木聚糖酶對面團流變性和熱力學特性的影響

王顯倫，任順成，潘思軼*，曹麗萍

（1.華中農業(yè)大學食品科學技術學院，湖北 武漢 403070；2.河南工業(yè)大學糧油食品學院，河南 鄭州 450001；3.河南省?？h糧食局，河南 鶴壁 456250）

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木聚糖酶對面團流變性和熱力學特性的影響

王顯倫1,2，任順成2，潘思軼1,*，曹麗萍3

（1.華中農業(yè)大學食品科學技術學院，湖北 武漢 403070；2.河南工業(yè)大學糧油食品學院，河南 鄭州 450001；3.河南省?？h糧食局，河南 鶴壁 456250）

摘 要：研究不同添加量的木聚糖酶對面粉粉質拉伸 特性、面團流變學特性和熱力學特性的影響，結果表明：隨著木聚糖酶含量的增加，面粉的吸水率、形成時間、穩(wěn)定時間降低。隨著木聚糖酶的 加入，面團的延展性顯著提高，但抗拉伸阻力顯著下降。在頻率變化過程中，木聚糖酶可使面團的彈性模量和黏性模量降低，損耗正切角tanδ增大。隨著溫度上 升，面團的彈性模量先降低再顯著升高，而tanδ不斷下降。熱力學分析表明，木聚糖酶使面筋蛋白強度和耐操作性均下降。

關鍵詞：木聚糖酶；面團；流變學特性；熱力學特性

木聚糖酶是一類以內切方式降解木聚糖分子中木糖苷鍵的酶類，主要來源于真菌和細菌，采用液體深層發(fā)酵、超濾及噴霧干燥等工藝可制得木聚糖酶[1-4]。木聚糖酶在面包等西式面制品中已有應用，它能改善面包芯的硬度、增大比容、延長貨架期等[5-8]。對饅頭等中式面制品的研究表明，木聚糖酶能顯著提高饅頭色澤L*值、降低失水率、強化面筋網絡結構、生成膠狀物，提高饅頭的機械加工性能以及延緩老化等[9-13]。

面團是加工面制品的基礎，面團的特性關系到最終產品的質量。本實驗通過應用粉質儀和拉伸儀從宏觀層面上研究面團的流變學特性，運用動態(tài)流變儀探討面團在分子結構上的流變學特性，使用酶流變發(fā)酵儀研究因混合攪打和熱作用引起的面團熱力學特性的變化，揭示木聚糖酶對面團品質的影響，從而為木聚糖酶在面制品中的應用提供理論基礎。

1　材料與方法

1.1材料

特一粉 鄭州金苑面業(yè)有限公司；木聚糖酶（型號191，酶活力1 750U/g） 德國AB酶 制劑公司；高活性干酵母 安琪酵母股份有限公司。

1.2儀器與設備

OHG1800粉質儀 德國Brabender公司；AR-100流變儀 英國TA Instrument公司；Mixolab酶流變分析儀 法國Chopin公司；DSC204型差示量熱掃描儀德國Netzsch公司。

1.3方法

1.3.1 面粉粉質拉伸特性的測定

將木聚糖酶按一定比例添加到面粉中，充分混勻，粉質和拉伸特性分別按照GB/T 14614—2006《小麥粉 面團的物理特性 吸水量和流變學特性的測定 粉質儀法》和GB/T 14615—2006《小麥粉 面團的物理特性 流變學特性的測定 拉伸儀法》方法測定。結果取3 次實驗的平均值。

1.3.2 面團的制作

面粉100 g、酵母1 g、水48 g，分別加入 0、50、100、150 mg/kg的木聚糖酶，先低速和面5 min，再高速和面3 min，室溫靜置15 min后面團成型，分別測定面團的動態(tài)流變學特性和熱力學特性。

1.3.3 面團動態(tài)流變學特性的測定

采用振蕩模式下的頻率掃描和溫度掃描研究不同木聚糖酶添加量對面團流變學的影響。頻率掃描測定過程為：取和好的面團放置平板上，平板直徑40 mm，夾縫間距為1 mm，刮去多余面團。頻率掃描參數：應變0.5%，頻率0.1～40 Hz，溫度25 ℃。溫度掃描測定過程為：取和好的面團放在平板上，平板直徑25 mm，夾縫間距1.5 mm，靜置2 min，刮掉多余部分。溫度掃描參數：應變0.5%，頻率1 Hz，升溫30～90 ℃，升溫速率3 ℃/min。

