小麦麸皮酶解产物对面包品质的影响

夏洁人 徐学明，2 臧继鑫

（1.江南大学食品学院，江苏 无锡 214122；2.食品科学与技术国家重点实验室，江苏 无锡 214122；3.中粮东海粮油工业（张家港）有限公司，江苏 苏州 215634）

戊聚糖也称阿拉伯木聚糖（arabinoxylan，AX）虽然在面粉中的含量很低（2%～3%干基），但因其具有较高的吸水、持水特性、高黏度特性、较好乳化稳定性以及氧化交联特性，使得它对面团流变学特性和面包烘焙品质有重要的影响［1，2］。戊聚糖对面团特性和面包品质影响的好坏主要与戊聚糖所作用的面粉的性质和其本身的结构性质有关。研究表明［3，4］，水 可 提 取 戊 聚 糖（water－extractable arabinoxylan，WEAX）可以明显改善面团流变特性及面包烘焙品质，它可增加面团的粉质吸水量、稳定时间，增加面包的体积，改善面包的内部质构；水不可提取戊聚糖（water－unextractable arabinoxylan，WUAX）对面团特性和面包品质具有明显的负作用。木聚糖酶能使戊聚糖发生酶解，作用WUAX 时能先将其降解为WEAX，对面团和面包品质有改善作用［5］。目前，许多报道都是将戊聚糖提取出来再加入到面团和面包中，也有与木聚糖酶（xylanase）一同加入面团和面包中研究其品质变化的报道［6］，而先用酶酶解戊聚糖到一定程度再将酶解产物加入面粉中的研究未见报道。此外，根据中国行业标准SB／T 10136——93，精致级和普通级面包用小麦粉的湿面筋含量分别大于33%和30%，粉质曲线稳定时间分别大于10min和7min。然而中国国内能达到这样要求的小麦的品种和数量都很少。

因此，针对以上几点以及麸皮中含有可观含量的戊聚糖，且主要为水不溶性的［3］，本试验利用木聚糖酶直接酶解麸皮，促使麸皮中的WUAX 降解为WEAX 溶出，得到含有不同水解度戊聚糖的酶解产物，将酶解产物加入到面粉和面包中，研究其与面团及面包品质变化间的关系。这样既省去精确提取WEAX 的麻烦，节省成本，利用了WUAX，还可提高麸皮中其它丰富的水溶性营养物质的利用率，使得制作出的面包营养更丰富。通过本试验的研究期望能适当降低面包制作对小麦粉的要求，并为麸皮的深加工和面粉品质的改善提供参考。

