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酶制剂在面粉品质改良中的应用

上一篇 / 下一篇 2007-12-12 13:07:04 / 精华(3) / 置顶(3) / 个人分类：张永超--酶制剂

要生产好的面粉，需优质的原料小麦。而我国的小麦品质尽管在最近几年有所提高，但与国际上优质小麦（加麦、美麦和澳麦）相比，仍有很大差距。具体表现为硬麦不硬，软麦不软。中国已加入WTO，这些国家的优质小麦将更多的进入中国，事实上，这些国家也正在研究用他们的小麦来开发东方食品，如笔者2001年7月访问的加拿大国际谷物研究所（CIGI）、加拿大谷物委员会（CGC）、加拿大小麦局（CWB），他们正投入很大的财力和人力积极开发用加麦生产面条、馒头等东方食品，旨在进一步拓展加麦的东方市场。可以说，入世后，我国的面粉企业将面临更严峻的形势，发展专用粉将是我国面粉企业的一个研究方向。开发专用粉除了选择合适的原料、对面粉进行合理的后处理外，还有一个不可忽视的就是使用面粉品质改良剂（flourimprover），可能在某些情况下，面粉改良剂对改善面粉的品质起着关键的作用，可以抵偿原料的不足。
　　随着消费者食品安全意识的提高，随着科技的进步，对人体有害的面粉添加剂的危害性的不断提示，如1995年第44届JECFA确认溴酸钾有致癌性和遗传毒性，不宜食用，许多国家都相继禁用。尽管溴酸钾在面粉行业中已有80多年的历史（1914年开始），但是，各国的科技工作者都在寻找、研制溴酸钾的替代品。食品行业和大众消费者迫切需要天然无公害的面粉添加剂，酶制剂则能顺应这一趋势。酶制剂来自生物（动物、植物、微生物），而且许多酶制剂是用现代生物技术（modernbiotechnology）制作，是一种纯天然的生物制品，是绿色食品添加剂。它在谷物加工和其它食品加工中有很多应用，在面粉工业中的应用越来越引起人们的重视，在各种专用粉的生产中，在通用粉的改造中发挥着不可忽视的作用。它能提高面制品的烘焙品质、质地、营养品质，延长其货架寿命。1996年12月在荷兰召开了第一届酶制剂在粮食加工中应用的国际会议。现在就如何选择用于面粉品质改良的酶制剂、国际国内正在使用或开发的用于面粉品质改良的几种酶制剂作一论述，并提出酶制剂在面粉品质改良中的研发前景。
　　1、选择原则
　　面粉的品质特征直接影响着其成品的品质。为了合理选择酶制剂，必须首先测定面粉的特性。衡量面粉的品质可以从多种角度，通常要考虑其理化特性指标、面团流变学特性和烘焙品质。面粉中蛋白质的含量和质量是决定其用途的最重要的因素。特别是面筋蛋白的质量与烘焙品质关系密切。除了要测定其蛋白质含量、湿面筋含量、色度、灰分含量、降落值（FallingNumber）、α-淀粉酶的活性、淀粉破损率外，更要用 Brabender的Farinograph(粉质仪)、Extensograph(拉伸仪)来测得面粉的流变学特性，还可用Viscoamylograph(粘度仪)、RapidVisoAnalyser(快速粘度测定仪)等仪器对面粉中所含的酶的特性进行评定。只要有了一系列数据，根据专用粉的用途，通过综合分析后才能考虑决定选用那些改良剂，缺什么，添什么。由于面粉的品质与其蛋白质含量、面团流变学特性之间的关系错综复杂，只有经过大量的应用试验，才能确定合适的添加剂量，并非越多越好。
　　2、用于面粉品质改良的酶制剂
　　2．1 α-淀粉酶(α-Amylase)
　　α-淀粉酶的系统名为EC3.2.1.1,来自业曲霉(Aspergillus oryzae)的α-淀粉酶是第一个应用于面包制作的微生物酶.它取代了麦芽是由于麦芽中的淀粉酶含量不稳定而且含有蛋白