1.3.4 面團熱力學特性的測定

采用酶流變發(fā)酵儀研究面團的熱力學特性。測試初始溫度30 ℃，保溫8 min，然后以4 ℃/min的速率升溫至50 ℃，保溫8 min，再以4 ℃/min的速率升溫至90℃。攪拌速率80 r/min。每個樣品重復兩次操作。

2　結果與分析

2.1木聚糖酶對面粉粉質特性的影響

表1　木聚糖酶對面粉粉質特性的影響Table 1 Effect oof xylanase level on farinograph characteristics of wheat flour

由表1可知，隨著木聚糖酶的加入，面粉的吸水率、形成時間、穩(wěn)定時間的最大降幅分別為7.89%、29.41%、 69.09%，弱化度的最大增幅為33.89%，說明木聚糖酶的加入在一定程度上劣化了面團品質。這是因為木聚糖酶的加入導致水不溶性木聚糖的降解，從而使面粉的持水能力降低，面團變軟、吸水率下降、形成時間縮短[14-15]。

2.2木聚糖酶對面團拉伸特性的影響

表2　木聚糖酶對面團拉伸特性的影響Table 2 Effect of xxylanase level on tensile properties of wheat flour

由表2可知，木聚糖酶的加入顯著提高了面團的延展度，而使面團的抗拉伸阻力顯著下降。這可能是因為水不溶性木聚糖與面筋網絡競爭吸水，并能與蛋白質形成網絡結構，導致面筋產率低、面團變硬。木聚糖酶的加入將水不溶性木聚糖降解為水溶性木聚糖，而水不溶性木聚糖所結合的水轉移到面筋網絡中，使面團彈性下降，延展性增強[16-17]。

2.3頻率變化過程中木聚糖酶對面團動態(tài)流變學特性的影響

圖1　頻率變化過程中木聚糖酶對面團彈性模量G’的影響Fig.1 Effect of xylanase level on dough elasticity modulus (G’) as a function of frequency

圖2　頻率變化過程中木聚糖酶對面團黏性模量G’的影響Fig.2 Effect of xylanase level one dough elasticity modulus (G’) as a function of frequency

圖3　頻率變化過程中木聚糖酶對面團損耗正切角tanδ的影響Fig.3 Effect of xylanase level on dough loss tangent angle (tanδ) as a function of frequency

在頻率變化過程中，木聚糖酶對面團彈性模量G’、黏性模量G’、損耗正切角tanδ的影響如圖1～3所示。與未添加木聚糖酶的面團相比，添加木聚糖酶的面團G’、G’’均降低，tanδ增大，說明木聚糖的降解使面團中高分子聚合物數量減少。面粉中的水溶性木聚糖能改善面團品質，而水不溶性木聚糖氧化交聯(lián)形成凝膠，與面筋網絡競爭吸水，使面筋失水，面團變軟。木聚糖酶通過降解水不溶性木聚糖生成小分子的水溶性木聚糖，能提高面筋網絡的持氣能力、改變和控制水分的分布情況、改善面筋網絡結構，使淀粉、脂肪球等更均勻地分布在面筋中[18-19]。

2.4升溫過程中木聚糖酶對面團動態(tài)流變學特性的影響

圖4　溫度變化過程中木聚糖酶對面團彈性模量G’的影響Fig.4 Effect of xylanase level on dough elasticity modulus (G’) as a function of temperature

圖5　溫度變化過程中木聚糖酶對面團損耗正切角tanδ的影響Fig.5 Effect of xylanase level on dough loss tangent angle (tanδ) as a function of temperature