1 材料与方法

1.1 主要仪器与试剂

1.1.1 试验仪器

粉质仪：Farinograph－E型，德国Brabender公司；

拉伸仪：Extensograph－E型，德国Brabender公司；

物性测试仪：TA－XT2i型，英国Stable Micro Systems公司；

电子天平：AL204型，梅特勒－托利多仪器（上海）有限公司；

数字搅拌器：RW20型，德国IKA 集团；

粉碎机：6202型，欣镇企业有限公司；

标准筛：φ200型，浙江上虞市五四纱筛厂；

电热鼓风干燥箱：DHG－9030A 型，上海一恒科学仪器有限公司；

低速台式大容量离心机：RJ－TDL－50A 型，无锡瑞江分析仪器有限公司；

双光束紫外可见分光光度计：TU－1900型，北京普析通用仪器有限责任公司；

立式面团搅拌机：SM－50型，新麦机械有限公司；

电热烤炉：BOD－102型，上海早苗有限公司；

醒发箱：SM－32S型，新麦机械有限公司；

切片机：SM－302型，新麦机械有限公司。

1.1.2 试验试剂

木聚糖酶：2×106U／g，宁夏夏盛实业集团有限公司；

精制麸皮：东海粮油工业（张家港）有限公司；

D－（＋）－木糖、二硝基水杨酸、间苯三酚、无水乙醇、冰醋酸、浓盐酸、葡萄糖、NaOH、丙三醇：分析纯，国药集团化学试剂有限公司；

即发干酵母：番禺梅山马利酵母有限公司；

全统酥油：强冠企业股份有限公司；

高筋面包专用粉：湿面筋34.5%，干面筋13.8%，益海嘉里（昆山）食品工业有限公司；

花鼓牌蛋糕粉：湿面筋20.0%，干面筋8.1%，益海嘉里（昆山）食品工业有限公司；

特制一等小麦粉：湿面筋25.1%，干面筋10.2%，泰州福太面粉有限责任公司；

糖、盐：市售。

1.2 试验方法

1.2.1 小麦麸皮原料预处理 小麦麸皮经高温120 ℃灭酶2h，取出后冷却，铺在白瓷盘内，在40 ℃烘干，用粉碎机粉碎后过40目标准筛，密封低温（4 ℃）贮存。

1.2.2 小麦麸皮木聚糖酶酶解液的制备 称取0.2g木聚糖酶，溶于1 000mL水，配制成200mg／L（400U／mL）。称取一定量经预处理的小麦麸皮，以不同料液比加水，放入水浴反应器，再加入不同量的木聚糖酶酶液，在不同的水浴温度下，水解反应不同时间。然后将酶解液沸水浴灭酶15min，取出后冷却至室温，4 000r／min离心15min，上清液在80 ℃下蒸发浓缩至要求的浓度，真空抽滤，收集滤液，低温（4 ℃）贮存备用。

1.2.3 小麦麸皮以及酶解液中戊聚糖含量的测定 采用间苯三酚－冰醋酸法（Douglas法）。在552nm 和510nm 处测吸光度。以两处波长的吸光度差值［7］对标准溶液体积绘制标准曲线。将预处理的小麦麸皮或酶解液先用热酸处理，按标准曲线方法测吸光度，对照标准曲线，按式（1）计算样品中的戊聚糖含量。

式中：

C—— 戊聚糖含量，mg／mg或mg／mL；

v—— 标准曲线查得的木糖标准液体积，mL；

n—— 消化液稀释倍数；

m—— 样品取样量，mg或mL；

0.8—— 标准溶液浓度，mg／mL；

0.88—— 木糖与戊聚糖的换算因子。

1.2.4 酶解液中戊聚糖水解度的测定 用二硝基水杨酸法测定酶解液中还原糖含量。在490nm 下测吸光度，以吸光度对标准溶液体积绘制标准曲线。吸取一定量酶解液，按照标准曲线的方法测吸光度，对照标准曲线，按式（2）计算样品中的戊聚糖水解度。

S—— 戊聚糖水解度，%；

v1—— 由工作曲线查得的木糖标准液体积，mL；

v’—— 样品取样量，mL；

c—— 麸皮的戊聚糖含量，%；

r—— 水解反应的料液比，g／mL；

0.8—— 标准溶液浓度，mg／mL；

0.88—— 木糖与戊聚糖的换算因子。

1.2.5 面筋含量的测定

根据一般对满意程度的评价标准，将客户满意程度分为五个等级：很不满意(v1)、不满意(v2)、一般(v3)、满意(v4)、很满意(v5)，则有评语集V={v1,v2,v3,v4,v5}。

（1）湿面筋：按GB／T 14608——1993测定；

（2）干面筋：按GB／T 14607——1993测定。

1.2.6 粉质试验 按GB／T 14614——2006方法，将不同条件下水解所得的水解液，按不同的添加比例替代相应量的水，用Brabender粉质仪进行测定。

1.2.7 拉伸试验 按GB／T 14615——2006方法，将不同条件下水解所得的水解液，按不同的添加比例替代相应量的水，用Brabender拉伸仪进行测定。

1.2.8 面包烘焙试验

（1）面包基本配方：见表1。加水量以粉质仪测定的最佳吸水量为准。

表1 面包基本配方Table 1 The basic formulation of bread

（2）面包制作过程：原料（除起酥油和水外）按照表1配方混合→加水→面团搅拌→加入起酥油→面团搅拌→发酵（38 ℃，30min）→切分（50g／个）→松弛15min→排气，成型→醒发（38 ℃，RH 85%，60min）→烘烤（面火、底火200 ℃，18min）→自然冷却至室温。

