三种酶制剂及其复配对曲奇饼干品质的影响

刘浩天，尤国安，王清伟， 操丽丽

（1.合肥工业大学食品与生物工程学院，安徽合肥 230601；2.安徽省农产品精深加工重点实验室，安徽合肥 230601；3.安徽昊晨食品有限公司,安徽淮北 235100）

饼干是指以面粉、油脂和白砂糖为主要原料调制成面团后经烘焙形成的食品，从西方传入我国以后，经过几十年的发展，我国的饼干行业规模不断扩大，消费者群体也在不断变大。作为饼干类食品中的重要成员，曲奇饼干因其良好的口感和香味深受人们的喜爱，因此成为市场上非常热门的烘焙食品[1-2]。随着生活水平的提高，人们对曲奇饼干品质的要求越来越高，疏松剂、乳化剂、食用香精等食品添加剂必不可少，但化学添加剂往往蕴含着食用风险，所以纯天然、高效酶制剂应运而生。

常用于饼干品质改良的酶制剂主要有木聚糖酶、α -淀粉酶和蛋白酶[3-5]。Steffolani M E 等人[6]发现，木聚糖酶可与面筋网络发生交互作用，减少面团中的二硫键，从而弱化面筋，以提高饼干的品质。Dahiya S 等人[7]研究表明，α -淀粉酶在直链淀粉内部随机水解糖苷键后，得到的最终产物麦芽糖和葡萄糖，可软化面团，使饼干组织更细腻。蛋白酶是最常用的饼干品质改良酶制剂，姚晓丹[8]研究发现，蛋白酶可改善饼干粉品质，弱化面筋，降低韧性饼干的硬度，提高韧性饼干的品质。已有研究表明，酶制剂之间具有一定的协同作用。Aggarwal D 等 人[9]的研究发现，α -淀粉酶和木聚糖酶复配可以有效改善低GI 饼干的质构和感官，提高其品质。林颖媚[10]通过试验证明，添加α -淀粉酶和蛋白酶的复合酶制剂能够显著提高葛粉酥性饼干的品质，并且改良效果比单一酶制剂更好。目前，有关复合酶制剂改良饼干品质的研究依旧处于起步阶段。因此，以市场上热门的曲奇饼干为研究对象，从木聚糖酶、α -淀粉酶和蛋白酶这3 种单一酶制剂入手，研究三者在不同用量的条件下对曲奇饼干品质的影响，并通过正交试验优化3 种酶制剂的最佳复配组合，以期为酶制剂在曲奇饼干乃至整个饼干食品中的应用提供数据支持和参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

低筋面粉，益海嘉里金龙鱼粮油食品股份有限公司提供；泡打粉，安琪酵母股份有限公司提供；鸡蛋、白砂糖、黄油、纯净水（食品级），均为市售。

木聚糖酶6 000 U/mg、α -淀粉酶263 U/mg、蛋白酶200 U/g（食品级），上海麦克林生化科技有限公司提供。

1.2 仪器与设备

XPR303SN/AC 型电子天平，梅特勒托利多科技有限公司产品；DHG-9240A 型电热鼓风干燥箱，上海一恒科技有限公司产品；TA-XT plus 型物性测试仪，英国Stable 公司产品；EM-30Plus 型扫描电子显微镜，北京天耀科技有限公司产品；CR-400 型色差仪，宇宏光电科技有限公司产品。

1.3 试验方法

1.3.1 曲奇饼干配方

低筋面粉50 g，水5 g，泡打粉1 g，白砂糖15 g，黄油30 g，鸡蛋液10 g。

1.3.2 曲奇饼干制作工艺

参照Narwal J 等人[11]的方法并略作修改，具体制作工艺如下：原材料称量→预处理→面团调制→成型→烘烤→冷却15 min 后待测。

1.3.3 单因素试验

通过预试验，分别考查木聚糖酶、α -淀粉酶和蛋白酶在用量为2，4，6，8，10 mg/kg（以低筋面粉计）对曲奇饼干品质的影响。

1.3.4 正交试验

在单因素试验的基础上，以曲奇饼干的感官作为评价指标，采用L9（34）正交表进行试验。

正交试验因素与水平设计见表1。

表1 正交试验因素与水平设计/mg·kg-1

1.3.5 曲奇饼干比容的测定

参考Paciulli M 等人[12]的方法，随机选取5 片曲奇饼干叠加在一起，用游标卡尺测定其长、宽、高，比容计算公式如下：

式中：L——长度，cm；

W——宽度，cm；

H——高度，cm；

m——质量，g；

SV——比容，cm3/g。

1.3.6 曲奇饼干色泽的测定

曲奇饼干烤制后在室温下冷却15 min，用色差仪测定曲奇饼干的L 值、a 值、b 值，每个样品测3 次，结果取平均值。

1.3.7 曲奇饼干质构的测定

参考苟青松等人[13]的方法，用质构仪测定曲奇饼干的硬度、咀嚼性和胶黏性，测定条件为P2 型TPA 探头，测试前中后速率分别为5.00，2.00，5.00 mm/s，感应力2 N，形变量50%，每次需测量3 次，取平均值。

