葡萄糖氧化酶協(xié)同鰱魚酶解產(chǎn)物改良冷凍面團(tuán)品質(zhì)的研究

符禹婷,柏妮,陳菲悅,俞健,劉永樂,李向紅,王發(fā)祥

(長(zhǎng)沙理工大學(xué) 食品與生物工程學(xué)院,湖南省水生資源食品加工工程技術(shù)研究中心,湖南 長(zhǎng)沙,410114)

冷凍面團(tuán)技術(shù)是指運(yùn)用冷凍原理與技術(shù)對(duì)面坯半成品進(jìn)行冷凍處理并冷凍保藏一段時(shí)間,待用時(shí)解凍,再銜接后續(xù)加工流程生產(chǎn)出成品的新工藝[1]。冷凍面團(tuán)技術(shù)突破了傳統(tǒng)生產(chǎn)流程需要一氣呵成的制約,具有方便快捷、保質(zhì)期長(zhǎng)、利于標(biāo)準(zhǔn)化、適合連鎖生產(chǎn)的特點(diǎn),滿足了現(xiàn)代食品業(yè)規(guī)模化生產(chǎn)和人們對(duì)食品新鮮度及安全性的需要,是傳統(tǒng)發(fā)酵面制品工業(yè)化的發(fā)展方向[2]。冷凍能延長(zhǎng)面團(tuán)的保質(zhì)期,但冷凍環(huán)節(jié)中的冰晶形成和重結(jié)晶也會(huì)損害面團(tuán)的品質(zhì),如降低酵母菌發(fā)酵活力、破壞面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),從而影響面團(tuán)與最終產(chǎn)品質(zhì)量[3]。目前,研究者已研究通過篩選優(yōu)良抗凍劑、選育耐凍酵母菌株、改良面團(tuán)發(fā)酵及冷凍工藝等方式改善面團(tuán)冷凍損害,而添加合適的抗凍保護(hù)劑仍被認(rèn)為是最有效途徑[3-5]。

鰱魚(Hypophthalmichthysmolitrix)是我國(guó)主要的養(yǎng)殖魚類之一,也是最典型的大宗低值淡水魚,目前加工利用途徑較少[6]。在鰱魚的高值化利用研究中,課題組發(fā)現(xiàn)鰱魚酶解產(chǎn)物(silver carp muscle hydrolysate,SCMH)是一種優(yōu)良的抗凍劑[7-8],能顯著抑制肌原纖維蛋白的冷凍變性[9];同時(shí)對(duì)酵母菌[7]、乳酸菌[8]等微生物細(xì)胞均具有抗凍保護(hù)效果,將其加入冷凍面團(tuán)中能顯著縮短凍融后面團(tuán)的醒發(fā)時(shí)間,提高冷凍面團(tuán)面包的比容和感官品質(zhì)[10]。然而,劉偉等[11]的研究也表明,SCMH中潛在的還原性肽(抗氧化性)會(huì)損害面粉的粉質(zhì)特性,從而對(duì)面團(tuán)的流變特性具有負(fù)面影響。最近,研究也證實(shí)了SCMH在冷凍魚糜中的抗凍和抗氧化雙重功效[12],而抗氧化物質(zhì)通常會(huì)破壞面筋網(wǎng)絡(luò)中的二硫鍵,從而降低面團(tuán)及其產(chǎn)品的品質(zhì)。因此,將SCMH作為冷凍面團(tuán)改良劑還需要對(duì)其抗氧化性進(jìn)行必要的調(diào)控。葡萄糖氧化酶(glucose oxidase,GOD)是一種常用面團(tuán)改良劑,其能誘導(dǎo)蛋白質(zhì)交聯(lián),增強(qiáng)面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[13],還能中和死亡酵母細(xì)胞釋放的還原性物質(zhì)[14],故利用GOD和SCMH協(xié)同改善冷凍面團(tuán)品質(zhì)具有良好的應(yīng)用前景,但相關(guān)研究目前仍非常缺乏。本研究在前期研究的基礎(chǔ)上,研究GOD協(xié)同SCMH對(duì)冷凍面團(tuán)流變特性與焙烤特性等的影響及其機(jī)制,為以SCMH開發(fā)冷凍面團(tuán)品質(zhì)改良劑提供理論依據(jù)和技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮鰱魚,市售,每尾質(zhì)量為(2.5±0.5) kg;白砂糖、食鹽,市售;高筋小麥粉(蛋白質(zhì)含量≥11.1%),克明面業(yè)股份有限公司;活性干酵母,安琪酵母股份有限公司;復(fù)合蛋白酶(≥1.5 AU/g),諾維信(中國(guó))生物技術(shù)有限公司;GOD(100 U/mg),上海阿拉丁生化科技股份有限公司;總抗氧化能力(total antioxidant capacity,T-AOC)試劑盒,南京建成公司;麥芽汁培養(yǎng)基、馬鈴薯葡萄糖瓊脂培養(yǎng)基,廣東環(huán)凱微生物科技有限公司;其他試劑均為國(guó)產(chǎn)分析純或生化試劑。