1.2.9 面包特性测定

（1）烘烤失水量：面包出炉5min内，测面包质量。面包烘烤失水量按式（3）计算。

式中：

△W—— 面包烘烤失水量，g；

W0—— 面包出炉后的质量，g；

50—— 制作面团的质量，g。

（2）面包比容测定：面包出炉冷却至室温后，测面包质量，用小米置换法测面包体积，按式（4）计算面包比容。

式中：

SV—— 面包比容，mL／g；

V—— 面包体积，mL；

W—— 面包质量，g。

（3）面包物理特性测定：将冷却至室温的面包装入PE（聚乙烯）高压食品袋4 ℃密封保存0，1，3，5，7d，取出后将面包切成厚度为12cm 的薄片，并放入保鲜袋室温下保存至指标测定完成。选取两片已切好的面包，重叠放在质构仪上进行全质构（TPA）测定。采用P／25铝制圆柱形探头，测定条件：测前速率3.0 mm／s；测试速率1.0 mm／s；测后速率5mm／s；压缩程度为40%；两次压缩之间停留时间5s。本试验选取硬度来指示面包存放过程中的物性变化。

（4）面包芯水分变化：面包按1.2.9（3）方法贮存，将贮存不同时期的面包芯按GB／T 5009.3——2010方法，测面包芯水分。

（5）数据分析：采用Excel软件对试验数据进行图形处理；采用SPSS 17.0统计软件对测定试验数据进行分析。

2 结果与讨论

2.1 水解条件对戊聚糖酶酶解小麦麸皮的影响

2.1.1 料液比对小麦麸皮戊聚糖水解度的影响 反应的料液比会影响反应物和产物的浓度，反应物间的接触程度，反应介质的黏度等因素，从而影响反应速率。料液比对麸皮戊聚糖水解度的影响结果见图1。由图1可知，不同料液比的小麦麸皮酶解液的水解度都随时间的延长而增大。其中，当料液比为1∶6，1∶10，1∶12（m∶V）时，酶解液的水解度在前期有较大的增加，60 min后，水解度增速明显减缓。而在料液比为1∶8（m∶V）时，酶解液的水解度增速较平稳。出现这种情况可能是因为料液比为1∶6（m∶V）时，反应初始阶段酶液能与物料的表面接触，催化表面戊聚糖水解，随后，由于固形物浓度较高，酶较难深入小麦麸皮内部进行酶解反应，水解度增速明显放慢；在料液比为1∶10，1∶12（m∶V）时，固形物浓度低，酶与底物能充分接触，酶解速度很快，底物片段不断缩短，而木聚糖酶是一种内切型酶，糖苷键连接的片段长度对酶的活性也有影响，要求有4个或4个以上的糖基［8］，因此，反应后期水解度增速明显减慢。在料液比为1∶8（m∶V）时，水解度增速较平稳，易于通过控制反应时间制备各不同水解度样品，因此选择1∶8（m∶V）的料液比。

图1 料液比对小麦麸皮木聚糖酶酶解液水解度的影响Figure 1 Effect of different solid－liquid ratio on hydrolyzing degree of wheat bran by xylanase

2.1.2 水解温度对小麦麸皮戊聚糖水解度的影响 酶促反应的温度不但会直接影响反应速率（一般反应温度高，反应速率快），还会间接地通过影响酶活性来影响反应速率，在其它条件相同的情况时，酶在其最适反应温度下的催化效率最高，酶促反应速度最快，高于或低于这个温度，反应速度都会减慢。酶解温度对麸皮戊聚糖水解度的影响结果见图2。由图2可知，水解速度随着水解温度的升高而加快，其中40 ℃的水解曲线上升较慢，且水解度跨度小；60 ℃的水解曲线上升速度太快，较难控制，且温度高能耗高；因此选用50 ℃的酶解温度较合适。

