麦芽糖淀粉酶对面包质构改良的探讨

李守宏 徐 清

诺维信（中国）投资有限公司 北京 100085

从全球的包装食品来看，烘焙包装食品数量据第二大品类，据统计，2015年的烘焙包装食品约3390亿美元（图1），这3390亿美元相当于马来西亚的国民生产总值。

人们在生产和消费这些烘焙食品的时候，存在着相当严重的浪费，据估算，全世界每年浪费的食物为16亿吨，其中可食用部分占到13亿吨，生产这些被浪费掉的食物所使用的水资源为25万立方米，接近伏尔加河的年流量，或者相当于三个日内瓦湖的水量，可见食品浪费之严重。

图1 2015年包装食品市场规模

图2 面包被浪费的主要原因

同理，根据这个量计算，地球14亿公顷的土地，即全世界28%的耕地所产出的食物，每年在不知不觉中浪费掉了，而其中烘焙食品中的面包在家庭消费中的浪费也是相当惊人，诺维信公司2011年针对这个问题进行调研，此次调研覆盖了丹麦、荷兰、西班牙和俄罗斯的4000多名消费者，调研数据表明，消费者普遍认为：除了面包发霉不可食用之外，变干老化是导致面包被扔掉的主要原因（图2）。这在可持续发展越来越被世人关注的今天，我们应该研究和探讨导致这些浪费的原因，从而采取相应的措施，以减少相应的浪费。

1 面包变干老化的原因

面包在刚刚出炉的时候，大多柔软、湿润、可口，但随着储存时间的推移，面包瓤会变得越来越硬，也会失去弹性、变脆，容易掉渣。根据文献报导，首先产生这种状况的原因是由于水分的迁移，水分会从面包芯向表皮迁移，面包中的馅料和面包瓤之间的迁移，水分由表皮向外围环境中散失导致面包变干；另外一个重要的原因就是面包瓤中淀粉的重结晶，特别是高度分支化的支链淀粉的重组，淀粉由不定形状态，回复到原本的刚性结晶态，在这个过程中，淀粉的重结晶也会结合大量的水份而引起面包瓤变硬、变脆（图3）；还有一个原因就是淀粉与面筋蛋白质的交联和缠绕，在这个过程中，淀粉也会结合更多的水份。基于以上这些原因，新鲜的面包在储存过程会变硬和老化，影响其食用价值，而麦芽糖淀粉酶可以在面包的生产过程中干预后两者的变化，从而减缓面包中淀粉的老化回生。

图3 面包的老化机理模型

2 麦芽糖淀粉酶防面包老化的机理

分析了面包老化的主要原因，我们可以有针对性地进行干预，从而减缓面包瓤中淀粉的重结晶，以及淀粉与面筋蛋白质的交联和缠绕，据研究麦芽糖淀粉酶在这个过程中可以起着非常重要的作用。

2.1 麦芽糖淀粉酶的作用温度区间

烘焙过程中，面包内部的温度随烘烤时间变化升高，面团中淀粉开始糊化的温度窗口在55～75℃。据此，我们来分析在烘焙过程中不同淀粉酶的失活温度范围，从而更深入地理解麦芽糖淀粉酶Novamyl的作用特点。

在烘焙行业早期乃至现在，麦芽粉一直被广泛应用于烘焙行业中，它能生成葡萄糖，为酵母提供养分，最终产生更多的二氧化碳，生产出体积更大的面包。然而，麦芽粉的品质很难标准化，而且其品质逐年变化，不仅如此，麦芽还可能含有烘焙产品不需要的蛋白酶，从而影响面筋网络结构，对面包的结构和体积产生负面的影响。

真菌α－淀粉酶也广泛应用在烘焙业中，与麦芽粉中的淀粉酶相比，它具有较低的最适温度40～50℃，这个温度区间刚刚接近于淀粉粒的溶胀过程，然而，大部分小麦淀粉在等于或大于60℃时才开始糊化，开始被酶作用，而此时的真菌α－淀粉酶正逐渐失活，所以其仅能作用于研磨过程中破损淀粉的直链淀粉，并且在温度达到75℃时完全失活。也有人尝试用热稳定细菌α－淀粉酶，但其在烘焙结束时仍保留有部分活力，因此很难掌握添加的剂量，并且一旦过量添加，便会导致面包芯没有弹性、发粘，具有很大的风险，因此也不被广泛应用在烘焙产品中。