1.2 儀器與設(shè)備

BIOTECH-5M-7000A 酶反應(yīng)器,上海保興生物設(shè)備工程有限公司;HMJ-A35M1型和面機(jī),小熊電器股份有限公司;UKOEO-F150醒發(fā)箱,珠海家寶德科技有限公司;JCD-5型電動(dòng)壓面機(jī),浙江天喜網(wǎng)絡(luò)科技有限公司;YXD-Z204商用箱式電烤爐,廣州市三鼎金屬制品有限公司;TA.XT.Plus型物性測(cè)定儀,英國(guó)Stable Micro System公司;TU-1901雙光束紫外可見分光光度計(jì),北京普析通用儀器有限責(zé)任公司;THZ-98AB恒溫振蕩器、恒溫培養(yǎng)箱,上海一恒科技有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 SCMH的制備

參考熊思佳等[7]的方法。新鮮鰱魚宰殺取肉,用組織搗碎機(jī)攪碎,按固液比1∶5(g∶mL)與水混勻后加入酶反應(yīng)器,加入相當(dāng)于魚肉(水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)按80%計(jì))干質(zhì)量3%的復(fù)合蛋白酶,在50 ℃、pH 6.5±0.05條件下水解30 min,于4 000×g離心15 min后,收集上清液凍干即得SCMH(蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為85%,水解度為13%～14%)。

1.3.2 冷凍面團(tuán)的制備

參考劉偉等[11]的方法?？瞻捉M配方:面粉100 g、去離子水50 g、白砂糖5 g、食用鹽1 g、干酵母0.4 g;SCMH組以等質(zhì)量的SCMH溶液(40 g/L)代替去離子水,SCMH+GOD組則是將SCMH和GOD按質(zhì)量比1 000∶1混合均勻,再配成40 g/L的溶液代替空白組中的去離子水。按配方稱取面粉和其他原料,加入水或抗凍劑溶液,置于和面機(jī)自動(dòng)和面10 min,面團(tuán)分成若干個(gè)30 g的小面團(tuán),放入面包模具中壓平,封口膜封口,分別進(jìn)行0和4次凍融循環(huán)(-18 ℃冷凍18 h,4 ℃解凍6 h為1次凍融循環(huán))后測(cè)定相關(guān)指標(biāo)。

1.3.3 T-AOC測(cè)定

按T-AOC試劑盒說明書進(jìn)行,測(cè)定時(shí)以雙蒸水調(diào)零,在1 cm光徑、520 nm波長(zhǎng)下測(cè)定各管吸光度。規(guī)定在37 ℃時(shí)每分鐘每毫升樣品使反應(yīng)體系的吸光度(OD值)每增加0.01時(shí)為一個(gè)總抗氧化能力單位。

1.3.4 抗凍活性的測(cè)定

總SCMH的抗凍活性以酵母菌凍融后的存活率表征,參考熊思佳等[7]的方法測(cè)定。制備酵母菌培養(yǎng)液,取1.0 mL加入預(yù)裝有9.0 mL無菌水(空白組)或SCMH溶液(含40 mg SCMH)、SCMH+GOD溶液(含40 mg SCMH+GOD混合物,二者以質(zhì)量比1 000∶1混勻備用),振蕩混勻后制成菌懸液,進(jìn)行1次凍融循環(huán)處理(-20 ℃冷凍18 h,4 ℃解凍6 h),以稀釋平板計(jì)數(shù)法測(cè)定其活菌數(shù)。凍融后與凍融前酵母菌懸液中活菌數(shù)的比值即為存活率,其值越大表示抗凍活性越好。

