β－淀粉酶抑制面制品回生工藝優(yōu)化的研究

熊 柳 南 沖 孫慶杰 李凡飛

β－淀粉酶抑制面制品回生工藝優(yōu)化的研究

熊 柳 南 沖 孫慶杰 李凡飛

(青島農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，青島 266109)

以小麥粉為原料，通過(guò)β－淀粉酶對(duì)面制品進(jìn)行抗回生處理，研究了加酶量、酶作用時(shí)間、酶作用溫度對(duì)β－淀粉酶抑制面制品回生效果的影響，并在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，采用響應(yīng)面分析法對(duì)β－淀粉酶抑制面制品回生工藝進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)果表明，β－淀粉酶抑制面制品回生工藝的最佳條件為:酶濃度為45．8 U，酶作用溫度為57℃，酶作用時(shí)間32．2 min。在此工藝條件下制得的面制品，經(jīng)4℃下冷藏48 h后測(cè)得的硬度為(3 299．86±8．32)g，而未經(jīng)β－淀粉酶抗回生處理的面制品，經(jīng)4℃下冷藏48 h后測(cè)得的硬度為(12 950±7．22)g。面制品硬度降低了74．52%。

面制品 β－淀粉酶 抑制 回生 響應(yīng)面

小麥?zhǔn)鞘澜缟献钪匾墓任镏?，是人類生活中重要的糧食作物。面制品不僅是世界多數(shù)國(guó)家人們的主要糧食，也是我國(guó)北方廣大地域的傳統(tǒng)主食，食用歷史悠久［1］。新制作的面制品，如面包、饅頭、蛋糕等，都具有內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)松軟、有彈性、口感良好的特點(diǎn)。但隨著貯存時(shí)間的延長(zhǎng)，就會(huì)由軟變硬，組織變得松散、粗糙、彈性和風(fēng)味也隨之消失，這就是面制品回生現(xiàn)象［2］。

面制品的回生主要是由其中所含淀粉造成的。目前，由于化學(xué)修飾易產(chǎn)生毒性，食品工業(yè)一般不采用化學(xué)方法，而廣泛地采用食品添加劑如海藻糖、親水性膠體、乳化劑、多糖類、低聚糖、食用膠類等，防止各種淀粉的老化。盡管這些添加劑對(duì)淀粉的回生有很明顯的抑制作用，然而一般只可以延長(zhǎng)5～30天，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到人們所希望的效果［3］。一般認(rèn)為人們?nèi)粘Ｋ⒅氐牡矸凼称方M織硬化及品質(zhì)劣化，可由消除或抑制支鏈淀粉分子結(jié)晶的形成來(lái)得到抑制［4］。生物酶法是一種很好的抑制淀粉回生的方法。通過(guò)在饅頭、面包和米粉等的制作過(guò)程中添加淀粉酶，可有效增長(zhǎng)面制品的保鮮時(shí)間，是一種具有廣闊前景的方法［3］。

A A Aker等［5］研究指出，在面包中適量的加入生物α－淀粉酶，可顯著的降低面包的硬化速率。Hardeep SG［6］研究認(rèn)為在面包貯藏后期，支鏈淀粉的凝沉作用是影響面包老化的主要因素。α－淀粉酶能使支鏈淀粉在糊化時(shí)側(cè)鏈變短，從而降低支鏈淀粉分枝部分相互合并重結(jié)晶的機(jī)會(huì)，從而延緩面包老化。同時(shí)，張奇志等［7］研究發(fā)現(xiàn)α－淀粉酶可以增大面包體積，減少質(zhì)量損失;賦予面包心良好的質(zhì)地;防止面包老化，延長(zhǎng)貨架壽命等。我國(guó)專利饅頭保鮮抗老化復(fù)合改良劑(200610017950．0)采用在饅頭制作過(guò)程中添加淀粉水解酶、半纖維素酶、脂肪酶、乳化劑、親水性膠體、抗結(jié)劑作為抗老化復(fù)合改良劑。通過(guò)各種酶制劑等的復(fù)配來(lái)提高饅頭的抗老化性能［8］。丁文平等［9］在普魯蘭酶和β－淀粉酶對(duì)大米支鏈淀粉回生影響的研究中，研究了普魯蘭酶和β－淀粉酶對(duì)于抑制淀粉的回生的共同作用，其中β－淀粉酶能夠通過(guò)切短大米支鏈淀粉外側(cè)枝健而抑制其回生，且隨著酶解度的增加回生抑制更加明顯。孫玲玲等［10］研究了通過(guò)響應(yīng)面法優(yōu)化β－淀粉酶抑制糯米支鏈淀粉回生工藝，得出β－淀粉酶抑制糯米支鏈淀粉回生時(shí)最佳工藝條件為:酶濃度0．111%，溫度59．8℃，時(shí)間41．4 min。國(guó)內(nèi)對(duì)于生物酶抑制淀粉的回生多有研究，但對(duì)于β－淀粉酶抑制面制品回生及工藝優(yōu)化的研究較少。

