大豆乳清废水提取脂肪氧合酶对面条加工特性的影响

姜 闪，张志国*

（齐鲁工业大学（山东省科学院）食品科学与工程学院，山东 济南 250353）

几十年前，面粉中使用的改良剂成分多以化学合成品为主，例如研究学者发现KBrO3对小麦粉筋力和弹性等品质方面具有良好的改善作用，因而使其作为商品化小麦粉品质改良剂的主要成分得到了食品界的一致认同。但有研究发现KBrO3作为食品改良剂在焙烤食品中有残留物，对动物具有致癌作用，因此国际上许多国家和地区已经禁止使用KBrO3作为小麦粉改良剂，而寻求新型酶制剂作为改良剂的研究已成为热点研究之一[1-4]。

近年来，随着国民生活质量的不断提高，人们越来越注重自己的食品质量与安全，而酶制剂作为一种纯天然生物制品，与传统面粉改良剂相比具有绿色安全、经济高效等优点，因此其作为食品改良剂，在食品生产加工过程中将发挥越来越大的作用[5-6]。面条是我国的传统主食，在其加工生产中往往会加入一定量的改良剂以提高面条的品质，达到增白强筋的目的，而酶制剂作为化学改良剂的替代品已广泛应用于面条加工生产中。目前，应用于面条加工的酶制剂主要有蛋白酶、氧化酶、淀粉酶、转谷氨酰胺酶等，其中葡糖糖氧化酶和脂肪氧合酶作为氧化酶，在面条加工中较为常用[7-10]。

据研究表明，利用碱溶酸沉工艺法生产大豆分离蛋白时所排放的大豆乳清废水中含有较多高活性的酶制剂，如β-淀粉酶、胰蛋白酶抑制剂及脂肪氧合酶等[11-12]，因此，资源化回收大豆乳清废水中的酶制剂不仅能减少环境污染，还能降低生产成本，大大提高企业的生产效益。其中脂肪氧合酶（lipoxygenase，LOX）又称脂氧酶或脂肪氧化酶，属于氧化还原酶，它广泛存在于动植物中，其结构中含有非血红素铁，能专一性催化具有顺,顺-4-戊二烯结构的多不饱和脂肪酸，如亚麻酸、亚油酸、花生四烯酸等，形成具有共轭双键的氢过氧化物衍生物，此衍生物能将蛋白质分子中的巯基氧化为二硫键，以诱导蛋白质聚合为大分子蛋白质，因此，将LOX作为改良剂应用到面条加工中可起到强化面筋，提高吸水率和弹性的效果[13-15]。另外，面粉中含有黄色素和棕色素，而黄色素的主要成分为β-胡萝卜素，其分子中含有多个不饱和键，而LOX可通过偶合反应破坏β-胡萝卜素的双键结构，并生成无色化合物，以达到增白的效果[16-18]。除此之外，LOX也可用于焙烤食品，通过分解氢过氧化物衍生物产生具有特殊香气的挥发性小分子，从而增强焙烤食品的风味[19-20]。然而，目前关于LOX的研究多集中于植物中LOX的分离提取及理化特性等方面的研究，且商品化的LOX提取工艺复杂，价格昂贵，制约了其在食品加工方面的应用前景，因此，将低成本、高纯度的LOX应用于食品生产具有重要研究价值和市场需求。

本实验以纯化的LOX作为食品改良剂，将其应用到面条加工中，测定面条蒸煮过程中对面条最佳蒸煮时间、干物质损失率及断条率等蒸煮特性的影响，并通过TA-XT plus/30质构仪分别测定面条的硬度、黏着性、弹性及咀嚼性等质构特性，分析LOX作为食品改良剂添加到面条加工生产中对面条感官品质的影响，从而为其在食品生产中的广泛应用提供数据参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

满香园精制小麦粉 市购；脂肪氧合酶由本实验室从大豆乳清废水中提取所得，比酶活≥15 000 U/mg。

1.2 仪器与设备

TA-XT plus/30质构仪 英国Stable Micro System公司；SZ-156手动压面机 广西南宁旭昆机电设备有限公司；C21-WK2102电磁炉 美的集团；DZF-6050真空干燥箱上海精宏实验设备有限公司。

