木聚糖酶添加量对米糠面团发酵特性的影响

周萌，冯志芬

（1.烟台职业学院，山东 烟台 264670；2.河南大学护理与健康学院，河南 开封 475004）

米糠是糙米碾白过程中被碾压下的皮层及少量米胚和粹米的混合物，是稻谷精加工的主要副产物，米糠富含蛋白质、淀粉、脂肪、粗纤维、矿物质和膳食纤维，营养价值较高[1]。米糠以其丰富的膳食纤维深受大众欢迎[2-3]。我国米糠资源丰富，众多专家推荐将米糠作为食物纤维和营养剂广泛应用在食品行业中[4-5]。木聚糖酶是以内切法在木聚糖分子中降解木聚糖分子的酶，木聚糖酶在面团的制作中，能有效改善面团芯的结构[6-8]。因此本文将米糠稳定化后添加在面粉中制成米糠面团，研究木聚糖酶添加量对米糠面团发酵特性的影响。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

米糠（水分占11.6%，蛋白质占14.5%，脂肪占19.8%）：内蒙古龙鼎农业股份有限公司；高筋粉（水分占12.7%，蛋白质占15.2%，脂肪占0.86%）：内蒙古恒丰食品工业股份有限公司；酵母、精盐、白砂糖：市售；木聚糖酶（最适温度50℃～60℃，酶活力5 000 U/g）：河南万邦实业有限公司；磷酸盐缓冲液（分析纯）：广州上实科华试剂仪器有限公司；磷酸（分析纯）：北京万佳标准物质研发中心；无水乙醇（分析纯）：天津市风船化学试剂科技有限公司；醋酸异戊酯（分析纯）：广东林氏化学试剂有限公司；四氧化锇（分析纯）：湖北魏氏化学试剂股份有限公司。

1.2 仪器与设备

HMJ-01和面机：中山市雅乐思电器实业有限公司；HWS-080醒发机：牧人王电器五金制品有限公司；AR1000R动态流变仪：山东格林凯瑞精密仪器有限公司；OHG1800粉质仪：宁波伟恒（机械设备）有限公司；MM721AU-PW（X）微波炉：美的股份有限公司；SU8220型冷场发射扫描电子显微镜：日本HITACH公司。

1.3 方法

1.3.1 米糠面团制作

新鲜米糠过30目筛后，用蒸馏水调整水分含量为27%，用搅拌器将其搅拌均匀，选取40粒，均匀放置在耐热玻璃器皿中，在功率600 W的条件下，稳定90 s，待米糠冷却后，过60目筛[9]。将微波稳定化处理后的10%米糠、0.6%食盐、80%高筋粉、10%白砂糖、1.5%酵母、1 kg水加入搅拌机中，并加入不同量的木聚糖酶（20、40、60、80 mg/kg），直到面筋扩展至 85%～95%形成面团，然后将面团放入温度35℃、相对湿度90%的醒发机中发酵1.7 h，分割成约200 g面团，并取出排气。在23℃静置10 min，在相对湿度90%的条件下醒发60 min，搓成表面光滑的面团[10]。

1.3.2 米糠面团粉质和拉伸特性测试

按照GB/T 14614—2019《粮油检验小麦粉面团流变学特性测试粉质仪法》测定米糠面团粉质，按照GB/T 14615—2019《粮油检验小麦粉面团流变学特性测试拉伸仪法》测定米糠面团拉伸特性。

1.3.3 扫描电镜观察

利用3%戊二醛固定4 g醒发2 h的面团，用磷酸盐缓冲液（0.1 mol/L）漂洗4次后，继续固定（1%四氧化锇），用磷酸盐缓冲液（0.1 mol/L）反复冲洗，再用不同浓度（20%、40%、60%、80%）的乙醇溶液进行梯度清洗。最后用醋酸异戊酯和无水乙醇置换处理，经过喷金和干燥处理后，采用扫描电镜观察[11]。

1.3.4 米糠面团动态流变学特性测试

面团动态流变学特性测试过程如下[12]：将制备完成的米糠面团，用塑料膜密封，在23℃下放置20 min。将面团压成厚度为3.0 mm面片，切成直径50 mm的圆片，并刮出多余的面片，在面片周围涂抹适量硅油，防止水分蒸发[13]，并将圆面片静置10 min。扫描参数：夹缝间距离设置为3 mm，直径30 mm的板材，应变情况为0.2%，扫频温度设为25℃，频率为0.1 Hz～40.0 Hz。升温范围为25℃～70℃；升温速率5℃/min。