图2 不同酶解温度的小麦麸皮木聚糖酶酶解液水解度随时间的变化Figure 2 Effect of different enzymolysis temperature on hydrolyzing degree of wheat bran by xylanase

图3 不同酶添加量的小麦麸皮戊聚糖水解度随时间的变化Figure 3 Effect of different dosage of enzyme on hydrolyzing degree of wheat bran by xylanase

2.1.3 酶添加量对小麦麸皮戊聚糖水解度的影响 对酶促反应来说，酶添加量的增加可以使反应速度加快，不过反应速度与酶和底物的比例有关，当比例适当时，酶促反应的效率达到最高，再增加酶添加量对反应速率的影响不大。酶（400U／mL）添加量对麸皮戊聚糖水解度的影响结果见图3。由图3可知，水解度增速随着酶用量的增加而加快。在酶用量为2mL／20g（酶液／麸皮时，反应速度慢，水解度跨度小。在酶用量为20mL／20g时，酶解反应速度过快。因为反应速度过慢，时间过长，水解产生的单糖容易被微生物利用而使酶解液变质；反应速度过快，较难控制反应水解度。在酶用量为5mL／20g和10 mL／20g时，酶解反应速度相似且较平稳，能够较好地用水解时间来控制水解度，为节省酶用量，选择5mL／20g的酶用量。

2.1.4 水解时间对小麦麸皮戊聚糖水解度的影响 随着反应的进行，反应物浓度不断减少，反应产物浓度不断增大，反应逐渐达到平衡，反应速率减慢。水解时间对麸皮戊聚糖水解度的影响结果见图4。由图4可知，戊聚糖的水解度随着水解时间的延长而增大，反应速度略微表现为先快后慢，总体较平稳，对后续试验利用水解时间控制水解度很有利。

由图4还可知，酶解产物的水解度（y）与酶解时间（x）之间的酶 解 反 应 动 力 学 方 程：y ＝0.004 7x＋0.42（R2＝0.983 4）。

不同酶解时间下测得的酶解产物的水解度及戊聚糖含量见表2。

图4 酶解时间对小麦麸皮木聚糖酶酶解液水解度的影响Figure 4 Effect of different enzymolysis time on hydrolyzing degree of wheat bran by xylanase

表2 不同水解时间酶解产物的水解度及戊聚糖含量Table 2 Hydrolysis degree and pentosans content of hydrolysates with different hydrolysis time

2.2 小麦麸皮酶解液对面粉粉质特性的影响

2.2.1 酶解液对不同面筋含量面粉粉质特性的影响 面团的粉质特性主要包括吸水率、形成时间、稳定时间和弱化度等指标，本试验重点以吸水率和稳定时间两个指标来考察面团的粉质特性变化。一般来说，蛋白质含量越高，面筋越大，面粉的吸水率也越大。面粉的吸水率高，则单位质量面粉的出品率高，且做出的面包松软，口感好，存放时间也较长。稳定时间能反映面团的机械耐受力，面粉的面筋网络结构越强越坚固，它的稳定时间越长。稳定时间长也能说明面团在发酵过程中有较强的保持二氧化碳的能力。

酶解产物对不同面筋含量面粉面团粉质特性影响结果见图5和6。由图5和6可知，酶解液的添加对高、中、低筋面粉的吸水率均有提高，酶解液在添加量为1.0%（以酶解液中戊聚糖的量计，1g戊聚糖／100g·面粉）时，低筋面粉的稳定时间有明显提高，而中筋和高筋面粉稳定时间没有明显变化，这与前人的研究［9，10］报道一致。