1.3 方法

1.3.1 面条的制作

参照SB/T 10137—1993《面条用小麦粉》中的方法进行面条制作。按不同质量比例，分别称取LOX和小麦粉，并将两者充分混合，加适量温水搅拌至絮状，手工和面至面粉成团，于室温下熟化20 min后，用压面机进行压片、切条。压片过程：用压面机在压轴间距为2.0 mm处压片→合片并将压轴调至3.5 mm处压片→合片并将压轴依次从3.5 mm调至1.0 mm，共压片6 道→将1 mm厚的压片切成宽2.0 mm，长约220 mm的面条备用。

1.3.2 面条最佳蒸煮时间[21]

取20 根鲜面条，放入500 mL沸水中煮沸3 min，至面条略有漂浮之后，每隔30 s取一根面条，观察面条断截面白芯是否消失，记录面条白芯消失的蒸煮时间，即为面条最佳蒸煮时间，进而分析不同LOX添加量对面条最佳蒸煮时间的影响。

1.3.3 面条煮制品质测定

取220 mm长的鲜面条40 根，放入500 mL沸水中煮至最佳蒸煮时间后，立即将面条捞出，冷却10 min后，对面条断条率[22]、干物质损失率[23]及面条吸水率[22]进行测定，分析LOX含量不同对面条蒸煮特性的影响。

1.3.4 熟面条质构特性测定[24-25]

取220 mm长的鲜面条30 根，放入500 mL水中煮沸至最佳蒸煮时间，立即将面捞出于凉水中冷却5 min后，取面条中间一段，并挑选8 根面条置于载物台中央，通过质地剖面分析（texture profile analysis，TPA）实验分别测定面条硬度、弹性、黏着性及咀嚼性等质构特性，每个处理做3 次平行实验，分析LOX添加量对面条质构特性的影响。

测试条件如下：选用36 mm Dia Aluminium Radiused AACC P/36R圆柱形探头，参数设置：测前速率1.00 mm/s，测中速率0.80 mm/s，测后速率0.80 mm/s，压缩率70%，两次压缩的时间间隔5 s，起点触发力5.0 g。

1.3.5 面条感官评定

参照SB/T 10139—1993《馒头用小麦粉》主要评价指标对面条的颜色、表观状态、咀嚼性、弹性等7 个评分项目进行评价，满分为100 分。挑选10 个爱吃面条且具有一定专业知识的人员组成感官评定小组，对添加不同比例的LOX面条进行感官评定，最后将小组评定结果的平均分作为最终得分。面条评分项目及评分标准如表1所示。

表1 面条评分项目及评分标准Table 1 Criteria for sensory evaluation of noodles

2 结果与分析

2.1 LOX添加量对面条最佳蒸煮时间的影响

图1 LOX添加量对面条最佳蒸煮时间的影响Fig. 1 Effect of LOX addition on optimal cooking time of noodles

面条的最佳蒸煮时间可以很大程度反映面条在沸水中的吸水速率，即最佳蒸煮时间越短面条吸水速率越快。由图1可知，面条中添加LOX可以缩短面条的最佳蒸煮时间，但随着LOX添加量的不同，面条的最佳蒸煮时间呈先减小后增大的趋势，且在LOX添加量为0.6%时，面条的最佳蒸煮时间最短。这是由于面粉中添加LOX，可以氧化面粉中的面筋蛋白，消除面粉中蛋白酶的激活因子（—SH），以防面筋蛋白水解，强化面筋蛋白的三维结构，使得面筋蛋白的持水能力提高，面条吸水量增加[26-27]。但添加过量的LOX会引起面条中蛋白质含量过高，面筋强度过大，导致面条最佳蒸煮时间增大，因此，面条中添加适量的LOX可较好的降低其最佳蒸煮时间。

2.2 LOX添加量对面条断条率的影响

面条断条率是指面条在蒸煮过程中断条数占蒸煮总条数的百分比，断条率越小，表明面条筋力越强，弹性越大。由2.1节可知，面粉中添加LOX可显著降低面条的最佳蒸煮时间，且面团中适量的淀粉可增加其亲水性，易吸水膨胀，当面条受热时，面筋蛋白热变形凝固，与糊化后的淀粉一起形成较结实且细密的网络结构。如图2所示，LOX也可显著改善面条的断条率，但当LOX添加量超过0.6%时，随着蒸煮时间的延长，面筋强度过大，会加重沸水对面条的侵蚀程度，从而引起面条表面结构破裂、硬度降低、断条等现象。除此之外，面条断条率还与面条中直链淀粉的含量有关，面条的最佳蒸煮时间越长，直链淀粉含量越多，面条韧性就越差，易在蒸煮过程中产生断条现象，而且在蒸煮过程中淀粉的溶胀破裂也会使面条的断条率增加[28-29]。