溫度掃描反映的是黏彈性材料動態(tài)流變學參數的溫度變化規(guī)律。由圖4可知，在30～48 ℃范圍內，隨著溫度的上升，彈性模量G’緩慢下降；從48 ℃開始，G’開始上升，到72 ℃時達到最大值。G’的增加說明了淀粉的糊化和蛋白質的熱變性，開始糊化的淀粉顆粒從面筋內部吸水膨脹，固定在面筋網絡結構中。由于淀粉糊化所需要的水是從面筋蛋白網絡所吸收的水分轉移而來，致使面筋在逐步失水狀態(tài)下，網絡結構變得更具有彈性和黏性[20-21]。當溫度高于72 ℃時，面團彈性模量開始下降，面團網絡已因淀粉糊化和蛋白熱變性而形成，此時的面團結構更柔軟。由圖5可知，tanδ隨著溫度的升高而下降，在57～72 ℃范圍內，tanδ急劇下降，這是由于淀粉的凝膠化作用所致[22]。木聚糖酶顯著提高了淀粉凝膠化的起始溫度，從而使更多的水分轉向面筋網絡，增加了面團的柔軟度。

2.5木聚糖酶對面團熱力學特性的影響

表3　木聚糖酶對面團中蛋白組分熱力學特性的影響Table 3 Effect of xylanase level on thermal mechanical properties of protein components in dough

由表3可知，木聚糖酶使面團的吸水率顯著降低。這是因為木聚糖酶將吸水率很高的水不溶性木聚糖降解為水溶性木聚糖，導致面團吸水率降低[23-24]。面團形成時間和穩(wěn)定時間的下降說明木聚糖酶在面粉混合過程中迅速發(fā)揮作用，生成大量的水溶性木聚糖，使面筋競爭吸水作用增強，面團成形快，由于水分從木聚糖凝膠中轉移到面筋網絡中導致面團變弱，穩(wěn)定時間下降。面筋蛋白質弱化度（C1－C2）出現(xiàn)一定程度的上升，但差異并不顯著，說明面筋蛋白強度和耐操作性有所下降，這可能是水溶性木聚糖的分子和面筋蛋白間的交聯(lián)作用下降造成的。C2反映蛋白質的弱化程度，與α反映的弱化速率變化一致。

3　結 論

通過對面粉的粉質特性、面團的拉伸特性和流變學特性、熱力學特性的研究發(fā)現(xiàn)，適量的木聚糖酶對面團的品質具有很好的改善作用。和未添加木聚糖酶相比，木聚糖酶的加入使面團的吸水率、形成時間和穩(wěn)定時間降低、弱化度增加、面團的彈性下降但延展性增強；面團的G’、G’均降低而tanδ增大。此外，木聚糖酶顯著提高了淀粉凝膠化的起始溫度，使更多的水分轉向面筋網絡，增加了面團的柔軟度。同時，木聚糖酶能減弱木聚糖和蛋白質間的交聯(lián)作用，使面筋強度下降，有利于淀粉吸水糊化。

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Effect of Xylanase on Rheological and Thermal Properties of Dough

WANG Xianlun1,2, REN Shuncheng2, PAN Siyi1,*, CAO Liping3
(1. College of Food Science and Technology, Huazhong Agricultural University, Wuhan 403070, China; 2. College of Grain, Oil and Food Science, Henan University of Technology, Zhengzhou 450001, China; 3. Xunxian Grain Bureau, Hebi 456250, China)

Abstract:Effect of xylanase on farinograph and tensile properties of flour, and rheological properties and thermal mechanical properties of dough was studied. The results showed that flour water absorption rate, and dough development time and stability time were reduced with increasing content of xylanase. Addition of xylanase significantly improved dough extensibility, but significantly decreased tensile resistance. Under varying frequency conditions, xylanase decreased elastic modulus of dough, and increased loss tangent tanδ. As temperature increased, the elastic modulus of dough decreased firstly and then significantly increased, while tanδ decreased. The thermomechanical analysis showed that xylanase could decrease the strength and resistance of gluten.

Key words:xylanase; dough; rheological properties; thermal properties

doi:10.7506/spkx1002-6630-201507005

中圖分類號：TS213.2

文獻標志碼：A

文章編號：1002-6630（2015）07-0026-04

*通信作者：潘思軼（1965—），男，教授，博士，主要從事食品生物技術研究。E-mail：pansiyi@mail.hzau.edu.cn

作者簡介：王顯倫（1963—），男，教授，博士，主要從事面食品品質研究。E-mail：wangxianlun1001@163.com

基金項目：“十一五”國家科技支撐計劃項目（2007BAD74B02）

收稿日期：2014-11-12