图5 酶解液添加量对各面筋含量面粉吸水率的影响Figure 5 Effect of different dosage of hydrolysates of wheat bran by xylanase on flour’s water absorption

图6 酶解液添加量对各面筋含量面粉稳定时间的影响Figure 6 Effect of different dosage of hydrolysates of wheat bran by xylanase on flour’s stabilization time

2.2.2 不同水解度酶解液对低筋面粉粉质特性的影响 不同水解度酶解产物对低筋面粉面团粉质特性影响的结果见图7和8。由图7和8可知，低筋面粉的吸水率一定范围内随酶解液添加量的增大而增加，在添加量大于1.0%时，吸水率基本不变。不同水解时间的酶解液对低筋面粉的影响也不同，总的来说水解时间过长的酶解液对低筋面粉吸水率的增加作用减弱，90 min水解液的效果最明显。从稳定时间看，30，60，90min的酶解液在添加量到1.0%时，面粉稳定时间有明显增加，120，180 min 的酶解液则要在添加量到1.5%时才有明显作用。这种现象的原因应该是酶解时间过长（120，180 min），戊聚糖被酶解过量（水解度为0.979%，1.254%），分子链减小到一定程度后吸水能力大大减弱。而且随着木聚糖酶在水解戊聚糖主链的同时也会水解支链，使得连接在支链的阿魏酸也与主链分离，甚至成为游离阿魏酸，从而它连接戊聚糖和面筋蛋白的作用就难以发挥，使水解液对面粉稳定时间的作用减弱。从图8分析，90min水解液（水解度在0.86%，戊聚糖含量8.34 mg／g），添加量为1.0%效果最佳。

2.3 小麦麸皮戊聚糖酶酶解液对面粉拉伸特性的影响

图7 不同水解度酶解液添加量对低筋面粉吸水率的影响Figure 7 Effect of the dosage of hydrolysates of wheat bran by xylanase for different enzymolysis time on low－gluten flour’s water absorption

图8 不同水解度酶解液添加量对低筋面粉稳定时间的影响Figure 8 Effect of the dosage of hydrolysates of wheat bran by xylanase for different enzymolysis time on low－gluten flour’s stabilization time

2.3.1 酶解液对不同面筋含量面粉拉伸特性的影响 面团的拉伸特性主要包括拉伸曲面、拉伸阻力、延伸度、拉伸比例等指标。一般拉伸曲面和拉伸阻力越大，则面粉筋力越强；延伸度与面团成型，发酵和焙烤时面团的增大有关。拉伸比例则是评价面团品质最重要的参数，它与面团的机械特性密切相关。酶解产物对不同面筋含量面粉拉伸特性影响的结果见表3和表4。由表3可知，低筋面粉在加入1.0%酶解液后，拉伸曲线面积、拉伸阻力和拉伸比例有显著（P＞0.05）增加，延伸度变化不大；中筋面粉在酶解液添加量较少（0.2%，0.5%）时，拉伸阻力和拉伸比例略有下降，但当添加量增加到1.0%后，拉伸曲线面积、拉伸阻力和拉伸比例都有显著增加，延伸度则在添加水解液之后均有所增加；高筋面粉在添加酶解液醒发后粘性过大无法测得拉伸指标。总的看来，水解液对中筋和低筋面粉有效果，尤其是对低筋面粉。

2.3.2 不同水解度酶解液对低筋面粉拉伸特性的影响 不同水解度酶解产物对低筋面粉拉伸特性影响的结果见表5。由表5可知，在醒面45min时，各酶解液对面粉拉伸曲面和拉伸阻力均较空白组增大，且随着酶解时间的加长，增强的幅度呈逐渐减弱趋势；在醒面90min和135min时，拉伸曲面、拉伸阻力随水解时间加长而减小，拉伸曲面的试验组与空白组差异不显著（P＞0.05），拉伸阻力则试验组都高于或显著高于空白组。延伸度则总是随着酶解时间的延长呈先减小后增大趋势；拉伸比例则恰与延伸度相反。表中酶解时间为30，60，90min时，拉伸曲面、拉伸阻力和拉伸比例均增大，表明面团的筋力增大，面筋网络更加牢固，加工搅拌性能增强。