1.3.5 面包焙烤及其外觀測(cè)定

凍融0或4次的面團(tuán)參照劉偉等[11]的方法醒發(fā)3 h,放入烤箱中(180 ℃,上下火)焙烤15 min,將面包從模具中倒出,室溫冷卻30 min,使用康尼D5600拍照觀察面包外觀形態(tài)。

1.3.6 面包質(zhì)構(gòu)特性的測(cè)定

參考程毛等[15]的方法,采用配有P/50探頭的質(zhì)構(gòu)儀進(jìn)行氣質(zhì)構(gòu)分析(texture profile analysis,TPA)。按1.3.5節(jié)方法焙烤面包,冷卻30 min后取面包中心切成高度2 cm、直徑3 cm的圓柱形切片,測(cè)試前、中、后速度分別設(shè)置為3、1、3 mm/s,壓縮量50%。

1.3.7 面團(tuán)流變特性的測(cè)定

參考劉偉等[11]的方法采用質(zhì)構(gòu)儀測(cè)定。其中拉伸強(qiáng)度采用抗拉測(cè)試探頭A/SPR測(cè)定,黏附性采用P/0.5探頭測(cè)定。

1.3.8 面筋形態(tài)和性質(zhì)分析

按1.3.2節(jié)的方法制備冷凍面團(tuán),分別稱取0和4次凍融循環(huán)的面團(tuán),用蒸餾水反復(fù)沖洗至淀粉洗凈(水完全變清),6 000 r/min離心15 min,擦干表面水分即得濕面筋;獲得的面筋樣品搓成團(tuán),靜置15 min,拍照觀察面筋靜置前后的形態(tài)。

參考方英杰等[16]的方法,稱取3 g左右上述濕面筋樣品搓成面筋球,在球的中心掛上2個(gè)掛鉤,使上下2只鉤子形成對(duì)拉狀態(tài),下鉤掛上18 g砝碼,放入30 ℃恒溫箱中觀察其延伸情況,記錄面筋球60 min內(nèi)的延伸和斷裂情況;將測(cè)完上述指標(biāo)的面筋搓成5 cm左右的長(zhǎng)條,用手捏住兩端慢慢拉伸至斷裂,記錄拉斷時(shí)的長(zhǎng)度即為其拉伸長(zhǎng)度。

1.3.9 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

2 結(jié)果與分析

2.1 GOD對(duì)SCMH抗氧化能力和抗凍活性的影響

WANG等[17]研究證實(shí)了SCMH有良好的酵母菌抗凍活性,將其作為抗凍劑加入冷凍面團(tuán)能顯著改善冷凍面團(tuán)及其產(chǎn)品的品質(zhì)[18],但其對(duì)面團(tuán)也存在一些負(fù)面影響,需要進(jìn)一步調(diào)控[11]。由圖1可見,SCMH的T-AOC為1 243 U/g,表明SCMH中還含有還原性物質(zhì)(肽),其存在通常不利于面團(tuán)面筋結(jié)構(gòu)的形成和穩(wěn)定,因而會(huì)損害面粉的粉質(zhì)特性,導(dǎo)致面團(tuán)拉伸強(qiáng)度降低、黏附性和延展性增大[11];混入GOD后,其T-AOC降低至950 U/g,主要是因?yàn)镚OD能在有氧和水的條件下催化葡萄糖生成葡萄糖酸和H2O2[19],而H2O2具有強(qiáng)氧化性,在一定程度上中和了SCMH中的還原性物質(zhì)。此外,面團(tuán)發(fā)酵過程中一般會(huì)產(chǎn)生較多葡萄糖,GOD作用的時(shí)間更長(zhǎng),理論上其在冷凍面團(tuán)中調(diào)控SCMH抗氧化能力的效果會(huì)更顯著。