图2 LOX添加量对面条断条率的影响Fig. 2 Effect of LOX addition on breaking rate of noodles

2.3 LOX添加量对面条干物质损失率的影响

图3 LOX添加量对面条干物质损失率的影响Fig. 3 Effect of LOX addition on dry matter loss rate of noodles

面条干物质损失率也是体现面条耐煮特性的关键指标之一，有研究表明，蛋白质含量及面筋强度是决定面条耐煮特性主要因素[30]。当面条中蛋白质含量相对较少，面筋强度较弱，引起面条中淀粉流失量增大，使得面条中干物质损失率也随之增大。如图3所示，面条中添加LOX可有效减少面条的蒸煮损失，这是由于LOX的添加可催化面团中具有顺,顺-1,4-戊二稀结构的脂肪酸发生氧化反应，所产生的氢过氧化物可以诱导面筋蛋白分子聚合，从而形成纤维状的面筋网络结构[31-32]，使得淀粉分子更好的附着在面筋蛋白形成的空腔中，以减少面条在蒸煮过程的干物质损失率。但当LOX添加量超过0.6%时，面条的干物质损失率有所增加，这可能是由于过多的LOX降低了面条中脂肪含量，使得脂类-直链淀粉复合物的含量降低，游离直链淀粉数量增加，而面条最佳蒸煮时间越长，溶胀破裂的淀粉颗粒水合后易与少量非脂肪结合型的直链淀粉组成低分子质量可溶性物质，在蒸煮过程中易失落在面汤中，从而造成面条干物质损失率的增加[33]。

2.4 LOX添加量对面条吸水率的影响

图4 LOX添加量对面条吸水率的影响Fig. 4 Effect of LOX addition on water absorption of noodles

面条的吸水率反映了面条在蒸煮过程中的水合程度，影响面条的口感[34-35]。如图4所示，随着LOX添加量的增加面条的吸水率呈上升趋势。这是由于在面团揉制过程中，LOX与面粉中的面筋蛋白依靠二硫键交联、疏水相互作用及氨键等作用形成较强面筋网络，从而聚合为具有三维结构的小麦蛋白聚集体，且面条中的蛋白质含量提高，淀粉颗粒分布均匀[36]。当面条在蒸煮过程中，由于面筋蛋白具有比淀粉更强的吸水性，且随着LOX添加量的增加，蛋白质比例增大，面条中的面筋网络结构易吸水膨胀，使得面条吸水率提高。

2.5 LOX添加量对熟面条质构特性的影响

TPA测试又称2 次咀嚼测试，它通过质构仪探头模拟人口腔的咀嚼运动，对样品进行两次压缩模拟牙齿的咀嚼行为和牙齿在2 次咀嚼过程中时间和力的变化情况，从而对样品的硬度、黏着性、弹性、黏聚性、胶着性、咀嚼性和回复性进行量化的评价方法[37]，TPA指标测试曲线如图5所示。

图5 面条TPA指标测试曲线Fig. 5 TPA curves of noodles

硬度：第1次达到一定变形时所承受的压力峰值，即图中的2F值；黏着性：为第1次咀嚼过程中负峰的面积，即克服样品与探头之间的黏性作用所做的功，即为面积3；弹性：指变形样品去除变形压力后恢复到变形前的高度比，即1F/2F；黏聚性：指样品经过第1次变形后所表现出的对第2次压缩的相对抵抗能力，曲线中表示两次压缩变形所做正功之比，即面积2/面积1；胶着性：该值表示将半固体的样品破裂吞咽时稳定状态下所需能量，即为硬度×黏聚性；咀嚼性：只用于固态样品测试，即胶着性×弹性；回复性：表示第1次压缩过程中样品的回弹能力，在曲线用面积5与面积4的比值表示[38-39]。

表2 LOX添加量对面条质构特性的影响（x±s，n=3）Table 2 Effect of LOX addition on texture characteristics of noodles(x s, n= 3)

表2 LOX添加量对面条质构特性的影响（x±s，n=3）Table 2 Effect of LOX addition on texture characteristics of noodles(x s, n= 3)

