食品添加劑在面包中的應用研究進展

姜麗華 ，應 欣 ，谷靜涵 ，張 延 ，龐美蓉

(1.中糧面業(yè)（秦皇島）鵬泰有限公司，河北 秦皇島 066206；2.中糧營養(yǎng)健康研究院，營養(yǎng)健康與食品安全北京市重點實驗室，北京 102209）

食品添加劑在面包中被廣泛應用，根據(jù)GB2760-2014（食品安全國家標準 食品添加劑使用標準）規(guī)定，面包中允許使用的添加劑包括防腐劑、抗氧化劑、膨松劑、穩(wěn)定劑、乳化劑、甜味劑、水分保持劑、酸度調(diào)節(jié)劑、增稠劑、著色劑及酶制劑等。本文綜述了面包中應用較為普遍的添加劑的作用機理和應用效果。

1 面包中普遍使用的添加劑種類

對面包使用的添加劑進行分類和總結，發(fā)現(xiàn)目前市售面包使用的添加劑主要為復合添加劑，其種類包括酶制劑、乳化劑、防腐劑及抗氧化劑（去除面包原料本身如餡料、油脂等帶入的添加劑外）。

2 酶制劑的作用機理及應用效果

酶制劑是面包中常用的添加劑之一，通常為復配型，尤其是在長保面包及全谷物類面包中。面包中常用的酶包括淀粉酶、脂肪酶、木聚糖酶及葡萄糖氧化酶等。

2.1 淀粉酶的作用機制及應用效果

淀粉酶是一種相對復雜龐大的酶系，根據(jù)作用方式的不同，可以分為α-淀粉酶、β-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶、普魯蘭酶和環(huán)糊精葡萄糖轉移酶[1]。各種酶的作用方式如表1所示[2-4]。

表1 各種淀粉酶的作用方式

小麥本身含有α-淀粉酶和β-淀粉酶，將淀粉分解為可溶性糖，為酵母發(fā)酵提供能量來源。但在加工過程中小麥來源的酶活力不可避免會降低，小麥本身含有的α-淀粉酶通常不足以滿足烘焙產(chǎn)品的制作需求[5]，因此通常需要額外添加淀粉酶來幫助淀粉水解。圖1表現(xiàn)了在無糖面團中，不添加淀粉酶（左）和添加淀粉酶（右）的情況下的淀粉的水解情況，可以看出，在不添加淀粉酶的情況下，淀粉被小麥內(nèi)的淀粉酶水解為麥芽糖進入酵母細胞，酵母使用麥芽糖時，到開始進入發(fā)酵誘導期很長，約需要2h后才會開始發(fā)酵，因此中間會出現(xiàn)一段空檔期[6]。而添加淀粉酶后，可以將淀粉水解至葡萄糖之后再進入酵母細胞，大大縮短了酵母利用葡萄糖的時間。

圖1 無糖面團中不額外添加淀粉酶（左）和添加淀粉酶（右）時面團中的淀粉水解情況

淀粉酶將淀粉降解成麥芽糖、葡萄糖、糊精等產(chǎn)物，從而為酵母提供發(fā)酵所需的能源，縮短發(fā)酵時間，增大面包體積，同時促進美拉德反應的發(fā)生。Matsushita等[7]在全麥面粉與白面粉的混合粉中加入0.025% α-淀粉酶（1 500 U/g）后發(fā)現(xiàn)，與未添加組比較，面團持氣能力顯著增強，面包比容為 5.08 cm3/g，增加了14.7%。提高淀粉酶活性對面包體積有顯著影響，但過量的α-淀粉酶在烘烤過程中會大量水解淀粉，導致淀粉在冷卻過程中形成凝膠的能力減弱，反而降低面包體積。徐小娟[8]研究發(fā)現(xiàn)，在20～80 mg/kg范圍內(nèi)，隨著淀粉酶添加量的增加，全麥面包的比容逐漸增大，在淀粉酶的添加量為 80 mg/kg時達到最大，繼續(xù)增加淀粉酶，比容開始逐漸減小。