1.4 数据处理

本试验数据采用SPSS 17.0软件进行统计学分析，采用Origin 8.0软件进行数据统计与绘图。

2 结果与分析

2.1 木聚糖酶添加量对米糠面团粉质的影响

不同木聚糖酶添加量对米糠面团粉质的影响如表1所示。

表1 不同木聚糖酶添加量对米糠面团粉质的影响Table 1 Effect of different xylanase addition on flour quality of rice bran dough

由表1可知，随着木聚糖酶添加量的增加，米糠面团吸水率、形成时间、稳定时间均呈现整体下降趋势，弱化度呈现增加趋势，未添加木聚糖酶，初始时吸水率为58.5%，形成时间仅需1.6 min，稳定时间为5.7 min，弱化度为60%，当添加80 mg/kg木聚糖酶时，吸水率为52.4%，形成时间为1.1 min，稳定时间为1.5 min，弱化度为79%，原因在于加入木聚糖酶致使水不溶性木聚糖降解，随着木聚糖酶添加量增加，降解速度加快，使面粉持水力下降，面团变软，吸水率降低，形成时间缩短[14]。

2.2 木聚糖酶添加量对米糠面团拉伸特性的影响

木聚糖酶添加量对米糠面团拉伸特性的影响结果如表2所示。

表2 木聚糖酶添加量对面团拉伸特性的影响Table 2 Effect of xylanase addition on dough tensile properties

由表2可知，在面团中添加木聚糖酶，可提高面团的延展度，并使拉伸阻力、拉伸曲线面积降低，且木聚糖酶添加量越大，米糠面团的延展度越大，拉伸阻力和拉伸曲线面积降低越显著；在相同的木聚糖酶添加量下，保温时间对米糠面团的拉伸特性也有影响，随着保温时间的延长，米糠面团延展度和拉伸曲线面积整体呈下降趋势，拉伸阻力呈增加趋势。水不溶性木聚糖酶和面筋网络竞争吸水，和蛋白质组成网络结构，致使面筋产率下降，面团变硬。加入的木聚糖酶将水不溶性木聚糖转化为水溶性木聚糖，在面筋网络中水溶性木聚糖和水结合，面团弹性降低，延展性增加[15]。

2.3 面团微观结构

将不同木聚糖酶添加量的米糠面团经过2h醒发后分别在600倍数的扫描电镜下观察，结果如图1所示。

图1 不同木聚糖酶添加量的米糠面团的扫描电镜图Fig.1 Scanning electron micrographs of rice bran dough of different xylanase addition

由图1可知，在添加20 mg/kg和40 mg/kg木聚糖酶时，可以看到粗纤维片段阻断了面筋的连续性，面筋结构有断裂、不均匀[16]。在添加60 mg/kg木聚糖酶时，面筋几乎没有断裂，粗细不同，相互交织。添加80 mg/kg木聚糖酶时，面筋结构偶有断裂、不均匀。

2.4 木聚糖酶添加量对米糠面团动态流变学特性的影响

频率扫描中的两个重要参数——弹性模量（G′）和黏性模量（G″）代表了样品力学特性中的弹性本质和黏性强度。损耗角（tan δ）是 G′和 G″比值，代表样品的综合黏弹性，tan δ值越小代表黏弹性较好，硬度较低；tan δ值越大代表样品黏弹性较差，硬度较高。图2～图4为分别不同木聚糖酶添加量的米糠面团的弹性模量、黏性模量，以及米糠面团损耗角随频率变化的关系图。

图2 米糠面团弹性模量（G′）Fig.2 Elastic modulus（G′） of rice bran dough

图3 米糠面团黏性模量（G″）Fig.3 Viscosity modulus（G″） of rice bran dough

图4 米糠面团损耗角（tan δ）Fig.4 Loss angle（tan δ）of rice bran dough

由图2～图4可知，添加不同量的木聚糖酶米糠面团的 G′和 G″随频率增加而增大，且始终 G′>G″，导致tan δ>1，说明面团中黏性所占比例小于弹性所占比例，米糠面团呈固态。相比较未添加木聚糖酶的对照组面团，添加木聚糖酶的米糠面团具备更大的G′和G″，更小的tan δ，可见想要改善面团黏弹性可通过添加木聚糖酶的方法实现。木聚糖酶使蛋白质分子之间形成交联的结构，有助于谷蛋白二硫键展开，使面团有更高的G′值[17]。在研究添加木聚糖酶后的米糠面团动态流变学特性时，添加60 mg/kg木聚糖酶的米糠面团显示出更高的G′和G″，更低的tan δ值，试验结果表明，米糠面团在木聚糖酶添加量为60 mg/kg时，黏弹性较好，硬度较低。