麦芽糖淀粉酶Novamyl的最适温度介于麦芽粉和热稳定细菌淀粉酶之间，最适作用温度范围为55～75℃，温度达到90℃左右时才完全失去酶活性（面包中心温度可达 96℃）。鉴于麦芽糖淀粉酶Novamyl这样特殊的温度耐受性特点，我们可以清晰地看到，麦芽糖淀粉酶Novamyl在面制品的烘焙过程中具有比真菌α－淀粉酶更长的作用时间，而且其作用温度区间亦刚好处在支链淀粉的糊化过程中，这给麦芽糖淀粉酶Novamyl作用于支链淀粉创造了机会，并产生相应的水解作用，可以对支链淀粉有一定程度的修饰，又可以避免在终产品中残留酶活性的风险。

2.2 麦芽糖淀粉酶的作用机理

麦芽糖淀粉酶Novamyl不仅在温度适用范围上有其独特性，而更加独特之处在于它作用于淀粉的模式不同，图4为麦芽糖淀粉酶Novamyl的作用机理，麦芽糖淀粉酶Novamyl并不会完全水解支链淀粉，它会完整保留支链淀粉的主要结构，只是从淀粉分子末端水解析出DP2～DP7的小分子，这主要包括麦芽糖和一定数量的寡糖和小分子的糊精。而正是这些结构独特的水解产物干扰了淀粉的重结晶以及淀粉粒与蛋白质大分子的缠绕，从而减少淀粉颗粒的回生率和重结晶率，使面包保持松软，保鲜时间更长；而且另一部分经麦芽糖淀粉酶修饰过的淀粉产物，由于保持了淀粉分子结构的完整性，从而保持了面包瓤在存储过程的弹性。

图4 麦芽糖淀粉酶Novamyl的作用机理

鉴于麦芽糖淀粉酶Novamyl的独特性，可以在柔软性、湿润度和良好的弹性三个维度来改善面包的品质，从而达到保证食用品质、延长面包货架期的效果。

3 麦芽糖淀粉酶在长货贺期烘焙产品中的研究

3.1 麦芽糖淀粉酶的实验测试及分析

为了更全面了解麦芽糖淀粉酶Novamyl的作用特点及效果，我们在国内做了大量的对比试验。我们选用国内的面粉及其它原辅料，采用国内常用的典型工艺，从而确信其在中国特色烘焙产品中也具有明显的改良效果。

3.1.1 试验设计

本试验中，为使试验更具有代表性，我们选用了市场上的商品面粉，由于国内的面包粉有别于欧美的面包粉，在国内由于小麦品质波动较大，面粉厂往往为了保证面粉品质的稳定，除进行小麦搭配外，也添加了一定量的酶制剂对面粉进行品质改良和校正；同时我们也根据自己的经验，并没有加入市售面包改良剂，以确保我们能知道配方中各种酶的大致添加量；此试验的配方设计见表1，表2所示。我们为了考查麦芽糖淀粉酶Novamyl对于面包在存储过程中的质构变化，选择了麦芽糖淀粉酶Novamyl量的添加梯度；使用高糖高油的国内通用面包制作配方。

表1 试验室酶的配方设计

表2 面包的试验配方

面包的制作工艺，我们选择了国内大多数试验室通常采用的快速法来制作面包，采用国内具有代表性的面包制作评价方法。表3清楚地列出我们在试验室制作面包的工艺过程及各工艺参数的控制，保证了对照试验的可比性。

表3 面包的试验室制作工艺

面包制作过程中，面团的操作性能也是我们关注的一个重点，我们希望面团具有良好操作性能，干爽、不粘手和设备、具有适中的弹性和延展性，通过表4的评价数据，我们可以看到，麦芽糖淀粉酶Novamyl的添加，并未对面团特性有非常明显的影响，也就是说，麦芽糖淀粉酶Novamyl的加入不会影响面团的操作性能。