注：同列不同字母表示差异显著（P＜0.05）。

添加量/% 硬度/g 黏着性/（g·s） 弹性 黏聚性 胶着性 咀嚼性 回复性LOX 0 3 327.751±50.17e-46.522±1.22a 0.597±0.04f 0.587±0.03ac 1 953.265±90.14f1 165.338±105.66f0.275±0.02de 0.2 6 806.657±37.22cd-70.476±0.92bc 0.836±0.03ac 0.574±0.04ae 3 910.208±47.22d3 351.285±33.95c 0.284±0.04ad 0.4 7 175.100±29.17bc-76.931±0.39d 0.857±0.01ab 0.581±0.01ad 4 064.907±29.76bc3 571.078±31.57b 0.311±0.01ab 0.6 7 861.318±10.44a-102.62±0.44f 0.903±0.02a 0.625±0.00a 4 525.252±19.33a3 719.072±17.83a 0.317±0.01a 0.8 7 241.092±38.92b-97.523±0.37e 0.822±0.01bd 0.590±0.02ab 4 166.437±35.01b3 268.337±72.6cd 0.301±0.00ac 1.0 6 262.615±24.11f-69.381±0.66b 0.792±0.01de 0.567±0.01af 3 692.101±22.76e2 925.251±29.55e 0.263±0.01ef

根据图5和表2可以看出，与未添加LOX的面条相比，添加LOX面条的硬度、弹性、胶着性及咀嚼性得到显著提高，且面条的质构特性除黏着性外均呈先增加后减小的变化趋势。当LOX添加量为0.6%时，面条的硬度、弹性、胶着性及咀嚼性分别增至7 861.318 g、0.903、4 525.252和3 719.072，这说明面条中添加一定量的LOX可提高面筋蛋白各分子间的氢键及疏水相互作用，使其聚集成具有刚性和弹性的网络结构——小麦蛋白聚合物，进而引起面条硬度、弹性、胶着性及咀嚼性的显著提高，这与Mudgil等[40]的研究结果一致。而LOX添加量对面条黏着性的影响呈先减后增的趋势，当LOX添加量为0.6%时，面条的黏着性降至-102.62（g·s），这是因为面条的黏着性与面条淀粉流失量有关，随着淀粉流失量的增加面条的黏着性增大，这也与面条干物质损失率的变化相一致。此外，LOX添加量对面条黏聚性和回复性影响效果较小。综上所述，LOX作为改良剂可有效改善面条的硬度、弹性、黏着性、胶着性和咀嚼性，从而提高面条的品质特性。

2.6 不同LOX添加量的面条感官评价结果

表3 面条感官评分结果Table 3 Sensory evaluation results of noodles

由表3可知，随着LOX添加量的增加，面条的色泽逐渐变白，弹性也有所增加，这说明LOX作为面条改良剂可以起到增白强筋的效果，这与Dhingra等[41]研究结果一致。而面条的黏性、韧性及适口性随着LOX添加量的增加呈先增大后减小的趋势，这与面条TPA测试结果一致。从面条的风味、表观状态及可接受度来看，面条的品质有明显改善，根据面条总分评定结果可以得出，LOX添加量为0.6%～0.8%的面条易被品评员所接受。

3 结 论

在面条蒸煮品质上，LOX添加量在0.2%～1.0%范围内，面条的吸水率呈上升趋势，面条最佳蒸煮时间、断条率及干物质损失率呈V型变化，且LOX添加量为0.6%时，面条最佳蒸煮时间最短，断条率及干物质损失率达到最小值。在面条质构特性上，与未添加LOX的面条相比，添加LOX面条的硬度、弹性、黏着性、胶着性及咀嚼性得到显著改善，且面条的质构特性除黏着性外均呈先增加后减小的变化趋势。当LOX添加量为0.6%时，面条的硬度、弹性、胶着性及咀嚼性分别增至7 861.318 g、0.903、4 525.252和3 719.072。而LOX添加量对面条黏着性的影响呈先减后增的趋势，且当LOX添加量为0.6%时，面条的黏着性降至-102.62（g·s）。此外，LOX添加量对面条黏聚性和回复性影响效果较小。从面条感官品质上，LOX添加量的增加可有效改善面条的黏弹性、色泽、表观状态、适口性及可接受性等感官品质，且当面条中LOX添加量在0.6%～0.8%范围内，易被消费者所接受。由此可见，面条中添加脂肪氧合酶可起到增白强筋的效果，从而改善面条的蒸煮特性、质构特性及感官品质。因此，从大豆乳清废水提取的脂肪氧合酶不仅能实现资源回收利用，变废为宝，且具有较大的市场应用前景，以提高企业的经济效益。