本試驗(yàn)以小麥粉為原料，利用添加β－淀粉酶進(jìn)行抗回生處理，在單因素處理的基礎(chǔ)之上，選取顯著影響β－淀粉酶抑制面制品回生效果的3因素即酶添加量、酶作用時(shí)間和酶作用溫度研究β－淀粉酶抑制小麥粉制品回生的工藝，并對(duì)β－淀粉酶抑制面制品回生的工藝參數(shù)進(jìn)行分析及優(yōu)化，為β－淀粉酶抑制面制品回生的工業(yè)化應(yīng)用提供技術(shù)參數(shù)。

1 材料與方法

1．1 試驗(yàn)材料

小麥粉:山東萊州市聯(lián)合面粉廠;β－淀粉酶(酶活力1 771．2 U):美國(guó)Sigma公司。

1．2 試驗(yàn)儀器

DHG－9070A型恒溫干燥箱:上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司;電熱恒溫培養(yǎng)箱:南京市長(zhǎng)江電器儀器廠;冰箱:中國(guó)海爾集團(tuán)公司;Sartorius電子天平:北京賽多利斯天平有限公司;電磁爐:廣東銀港科技股份有限公司;TA－XT．Plus物性測(cè)定儀:英國(guó)Stable Micro Systems公司。

1．3 試驗(yàn)方法

1．3．1 面制品的抗回生處理

稱取一定量的小麥粉，加小麥粉質(zhì)量1．2倍的水，攪拌均勻，沸水蒸汽糊化3 min，冷卻到40～50℃后，添加一定量的β－淀粉酶液(以添加同樣量的蒸餾水作對(duì)照)，揉勻于一定溫度下恒溫培養(yǎng)一定時(shí)間，之后再沸水蒸汽中蒸3 min滅酶，后放入模子里，冷卻，做成質(zhì)量相同、厚度均勻、表面平整的面制品。

1．3．2 β－淀粉酶處理后面制品硬度的測(cè)定

將經(jīng)酶處理后的面制品在4℃冰箱中貯存48 h之后，采用TA．XT Plus物性儀對(duì)制得的β－淀粉酶處理后面制品質(zhì)構(gòu)進(jìn)行測(cè)定，主要參數(shù)為:運(yùn)行模式:Texture Profile Analysis(TPA);測(cè)試前速:1．00 mm/s;測(cè)試速度:1．00 mm/s;返回速度:1．00 mm/s;測(cè)試距離:30．00%;感應(yīng)力:Auto－10．0 g;兩次壓縮時(shí)間間隔5 s;數(shù)據(jù)采集速率:200 point/s;探頭:P35，探頭高度為30 mm。兩次下壓程序一致。測(cè)試完畢后利用質(zhì)構(gòu)儀分析軟件得到硬度。以上試驗(yàn)重復(fù)3次取平均值。

1．3．3 β－淀粉酶抑制面制品回生的單因素試驗(yàn)

以面制品的硬度為指標(biāo)，控制面制品的抗回生處理中其他條件一致，研究酶濃度、作用時(shí)間和作用溫度3因素分別對(duì)β－淀粉酶抑制面制品回生效果的影響。

1．3．4 β－淀粉酶抑制面制品回生工藝參數(shù)的優(yōu)化

根據(jù)BOX－Behnken中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理［11］，綜合單因素試驗(yàn)結(jié)果，選取酶作用濃度、酶作用溫度、酶作用時(shí)間3個(gè)對(duì)酶抑制面制品回生效果影響較為顯著的因素，分別以X1、X2、X3表示，以面制品的硬度作為指標(biāo)，設(shè)計(jì)三因素三水平試驗(yàn)。試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素及水平編碼見(jiàn)表1，數(shù)據(jù)采用SASRSREG統(tǒng)計(jì)軟件分析。

