添加劑和酶制劑雖然將蛋白分解,但對還原糖的含量無明顯影響,故對整個反應體系無明顯影響,即在試驗條件不變的情況下,添加化學添加劑和酶制劑對餅干的色澤無明顯影響[15]。

2.4 CYS及酶對餅干粉面筋質(zhì)構(gòu)的影響

由表3可知,與空白組相比,加入蛋白酶后,餅干粉面筋的硬度、彈性和膠黏性均顯著下降(CYS和木聚糖酶除外),其中菠蘿蛋白酶和木瓜蛋白酶的作用效果突出。餅干粉中的主要物質(zhì)是淀粉和蛋白質(zhì),蛋白酶的加入減少了餅干粉中蛋白聚合體的含量,弱化了面筋結(jié)構(gòu),而CYS在降低面筋硬度方面效果不佳,但可以降低面筋的彈性的膠黏性,另外木聚糖酶主要作用于木聚糖類,且木聚糖在面粉中占得比例較低,因此木聚糖酶在弱化面筋方面效果不大。

表3 CYS和酶對餅干粉面筋質(zhì)構(gòu)的影響Table 3 Effects of CYS and enzymeson texture of biscuit powder gluten

2.5 CYS和酶對餅干粉溶劑保持力和堿水保持力的影響

由表4可知,與空白組對比,實驗組的水SRC、乳酸SRC和蔗糖SRC均有所下降,水SRC反映餅干粉的綜合特性,乳酸SRC代表了餅干粉的面筋特性,蔗糖SRC反映的是餅干粉中戊聚糖和醇溶蛋白的特性。另外,碳酸鈉SRC有所上升,和空白組相比,木瓜蛋白酶實驗組顯著(P<0.05)上升,碳酸鈉SRC反映餅干粉中破損淀粉的含量,破損淀粉含量增加,谷蛋白含量減少,表明淀粉表面的結(jié)合蛋白被破壞,淀粉更易損傷,乳酸SRC和蔗糖SRC下降,表明CYS和酶的加入均弱化了面筋結(jié)構(gòu),提升了整體的烘焙特性,預測餅干的品質(zhì)得到改善[16]。

由圖4可知,與空白組相比,各實驗組堿水保持力明顯下降,菠蘿蛋白酶效果最佳,堿水保持力代表的是餅干粉的吸水能力,表明加入CYS和酶之后,餅干粉的吸水率有所下降,餅干粉的吸水率與餅干的口感有很大的聯(lián)系,吸水率下降間接反映出餅干口感品質(zhì)的上升[17]。

圖4 CYS和酶對餅干粉堿水保持力的影響Fig.4 Effects of CYS and enzymes on thealkali water retention capacity of biscuit flour注:不同字母表示差異顯著(P<0.05)。

2.6 相關性及主成分分析

首先采用SPSS軟件對各種指標原數(shù)據(jù)進行正向化和標準化處理,再對其進行相關性和主成分分析。

2.6.1 相關性分析 表5為經(jīng)過SPSS軟件處理分析得到的各指標之間的相關系數(shù),由表中數(shù)據(jù)可知,韌性餅干的比容與餅干的膠黏性、咀嚼性和硬度等指標之間呈現(xiàn)正相關性,相關系數(shù)分別為0.954、0.975和0.981,表明在一定范圍內(nèi),比容越大餅干的口感越好。另外,餅干的比容、膠黏性、咀嚼性和硬度等指標與餅干粉面筋彈性指標之間相關系數(shù)分別為0.808、0.810、0.810和0.810,面筋是由麥膠蛋白和麥谷蛋白組成的軟膠體,且具有一定的粘彈性,面筋含量過高,面團的彈性過大,在面團調(diào)制過程中容易起筋,造成面團過硬,進而導致焙烤的餅干口感不佳,這一試驗結(jié)果也恰巧證明了這一點。面筋的彈性和膠黏性均與餅干粉的蔗糖保持力和堿水保持力呈現(xiàn)正相關關系,蔗糖保持力代表餅干粉中戊聚糖和醇溶蛋白的特性,小麥醇溶蛋白使面筋具有黏性和延伸性,即其含量越高,面筋的黏彈性越大,由于蛋白酶的酶解作用降低了醇溶蛋白的含量,進而降低了面筋的黏彈性,使餅干粉更適宜餅干的制作。堿水保持力反映的是餅干粉的吸水能力,餅干粉吸水能力越強,越易形成面筋,故吸水率低的餅干粉適宜餅干的制作。同時,餅干的比容和質(zhì)構(gòu)特性與溶劑保持力和堿水保持力之間的相關性也表明專用餅干粉的品質(zhì)影響餅干的好壞。

