添加阿拉伯木聚糖酶对荞麦馒头品质的影响

郑玉娇， 郭晓娜， 朱科学

（江南大学 食品学院，江苏 无锡214122）

随着社会的发展，人们生活水平的提高，消费者对馒头的品质有了更高的要求。 荞麦中氨基酸组成合理，含有丰富的赖氨酸成分[1-2]。 荞麦还含有芦丁等生物类黄酮、维生素E 和膳食纤维，对微血管循环的维护，提高毛细血管的通透性方面有积极作用，同时荞麦具有降血压、降血脂、降低血液胆固醇的功效[3]。 荞麦馒头因其独特的营养价值，广受消费者的欢迎。

荞麦馒头和小麦馒头相比，口感粗糙，硬度大，色泽暗[5]。 目前对杂粮馒头的研究主要集中于加工工艺与品质改良，包括采用挤压膨化等技术以及添加酶制剂、乳化剂等改良剂[6]。

阿拉伯木聚糖是一种非淀粉质多糖，是谷物细胞壁的主要组成成分[7]。 阿拉伯木聚糖酶通过水解面粉中的阿拉伯木聚糖对面团流变特性以及面制食品的品质等产生显著影响。 Alwidyan 等人[8]研究发现木聚糖酶可以降低面团的硬度，增加面包的体积。 Katina 等人[9]发现木聚糖酶可以改善面包品质，延缓面包老化。 Li 等人[10]研究表明木聚糖内切酶可以提高面团的弹性和延展性，从而增加焙烤过程中饼干的膨胀度。 现有研究多集中在阿拉伯木聚糖酶对面团、面包等性质的影响方面，有关该酶在荞麦馒头中的应用及其对荞麦馒头品质影响方面研究还较少。

作者主要研究添加阿拉伯木聚糖酶对荞麦馒头品质特性（比容、扩展比、质构及感官评价）及老化特性的影响，采用低场核磁研究阿拉伯木聚糖酶对水分迁移及水分分布的影响，并与荞麦馒头老化规律相结合，从而进一步探讨其影响机制。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 材料与试剂金龙鱼多用途麦芯小麦粉（水分质量分数12.84%， 蛋白质质量分数11.62%）：益海嘉里粮油工业有限公司产品；荞麦粉（水分质量分数12.7%，蛋白质质量分数13.6%）：市售；高活性即发干酵母： 湖北安琪酵母股份有限公司产品；阿拉伯木聚糖酶：帝斯曼（中国）有限公司产品。

1.1.2 仪器与设备和面机（ARM-01型）：加拿大Thunderbird 公司产品；醒发箱（CF-6000型）、馒头切片机（SM-302N型）： 无锡新麦机械有限公司产品；质构分析仪（TA-XT plus型）：英国SMS 公司产品；低场核磁共振成像分析仪（MesoMR23-060V-I型）：上海纽迈电子科技有限公司产品。

1.2 方法

1.2.1 荞麦馒头的制作方法取500 g 小麦粉与荞麦粉的混合粉，其中小麦粉占总质量的70%，荞麦粉占总质量的30%。 加入准确称取的4.5 g 酵母继续混合，混匀后将混合粉倒入和面钵中。用250 g 水溶解准确称取的0、5、10、20、40、80 mg/kg 质量分数（以混合粉质量计）的阿拉伯木聚糖酶，将溶解好的混合液倒入和面钵。 在和面钵中先低速搅拌4 min，再中速搅拌和面2 min，将和好的光滑面团搓条，分割成10个质量相同的面团，手工揉面，然后搓圆成馒头形状。 将馒头生坯置于38℃、相对湿度为80%的醒发箱中发酵60 min，发酵好的馒头生坯置于电蒸锅中沸水蒸制20 min。

1.2.2 荞麦馒头比容的测定荞麦馒头的比容为馒头体积与质量之比（mL/g）。 熟化后的荞麦馒头放置室温下冷却30 min，馒头的体积（mL）和质量分别由面包体积测定仪和分析天平测得[11]。 每个样品平行测定3次，取平均值。