此外，淀粉酶能保持面包結構松軟、降低淀粉重結晶率，減緩淀粉老化，延長貨架期。李晶等[9]研究了枯草芽孢桿菌來源的麥芽糖淀粉酶能夠延緩面包品質(zhì)下降，添加0.04%麥芽糖淀粉酶能夠明顯延緩面包老化，對面團淀粉糊化特性影響較小。面包貯藏第七天時，能減少水分損失36.92%，并可以保持面包彈性。

2.2 脂肪酶的作用機理及應用效果

脂肪酶可以催化酯類化合物的分解、合成和酯交換等，在普通條件下，脂肪酶可能同時表現(xiàn)出甘油三酯酶、磷脂酶、糖脂酶等其中一種或者幾種酶的活性。其表現(xiàn)為甘油三酯酶活性時可以分解甘油三酯為單/雙甘油酯；表現(xiàn)為磷脂酶活性時可以分解卵磷脂為溶血卵磷脂；分子結構類似于雙乙酰酒石酸單甘油酯，表現(xiàn)為糖脂酶活性時可以分解雙半乳糖甘油二酯為雙半乳糖甘油單酯，分子結構類似于硬脂酰乳酸鈉[10-11]。從脂肪酶的分解產(chǎn)物可以看出，脂肪酶的作用類似于乳化劑，在面包中，脂肪酶的主要作用為：①增大面包體積：脂肪酶的水解能形成更強極性和親水結構，與麥谷蛋白更好地結合，形成更強的面筋網(wǎng)絡；②延緩面包老化：脂肪酶分解產(chǎn)生酯/脂類物質(zhì)具有乳化劑作用，甘油三脂脂肪酶水解脂肪形成甘油能與淀粉結合形成復合物，延緩淀粉老化。

王家寶等[12]研究表明添加0.01 g脂肪酶/kg面粉與0.5 g雙乙酰酒石酸單雙甘油酯/kg面粉的面包比容分別比對照組增大6.7%和11.3%，且貯存15 d后兩組面包的硬度值顯著高于對照組，但兩組之間無顯著差異。但也有研究表明，脂肪酶降低了面包的比容，Altinel等[13]研究表明，添加0.0002%的脂肪酶后，面包比容相比于對照組下降4.82%；當添加量提升至0.001%時，面包比容與對照無顯著差異。這種現(xiàn)象是由于面團中脂肪酶的作用產(chǎn)生的游離脂肪酸和其它脂質(zhì)降解產(chǎn)物的破壞作用所引起的。

2.3 木聚糖酶的作用機理及應用效果

木聚糖酶是指能專一降解半纖維素木聚糖為低聚木糖和木糖的一組酶的總稱[14]。水不溶性木聚糖吸水性強，與面筋蛋白競爭吸水，使得面筋蛋白吸水不充分，從而減弱面筋網(wǎng)絡。木聚糖酶將水不溶性木聚糖部分水解后，有助于面筋網(wǎng)絡的形成，提高面筋-淀粉膜的強度和延伸性，增加持氣和持水能力，使得面包更加柔軟，延緩面包老化。

木聚糖酶通常應用在全麥面包中，與白面粉相比，全麥面粉的膳食纖維含量高，約為12%左右，其主要成分為阿拉伯木聚糖，分為水溶性和水不溶性，其中水不溶性的占到70%～75%，這對全麥面團的面筋網(wǎng)絡造成了破壞作用，從顯微結構上看，全麥面團的結構中有很多裂痕和大孔洞，添加0.03%的木聚糖酶反應90 min后，面筋結構變得更加連續(xù)，孔洞明顯減少[15]。GHOSHAL等[16]研究表明，木聚糖酶可以降低全麥面包在儲存期內(nèi)的硬度值，延緩老化，并且感官評分也有所提升。在全麥面包中分別添加30、60、90 mg/kg的木聚糖酶，隨著添加量的增加，全麥面包的硬度值逐漸減小，彈性值逐漸增大，與對照相比，添加90 mg/kg的木聚糖酶后，彈性值增大16.2%，硬度值減小12.5%[17]。