升温过程中木聚糖酶添加量对米糠面团弹性模量G′的影响如图5所示，升温过程中木聚糖酶对米糠面团黏性模量G″的影响如图6所示。

图5 升温过程中木聚糖酶添加量对米糠面团G′的影响Fig.5 Effect of xylanase addition on the G′of rice bran dough during heating

图6 升温过程中木聚糖酶添加量对米糠面团G″的影响Fig.6 Effect of xylanase addition on the G″of rice bran dough during heating

由图5可知，升温过程中，随着温度的升高，米糠面团弹性模量呈现出明显的三阶段动态流变特征。第一阶段：约30℃～50℃时，弹性模量随着温度的升高，变化不大；第二阶段：约从50℃开始，随温度升高，弹性模量迅速增加，在70℃时达到最大值。其原因在于淀粉糊化和蛋白质热变性，使弹性模量迅速增加。米糠面团内部开始糊化的淀粉颗粒吸收水分导致膨胀，并被固定在其网络结构上。若面团水分逐渐损失，则其网状结构将变得更具黏性和弹性[18]。第三阶段：当温度超过70℃时，米糠面团的弹性模量开始逐渐下降，当下降到一定程度时，面团中的网络结构因为淀粉糊化的作用和蛋白质的热变化而发生改变，面团变得更加柔软。热流变特性在第二、三阶段的变化是与淀粉糊化和蛋白质热变性同时进行的，因此第二、三阶段流变特性的变化更为重要，并造成木聚糖酶添加量在加热过程中对米糠面团动态流变学特性的影响作用。由图5和图6可知，当温度低于50℃时，弹性模量和黏性模量变化不明显，但当温度高于50℃时，迅速增加。

2.5 木聚糖酶添加量对米糠面团发酵体积的影响

图7是不同木聚糖酶添加量对米糠面团发酵体积的影响。

图7 木聚糖酶添加量对米糠面团发酵体积的影响Fig.7 Effect of xylanase addition on fermentation volume of rice bran dough

由图7可知，发酵10 min～30 min，面团发酵体积变化速率逐渐加快，30 min后变化速率逐渐下降，并趋于稳定，添加木聚糖酶的米糠面团比对照组面团的发酵体积增长得更快。在木聚糖酶添加量为60 mg/kg时，米糠面团的发酵体积最大。木聚糖酶能增加面团的延展性和面筋强度，改善米糠面团持气性，使气泡液膜形成圆形，其原因是木聚糖酶在降解的过程中产生小分子糖类物质[19-20]，提高面团产气量。

2.6 木聚糖酶添加量对米糠面团芯气孔结构的影响

不同木聚糖酶添加量对米糠面团芯气孔结构的影响如表3所示。

表3 木聚糖酶添加量对米糠面团芯气孔结构的影响Table 3 Effect of xylanase addition on pore structure of rice bran dough core

由表3可知，与对照组比较，加入木聚糖酶后，米糠面团芯气孔结构各参数均发生变化。用60 mg/kg的木聚糖酶处理后，面包气泡个数、气孔稠密度和气孔表面分率均较对照组显著增加（P＜0.05），气泡的平均面积适中，面团气孔分布较为均匀；面团气孔结构在添加适量木聚糖酶时得到改善，具有薄面团壁和均匀孔隙率的面团有更加连续的面筋网络结构，并且面团气孔可以保住更多气体。

3 结论

本文通过研究木聚糖酶添加量对米糠面团的粉质特性、拉伸特性和米糠面团动态流变学特性的影响发现，添加适量的木聚糖酶对米糠面团的发酵有很好的改良作用。与未添加木聚糖酶的面团相比，添加木聚糖酶后的面团吸水率、形成时间和稳定时间下降、弱化度加大、面团的弹性降低，延展度增加。当木聚糖酶添加量为60 mg/kg时，面团的弹性模量和黏性模量最佳，损耗角最低，具备较好的黏弹性和发酵体积，面团芯气孔结构最好。