　　水解酶，真菌淀粉酶具有更稳定的活性而不含蛋白酶活性，所以，此酶应用广泛。在面团中，大多数淀粉以结晶状态存在，淀粉酶不能分解天然状态的淀粉。然而，在制粉过程中，一部分淀粉颗粒被破坏，这样淀粉酶就能分解这些破损淀粉颗粒。在面团中，淀粉酶能内切直链淀粉成糊精，而糊精又在淀粉内生酶的作用下降解成麦芽糖。最后，麦芽糖能被酵母利用产生CO2，从而使面包体积增大，由于糊精的存在使面包纹理疏松。在面包的制备中，细菌α-淀粉酶由于热稳定性太高，所以只小规模使用。由于α-淀粉酶热稳定性太高而使它们在烘焙中仍有活性，从而使可转化的淀粉太多。而且，在烘焙中，淀粉糊化，淀粉更易水解，最后，给面包质量带来不良影响。因此，在面包的烘焙中，要根据面包和烘焙的类型，控制好淀粉酶的剂量。
　　α-淀粉酶还有防腐能力，其基理是此酶能将淀粉分解成低分子量的分支淀粉，而分支淀粉则能干涉支链淀粉的重新结晶，也可能是产生的糊精会干涉面包中膨胀淀粉粒与蛋白质网络结构的相互作用。而且，直链淀粉和支链淀粉中裂开的键有助于支链淀粉-脂肪复合物的形成。它的防腐抗老作用对于我国对馒头进行工业化生产很有意义。
　　另外，淀粉葡萄糖甘酶（amyloglucosidase）,也是一类重要的淀粉酶。此酶能从淀粉两端水解出葡萄糖，也能水解支链淀粉分子，此酶能使面包增加色泽和风味，水解出来的葡萄糖能参加Millard反应。此酶也可以应用在冷冻面团中，使得面团中的酵母能在深度冷藏后很快起作用。
　　2．2半纤维素酶（Hemicellulase）
　　半纤维素酶类是一组复杂酶的属名，半纤维素酶类包括内切木聚糖酶（endoxylanase）、外切木聚糖酶（exoxylanase）、纤维二糖水解酶（celllobiohydrolase）、阿拉伯吠哺糖昔酶（arabinofuranosidase），这些酶能以半纤维素为底物。半纤维素酶的开发有近十年，最常用的半纤维素酶类来自曲霉属（AsPergillus）和木霉属门(Trichhoderma)，半纤维素酶通常又称为木聚糖酶（xylanases）或聚戊糖酶（Pentosanas－es），这些酶对不同的底物都有其本身的特异性。
　　面粉中的半纤维素主要为阿拉伯木聚糖（arabinoxylan），尽管面粉中的阿拉伯木聚糖含量只有3%，但它可以结合加入其中水分的30%。戊糖能结合比本身重10倍的水，因此其自身降解和修饰对其功能影响很大。在内切木聚糖酶的作用下，面团中的阿拉伯木聚糖会部分水解，水分就从面团中逐渐释放出来，结果面因变软，其机械力就提高了。最终结果是，在烘焙中，面包心形成减缓，烘烤膨胀使面包体积增大，面包心更松软。
内切木聚糖酶的作用因为阿拉伯呋喃糖甘酶而增强，阿拉伯呋喃糖苷酶能将半纤维素分子的阿拉伯糖支链切断，使得底物更易被风切木聚糖酶降解。最后，面团的稳定性和机械性都提高。
　　含半纤维素酶的酶制剂能够解决面粉因添加膳食纤维而带来的问题，不可溶戊聚糖的存在和粗糙的麸皮颗粒会干涉面筋的网络结构，半纤维素酶能将非淀粉多糖部分溶解，从而提高面包品质。
　　2.3葡萄糖氧化酶（Glucoseoxidase）
　　葡萄糖氧化酶的系统名为EC1.1.3.4，简称GOD。它是常用的面团氧化剂溴酸钾的替代品。面筋蛋白质由麦谷蛋白和麦醇蛋白组成，面筋蛋白中的半胱氨酸是面筋的空间结构和面团形成的关键。蛋白质分子间的作用取决于二硫键（—S一S一）的数目和大小。二硫键可在分子内形成（麦醇蛋白），也可在分子间形成（麦谷蛋白）。
　　葡萄糖氧化酶在氧气存在的条件下能将葡萄糖转化为葡萄糖糖酸，同时产生过氧化氢。过氧化氢是一种很强的氧化剂，能够将面筋分子中的巯基（一SH）氧化为二硫键（一S—一）从而增强面筋的强度。一般情况下，面团中有许多暴露的一SH基，这些巯基（一SH）很容易氧化。据报道，在葡萄糖氧化酶的作用下，面粉或面团水溶性部分的一SH含量明显下降。葡萄糖氧化酶能显著地改善面粉的粉持特性，延长稳定时间，减小软化度，提高评价值，心头面粉的拉伸特性，增大抗们伸阻力，改善面粉的糊化特性，提高最大粘度，降低破损值，结果，就可形成更耐搅拌，干而不粘的面团，最佳添加剂量为0.04%。葡萄糖氧化酶能有效地提高面条的咬劲，改善面条的表面状态。使用半纤维素酶有时会使面团发粘，这是由于结合水被释放出来，因半纤维素酶常和葡萄糖氧化酶一起使用，这种组合可替代有些面包品种中的乳化剂。在有些应用中，添加巯基氧化酶（sulfhydryloxidase）能增加葡萄糖氧化酶的作用。巯基氧化酶能够特异性地氧化面团中的自由巯基基团，葡萄糖氧化酶和巯基氧化酶具有协同效应。GOD对添加部分新小麦制得的面粉有良好的促进后熟作用，且添加量只需4-5mg/Kg即可。