2.4 葡萄糖氧化酶的作用機理及應用效果

葡萄糖氧化酶是一種需氧脫氫酶，具有很好的氧化作用，被認為是 “最有前途的綠色小麥粉強筋劑”。葡萄糖氧化酶將葡萄糖氧化為葡萄糖內(nèi)酯和過氧化氫，過氧化氫具有強氧化性，將巰基氧化為二硫鍵，強化面筋結構，改善面粉加工特性和穩(wěn)定性[18]，有助于延緩面包老化，提升柔韌性[19]。

鄧家珞等[20]研究表明，添加15 mg/kg葡萄糖氧化酶后，面包比容增加27.5%，添加20 mg/kg葡萄糖氧化酶后，面包的硬度、膠黏性和咀嚼性都與對照組有顯著差異。在冷凍面團中，添加0.015%的葡萄糖氧化酶能提高冷凍面團烘烤面包的比容、彈性、回復性和感官評分，提升整體品質(zhì)[21]。在全麥面團中，加入葡萄糖氧化酶5 U/g面粉，催化葡萄糖氧化生成的過氧化氫，面團中的類胡蘿卜素含量下降40%，起到了漂白全麥面粉的作用。同時，葡萄糖氧化酶使面團的彈性模量(Gˊ)和黏性模量(G")增加，導致面團的硬度增加，所以在全麥面團中添加葡萄糖氧化酶時應注意添加劑量，避免面團硬度過大[22]。

3 乳化劑的作用機理及應用效果

在面包中，乳化劑可以起到柔軟保鮮的效果，是因為直鏈淀粉在加熱條件下變?yōu)槁菪Y構，加入乳化劑后，它會與這種螺旋結構發(fā)生絡合形成復合體，從而提高淀粉的糊化溫度，防止淀粉重結晶，并從淀粉內(nèi)部阻止支鏈淀粉凝聚，從而延緩面包老化[23-24]。

乳化劑與蛋白之間也可以產(chǎn)生相互作用，具體表現(xiàn)為通過與非極性疏水基團的氨基酸結合、借助氫鍵與含不帶電荷極性基團的氨基酸結合或者通過靜電相互作用與含帶電荷極性基團氨基酸結合，通過這些相互作用可強化面筋結構，提高耐咀嚼性[24]。

鐘寶瑜等[25]研究表明在面包中分別添加質(zhì)量分數(shù)為0.25%～1.0%的聚甘油脂肪酸酯、0.1%～0.7%的單月桂酸甘油酯和0.05%～0.20%的硬脂酰乳酸鈉，隨著乳化劑添加量的增加，面包的比容逐漸增大，在7 d的存儲期內(nèi)，面包的硬度低于對照組。最優(yōu)組合為聚甘油脂肪酸酯添加量0.75%，單月桂酸甘油酯添加量0.60%，硬脂酰乳酸鈉添加量 0.15%，以此配方制備的面包比容達5.87 mL/g，硬度為474.4 g，與對照組比較，比容提高了20%，硬度降低了22%。

在冷凍面團中，隨著硬脂酰乳酸鈉添加量增加，冷凍面團烘烤面包的硬度、咀嚼性先降低、后升高，彈性、回復性、比容和感官評分先升高后降低，當SSL添加量為 0.20%（以面粉計）時，各指標達到各自的峰值[26]。

單硬脂酸甘油酯在食品領域應用最大的品類是面包，研究表明，添加0.3%的單甘脂可以降低面包儲存期內(nèi)的硬度；0.2%的單甘脂可以提高面團發(fā)酵穩(wěn)定性，增強面團的抗震性，同時單甘脂還可以減少面包烘烤后表面產(chǎn)生的氣泡[24]。

