食品添加剂在面包中的应用研究进展

姜丽华 ，应 欣 ，谷静涵 ，张 延 ，庞美蓉

(1.中粮面业（秦皇岛）鹏泰有限公司，河北 秦皇岛 066206；2.中粮营养健康研究院，营养健康与食品安全北京市重点实验室，北京 102209）

食品添加剂在面包中被广泛应用，根据GB2760-2014（食品安全国家标准 食品添加剂使用标准）规定，面包中允许使用的添加剂包括防腐剂、抗氧化剂、膨松剂、稳定剂、乳化剂、甜味剂、水分保持剂、酸度调节剂、增稠剂、着色剂及酶制剂等。本文综述了面包中应用较为普遍的添加剂的作用机理和应用效果。

1 面包中普遍使用的添加剂种类

对面包使用的添加剂进行分类和总结，发现目前市售面包使用的添加剂主要为复合添加剂，其种类包括酶制剂、乳化剂、防腐剂及抗氧化剂（去除面包原料本身如馅料、油脂等带入的添加剂外）。

2 酶制剂的作用机理及应用效果

酶制剂是面包中常用的添加剂之一，通常为复配型，尤其是在长保面包及全谷物类面包中。面包中常用的酶包括淀粉酶、脂肪酶、木聚糖酶及葡萄糖氧化酶等。

2.1 淀粉酶的作用机制及应用效果

淀粉酶是一种相对复杂庞大的酶系，根据作用方式的不同，可以分为α-淀粉酶、β-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶、普鲁兰酶和环糊精葡萄糖转移酶[1]。各种酶的作用方式如表1所示[2-4]。

表1 各种淀粉酶的作用方式

小麦本身含有α-淀粉酶和β-淀粉酶，将淀粉分解为可溶性糖，为酵母发酵提供能量来源。但在加工过程中小麦来源的酶活力不可避免会降低，小麦本身含有的α-淀粉酶通常不足以满足烘焙产品的制作需求[5]，因此通常需要额外添加淀粉酶来帮助淀粉水解。图1表现了在无糖面团中，不添加淀粉酶（左）和添加淀粉酶（右）的情况下的淀粉的水解情况，可以看出，在不添加淀粉酶的情况下，淀粉被小麦内的淀粉酶水解为麦芽糖进入酵母细胞，酵母使用麦芽糖时，到开始进入发酵诱导期很长，约需要2h后才会开始发酵，因此中间会出现一段空档期[6]。而添加淀粉酶后，可以将淀粉水解至葡萄糖之后再进入酵母细胞，大大缩短了酵母利用葡萄糖的时间。

图1 无糖面团中不额外添加淀粉酶（左）和添加淀粉酶（右）时面团中的淀粉水解情况

淀粉酶将淀粉降解成麦芽糖、葡萄糖、糊精等产物，从而为酵母提供发酵所需的能源，缩短发酵时间，增大面包体积，同时促进美拉德反应的发生。Matsushita等[7]在全麦面粉与白面粉的混合粉中加入0.025% α-淀粉酶（1 500 U/g）后发现，与未添加组比较，面团持气能力显著增强，面包比容为 5.08 cm3/g，增加了14.7%。提高淀粉酶活性对面包体积有显著影响，但过量的α-淀粉酶在烘烤过程中会大量水解淀粉，导致淀粉在冷却过程中形成凝胶的能力减弱，反而降低面包体积。徐小娟[8]研究发现，在20～80 mg/kg范围内，随着淀粉酶添加量的增加，全麦面包的比容逐渐增大，在淀粉酶的添加量为 80 mg/kg时达到最大，继续增加淀粉酶，比容开始逐渐减小。

此外，淀粉酶能保持面包结构松软、降低淀粉重结晶率，减缓淀粉老化，延长货架期。李晶等[9]研究了枯草芽孢杆菌来源的麦芽糖淀粉酶能够延缓面包品质下降，添加0.04%麦芽糖淀粉酶能够明显延缓面包老化，对面团淀粉糊化特性影响较小。面包贮藏第七天时，能减少水分损失36.92%，并可以保持面包弹性。

2.2 脂肪酶的作用机理及应用效果

脂肪酶可以催化酯类化合物的分解、合成和酯交换等，在普通条件下，脂肪酶可能同时表现出甘油三酯酶、磷脂酶、糖脂酶等其中一种或者几种酶的活性。其表现为甘油三酯酶活性时可以分解甘油三酯为单/双甘油酯；表现为磷脂酶活性时可以分解卵磷脂为溶血卵磷脂；分子结构类似于双乙酰酒石酸单甘油酯，表现为糖脂酶活性时可以分解双半乳糖甘油二酯为双半乳糖甘油单酯，分子结构类似于硬脂酰乳酸钠[10-11]。从脂肪酶的分解产物可以看出，脂肪酶的作用类似于乳化剂，在面包中，脂肪酶的主要作用为：①增大面包体积：脂肪酶的水解能形成更强极性和亲水结构，与麦谷蛋白更好地结合，形成更强的面筋网络；②延缓面包老化：脂肪酶分解产生酯/脂类物质具有乳化剂作用，甘油三脂脂肪酶水解脂肪形成甘油能与淀粉结合形成复合物，延缓淀粉老化。

