β－淀粉酶抑制面制品回生工艺优化的研究

熊 柳 南 冲 孙庆杰 李凡飞

β－淀粉酶抑制面制品回生工艺优化的研究

熊 柳 南 冲 孙庆杰 李凡飞

(青岛农业大学食品科学与工程学院，青岛 266109)

以小麦粉为原料，通过β－淀粉酶对面制品进行抗回生处理，研究了加酶量、酶作用时间、酶作用温度对β－淀粉酶抑制面制品回生效果的影响，并在单因素试验基础上，采用响应面分析法对β－淀粉酶抑制面制品回生工艺进行优化，结果表明，β－淀粉酶抑制面制品回生工艺的最佳条件为:酶浓度为45．8 U，酶作用温度为57℃，酶作用时间32．2 min。在此工艺条件下制得的面制品，经4℃下冷藏48 h后测得的硬度为(3 299．86±8．32)g，而未经β－淀粉酶抗回生处理的面制品，经4℃下冷藏48 h后测得的硬度为(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 响应面

小麦是世界上最重要的谷物之一，是人类生活中重要的粮食作物。面制品不仅是世界多数国家人们的主要粮食，也是我国北方广大地域的传统主食，食用历史悠久［1］。新制作的面制品，如面包、馒头、蛋糕等，都具有内部组织结构松软、有弹性、口感良好的特点。但随着贮存时间的延长，就会由软变硬，组织变得松散、粗糙、弹性和风味也随之消失，这就是面制品回生现象［2］。

面制品的回生主要是由其中所含淀粉造成的。目前，由于化学修饰易产生毒性，食品工业一般不采用化学方法，而广泛地采用食品添加剂如海藻糖、亲水性胶体、乳化剂、多糖类、低聚糖、食用胶类等，防止各种淀粉的老化。尽管这些添加剂对淀粉的回生有很明显的抑制作用，然而一般只可以延长5～30天，远远达不到人们所希望的效果［3］。一般认为人们日常所注重的淀粉食品组织硬化及品质劣化，可由消除或抑制支链淀粉分子结晶的形成来得到抑制［4］。生物酶法是一种很好的抑制淀粉回生的方法。通过在馒头、面包和米粉等的制作过程中添加淀粉酶，可有效增长面制品的保鲜时间，是一种具有广阔前景的方法［3］。

A A Aker等［5］研究指出，在面包中适量的加入生物α－淀粉酶，可显著的降低面包的硬化速率。Hardeep SG［6］研究认为在面包贮藏后期，支链淀粉的凝沉作用是影响面包老化的主要因素。α－淀粉酶能使支链淀粉在糊化时侧链变短，从而降低支链淀粉分枝部分相互合并重结晶的机会，从而延缓面包老化。同时，张奇志等［7］研究发现α－淀粉酶可以增大面包体积，减少质量损失;赋予面包心良好的质地;防止面包老化，延长货架寿命等。我国专利馒头保鲜抗老化复合改良剂(200610017950．0)采用在馒头制作过程中添加淀粉水解酶、半纤维素酶、脂肪酶、乳化剂、亲水性胶体、抗结剂作为抗老化复合改良剂。通过各种酶制剂等的复配来提高馒头的抗老化性能［8］。丁文平等［9］在普鲁兰酶和β－淀粉酶对大米支链淀粉回生影响的研究中，研究了普鲁兰酶和β－淀粉酶对于抑制淀粉的回生的共同作用，其中β－淀粉酶能够通过切短大米支链淀粉外侧枝健而抑制其回生，且随着酶解度的增加回生抑制更加明显。孙玲玲等［10］研究了通过响应面法优化β－淀粉酶抑制糯米支链淀粉回生工艺，得出β－淀粉酶抑制糯米支链淀粉回生时最佳工艺条件为:酶浓度0．111%，温度59．8℃，时间41．4 min。国内对于生物酶抑制淀粉的回生多有研究，但对于β－淀粉酶抑制面制品回生及工艺优化的研究较少。

本试验以小麦粉为原料，利用添加β－淀粉酶进行抗回生处理，在单因素处理的基础之上，选取显著影响β－淀粉酶抑制面制品回生效果的3因素即酶添加量、酶作用时间和酶作用温度研究β－淀粉酶抑制小麦粉制品回生的工艺，并对β－淀粉酶抑制面制品回生的工艺参数进行分析及优化，为β－淀粉酶抑制面制品回生的工业化应用提供技术参数。

1 材料与方法

1．1 试验材料

小麦粉:山东莱州市联合面粉厂;β－淀粉酶(酶活力1 771．2 U):美国Sigma公司。

1．2 试验仪器

DHG－9070A型恒温干燥箱:上海精宏实验设备有限公司;电热恒温培养箱:南京市长江电器仪器厂;冰箱:中国海尔集团公司;Sartorius电子天平:北京赛多利斯天平有限公司;电磁炉:广东银港科技股份有限公司;TA－XT．Plus物性测定仪:英国Stable Micro Systems公司。