表3 酶解液对低面筋含量面粉拉伸特性的影响Table 3 Effect of different dosage of hydrolysates of wheat bran by xylanase on low－gluten flour’s tensile properties

表4 酶解液对中面筋含量面粉拉伸特性的影响Table 4 Effect of different dosage of hydrolysates of wheat bran by xylanase on middle－gluten flour’s tensile properties

表5 不同水解度酶解液对低筋面粉拉伸特性的影响Table 5 Effect of different enzymolysis time of hydrolysates of wheat bran by xylanase on low－gluten flour’s tensile properties

2.4 小麦麸皮戊聚糖酶酶解液对面包品质的影响

2.4.1 酶解液对各面筋含量面粉面包品质的影响 评价面包烘焙品质的指标有很多，其中，烘烤失水量能反映面团在烘烤时的持水性，烘烤时失水量多则产出的面包会比较干，易掉屑，粗糙；面包比容反应面包品质的重要指标，比容大的面包其面团发酵比较好，气泡能够长大，面包质地较松软、有弹性；面包芯水分的流失预示着面包的干燥和老化，面包芯水分保持能力较好的面包一般口感更好，保存时间更长；硬度能够反应面包质构和老化程度。

酶解产物对各面筋含量面包品质影响的结果见表6。由表6可知，添加酶解液1.0%后，面包的烘烤失水量减少，面包芯水分在1周的贮藏时间内的散失速度也减缓，这说明添加水解液能提高面包的持水性，这与戊聚糖的高吸水率有关；中、低筋面粉面包的比容有显著增大，这与前人［10］报道相符；试验组面包的硬度在1周贮藏期内都较空白组显著改善，说明面包的老化速度在添加酶解液后有所减缓；其中以低筋面粉面包品质改善效果最为显著。

2.4.2 酶解液添加量对低筋面粉面包品质的影响 酶解产物添加量对低筋面粉面包品质影响的结果见表7。由表7可知，面包烘烤失水量和面包芯水分在贮藏期内的散失速度随着酶解液添加量的增加而减小；面包比容随着酶解液添加量的增加而增大；面包的硬度在贮藏期内的变化随着酶解液添加量的增加而减缓。总的看来添加量增大，面包品质改善效果增加，1%的酶解液添加量效果最明显，这与前面的粉质和拉伸试验结果一致。

表6 酶解液对各面筋含量面粉面包品质的影响Table 6 Effect of the hydrolysates of wheat bran by xylanase on bread’s quality of different flour

表7 不同添加量的酶解液对低筋面粉面包品质的影响Table 7 Effect of different dosage of the hydrolysates of wheat bran by xylanase on bread’s quality of low－gluten flour

3 结论

本试验通过对酶解条件的单因素试验得到了能较为稳定地通过酶解时间来控制水解度的酶解条件，并且得到了酶解反应动力学方程。本试验的研究表明，在一定时间范围内，木聚糖酶酶解麸皮的酶解液中戊聚糖水解度和戊聚糖含量随着酶解时间的延长而增大。将含有戊聚糖的酶解液添加到面团和面包中，酶解液能很好地改善低筋面团的流变学特性和面包的烘焙品质，表明木聚糖酶能够促使麸皮中的WUAX 降解为WEAX 从而改善面团和面包品质，也说明本试验的方法能提高麸皮戊聚糖的利用率。尽管如此，本试验对酶解液中的物质尤其是戊聚糖没有进行进一步地分析和检测，希望今后能对其进行分子量的检测和结构差异的研究，以期发现能对面团和面包其改善作用的戊聚糖的分子量分布和它们的结构特征，为戊聚糖的加工利用和面粉改良理论提供参考。

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