王家宝等[12]研究表明添加0.01 g脂肪酶/kg面粉与0.5 g双乙酰酒石酸单双甘油酯/kg面粉的面包比容分别比对照组增大6.7%和11.3%，且贮存15 d后两组面包的硬度值显著高于对照组，但两组之间无显著差异。但也有研究表明，脂肪酶降低了面包的比容，Altinel等[13]研究表明，添加0.0002%的脂肪酶后，面包比容相比于对照组下降4.82%；当添加量提升至0.001%时，面包比容与对照无显著差异。这种现象是由于面团中脂肪酶的作用产生的游离脂肪酸和其它脂质降解产物的破坏作用所引起的。

2.3 木聚糖酶的作用机理及应用效果

木聚糖酶是指能专一降解半纤维素木聚糖为低聚木糖和木糖的一组酶的总称[14]。水不溶性木聚糖吸水性强，与面筋蛋白竞争吸水，使得面筋蛋白吸水不充分，从而减弱面筋网络。木聚糖酶将水不溶性木聚糖部分水解后，有助于面筋网络的形成，提高面筋-淀粉膜的强度和延伸性，增加持气和持水能力，使得面包更加柔软，延缓面包老化。

木聚糖酶通常应用在全麦面包中，与白面粉相比，全麦面粉的膳食纤维含量高，约为12%左右，其主要成分为阿拉伯木聚糖，分为水溶性和水不溶性，其中水不溶性的占到70%～75%，这对全麦面团的面筋网络造成了破坏作用，从显微结构上看，全麦面团的结构中有很多裂痕和大孔洞，添加0.03%的木聚糖酶反应90 min后，面筋结构变得更加连续，孔洞明显减少[15]。GHOSHAL等[16]研究表明，木聚糖酶可以降低全麦面包在储存期内的硬度值，延缓老化，并且感官评分也有所提升。在全麦面包中分别添加30、60、90 mg/kg的木聚糖酶，随着添加量的增加，全麦面包的硬度值逐渐减小，弹性值逐渐增大，与对照相比，添加90 mg/kg的木聚糖酶后，弹性值增大16.2%，硬度值减小12.5%[17]。

2.4 葡萄糖氧化酶的作用机理及应用效果

葡萄糖氧化酶是一种需氧脱氢酶，具有很好的氧化作用，被认为是 “最有前途的绿色小麦粉强筋剂”。葡萄糖氧化酶将葡萄糖氧化为葡萄糖内酯和过氧化氢，过氧化氢具有强氧化性，将巯基氧化为二硫键，强化面筋结构，改善面粉加工特性和稳定性[18]，有助于延缓面包老化，提升柔韧性[19]。

邓家珞等[20]研究表明，添加15 mg/kg葡萄糖氧化酶后，面包比容增加27.5%，添加20 mg/kg葡萄糖氧化酶后，面包的硬度、胶黏性和咀嚼性都与对照组有显著差异。在冷冻面团中，添加0.015%的葡萄糖氧化酶能提高冷冻面团烘烤面包的比容、弹性、回复性和感官评分，提升整体品质[21]。在全麦面团中，加入葡萄糖氧化酶5 U/g面粉，催化葡萄糖氧化生成的过氧化氢，面团中的类胡萝卜素含量下降40%，起到了漂白全麦面粉的作用。同时，葡萄糖氧化酶使面团的弹性模量(Gˊ)和黏性模量(G")增加，导致面团的硬度增加，所以在全麦面团中添加葡萄糖氧化酶时应注意添加剂量，避免面团硬度过大[22]。

3 乳化剂的作用机理及应用效果

在面包中，乳化剂可以起到柔软保鲜的效果，是因为直链淀粉在加热条件下变为螺旋结构，加入乳化剂后，它会与这种螺旋结构发生络合形成复合体，从而提高淀粉的糊化温度，防止淀粉重结晶，并从淀粉内部阻止支链淀粉凝聚，从而延缓面包老化[23-24]。

乳化剂与蛋白之间也可以产生相互作用，具体表现为通过与非极性疏水基团的氨基酸结合、借助氢键与含不带电荷极性基团的氨基酸结合或者通过静电相互作用与含带电荷极性基团氨基酸结合，通过这些相互作用可强化面筋结构，提高耐咀嚼性[24]。

钟宝瑜等[25]研究表明在面包中分别添加质量分数为0.25%～1.0%的聚甘油脂肪酸酯、0.1%～0.7%的单月桂酸甘油酯和0.05%～0.20%的硬脂酰乳酸钠，随着乳化剂添加量的增加，面包的比容逐渐增大，在7 d的存储期内，面包的硬度低于对照组。最优组合为聚甘油脂肪酸酯添加量0.75%，单月桂酸甘油酯添加量0.60%，硬脂酰乳酸钠添加量 0.15%，以此配方制备的面包比容达5.87 mL/g，硬度为474.4 g，与对照组比较，比容提高了20%，硬度降低了22%。