　　2．4蛋白酶（Protease）
　　面协和中的面筋蛋白经蛋白酶处理后，可改善其机械特性和烘焙品质。细菌来源的胞内蛋白酶很少在面包中应用，因为它对面筋的网络结构有不良影响，在使用强筋麦时，可降低面团的弹性并提高其延展性，从而改善了机机械特性。细菌胞内蛋白酶可取代焦亚硫酸钠（metabisulfite）应用于饼干、脆片、甜点、比萨制作，如果使用焦亚硫酸钠，会使维生素遭到破坏和形成过量的气体。
　　在另一方面，胞外蛋白酶可用于心头面包皮的颜色和面我的口味。现在，已经开发出了一些特定的胞外蛋白酶办水解外端氨基酸，这样可释放一些亮氨酸和苯丙氨酸，这两种氨基酸都是面包芳香味的构成物质。
　　2．5脂酶（Lipase）
　　脂酶的系统名为EC3．1．1．3，在烘焙业中应用较晚。一些脂酶能水解脂肪成单酰甘油和二酰甘油，单酸甘油能与淀粉结合形成复合物，从而延缓淀粉的老化，使得面包心松软。脂酶通常与少量脂肪一起使用，要不，面粉中脂肪含量太低而达不到这种效果。如果不外加脂肪，脂酶还是能起到一定的作用，如对面包心的结构和色泽有改善作用，而且能提高发酵性。
　　2．6植酸酶（Phytase）
　　植酸酶在谷物加工中起很大作用，它不象脂酶，植酸酶的激活很有益。植酸盐又名肌醇六磷酸盐，在小麦的糊粉层中存在，它能限制小麦粉中金属矿物质的活性，如锌、铁。在全麦粉的烘焙过程中，植酸盐能分别降低到约20％～33%。PH和内部植酸酶的活性被认为是调节面团中植酸水解的最重要的因子。在面包制作和其它食品加工中控制好内部植酸酶的含量能使生产出的面制品具有较高的矿物生物活性。影响内部植酸酶活性的因素包括面粉颗粒的大小、PH、温度、加工时间和水分含量。
　　另外，脂肪氧化酶（Lipoxygenase）能在面包烘焙中起增白作用和改善风味作用。
　　3 前景
　　由于酶制剂在改善面制品品质方面功能卓越（总结见表1），面粉的酶制剂开发还将不断进行。随着酶筛选方法的进步和现代基因工程技术应用的深入，一些具有优异的底物特异性的酶能够克隆并高效率地生产，相信有更多的价廉的酶制剂会被开发出来。研发主要集中在对现有酶制剂的改造和新功能酶制剂的开发。蛋白质工程的应用在分子水平上促进了酶的设计和选择，可以对酶进行适当的修饰，甚至设计全新的酶。例如，现有半纤维素酶类的品种已大大增加，这些酶类来自不同的微生物，通过其作用的温度范围和副活性作可以鉴别，这样可用于不同种类的面包制作中，使酶的应用更有针对性。半纤维素酶将与淀粉水解酶和蛋白酶一样重要，还可开发出许多新的用途。微生物氧化酶和脂酶可能是以后要大力开发的酶，其使用范围将继续扩展。现在正在开发几种氧化酶，包括从海藻在提取的已糖氧化酶（hexoseoxidase）、脱氨基氧化酶、过氧化物酶。这些氧化酶与葡萄糖氧化酶的作用或多或少相同，尽管使用时方法有异。己糖氧化酶、吡喃糖氧化酶（Pyranose）、脱氨基氧化酶都能产生过氧化氢，但是，这些酶所能作用的底物的范围就比葡萄糖氧化酶多的多。另外，过氧化物酶以过氧化氢为底物，过氧化氢能转变为超氧阴离子，其氧化面筋结构中巯基的能力比过氧化氢强的多。漆酶（laccase）也有类似功效，漆酶是一类多酚氧化酶，通过氧化芳香族氨基酸结合面筋蛋白质。蛋白质二硫键异构酶（proteindisulfideisomerase）能够重新排列半胱氨酸间的二硫键，因此对面筋的结构也有影响。在烘焙中需做许多应用试验来证实这些新开发的酶比现用的酶要好。甘露聚糖酶（mannase）也能提高面包的结构，环糊精葡萄糖基转移酶（cyclodextringlucosyltramsferse）也能使面包心软化。磷酸脂酶（phospholipase）能将卵磷脂转化为溶血卵磷脂，它是一种有效的天然乳化剂，将有广泛的应用。还有一类完全不同的酶便是转谷氨酰胺酶（transglutaminase），它能偶合面筋蛋白分子，如果此作用发生在合适的时候，如在面团形成的最后或在烘焙前，它能使面筋网络结构的稳定性增强并提高保气能力，使面包体积增大，面包增高。