表5 各指標間相關性分析Table 5 Correlation analysis among indicators

2.6.2 主成分分析 主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)利用降維的原理將大量的變量減少到較小數(shù)量,利用幾個較少的綜合指標來反映原來指標的一種統(tǒng)計方法。張懷予等[18]通過主成分分析對改良枸杞面包和空白面包的感官、質(zhì)構(gòu)和理化品質(zhì)進行量化比較,結(jié)果表明改良組面包的綜合品質(zhì)相比于空白組面包表現(xiàn)出優(yōu)良特性。Saavedra等[19]使用主成分分析在非常復雜的情況下識別染料降解產(chǎn)物。本試驗通過主成分分析探究不同的酶對餅干及餅干粉的綜合影響。

由表6可知,表中前三個成分的貢獻率分別為67.891%、17.993%和10.247%,累計貢獻率達96.131%。按照選取主成分原則,選取三個主成分。由表7可知,餅干比容、餅干膠黏性、餅干咀嚼性、餅干硬度、水分保持力、乳酸保持力、蔗糖保持力、堿水保持力、面筋彈性和面筋膠黏性等成分在第一主成分上有較高載荷,故第一主成分承載了這10個指標的信息,同理,第二主成分反映面筋硬度的信息,第三主成分反映了碳酸鈉保持力的信息。

表6 主成分特征值及累計貢獻率Table 6 Principal component eigenvaluesand cumulative contribution rates

表7 三個主成分的荷載Table 7 The loadings of the firstthree rotated principal components

采用軟件SPSS 17.0 得到主成分的特征向量,根據(jù)表8,得到每個主成分的得分表達式,如下所示:

表8 主成分特征向量Table 8 Feature vector of principal components

Y1=0.3209X1+0.3290X2+0.3290X3+0.3290X4+0.3290X5+0.2473X6+0.2316X7+0.3059X8+0.2911X9+0.1090X10+0.3367X11+0.2645X12

Y2=-0.1266X1-0.1613X2-0.1647X3-0.1729X4-0.2191X5-0.3743X6-0.0796X7+0.2198X8+0.3035X9+0.6030X10+0.1300X11+0.4308X12

Y3=-0.2678X1-0.1794X2-0.1821X3-0.2119X4+0.2191X5+0.3868X6+0.6267X7-0.1830X8-0.2678X9+0.3084X10+0.1524X11+0.0685X12

綜合得分 Z 可以通過主成分得分和三個主成分的貢獻率得到,表達式如下:

Z=0.67891Y1+0.17993Y2+0.10247Y3

由表9綜合得分可以看出菠蘿蛋白酶對韌性餅干的影響效果最好,可以有效改善韌性餅干比容小,口感不佳的缺點,鑒于酶制劑的自身的優(yōu)勢,在一定程度上可以代替化學添加劑。

表9 六種處理方法的主成分得分及綜合得分Table 9 Principal component scores andcomposite scores of six treatments

3 結(jié)論

韌性餅干的品質(zhì)好壞主要取決于餅干粉的品質(zhì),相關企業(yè)常用一些改良劑來改善面粉的品質(zhì)。比容、質(zhì)構(gòu)、色澤是評價韌性餅干品質(zhì)的重要感官指標,比容、質(zhì)構(gòu)、色澤試驗表明蛋白酶可以有效改善韌性餅干的品質(zhì)且對其色澤無明顯影響,由餅干粉的質(zhì)構(gòu)和溶劑保持力試驗表明,蛋白酶可以有效改善餅干粉的品質(zhì),降低餅干粉面筋的硬度、彈性,由相關性分析可知,餅干粉的品質(zhì)決定餅干質(zhì)量好壞,吸水率低、面筋含量低、面筋粘彈性小的面粉適宜韌性餅干的制作。另外由主成分分析可知,蛋白酶的效果優(yōu)于CYS和木聚糖酶的效果,尤以菠蘿蛋白酶的效果最佳。本試驗僅對CYS和酶對韌性餅干的影響做了探究,關于其機理還需要做進一步的探討。