表4 面团的操作性能评价

3．1．2 面包在存储过程中的柔软度变化

如前文所述，面包在存储过程中由于水分的散失和淀粉的老化会变干变硬，我们北京试验室用质构仪 TA－XT2（AACCmethod74－09）对于面包样品进行评价，结果见图5所示。试验结果表明，麦芽糖淀粉酶Novamyl具有较低的起效量，在20ppm时已经对于面包柔软度具有一定的改良效果，随着添加量的增加，对柔软度的改良更为明显。我们的经验认为，通常配方中的面包添加30ppm，就可以在第二天的评价中表现出对面包柔软度和折叠性的显著改善。

图5 面包在储过程中柔软度变化的质构分析

3．1．3 面包在存储过程中的弹性变化

面包在储存过程也会出现掉渣的现象，主要是面包瓤的粘聚变从而导致弹性损失。图6的曲线也印证了麦芽糖淀粉酶Novamyl的实际效果，其在甜面团中，对于面包瓤的弹性具有显著的改良。

图6 面包存储过各弹性变化的质构分析

综合分析，麦芽糖淀粉酶Novamyl具有起效量低，适应性好，对于面团的操作性和面包的工艺无负面影响，同时对面包的柔软和弹性具有明显的改善。

3.2 麦芽糖淀粉酶Novamyl在手撕面包中的应用

手撕面包是继软面包之后于2015年流行的一个长货架期产品，由于其柔软、好吃、美味的特点，很受消费者欢迎，但手撕包主要是走商超渠道，货架期通常在3～6个月，运输、储存过程中也存在着面包老化问题，以下是麦芽糖淀粉酶Novamyl在此类烘焙产品工业化生产过程中的应用。

表5 手撕包的建议配方（直接法）

3．2．1 手撕包的通用配方（表 5）

从表5可以看到，长货架期面包和通常的高糖高油的面包配方有非常大的不同，长货架期的面包为了尽量减少面团在焙烤过程中水份的损失，均加入了一定量的保湿剂，如甘油、山梨糖醇、麦芽糖醇等，同时这也是为了降低成品的水分活度，以降低微生物对成品的污染，但这些柔性材料的添加，导致配方中水的减少，只有38%，甚至更少，在这样的配方中，对于麦芽糖淀粉酶Novamyl糖的耐受性也是非常大的考验，因此，在工厂试验中，我们增加了麦芽糖淀粉酶Novamyl的添加量。

3．2．2 手撕面包的工艺

一个好的面包必须有一个完善的工艺配合，方可生产好的产品，下面是一个工厂典型的手撕面包生产过程：

·原料称量：麦芽糖淀粉酶Novamyl酶100ppm和200ppm可以溶于水中或与酵母拌均在面团搅拌时加入；

·卧式打面机，面筋充分扩展：28～30℃，面粉6 袋/批；

·面团分割成小块：6kg，便于操作及降温，置于干净的烤盘，盖上塑料膜；

·置于低温发酵室：0～10℃，20～24h（面团松驰，发酵，便于开酥）；

·包油开酥：2kg油脂/6kg面团，2×3×3开酥；

·成型：2．5～2．7cm，47～50g；

·装盘；

·醒发：3～4h；

·烤：隧道炉，13min；

·脱盘：自动脱盘；

·冷却：30min；

·包装：充氮包装。

经过生产车间整个过程的跟踪，生产过程顺利，操作人员并没感觉到添加麦芽糖淀粉酶Novamyl 100ppm或200ppm，面团与对照相比有任何差异，正常打面、分割、发酵、开酥、醒发和烘烤，在工业化生产中也再次验证麦芽糖淀粉酶具有良好的适应性和耐受性。图7印证了麦芽糖淀粉酶Novamyl的实际效果。