　　表1 酶在烘焙食品中所起的作用

特性食品伙伴个性空间YJi9Im9Z)H	作用	所添加的酶
体积	体积增大，高纤维烘焙，提高面粉的烘焙品质	α-淀粉酶、半纤维素酶、纤维素酶、脂酶、（蛋白水解酶）
稳定性食品伙伴个性空间&t~ b?-Eq	抗腐，延长货架寿命，提高新鲜度	α-淀粉酶、半纤维素酶、
质构	面包心松软，面包孔细面有规律，面团稳定，更加松脆，不易吸湿	α-淀粉酶、半纤维素酶、蛋白水解酶、（脂酶）
色泽	褐变作用，改善面包皮色泽，增白作用	α-淀粉酶、（半纤维素酶）、脂肪氧化酶
风味 JP5~)bY L0	生产发酵底物和芳香味的前体物质	α-淀粉酶、葡萄糖氧化酶、蛋白水解酶、脂肪氧化酶、脂酶
总体品质	补偿配方变化，溴酸钾替代品，焦亚硫酸钠替代品，乳化剂替代品，重要面筋替代品，低脂烘焙	α-淀粉酶、半纤维素酶、葡萄糖氧化酶、蛋白水解酶、脂肪氧化酶、脂酶
营养特征	提高全部和可溶性膳食纤维的含量，矿物质的生物利用	植酸酶、半纤维素酶

n'H9U;V3T0　　科研开发应着重考虑酶在提高面制品的风味、营养品质和保健方面的研究。面条和早餐食品中酶的使用将增加。有关酶在提高面制品的营养价值方面的报道不多。大多数有关酶在改变营养价值的研究集中在饲料方面。动物体内和体外试验表明半纤维素酶在改变肠道的粘度和小肠中营养物质的吸收方面具有开发潜力。纵然半纤维素酶的主要作用是提高烘焙品质，但它对膳食纤维还是有很多作用，它使可溶性膳食纤维和不可溶性膳食纤维的比例改变，从而影响生理功能。谷物原料中还含有一些低聚糖，酶能使低聚糖的含量增加。目前，有关低聚糖的研发也很热，科学家对能刺激肠道内有益于健康的细菌的益生食品研究备感兴趣。阿拉伯—木糖能选择性地刺激双歧杆菌的生长，因此，可考虑使用木聚糖水解酶。
　　复合型酶制剂的复配技术和配方将是面粉改良剂研究的首要形式。尽管已知的酶有许多作用，但单一的酶往往是特异性的酶，其产品品质的提高往往是间接的。几种酶制剂混合使用往往有协同增效作用，起到“1+1＞2”的效果，还可减少单一酶的使用量。据报道，葡萄糖氧化酶与脂酶对面粉的协同改善效果非常理想，葡萄糖氧化酶解决了脂酶所达不到的强度，脂酶解决了葡萄糖氧化酶所达不到的延伸度。半纤维素酶和其它酶制剂混合使用有增效作用。α-—淀粉酶和木聚糖酶一起使用能使面包的体积增加30％。木聚糖酶和纤维素酶同时使用能使细胞壁降解。阿魏酸酯酶（ferulicacidesterase）和半纤维素酶一起使用可降低面团的粘度。酶制剂和乳化剂复合使用能有效改善面粉的品质，如CSL（十八烷基乳酸钙）能使面包体积增大并延长其货架寿命。商业上开发的面粉改良剂往往是按特定要求将特异性酶混合成复合型的、“傻瓜型”的，复合型酶制剂的专利越来越多。这样，才能更好地进入市场，目前，全世界有400多个大公司能够提供不同的酶制剂，用于面粉改良的只占很小一部分。
!~O M ~1\@q)lX0　　随着现代生物技术的应用，转基因小麦品种将越来越多。一开始，转基因谷物主要是考虑耕作技术，但后来，一些转基因作物将致力于改善食品的功能。这就意味着以后不是在加工时添加酶制剂，而是在谷物原料中就增加合适的酶。还有一种加酶的方式是使用基因工程的酵母或发酵剂。早有报道，认为酵母分泌的淀粉酶和木聚糖酶能使面包的体积增加30%，并降低面包的硬度。所以，除了应用新型的酶制剂，还可通过使用富含目的酶的转基因小麦原料和加工用的微生物来扩展面制品中使用酶制剂的方法。相信，酶制剂会在面粉工业中有广阔的应用前景。

文章出处：河南正通化工。