4 抗氧化劑的作用機理及應用效果

L-抗壞血酸、L-抗壞血酸棕櫚酸酯是面包中常用的抗氧化劑。L-抗壞血酸具有很強的還原性，對面團的氧化機理較為復雜，它是在一個復雜體系的催化作用下，自身轉化為具有氧化性的脫氫L-抗壞血酸，一方面氧化面團中的谷胱甘肽，使蛋白酶失去活性，抑制面筋蛋白質(zhì)的水解作用，相對增強了面筋的強度，另一方面，將巰基氧化為二硫鍵，加強面筋蛋白質(zhì)的主體網(wǎng)狀結構。李麗杰等[27]研究表明，添加0.002%的L-抗壞血酸后，面包的比容增加50.6%，貯存到第5天時，面包的硬度、膠著性及咀嚼性分別下降了31.8%、29.4%及26.8%。但齊琳娟等[28]研究發(fā)現(xiàn)，L-抗壞血酸的作用效果因小麥品種而異，對不同筋力的小麥粉面包烘焙品質(zhì)的改良效果不同。

L-抗壞血酸棕櫚酸酯是親水性的L-抗壞血酸和疏水性的棕櫚酸通過酯鍵結合形成的雙親性化合物,不僅保留了抗壞血酸全部的生理活性，而且提高了對光照、濕度、溫度的耐受能力。L-抗壞血酸棕櫚酸酯中的長脂肪酸鏈很好地嵌入到直鏈淀粉的螺旋空腔中，形成L-抗壞血酸棕櫚酸酯和淀粉結合的聚合物基質(zhì)，從而可以抑制淀粉的結晶和老化。Serfert等[29]證實面包中添加 0.38%的L-抗壞血酸棕櫚酸酯，可有效縮短面團醒發(fā)時間，使面包形成疏松多孔質(zhì)構，提高蓬松度和柔軟度。

5 防腐劑的作用機理及應用效果

按照GB 2760-2014（食品安全國家標準食品添加劑使用標準）規(guī)定，在面包中允許使用的防腐劑包括ε-聚賴氨酸、乳酸鏈球菌素、山梨酸及其鉀鹽、丙酸及其鈉鹽、鈣鹽及脫氫乙酸及鈉鹽（又名脫氫醋酸及其鈉鹽）。5種防腐劑抑菌機理和抑菌能力如表2所示[30-33]。

表2 面包中的防腐劑的抑菌能力和抑菌機理

由于不同防腐劑對微生物作用效果不同，當幾種復配使用時，在抑菌效果可互補，起到協(xié)同增效作用。劉梅森等[32]研究表明，脫氫醋酸鈉與丙酸鈣以 2∶3的比例復配時，抑菌效果最好。防腐劑的添加方式對面包的保質(zhì)期也有影響，豆康寧等對比了丙酸鈣混合添加、包裹添加和涂抹添加三種方式對面包保質(zhì)期的影響，其中表皮包裹是指先將丙酸鈣與10g面團混合，再搟成薄皮包裹在面團上，表皮涂抹是指將丙酸鈣配成10%溶液，再刷在面團上。結果表明表皮涂抹對面包的防霉變效果最好，其次是表皮包裹，最后是混合添加[34]。

6 小結與展望

食品添加劑在食品工業(yè)發(fā)展中起到重要支撐作用，是解決各類食品問題的利器。單一的食品添加劑的功能有一定的局限性，多種添加劑的復合使用達到協(xié)同增效作用，因此在實際應用中，普遍采用復合添加劑，尤其是在面包產(chǎn)品中，往往不會使用單一的食品添加劑。

根據(jù)GB 2760-2014（食品安全國家標準食品添加劑使用標準）規(guī)定之一為同一功能的食品添加劑（相同色澤著色劑、防腐劑、抗氧化劑）在混合使用時，各自用量占其最大使用量的比例之和不應超過1。并且在達到預期效果的前提下盡可能降低在食品中的使用量。雖然復合食品添加劑可以賦予食品更好的品質(zhì)，但易導致添加劑使用過量或者種類重復的問題，也不符合食品清潔健康的發(fā)展趨勢。因此，食品從業(yè)者應對食品添加劑的功能和作用有清楚的認知，盡可能合并具有相同功能的添加劑，科學合理地進行復配添加，從而發(fā)揮出食品添加劑最佳效果。