1．3 试验方法

1．3．1 面制品的抗回生处理

称取一定量的小麦粉，加小麦粉质量1．2倍的水，搅拌均匀，沸水蒸汽糊化3 min，冷却到40～50℃后，添加一定量的β－淀粉酶液(以添加同样量的蒸馏水作对照)，揉匀于一定温度下恒温培养一定时间，之后再沸水蒸汽中蒸3 min灭酶，后放入模子里，冷却，做成质量相同、厚度均匀、表面平整的面制品。

1．3．2 β－淀粉酶处理后面制品硬度的测定

将经酶处理后的面制品在4℃冰箱中贮存48 h之后，采用TA．XT Plus物性仪对制得的β－淀粉酶处理后面制品质构进行测定，主要参数为:运行模式:Texture Profile Analysis(TPA);测试前速:1．00 mm/s;测试速度:1．00 mm/s;返回速度:1．00 mm/s;测试距离:30．00%;感应力:Auto－10．0 g;两次压缩时间间隔5 s;数据采集速率:200 point/s;探头:P35，探头高度为30 mm。两次下压程序一致。测试完毕后利用质构仪分析软件得到硬度。以上试验重复3次取平均值。

1．3．3 β－淀粉酶抑制面制品回生的单因素试验

以面制品的硬度为指标，控制面制品的抗回生处理中其他条件一致，研究酶浓度、作用时间和作用温度3因素分别对β－淀粉酶抑制面制品回生效果的影响。

1．3．4 β－淀粉酶抑制面制品回生工艺参数的优化

根据BOX－Behnken中心组合试验设计原理［11］，综合单因素试验结果，选取酶作用浓度、酶作用温度、酶作用时间3个对酶抑制面制品回生效果影响较为显著的因素，分别以X1、X2、X3表示，以面制品的硬度作为指标，设计三因素三水平试验。试验设计因素及水平编码见表1，数据采用SASRSREG统计软件分析。

表1 试验因素水平及编码

2 结果与分析

2．1 单因素对酶处理后面制品质构的影响

2．1．1 不同酶浓度对面制品质构的影响

面制品抗回生处理过程中的其他条件一定，其中，酶作用温度为50℃，酶作用时间为20 min，酶浓度分别为5、15、25、35、45、55、65 U时，对于在4℃的冰箱中保温48 h面制品硬度的影响结果如图1所示。

图1 不同酶浓度对面制品硬度影响曲线

由图1可以看出:随着酶浓度增加，面制品的硬度逐渐降低，后趋于平缓。当浓度小于45 U时，随酶浓度增加硬度明显降低，当浓度大于45 U时，面制品的硬度降低效果不明显。这与姚远等［4］在对米饭回生抑制原理与工艺的研究中得出的结论一致，β－淀粉酶使米饭的回生硬度有显著变化，且酶浓度越高，米饭的硬度越低。同样，木俣六司［12］在蒸煮后的米饭表面喷涂β－淀粉酶可有效的抑制米饭的回生，并指出这可能是由于β－淀粉酶的作用降低了支链分子外支链的长度，使其聚合度低于10，而无法形成双螺旋结构。有研究发现β－淀粉酶能保持支链淀粉的分支结构，但缩短了支链淀粉的外链长度，从而抑制淀粉的回生［13］。考虑使处理样品能最好的保持原有的品质，且尽量减少酶用量，降低成本，选择酶的浓度为45 U。

2．1．2 不同酶作用时间对面制品质构的影响

在面制品抗回生处理过程中的其他条件一定下，其中，酶作用温度为50℃，酶浓度为45 U。酶作用时间分别为10、20、30、40、50、60 min时，对于在4℃的冰箱中保温48 h面制品硬度的影响结果如图2所示。

图2 不同酶处理时间对面制品硬度影响曲线

由图2可知，由于酶作用需要一定的时间，因此，随着酶处理时间的延长，面制品的硬度降低。当处理时间小于30 min时，面制品的硬度变化降低明显，由5 687 g降低至4 308 g，降低幅度达24．23%;处理时间大于30 min，随时间的延长，面制品硬度变化趋于平缓，在尽量提高酶抑制面制品回生效率的前提下，选择酶处理的时间为30 min。

2．1．3 不同酶作用温度对面制品质构的影响

在面制品抗回生处理过程中的其他条件一定下，其中，酶作用时间为20 min，浓度为45 U。酶作用温度分别是45、50、55、60、65、70℃时，对于在4℃的冰箱中保温48 h面制品硬度的影响结果如图3所示。