表1 試驗(yàn)因素水平及編碼

2 結(jié)果與分析

2．1 單因素對(duì)酶處理后面制品質(zhì)構(gòu)的影響

2．1．1 不同酶濃度對(duì)面制品質(zhì)構(gòu)的影響

面制品抗回生處理過(guò)程中的其他條件一定，其中，酶作用溫度為50℃，酶作用時(shí)間為20 min，酶濃度分別為5、15、25、35、45、55、65 U時(shí)，對(duì)于在4℃的冰箱中保溫48 h面制品硬度的影響結(jié)果如圖1所示。

圖1 不同酶濃度對(duì)面制品硬度影響曲線

由圖1可以看出:隨著酶濃度增加，面制品的硬度逐漸降低，后趨于平緩。當(dāng)濃度小于45 U時(shí)，隨酶濃度增加硬度明顯降低，當(dāng)濃度大于45 U時(shí)，面制品的硬度降低效果不明顯。這與姚遠(yuǎn)等［4］在對(duì)米飯回生抑制原理與工藝的研究中得出的結(jié)論一致，β－淀粉酶使米飯的回生硬度有顯著變化，且酶濃度越高，米飯的硬度越低。同樣，木俁六司［12］在蒸煮后的米飯表面噴涂β－淀粉酶可有效的抑制米飯的回生，并指出這可能是由于β－淀粉酶的作用降低了支鏈分子外支鏈的長(zhǎng)度，使其聚合度低于10，而無(wú)法形成雙螺旋結(jié)構(gòu)。有研究發(fā)現(xiàn)β－淀粉酶能保持支鏈淀粉的分支結(jié)構(gòu)，但縮短了支鏈淀粉的外鏈長(zhǎng)度，從而抑制淀粉的回生［13］?？紤]使處理樣品能最好的保持原有的品質(zhì)，且盡量減少酶用量，降低成本，選擇酶的濃度為45 U。

2．1．2 不同酶作用時(shí)間對(duì)面制品質(zhì)構(gòu)的影響

在面制品抗回生處理過(guò)程中的其他條件一定下，其中，酶作用溫度為50℃，酶濃度為45 U。酶作用時(shí)間分別為10、20、30、40、50、60 min時(shí)，對(duì)于在4℃的冰箱中保溫48 h面制品硬度的影響結(jié)果如圖2所示。

圖2 不同酶處理時(shí)間對(duì)面制品硬度影響曲線

由圖2可知，由于酶作用需要一定的時(shí)間，因此，隨著酶處理時(shí)間的延長(zhǎng)，面制品的硬度降低。當(dāng)處理時(shí)間小于30 min時(shí)，面制品的硬度變化降低明顯，由5 687 g降低至4 308 g，降低幅度達(dá)24．23%;處理時(shí)間大于30 min，隨時(shí)間的延長(zhǎng)，面制品硬度變化趨于平緩，在盡量提高酶抑制面制品回生效率的前提下，選擇酶處理的時(shí)間為30 min。

2．1．3 不同酶作用溫度對(duì)面制品質(zhì)構(gòu)的影響

在面制品抗回生處理過(guò)程中的其他條件一定下，其中，酶作用時(shí)間為20 min，濃度為45 U。酶作用溫度分別是45、50、55、60、65、70℃時(shí)，對(duì)于在4℃的冰箱中保溫48 h面制品硬度的影響結(jié)果如圖3所示。