1.2.3 荞麦馒头扩展比的测定采用游标卡尺测定馒头的直径和高度，馒头的扩展比为直径和高度的比值。

1.2.4 荞麦馒头质构特性的测定参照杨双等[11]的方法，用切片机将馒头纵向切割成约12.5 mm 厚的薄片，取其中心两片，采用TA-XT2i型质构分析仪，选择P /25 探头在TPA 模式下对荞麦馒头的硬度、弹性、内聚力、胶着性、咀嚼度、回复性进行测试，具体参数设置为：测前速度为3 mm/s，测试时速度为1 mm/s，测后速度为5 mm/s，压缩比例：50%，触发力：5 g，两次压缩间隔：5 s。 每个酶制剂添加水平下每次测定取6个样品，每个馒头仅取中间两片。 每组样品至少独立重复测定6次。

1.2.5 荞麦馒头老化过程的测定评价馒头的老化指标有多项，本试验以硬度为指标，研究阿拉伯木聚糖酶对荞麦馒头的老化作用。 将蒸制后的馒头置于常温25 ℃下保存1、12、24、48、72 h，荞麦馒头硬度通过TPA 测试取得，TPA 测试参数同1.2.4。 每组样品至少重复测定6次，结果取平均值。

1.2.6 低场核磁测定荞麦馒头的水分分布参照Peng 等[12]的方法并稍作修改，采用低场核磁共振成像分析仪测定。 阿拉伯木聚糖酶添加量为0～80 mg/kg质量分数的荞麦馒头在储藏时间0、12、48、72 h 时的水分分布。 称取1.2.1 方法制备的馒头37.5 g，用生料带包裹，置于60 mm 的测试管中，采用CPMG序列进行脉冲序列扫描实验。 设置的具体参数为：采样间隔时间TW=2500 ms， 回波个数Echo Count=1000，放大倍数为PRG=1，累计次数NS=2。实验结果采用仪器自带的程序T2-InvfitGeneral 进行数据拟合反演，反演倍数为100000 倍。

1.2.7 荞麦馒头的感官评价参照GB/T 17320-2013，结合荞麦馒头的特性，对感官评价表中的表面色泽、气味得分进行部分修改[4]。 对荞麦馒头主要从比容（15 分）、高（5 分）、表面色泽（10 分，荞麦粉自然色8～10 分；中等6～8 分；发暗2～6 分）、表面结构（10 分）、外观形状（10 分）、内部结构（15 分）、弹性（10 分）、韧性（10 分）、黏性（10 分）、气味（5 分，有荞麦的香味、无异味4～5 分；中等3～4 分；有异味1～3 分）等几个方面进行感官评定。

将待测馒头置于室温下冷却30 min，每个样品各取4个切成小块， 并组织有经验的10 名感官评价员对荞麦馒头进行感官评分。

1.2.8 数据统计与分析应用Excel 2007 整理数据，应用Origin 8.5 软件作图，用SPASS 17.0 进行数据分析。选择Duncan 测试，在p＜0.05 检测水平下对数据进行显著性和相关性分析。

2 结果与讨论

2.1 阿拉伯木聚糖酶添加对荞麦馒头比容及扩展比的影响

由图1 可知，随着阿拉伯木聚糖酶添加量的增加，荞麦馒头的比容和扩展比均呈现先上升后下降的趋势。比容和扩展比在质量分数5～40 mg/kg 添加量时升高，可能是由于该酶将阿拉伯木聚糖水解为低聚木糖、木二糖、木糖等，为酵母生长提供了碳源[13]，从而使酵母发酵产气能力增强；同时该酶将水不溶性阿拉伯木聚糖水解为水溶性阿拉伯木聚糖，增大了面团水相的黏度，提高了CO2周围液膜的稳定性，面筋-淀粉膜的延伸性和强度得到增加，面筋网络结构进一步优化，提高了面团持气能力，使荞麦馒头比容和扩展比增加[14-15]。 当阿拉伯木聚糖酶添加量过大时，阿拉伯木聚糖酶将水溶性和水不溶性阿拉伯木聚糖水解为小分子糖，降低了水溶性阿拉伯木聚糖的黏度形成性能和水不溶性阿拉伯木聚糖的持水性能，面团发黏，面筋网络弱化，导致面团持气能力下降[16]，荞麦馒头体积减小，同时扩展比也减小。