图3 不同酶处理温度对面制品硬度影响曲线

由图3可以看出:在整个试验酶作用温度范围内，酶抗回生处理后面制品硬度变化呈先降低后增加的趋势，该试验结果与孙玲玲等［10］在响应面法优化β－淀粉酶抑制糯米支链淀粉回生工艺的研究中得出的米粉团硬度随酶作用温度变化的趋势相同，同时，他们指出了在β－淀粉酶作用温度为55℃时抑制支链淀粉回生的效果较好，当温度继续升高酶活力下降，抑制回生不显著。邱泼等［14］在采用生物酶法抑制鲜湿米粉回生的研究中，通过感官评定指出，在温度小于50℃时，品质随温度升高而提高，随酶作用时间的延长，米粉品质提高，时间超过30 min时，品质提升不明显。本试验中当酶作用温度小于55℃时，面制品的硬度明显降低，由5 122 g降低至4 323 g;跌幅达15．60%。其中在酶作用温度为50～60℃之间时，面制品硬度变化最为明显。当温度高于60℃时，面制品硬度随温度的升高而增大，其原因为当温度高于60℃时，β－淀粉酶酶活力下降或部分失活，其抑制淀粉回生的效果减弱，导致面制品硬度再次升高。

2．2 响应面法优化β－淀粉酶抑制面制品回生工艺

2．2．1 试验设计与模型分析

结合单因素试验结果，确定各个因素的选取范围区间，以面制品硬度(Y)的平均值为响应值，对显著影响酶抑制面制品回生效果的酶浓度(Z1)、酶作用温度(Z2)和酶作用时间(Z3)3因素进行优化试验，试验设计及结果见表2。17个试验分为析因点和零点，试验号1～12是析因试验，13～17是中心试验。其中析因点在自变量取值在X1，X2，X3所构成的三维定点，零点区域为中心点，零点试验重复3次，以估计试验误差。

表2 试验设计及结果

对表2结果采用SAS软件对进行回归拟合与方差分析，确立如下回归预测模型:

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结果见表3。

表3 方差分析表

根据试验结果，用SAS统计分析软件进行多元归分析，当“P＞F”值小于0．05时，表示该项指标显著，由表3方差分析结果可知该二次方程模型显著。该模型的R2=0．993，说明此模型与实际试验拟合较好，试验失拟项小，因此可用该回归方程代替试验真实点对试验结果进行分析。回归系数显著性检验表明，在所选取的各因素水平范围内，对影响β－淀粉酶抑制面制品回生效果的3因素主次顺寻依次是酶作用温度、酶作用时间、酶浓度。回归方程的各项方差分析结果表明:一次项和二次项都有显著性因素，因此各试验因子对响应值的影响不是简单的线性关系。所以，可以利用该回归方程确定处理的最佳条件。

2．2．2 响应面分析

响应面图形是响应值对各试验因子X1、X2、X3所构成的三维空间的曲面图，从响应面分析图上可形象地看出最佳参数及各参数之间的相互作用。当特征值均为正值时，响应面分析图为山谷形曲面，有极小值存在;当特征值为负值时，为山丘曲面，有极大值存在;当特征值有正有负时，为马鞍形曲面，无极值存在［15］;而由等高线图可以看出存在极值的条件应该在圆心处。X1、X2、X3中任意一个变量取零水平时，做其余两个变量交互作用对于酶抑制面制品回生影响的响应面曲线和等值线图4～图6。

图6 酶浓度和作用时间交互作用对面制品硬度影响曲面图及其等高线图

从图4～图6中曲面图和等高线可看出，酶浓度、酶作用温度和酶作用时间3因素交互作用对于酶抑制面制品回生影响显著;酶作用温度对处理效果的影响最大，酶作用时间影响次之，酶浓度的影响最小。

2．2．3 β－淀粉酶抑制面制品最佳工艺条件的确定与试验验证

在选取的各因素范围内，根据二次回归的数学模型分析结果，最佳工艺条件为:酶浓度45．8 U，酶作用温度为57℃，酶作用时间32．2 min，预测在此条件下的面制品硬度为3 368．2 g。为了证实预测的结果，用试验中得到的最佳工艺条件，重复试验3次，取平均值，得在4℃的冰箱中保温48 h后面制品硬度值为度为(3 299．86±8．32)g。与在此工艺条件下预测面制品硬度值的相对误差仅2．029%。说明该模型与实际情况拟合很好，试验中得到的最佳工艺条件能很好的用于指导实践。

3 结论

以小麦粉为原料，通过β－淀粉酶对面制品进行抗回生处理，以面制品的硬度为评价指标，通过酶浓度、酶作用温度及酶作用时间的单因素试验和响应面分析的各因素交互试验，对β－淀粉酶抑制面制品回生的工艺条件进行优化。获得的最佳工艺条件为:酶浓度为45．8 U，酶处理温度为57℃，酶处理时间32．2 min。经方差及回归方程分析得到酶浓度、酶处理温度及酶处理时间以及它们之间的交互作用对于酶抑制面制品回生影响显著，其中，酶作用温度对处理效果的影响最大，酶作用时间影响次之，酶浓度的影响最小。因此，通过响应面分析法优化的β－淀粉酶抑制面制品回生的工艺条件可用于指导工业生产。

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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，讲师，粮油加工

孙庆杰，男，1970年出生，博士，教授，粮食、油脂与蛋白质工程，粮油加工