在冷冻面团中，随着硬脂酰乳酸钠添加量增加，冷冻面团烘烤面包的硬度、咀嚼性先降低、后升高，弹性、回复性、比容和感官评分先升高后降低，当SSL添加量为 0.20%（以面粉计）时，各指标达到各自的峰值[26]。

单硬脂酸甘油酯在食品领域应用最大的品类是面包，研究表明，添加0.3%的单甘脂可以降低面包储存期内的硬度；0.2%的单甘脂可以提高面团发酵稳定性，增强面团的抗震性，同时单甘脂还可以减少面包烘烤后表面产生的气泡[24]。

4 抗氧化剂的作用机理及应用效果

L-抗坏血酸、L-抗坏血酸棕榈酸酯是面包中常用的抗氧化剂。L-抗坏血酸具有很强的还原性，对面团的氧化机理较为复杂，它是在一个复杂体系的催化作用下，自身转化为具有氧化性的脱氢L-抗坏血酸，一方面氧化面团中的谷胱甘肽，使蛋白酶失去活性，抑制面筋蛋白质的水解作用，相对增强了面筋的强度，另一方面，将巯基氧化为二硫键，加强面筋蛋白质的主体网状结构。李丽杰等[27]研究表明，添加0.002%的L-抗坏血酸后，面包的比容增加50.6%，贮存到第5天时，面包的硬度、胶着性及咀嚼性分别下降了31.8%、29.4%及26.8%。但齐琳娟等[28]研究发现，L-抗坏血酸的作用效果因小麦品种而异，对不同筋力的小麦粉面包烘焙品质的改良效果不同。

L-抗坏血酸棕榈酸酯是亲水性的L-抗坏血酸和疏水性的棕榈酸通过酯键结合形成的双亲性化合物,不仅保留了抗坏血酸全部的生理活性，而且提高了对光照、湿度、温度的耐受能力。L-抗坏血酸棕榈酸酯中的长脂肪酸链很好地嵌入到直链淀粉的螺旋空腔中，形成L-抗坏血酸棕榈酸酯和淀粉结合的聚合物基质，从而可以抑制淀粉的结晶和老化。Serfert等[29]证实面包中添加 0.38%的L-抗坏血酸棕榈酸酯，可有效缩短面团醒发时间，使面包形成疏松多孔质构，提高蓬松度和柔软度。

5 防腐剂的作用机理及应用效果

按照GB 2760-2014（食品安全国家标准食品添加剂使用标准）规定，在面包中允许使用的防腐剂包括ε-聚赖氨酸、乳酸链球菌素、山梨酸及其钾盐、丙酸及其钠盐、钙盐及脱氢乙酸及钠盐（又名脱氢醋酸及其钠盐）。5种防腐剂抑菌机理和抑菌能力如表2所示[30-33]。

表2 面包中的防腐剂的抑菌能力和抑菌机理

由于不同防腐剂对微生物作用效果不同，当几种复配使用时，在抑菌效果可互补，起到协同增效作用。刘梅森等[32]研究表明，脱氢醋酸钠与丙酸钙以 2∶3的比例复配时，抑菌效果最好。防腐剂的添加方式对面包的保质期也有影响，豆康宁等对比了丙酸钙混合添加、包裹添加和涂抹添加三种方式对面包保质期的影响，其中表皮包裹是指先将丙酸钙与10g面团混合，再擀成薄皮包裹在面团上，表皮涂抹是指将丙酸钙配成10%溶液，再刷在面团上。结果表明表皮涂抹对面包的防霉变效果最好，其次是表皮包裹，最后是混合添加[34]。

6 小结与展望

食品添加剂在食品工业发展中起到重要支撑作用，是解决各类食品问题的利器。单一的食品添加剂的功能有一定的局限性，多种添加剂的复合使用达到协同增效作用，因此在实际应用中，普遍采用复合添加剂，尤其是在面包产品中，往往不会使用单一的食品添加剂。

根据GB 2760-2014（食品安全国家标准食品添加剂使用标准）规定之一为同一功能的食品添加剂（相同色泽着色剂、防腐剂、抗氧化剂）在混合使用时，各自用量占其最大使用量的比例之和不应超过1。并且在达到预期效果的前提下尽可能降低在食品中的使用量。虽然复合食品添加剂可以赋予食品更好的品质，但易导致添加剂使用过量或者种类重复的问题，也不符合食品清洁健康的发展趋势。因此，食品从业者应对食品添加剂的功能和作用有清楚的认知，尽可能合并具有相同功能的添加剂，科学合理地进行复配添加，从而发挥出食品添加剂最佳效果。