圖1 添加GOD對(duì)SCMH抗凍性和總抗氧化能力影響Fig.1 Effects of GOD on the antifreeze activity and total antioxidant capacity of SCMH注:不同大寫小寫字母分別表示處理間酵母存活率、平均抗氧化能力差異顯著(P<0.05)。

GOD對(duì)SCMH抗凍活性的影響結(jié)果如圖1所示?？梢?進(jìn)行凍融循環(huán)后,添加SCMH組的酵母菌存活率分別為54%,顯著高于空白組(P<0.05),說明SCMH對(duì)酵母菌有良好的抗凍保護(hù)作用,與之前的研究結(jié)果是一致的[7];而在同時(shí)加入GOD后,凍融循環(huán)后酵母菌的存活率為55%,與SCMH組無顯著性差異(P>0.05),說明添加GOD不影響SCMH的抗凍性,可以用于協(xié)同SCMH改良冷凍面團(tuán)品質(zhì)。

2.2 添加SCMH及GOD對(duì)冷凍面團(tuán)面包外觀的影響

面包外觀直接影響消費(fèi)者對(duì)面包產(chǎn)品的喜好程度。由圖2可見,與空白組相比,含有SCMH的面包表皮呈現(xiàn)出更具吸引力的金棕色,說明添加SCMH能改善面包表皮色澤;主要是因?yàn)镾CMH含有豐富的短肽和氨基酸,在焙烤過程中有利于發(fā)生美拉德反應(yīng),促進(jìn)面包形成特有色澤[20]。而與SCMH組面包相比,添加GOD的面包表皮色澤更均勻,且凍融4次后色澤變化較小,說明GOD能協(xié)同SCMH改善面包的色澤。此外,空白組和SCMH組面包表皮均能觀察到明顯的塌陷與小泡,而添加GOD的面包表皮光滑,外觀明顯改善,這可能與GOD能增強(qiáng)面筋強(qiáng)度、改善面團(tuán)的持氣性能有關(guān)[21]。任順成等[22]研究適量GOD能顯著提高面包色澤,DECAMPS等[23]也發(fā)現(xiàn)加入適量的GOD能減少醒發(fā)后面團(tuán)表面塌陷,這與本研究的結(jié)果一致。

a-0次凍融循環(huán)的空白組面包;b-0次凍融循環(huán)的SCMH組面包;c-0次凍融循環(huán)的SCMH+GOD組面包;d-4次凍融循環(huán)的空白組面包;e-4次凍融循環(huán)的SCMH組面包;f-4次凍融循環(huán)的SCMH+GOD組面包圖2 添加GOD和SCMH對(duì)冷凍面團(tuán)面包外觀的影響Fig.2 Effects of adding SCMH and GOD on the appearance of bread from frozen dough

2.3 添加SCMH及GOD對(duì)冷凍面團(tuán)面包質(zhì)構(gòu)特性的影響

面包的硬度、膠著度和咀嚼度等對(duì)其口感影響較大,這些指標(biāo)通常與面團(tuán)品質(zhì)呈負(fù)相關(guān)[24]。由表1可見,凍融4次后,空白組面包的硬度、咀嚼度、膠著度分別從1 271 g、951和1 031變?yōu)? 759 g、1 298和1 410,分別增加了38%、36%和37%,說明凍融嚴(yán)重影響了冷凍面團(tuán)的焙烤特性,面包比容降低[11],這主要與凍融對(duì)酵母菌活性和面筋結(jié)構(gòu)的損害有關(guān);添加SCMH后,凍融前面包的硬度、膠著度和咀嚼度與空白組相比差異不顯著(P>0.05),但凍融后3個(gè)指標(biāo)分別為1 563 g、1 165、1 253,增幅分別為30%、27%和28%,均顯著低于空白組(P<0.05),主要是因?yàn)镾CMH能抑制冰晶的形成從而阻止酵母菌死亡和面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)破壞[18]。然而,當(dāng)SCMH中協(xié)同添加GOD后,凍融前面包的硬度、膠著度和咀嚼度分別為1 012 g、776和845,顯著低于空白組和SCMH組(P<0.05),說明GOD能改善面包的質(zhì)構(gòu)特性,可能與GOD能增強(qiáng)面團(tuán)的韌性和持氣性[13],增加面包比容[23]有關(guān),與錢金圣[25]的結(jié)果一致;凍融循環(huán)4次后,SCMH+GOD組面包的硬度、膠著度和咀嚼度增幅分別為14%、12%和15%,不僅顯著低于空白組,也小于SCMH組,說明添加GOD不僅不會(huì)影響SCMH抗凍活性的發(fā)揮,還能中和凍融過程中因酵母菌死亡、蛋白結(jié)構(gòu)斷裂等釋放出的還原性物質(zhì)[26],從而更有利于冷凍面團(tuán)的品質(zhì)穩(wěn)定。