1.3.8 曲奇饼干感官的测定

感官评定指标参考国家标准《饼干质量通则》（GB/T 20980—2021）并稍作修改，由10 名食品感官评定专业人员组成感官评定小组，根据形态（20 分）、组织结构（20 分）、口感滋味（20 分）、色泽（20 分）和喜爱程度（20 分）对曲奇饼干进行感官评定。

曲奇饼干感官评价见表2。

表2 曲奇饼干感官评价

1.3.9 曲奇饼干面团微观结构观察

参照文献[14-15]的方法，将各试验室组的面团置于冷冻干燥机中冷冻干燥12 h，随后研磨成粉末，黏附在装有导电胶布的载物台上，进行喷金处理后置于电镜载物腔内，以500 倍的放大倍数观察。

2 结果与分析

2.1 酶制剂对曲奇饼干比容的影响

比容是评价曲奇饼干品质的重要指标。比容大、质地疏松、内部气孔分布均匀是优质曲奇饼干的主要特征。考查了分别添加木聚糖酶、α -淀粉酶和蛋白酶对曲奇饼干比容的影响。

酶制剂对曲奇饼干比容的影响见表3。

表3 酶制剂对曲奇饼干比容的影响

由表3 可知，添加木聚糖酶后，所有曲奇饼干的比容与对照组相比均有显著差异（p＜0.05）。其中，木聚糖酶用量为8 mg/kg 时，曲奇饼干的比容最大，继续添加木聚糖酶不能增加曲奇饼干的比容。添加6～10 mg/kg α -淀粉酶可以使曲奇饼干的比容出现一定程度的增大，与对照组存在显著差异（p＜0.05），其中6 mg/kg α -淀粉酶曲奇饼干比容最大。与对照组相比，添加蛋白酶可显著增加曲奇饼干的比容（p＜0.05），当用量为6 mg/kg 时，曲奇饼干的比容达到了所有试验组中的最大值，相比对照组增幅达到9.86%，说明蛋白酶增加曲奇饼干比容的效果最显著。总之，添加这3 种酶制剂都可增加曲奇饼干的比容，与张康逸等人[16]的研究结论一致。

2.2 酶制剂对曲奇饼干色泽的影响

消费者选择食品时，通常会将色泽作为食品质量的指标之一，运用色差仪可测定食品的色泽变化，L 值越大，亮度越大；a 值越大，越接近纯红色；b值越大，越接近纯黄色[17-18]。

酶制剂对曲奇饼干色泽的影响见图1。

图1 酶制剂对曲奇饼干色泽的影响

由图1（a）可知，与对照组相比，添加少量的木聚糖酶可使曲奇饼干的亮度显著降低，但添加8～10 mg/kg 木聚糖酶则不会显著降低曲奇饼干的亮度（p＜0.05），添加木聚糖酶之后，曲奇饼干的a 值先升高后降低，b 值出现一定程度降低。由图1（b）可知，与对照组相比，添加α -淀粉酶可以显著降低曲奇饼干的亮度（p＜0.05），使a 值变大，b 值变小。由图1（c）可知，随着蛋白酶添加量的增加，曲奇饼干的亮度变化程度较小，其中添加6 mg/kg 蛋白酶可使曲奇饼干的亮度最大，但与对照组相比无显著差异（p＜0.05），说明蛋白酶在增大曲奇饼干亮度这方面有一定效果，但效果不显著。蛋白酶用量会使曲奇饼干的a 值和b 值呈下降趋势，与Saberi F 等人[19]的研究结论一致。饼干色泽的变化由美拉德反应和其他复杂的生化反应共同作用而成，饼干色泽的差异与其品质高低并没有简单的线性关系，因此需要配合其他品质指标才具有参考意义。

2.3 酶制剂对曲奇饼干质构的影响

质构测定是了解曲奇饼干品质变化最有效的指标之一，通过分析质构指标、硬度和脆性，可得出曲奇饼干品质的变化趋势。考查了酶制剂对曲奇饼干质构的影响。

酶制剂对曲奇饼干质构的影响见表4。

表4 酶制剂对曲奇饼干质构的影响

由表4 可知，添加3 种酶制剂均可使曲奇饼干的硬度和脆性呈先降低再升高的趋势，其中对照组的曲奇饼干硬度和脆性分别为992.10 g和879.16 g/s，添加8 mg/kg 木聚糖酶的曲奇饼干硬度和脆性分别为715.39 g 和638.18 g/s，与对照组相比分别显著降低27.89%和27.41%（p＜0.05）；添加6 mg/kg α -淀粉酶的曲奇饼干硬度和脆性分别为707.94 g 和740.19 g/s，与对照组相比分别显著降低28.64%和15.81%（p＜0.05）；添加6 mg/kg 蛋白酶的曲奇饼干硬度和脆性分别为571.61 g 和593.91 g/s，与对照组相比分别显著降低42.38%和32.45%（p＜0.05）。曲奇饼干的品质与其硬度和脆性呈负相关，高品质的曲奇饼干需要更低的硬度和脆性，由数据可知这3 种酶制剂均可有效改善曲奇饼干的质构，而且蛋白酶在改善曲奇饼干质构的效果最佳。