圖3 不同酶處理溫度對(duì)面制品硬度影響曲線

由圖3可以看出:在整個(gè)試驗(yàn)酶作用溫度范圍內(nèi)，酶抗回生處理后面制品硬度變化呈先降低后增加的趨勢(shì)，該試驗(yàn)結(jié)果與孫玲玲等［10］在響應(yīng)面法優(yōu)化β－淀粉酶抑制糯米支鏈淀粉回生工藝的研究中得出的米粉團(tuán)硬度隨酶作用溫度變化的趨勢(shì)相同，同時(shí)，他們指出了在β－淀粉酶作用溫度為55℃時(shí)抑制支鏈淀粉回生的效果較好，當(dāng)溫度繼續(xù)升高酶活力下降，抑制回生不顯著。邱潑等［14］在采用生物酶法抑制鮮濕米粉回生的研究中，通過(guò)感官評(píng)定指出，在溫度小于50℃時(shí)，品質(zhì)隨溫度升高而提高，隨酶作用時(shí)間的延長(zhǎng)，米粉品質(zhì)提高，時(shí)間超過(guò)30 min時(shí)，品質(zhì)提升不明顯。本試驗(yàn)中當(dāng)酶作用溫度小于55℃時(shí)，面制品的硬度明顯降低，由5 122 g降低至4 323 g;跌幅達(dá)15．60%。其中在酶作用溫度為50～60℃之間時(shí)，面制品硬度變化最為明顯。當(dāng)溫度高于60℃時(shí)，面制品硬度隨溫度的升高而增大，其原因?yàn)楫?dāng)溫度高于60℃時(shí)，β－淀粉酶酶活力下降或部分失活，其抑制淀粉回生的效果減弱，導(dǎo)致面制品硬度再次升高。

2．2 響應(yīng)面法優(yōu)化β－淀粉酶抑制面制品回生工藝

2．2．1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與模型分析

結(jié)合單因素試驗(yàn)結(jié)果，確定各個(gè)因素的選取范圍區(qū)間，以面制品硬度(Y)的平均值為響應(yīng)值，對(duì)顯著影響酶抑制面制品回生效果的酶濃度(Z1)、酶作用溫度(Z2)和酶作用時(shí)間(Z3)3因素進(jìn)行優(yōu)化試驗(yàn)，試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見(jiàn)表2。17個(gè)試驗(yàn)分為析因點(diǎn)和零點(diǎn)，試驗(yàn)號(hào)1～12是析因試驗(yàn)，13～17是中心試驗(yàn)。其中析因點(diǎn)在自變量取值在X1，X2，X3所構(gòu)成的三維定點(diǎn)，零點(diǎn)區(qū)域?yàn)橹行狞c(diǎn)，零點(diǎn)試驗(yàn)重復(fù)3次，以估計(jì)試驗(yàn)誤差。

表2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

對(duì)表2結(jié)果采用SAS軟件對(duì)進(jìn)行回歸擬合與方差分析，確立如下回歸預(yù)測(cè)模型:

Y=3 454．86－157．43X1－251．27X2－194．13X3－36．98X1X2+28．12X1X3+64．44X2X3+465．30X12+297．54X2

2+373．47X3

2

面制品硬度的方差分析結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 方差分析表

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，用SAS統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行多元?dú)w分析，當(dāng)“P＞F”值小于0．05時(shí)，表示該項(xiàng)指標(biāo)顯著，由表3方差分析結(jié)果可知該二次方程模型顯著。該模型的R2=0．993，說(shuō)明此模型與實(shí)際試驗(yàn)擬合較好，試驗(yàn)失擬項(xiàng)小，因此可用該回歸方程代替試驗(yàn)真實(shí)點(diǎn)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析?；貧w系數(shù)顯著性檢驗(yàn)表明，在所選取的各因素水平范圍內(nèi)，對(duì)影響β－淀粉酶抑制面制品回生效果的3因素主次順尋依次是酶作用溫度、酶作用時(shí)間、酶濃度。回歸方程的各項(xiàng)方差分析結(jié)果表明:一次項(xiàng)和二次項(xiàng)都有顯著性因素，因此各試驗(yàn)因子對(duì)響應(yīng)值的影響不是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系。所以，可以利用該回歸方程確定處理的最佳條件。

2．2．2 響應(yīng)面分析

響應(yīng)面圖形是響應(yīng)值對(duì)各試驗(yàn)因子X(jué)1、X2、X3所構(gòu)成的三維空間的曲面圖，從響應(yīng)面分析圖上可形象地看出最佳參數(shù)及各參數(shù)之間的相互作用。當(dāng)特征值均為正值時(shí)，響應(yīng)面分析圖為山谷形曲面，有極小值存在;當(dāng)特征值為負(fù)值時(shí)，為山丘曲面，有極大值存在;當(dāng)特征值有正有負(fù)時(shí)，為馬鞍形曲面，無(wú)極值存在［15］;而由等高線圖可以看出存在極值的條件應(yīng)該在圓心處。X1、X2、X3中任意一個(gè)變量取零水平時(shí)，做其余兩個(gè)變量交互作用對(duì)于酶抑制面制品回生影響的響應(yīng)面曲線和等值線圖4～圖6。