表1 添加GOD和SCMH對(duì)冷凍面團(tuán)面包質(zhì)構(gòu)的影響Table 1 Effects of adding SCMH and GOD on the texture of frozen dough bread

2.4 添加SCMH及GOD對(duì)冷凍面團(tuán)拉伸強(qiáng)度和黏附性的影響

劉偉等[11]研究表明SCMH中的還原性肽會(huì)改變面粉的粉質(zhì)特性,影響面團(tuán)形成和穩(wěn)定,面團(tuán)加入SCMH后出現(xiàn)拉伸強(qiáng)度減小,黏附性增加的現(xiàn)象。由圖3可見,凍融前空白組面團(tuán)的拉伸強(qiáng)度和黏附性分別為10.96 g和112.82 mN·s,而添加SCMH后面團(tuán)(SCMH組)的拉伸強(qiáng)度(7.79 g)降低了29%,黏附性(544.44 mN·s)上升了383%,這與劉偉等[11]的結(jié)果一致,可能是SCMH中的還原性肽影響了面筋蛋白的聚合和二硫鍵的結(jié)構(gòu)狀態(tài),從而降低了面團(tuán)筋力[27]。加入GOD后,面團(tuán)(SCMH+GOD組)的拉伸強(qiáng)度為14.22 g,顯著高于SCMH組和空白組(P<0.05);而其黏附性為90.69 mN·s,較SCMH組顯著降低(P<0.05),與空白組相當(dāng)。這說明GOD不僅能抵消SCMH對(duì)面團(tuán)流變性質(zhì)的負(fù)面影響,還能明顯改善面團(tuán)拉伸特性,主要是因?yàn)镚OD能中和面團(tuán)中的還原性物質(zhì),有利于面筋蛋白形成二硫鍵,從而增強(qiáng)面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[28]。

a-拉伸強(qiáng)度;b-黏附性圖3 添加GOD和SCMH對(duì)冷凍面團(tuán)拉伸強(qiáng)度和黏附性的影響Fig.3 Effects of adding SCMH and GOD on the tensile strength and adhesion of frozen dough注:不同字母表示處理間均值差異顯著(P<0.05)。

凍融循環(huán)4次后,空白組面團(tuán)的拉伸強(qiáng)度下降了18%,黏附性顯著上升了64%,這主要與凍融過程中冰晶的形成對(duì)面筋結(jié)構(gòu)和酵母細(xì)胞的損傷有關(guān)[29];而SCMH組和SCMH+GOD組的拉伸強(qiáng)度分別下降了3%和8%,拉伸強(qiáng)度和黏度相對(duì)凍融前變化均不顯著,印證了SCMH良好的抗凍保護(hù)活性,而添加GOD不會(huì)影響SCMH對(duì)冷凍面團(tuán)的抗凍保護(hù)效果。