2.4 酶制剂对曲奇饼干感官的影响

感官评价是评价曲奇饼干品质重要的方法之一，曲奇饼干感官评分越好，说明其越容易被消费者喜爱，消费者购买的可能性越高[20-21]。根据感官评定小组的评定结果取平均值，得出不同酶制剂对曲奇饼干感官品质的影响。

木聚糖酶对曲奇饼干感官品质的影响见表5，α -淀粉酶对曲奇饼干感官品质的影响见表6，蛋白酶对曲奇饼干感官品质的影响见表7。

表6 α -淀粉酶对曲奇饼干感官品质的影响

表7 蛋白酶对曲奇饼干感官品质的影响

由表5～表7 可知，曲奇饼干的感官评分随着3 种酶制剂添加量的增加呈先升高再降低的趋势，其中8 mg/kg 木聚糖酶用量的曲奇饼干和6 mg/kg α -淀粉酶用量的曲奇饼干感官评分较高，分别达到了84.25 分和85.58 分，而当蛋白酶用量为6 mg/kg 时，曲奇饼干的感官评分最高，达到了89.87 分，超过所有试验组，并且形态、香味、口感和喜爱程度这4 个指标的评分在所有试验组中达到了最高值，说明蛋白酶改善曲奇饼干品质的效果优于木聚糖酶和α -淀粉酶，最适合应用在曲奇饼干实际生产中。但当3 种酶制剂添加过量时，曲奇饼干的感官评分开始下降。

2.5 酶制剂对曲奇饼干面团微观结构的影响

面团的微观结构决定面团的宏观特性，决定曲奇饼干的最终品质。面团良好的微观结构可以增加曲奇饼干的比容，也有助于改善曲奇饼干的质构和口感[22-23]。通过扫描电镜对制好的面团进行观察，分析酶制剂对面团微观结构的影响。

酶制剂对曲奇饼干面团微观结构的影响见图2。

图2 酶制剂对曲奇饼干面团微观结构的影响

由图2（a）可知，对照组淀粉与蛋白结合得很紧密，几乎没有裸露的淀粉颗粒，面筋结构比较连续，宏观表现为面团有较大的弹性。由图2（b）可看出，与对照组相比，8 mg/kg 木聚糖酶曲奇饼干面团的结构稍有空隙，可看见一些裸露的淀粉颗粒。由图2（c）可知，相较于对照组，添加6 mg/kg α-淀粉酶使淀粉颗粒和蛋白的结合更为松散，结构有明显的空隙；图2（d）的结构与对照组相比变化最为明显，添加6 mg/kg 蛋白酶后，曲奇饼干面团中的淀粉颗粒和蛋白几乎完全分离，对应的曲奇饼干面团表现为松弛软化，弹性明显降低。从曲奇饼干面团的微观结构可印证这3 种酶制剂对面筋结构有弱化的作用，且蛋白酶弱化面筋效果最好，进一步反映出蛋白酶能更有效地改善曲奇饼干的品质，与前文所述结论一致。

2.6 复合酶制剂正交试验结果分析

酶制剂彼此之间具有协同增效作用，可将多种酶制剂复合使用，得到品质更好的曲奇饼干[9，24]。

复合酶制剂对曲奇饼干质构和比容的影响见表8，复合酶制剂对曲奇饼干感官品质影响的正交试验结果见表9。

表8 复合酶制剂对曲奇饼干质构和比容的影响

表9 复合酶制剂对曲奇饼干感官品质影响的正交试验结果

由表8 可知，第4 组曲奇饼干的硬度和脆性分别为476.04 g 和366.84 g/s，显著低于其他试验组（p＜0.05），且曲奇饼干的比容也最大，达到了4.68 cm3/g，说明在此工艺下的曲奇饼干品质更好，口感更佳。

由表9 可知，RC＞RA＞RB，影响曲奇饼干感官的主要因素为蛋白酶，其次是木聚糖酶，最后是α-淀粉酶。最佳酶制剂组合为A2B1C2，即木聚糖酶8 mg/kg，α -淀粉酶6 mg/kg，蛋白酶6 mg/kg，此时曲奇饼干组织结构细腻，入口酥脆，色香味俱全，感官评分为92.24 分。

3 结论

添加适量的木聚糖酶、α -淀粉酶和蛋白酶可显著改善曲奇饼干的比容、质构、感官品质及其面团的微观结构。通过正交试验确定了最佳复合酶制剂组合为木聚糖酶8 mg/kg，α -淀粉酶6 mg/kg 和蛋白酶6 mg/kg，添加复合酶制备的曲奇饼干硬度和脆性更低，比容更大，具有更高的感官评分，可更高效地改善曲奇饼干的品质。研究为改善曲奇饼干品质提供了一种新思路，也为酶制剂的开发利用提供了新途径。