图1 阿拉伯木聚糖酶添加对荞麦馒头比容和扩展比的影响Fig. 1 Effect of arabinoxylanaseon specific volume and expansion ratio of buckwheat CSB

2.2 阿拉伯木聚糖酶添加对荞麦馒头质构的影响

由表1 可以看出，阿拉伯木聚糖酶添加量在0～40 mg/kg 质量分数范围内增大时，硬度、胶着性和咀嚼性逐渐减小， 在40 mg/kg 质量分数时有最小值，内聚力先增大后减小。 JIANG 等人[17]研究表明：在合适的添加量下， 木聚糖酶可以增大馒头体积，降低小麦馒头硬度。 阿拉伯木聚糖酶添加量在80 mg/kg 质量分数时，硬度、胶着性和咀嚼性又明显增大，弹性和回复性无明显变化。

与图1 中比容和扩展比的变化结合，添加5～40 mg/kg 质量分数的阿拉伯木聚糖酶可以改善荞麦馒头的柔软度，改善荞麦馒头的形状，增加荞麦馒头的体积。 而添加过量则会使面团中的阿拉伯木聚糖过度降解，面团发黏[16]，使得荞麦馒头比容减小，硬度增大。这与Shah、何承云等人[18-19]的研究结果基本一致。

2.3 阿拉伯木聚糖酶添加对荞麦馒头感官评价的影响

由表2 可得，阿拉伯木聚糖酶的添加对荞麦馒头的感官品质具有显著影响（P＜0.05）。 在表面色泽上，随着阿拉伯木聚糖酶添加量的增大，评分逐渐增加。 对表面结构无明显影响。 5～40 mg/kg 质量分数的阿拉伯木聚糖酶的添加能够改善外观，使得馒头形状更加对称、挺立。 在内部结构上，阿拉伯木聚糖酶添加质量分数5～40 mg/kg 时纵切面的气孔状态得到改善，气孔间隙减小，呈现出细致均匀的状态。 推测可能是由于阿拉伯木聚糖酶的添加可以增强面筋网络结构，使得淀粉能比较完整地镶嵌于网状结构中[20]。在弹性上，阿拉伯木聚糖酶添加量大于5 mg/kg 质量分数时，馒头的弹性有增加趋势。 黏性方面，添加阿拉伯木聚糖酶后无明显变化。 在气味上，添加阿拉伯木聚糖酶后对荞麦馒头气味无显著影响（P＜0.05）。 由感官实验结果得出，添加5～40 mg/kg质量分数的阿拉伯木聚糖酶可以提高荞麦馒头的感官评价总分， 其中添加量为40 mg/kg 质量分数时，荞麦馒头的感官评价总得分最高。

表1 阿拉伯木聚糖酶添加对荞麦馒头质构的影响Table 1 Effect of arabinoxylanaseon the texture of buckwheat CSB

表2 添加阿拉伯木聚糖酶的荞麦馒头感官评价Table 2 Sensory evaluation of buckwheat CSB with arabinoxylanase

2.4 阿拉伯木聚糖酶添加对荞麦馒头老化的影响

在储藏过程中，馒头的硬度可作为评价馒头老化的指标[21]。 由图2 可知，随着储藏时间的增加，荞麦馒头的硬度也逐渐增加，在0～12 h 的变化最为显著（P＜0.05），储藏12 h 后变化缓慢。同时，在储藏过程中，加入阿拉伯木聚糖酶后，馒头硬度普遍降低，在0～40 mg/kg 质量分数范围内随着酶添加量的增加馒头硬度变小，超过40 mg/kg 质量分数时硬度又增大，这与Katina 等人[9]观点一致。 由于添加阿拉伯木聚糖酶后，改变了储藏期间淀粉和蛋白质之间的水分分布，从而降低荞麦馒头硬度，延缓荞麦馒头老化。 Jiang[22]的研究也表明木聚糖酶可以减少储存期间支链淀粉的重结晶，具有延缓老化的效果。