圖6 酶濃度和作用時(shí)間交互作用對(duì)面制品硬度影響曲面圖及其等高線圖

從圖4～圖6中曲面圖和等高線可看出，酶濃度、酶作用溫度和酶作用時(shí)間3因素交互作用對(duì)于酶抑制面制品回生影響顯著;酶作用溫度對(duì)處理效果的影響最大，酶作用時(shí)間影響次之，酶濃度的影響最小。

2．2．3 β－淀粉酶抑制面制品最佳工藝條件的確定與試驗(yàn)驗(yàn)證

在選取的各因素范圍內(nèi)，根據(jù)二次回歸的數(shù)學(xué)模型分析結(jié)果，最佳工藝條件為:酶濃度45．8 U，酶作用溫度為57℃，酶作用時(shí)間32．2 min，預(yù)測(cè)在此條件下的面制品硬度為3 368．2 g。為了證實(shí)預(yù)測(cè)的結(jié)果，用試驗(yàn)中得到的最佳工藝條件，重復(fù)試驗(yàn)3次，取平均值，得在4℃的冰箱中保溫48 h后面制品硬度值為度為(3 299．86±8．32)g。與在此工藝條件下預(yù)測(cè)面制品硬度值的相對(duì)誤差僅2．029%。說(shuō)明該模型與實(shí)際情況擬合很好，試驗(yàn)中得到的最佳工藝條件能很好的用于指導(dǎo)實(shí)踐。

3 結(jié)論

以小麥粉為原料，通過(guò)β－淀粉酶對(duì)面制品進(jìn)行抗回生處理，以面制品的硬度為評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過(guò)酶濃度、酶作用溫度及酶作用時(shí)間的單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面分析的各因素交互試驗(yàn)，對(duì)β－淀粉酶抑制面制品回生的工藝條件進(jìn)行優(yōu)化。獲得的最佳工藝條件為:酶濃度為45．8 U，酶處理溫度為57℃，酶處理時(shí)間32．2 min。經(jīng)方差及回歸方程分析得到酶濃度、酶處理溫度及酶處理時(shí)間以及它們之間的交互作用對(duì)于酶抑制面制品回生影響顯著，其中，酶作用溫度對(duì)處理效果的影響最大，酶作用時(shí)間影響次之，酶濃度的影響最小。因此，通過(guò)響應(yīng)面分析法優(yōu)化的β－淀粉酶抑制面制品回生的工藝條件可用于指導(dǎo)工業(yè)生產(chǎn)。

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Optimization of Processes for the Inhibition of Flour Products Retrogradation by Beta－Amylase

Xiong Liu Nan Chong Sun Qingjie Li Fanfei
(College of Food Science and Engineering，Qingdao Agricultural University，Qingdao 266109)

The inhibition of wheat flour products retrogradation is treated by beta－amylase．Single－factor experiments are carried to investigate the influences of the beta－amylase concentration，reaction time and reaction temperature on the inhibition of flour products retrogradation．On the basis of single factor tests，the processes for the inhibition of flour products retrogradation by beta－amylase are optimized with the response surface methodology．The result indicates that the optimum conditions for the Inhibition of flour products retrogradation are that:the beta－amylase concentration is 45．8 U;the reaction temperature is 57℃;and reaction time 32．2 min．On these conditions，the flour products stored at 4℃for 48 h can measure the hardness about(3 299．86±8．32)g，but the flour products without treatment by beta－amylase can measure the hardness about(12 950±7．22)g．The hardness of flour products has reduced 74．52%．

flour products，beta － a mylase，inhibition，retrogradation，response surface methodology

TS235．3

A

1003－0174(2012)08－0005－06

2011－09－14

熊柳，女，1975年出生，講師，糧油加工

孫慶杰，男，1970年出生，博士，教授，糧食、油脂與蛋白質(zhì)工程，糧油加工