2.5 添加SCMH及GOD對(duì)冷凍面團(tuán)面筋形成的影響

圖4和表2記錄了添加SCMH及GOD對(duì)冷凍面團(tuán)面筋形成和性質(zhì)的影響。可見,空白組濕面筋表面粗糙,不易搓成圓球,靜置15 min后其形態(tài)變化不大,而添加SCMH組濕面筋易搓成型且表面光滑,靜置后觀察到明顯塌陷(變大),說明SCMH對(duì)形成的面筋有軟化和松弛作用;協(xié)同添加GOD后(SCMH+GOD組),濕面筋表面也較為光滑,但靜置前后形態(tài)變化不大,說明添加GOD能改善SCMH對(duì)面筋的不利影響。4次凍融循環(huán)后,濕面筋變化不大,空白組面筋相對(duì)凍融前易成型、光滑,而SCMH組面筋形態(tài)變化不大,SCMH+GOD組面筋形態(tài)則相對(duì)凍融前更佳。由表2可知,SCMH組面筋球在3～4 min內(nèi)發(fā)生斷裂,而空白組和SCMH+GOD組面筋球均在60 min觀察內(nèi)未見斷裂,說明SCMH中的還原性物質(zhì)弱化了面筋的形成,降低了面筋彈性和韌性[30],而GOD能抵消SCMH對(duì)面筋的還原作用,重建面團(tuán)所需的面筋結(jié)構(gòu)。這可能是因?yàn)镚OD能氧化形成面筋的蛋白質(zhì),從而增加面團(tuán)中谷蛋白大聚合體(glutenin macropolymer, GMP)的含量[31],而GMP含量與面筋韌性呈顯著正相關(guān)[32]。此外,面筋的延伸度關(guān)系到面團(tuán)的成型能力,延伸度增加預(yù)示面團(tuán)彈性和筋力變?nèi)?醒發(fā)時(shí)的持氣性下降[33];凍融前空白組面筋的拉伸長(zhǎng)度為7.5 cm,添加SCMH后增加至11.97 cm,凍融后2組面筋的拉伸長(zhǎng)度均有所增加,表明凍融和添加SCMH都會(huì)影響面團(tuán)的延展性,這與劉偉等[11]前期的研究結(jié)果相符;凍融前SCMH+GOD組面筋的拉伸長(zhǎng)度介于空白組和SCMH組之間,而凍融后其拉伸長(zhǎng)度反而有所降低(7.73 cm),與凍融前空白組面筋接近,說明添加GOD能改善面筋的筋力,從而提升面團(tuán)的品質(zhì)。

表2 添加GOD和SCMH對(duì)冷凍面團(tuán)面筋性質(zhì)的影響Table 2 Effects of GOD and SCMH on the properties of gluten in frozen dough

a、g-0次凍融循環(huán)的空白組濕面筋;b、h-0次凍融循環(huán)的SCMH組濕面筋;c、i-0次凍融循環(huán)的SCMH+GOD組濕面筋;d、j-4次凍融循環(huán)的空白組濕面筋;e、k-4次凍融循環(huán)的SCMH組濕面筋;f、l-4次凍融循環(huán)的SCMH+GOD組濕面筋圖4 添加GOD和SCMH對(duì)冷凍面團(tuán)濕面筋形態(tài)的影響Fig.4 Effects of GOD and SCMH on the shape characteristic of wet gluten in frozen dough注:a～f為濕面筋靜置前形態(tài),g～l為面筋靜置15 min后形態(tài)。

3 結(jié)論與討論

SCMH具有良好的抗凍性,是一種潛在的冷凍面團(tuán)抗凍劑,而且加入面團(tuán)中還能改善冷凍面團(tuán)面包的色澤。但SCMH的總抗氧化能力約為1 250 U/g,其加入不利于面團(tuán)面筋結(jié)構(gòu)的形成和穩(wěn)定,從而損害面團(tuán)的流變特性;添加GOD不僅不影響SCMH的抗凍活性,還使SCMH的總抗氧化能力降低至950 U/g,說明GOD能一定程度上中和SCMH的還原性。協(xié)同添加GOD后,面團(tuán)拉伸強(qiáng)度顯著提高,黏附性顯著降低,濕面筋形態(tài)和延展性以及冷凍面團(tuán)面包的質(zhì)構(gòu)特性均明顯改善,表明GOD能抵消SCMH對(duì)面團(tuán)流變性質(zhì)和面筋形成的負(fù)面影響,從而增強(qiáng)了冷凍面團(tuán)的品質(zhì)。因此,研究結(jié)果表明利用GOD協(xié)同SCMH改良冷凍面團(tuán)的品質(zhì)有效可行,對(duì)推動(dòng)冷凍面團(tuán)技術(shù)在國(guó)內(nèi)的普及和發(fā)展具有指導(dǎo)意義。