图7 工业化生产手撕包

3．2．3 麦芽糖淀粉酶Novamyl在中国的感官评价

2014年FIC时，我们试验室制作了一批高糖吐司面包，放置8天的面包样品请参会者品尝评价，我们对52份有效问卷进行分析，空白样与Novamyl 3D添加量50ppm的样品进行对比，结果如图7所示，最高满意度为5分。与对照面包相比，添加50 ppmNovamyl3D的面包在8天后的总体喜爱度可达到4．5分，而对照样只有2．1分，据此可以看出，添加50ppmNovamyl3D对面包的柔软度、可折叠性、湿润度及整体的适口性方面均有明显的改善，广泛被消费者接受。

图7 2014年上海FIC消费者感官评价

4 结论

经过试验室和工厂的实际应用可以看出，麦芽糖淀粉酶Novamyl具有良好适应性，在普通的甜面包配方中，30ppm对于面包的品质即具有显著改良；同时，麦芽糖淀粉酶Novamyl在长货架期的高糖、高油、低水量的手撕面包中也有良好效果，可以延缓面包在存储过程中淀粉的老化回生，麦芽糖淀粉酶Novamyl与配方中其它物料的协同作用，可使面包的柔软度、湿润性和弹性等三个维度得以维持，从而确保烘焙产品在货架期中的食用品质被消费者接受。

致谢党桃，卢金胜和陈丽帮助做了大量的试验测试及质构分析。

[1]Enzymes in Baking Technology－A handbook of Novozymessolution，2017

风力制粉厂

国际粮食、面粉和饲料商务杂志[世界粮食]（WorldGrain）2017年4月登载了ArvinDonley撰写的一文，《风力制粉》（MakingFlourwithWindPower）。在此,摘要简介文中有关面粉厂利用风力电能的一些技术经济和环保要点。

2014年，位于美国堪萨斯州洪特松（Hudson）的斯坦福特县制粉公司（StaffordCountyMills），在它所属的堪萨斯中心面粉厂附近，安装了一台风力涡轮机，继而，建成了北美第一座现场利用风力发电电能的工业化制粉生产设施。

该厂利用的能源是遍及该州丰富的风力资源，研磨的原料是地产小麦，产出的产品是该公司享有独特美名HudsonCream精特级短期专利面粉。

这台风力涡轮机于2014年12月开始工作，同时，电力公司给予面粉厂零售电价和减排补偿。

公司总裁说，“斯坦福特县制粉公司，实际上是处于美国最佳风道之一的地带，所以，很自然地，这就给我们提供了寻找合理获得能量的一个机会，以减少我们对不可再生能源的依赖，同时，有助于我们确定在面粉加工生产中的关键投入成本。”

斯坦福特县制粉公司风力制粉厂建造可行性研究的结论是：面粉厂使用一台建在合适场址并以高效产能成本工作的风力涡轮机，面粉厂的最佳日产量约为110t/d。

如果安装的是一台全载风力发电机，厂方将存在占有了全部多余能源的问题，厂方必须偿还给电力公司相应的费用。而厂方在最佳规模日产量下，则几乎所有使用的电力来自一台风力涡轮机，其余少量电力来自电力公司供电网。

斯坦福特县制粉公司风力制粉厂使用的G58－850kW风力涡轮机，安装在55m高的塔楼上，工作场所远离野生动物保护区，持续风速几乎总是处于它工作所需10～80km/h的范围。整个工程投资200万美元，包括一台风力涡轮机、全套变电转换装置、电网、勘测等费用。

两年多的生产运行结果表明：面粉厂的确减少了能耗费用。风力涡轮机全年工作是波动的，根据风力状况，每月产出电能140000～260000kWh。它全年平均产出电能基本满足面粉厂使用需求。

风力涡轮机的使用寿命20～25年，7年内付清投资。这是一项长期投资。一旦付清投资，基本上对冲能源成本，保护不受持续上涨能源成本的影响，能耗费用更趋稳定。

控制能耗费用不是公司决定投资风能的唯一原因，还是公司为了履行节约能源的承诺。许多较大的面粉零售链，对所有面粉供应商都有合理利用能源指数的要求。这个要求，有助于利用绿色能源，来显示公司的竞争力。

顾华孝 供稿