当阿拉伯木聚糖酶添加量过大时，阿拉伯木聚糖被过分水解，面团发黏，馒头体积变小，初始硬度增大，进而导致储藏期间硬度一直较大。

2.5 荞麦馒头储藏过程中内部水分分布状态与迁移规律

图3 是荞麦馒头放置1 h 的T2反演图谱。 按波峰所在区域划定荞麦馒头中水分的2种状态，横向弛豫时间T2范围分别为：T21（结合水）：表示淀粉及淀粉多糖结合的水的弛豫时间；T22（自由水）：表示蛋白质和淀粉之间的互相交换的水的弛豫时间[23]。不同状态的水分质量分数可用A21、A22值表示。在同一添加量下，随着储藏时间的增加，各样品均呈现出T21减小、T22增大、A21增大、A22减小的趋势；说明随着储藏时间的增加， 自由水向结合水方向迁移，自由水含量减少，结合水含量增大。 这可能是由于淀粉回生结晶将一些水分子包含到晶体结构中，导致结合水增加，同时，在储藏过程中，水分由馒头内部向馒头表皮扩散，导致自由水散失[24]。

图2 不同阿拉伯木聚糖酶添加量条件下馒头芯硬度随着储藏时间的变化Fig. 2 Hardness of the CSB core with different contents of arabinoxylanaseas a function of storage time

图3 不同阿拉伯木聚糖酶添加量条件下荞麦馒头的横向弛豫时间T2Fig. 3 Lateral relaxation time T2 of buckwheat CSB under different contents of arabinoxylanase

在同一储藏时间下，阿拉伯木聚糖酶添加量在40 mg/kg 质量分数时，储藏1 h 时，与对照组相比，T21略增加，T22减小，A21减小，A22增大。 说明加入阿拉伯木聚糖酶后结合水含量逐渐减小，自由水含量逐渐增大。 研究表明阿拉伯木聚糖由于其多糖结构而具有很强的持水能力[14]。 除了淀粉颗粒中的水之外，T21质子群还可能含有被阿拉伯木聚糖吸收的水；加入阿拉伯木聚糖酶后，水解持水力较强的阿拉伯木聚糖，释放水分，使得自由水含量增加。 Li[10]等人研究表明加入木聚糖酶后，部分结合水向自由水方向迁移，有利于谷蛋白结合水分，形成连续的网状结构，将水分较好的保持在面团中，从而使得荞麦馒头的硬度降低。

在12～72 h，在相同的储藏时间下，加入阿拉伯木聚糖酶后样品的T21增加、T22减 小、A21减小、A22增大。 这与上述加酶后荞麦馒头储藏1 h 变化规律一致，自由水分含量较高，水分保持较好。 降低了荞麦馒头在储藏过程中的硬度，延缓荞麦馒头老化。

3 结 语

通过对荞麦馒头的品质特性、老化特性进行测定，采用低场核磁研究阿拉伯木聚糖酶的添加对水分迁移及水分分布的影响，探讨阿拉伯木聚糖酶添加对荞麦馒头品质的改善及抗老化的作用机制。 研究结果表明，阿拉伯木聚糖酶在添加量40 mg/kg 质量分数时，荞麦馒头的品质改善效果最为显著（p＜0.05）。 馒头比容从1.96 mL/g 增加到2.26 mL/g，硬度由2726.2 g 减小到1317.7 g。 低场核磁实验结果表明随着荞麦馒头储藏时间的增加，T21减小、T22增大、A21增大、A22减小。自由水向结合水迁移，结合水含量增加，自由水含量减少。 加入阿拉伯木聚糖酶后， 在添加40 mg/kg 质量分数时，T21增大，T22减小，A21减小，A22增大。结合水含量减少，自由水含量增加，水分较好的保持在面团中，降低了荞麦馒头在储藏过程中的硬度，延缓荞麦馒头老化。