酶制剂在面粉改良中的应用
发布时间：
2021-06-16
真菌α-淀粉酶来源于米曲霉，是第一个应用于面包制作的微生物酶。由于传统使用的麦芽的淀粉酶含量不稳定，而且含有蛋白水解酶，所以不适合在工业化生产中应用。相比之下，真菌α-淀粉酶具有更稳定的活性且不含蛋白酶活性，因此在工业上的应用更为广泛。
1 应用在面粉改良中的主要酶制剂
1.1 淀粉酶
淀粉酶是能够分解淀粉糖苷键的一类酶的总称，包括α-淀粉酶(包括真菌α-淀粉酶和细菌α-淀粉酶)、β-淀粉酶、麦芽糖淀粉酶和糖化酶，常用的有α-淀粉酶和麦芽糖淀粉酶。
1.1.1 真菌α-淀粉酶
真菌α-淀粉酶来源于米曲霉，是第一个应用于面包制作的微生物酶。由于传统使用的麦芽的淀粉酶含量不稳定，而且含有蛋白水解酶，所以不适合在工业化生产中应用。相比之下，真菌α-淀粉酶具有更稳定的活性且不含蛋白酶活性，因此在工业上的应用更为广泛。 真菌α-淀粉能水解直链淀粉和支链淀粉的α-1，42糖苷键生成麦芽糊精和麦芽糖。其最适pH值为4.0-5.0，最适温度为50-60℃。 实践应用结果表明，真菌α-淀粉酶作为面粉改良剂添加到面粉中后，主要起到以下几个作用：在面团中，大多数淀粉以结晶状态存在，淀粉酶不能分解天然状态的淀粉。然而在制粉过程中，部分淀粉颗粒被破坏形成破损淀粉。在加入真菌α-淀粉酶的情况下，这些破损淀粉颗粒被水解成麦芽糖(淀粉酶能内切直链淀粉成糊精，而糊精又在淀粉内切酶的作用下降解成麦芽糖)。麦芽糖又在酵母本身分泌的麦芽糖酶作用下，水解成葡萄糖供酵母利用，从而为酵母的发酵提供足够的糖源作为营养物质。 在面包中添加真菌α-淀粉酶可以使面包变得柔软，能够增强面团的延展性以及持气的能力，麦芽糖能被酵母利用产生CO2，从而使面包体积增大，糊精的存在使得面包纹理疏松，同时对改良面包外皮色泽有良好的效果，能出炉后制成感觉良好的面包。实验还表明：真菌淀粉酶(FAA)能够降低小麦粉的粉质特性指标，提高而团的拉伸性能，它对馒头的作用效果较显著，能改善馒头的质量、风味、弹性和体积。
1.1.2 糖化酶
糖化酶又称为葡萄糖淀粉酶。是一种外切酶，作用于淀粉或糖原时，此酶能从淀粉两端水解出葡萄糖，从糖链的非还原性末端开始，以葡萄糖为单位，逐一切断α-1，42糖苷键，并使葡萄糖发生构型转换，从α型转变成β型。也能缓慢水解α-1，62糖苷键，转化成葡萄糖。该酶作用直链淀粉的产物几乎全部是葡萄糖，作用于支链淀粉后的产物有葡萄糖和带有α-1，62糖苷键的寡糖。 糖化酶主要由霉菌和根霉产生的，在正常使用浓度下溶入水，最适pH值为4.0-4.5，最适温度为58-60℃。此酶的耐酸性较好，在25℃，pH3.0下，活力稳定而不降低。 此酶水解出来的葡萄糖能参加美拉德反应，使面包增加色泽和风味，同时也可以应用于冷冻面团中，使得面团中的酵母能在深度冷冻面团中很快起作用。
1.2 葡萄糖氧化酶
葡萄糖氧化酶的系统命名为β-D-葡萄糖氧化还原酶。葡萄糖氧化酶的作用机理是在有氧参与的条件下，葡萄糖氧化酶催化葡萄糖氧化成δ-D-葡萄糖内酯，同时产生过氧化氢，生成的过氧化氢在过氧化氢酶的作用下，分解成H2O和[O]。葡萄糖氧化酶具有高度的专一性，他只对葡萄糖分子C1上的β-羟基起作用，而且它具有较宽的pH范围，pH值在3.5-7.0内，酶活力稳定，可耐受的温度范围也较宽，30-60℃温度范围内，温度变化对酶活性影响不大。 面筋蛋白由麦谷蛋白和麦醇溶蛋白组成，面筋蛋白中的半胱氨酸是面筋的空间结构和面团形成的关键。蛋白质分子间的作用取决于二硫键(-S-S-)的数目和大小。二硫键可在分子内形成(麦醇溶蛋白)，也可以在分子间形成(麦谷蛋白)。葡萄糖氧化酶在氧气的存在的条件下能将葡萄糖转化为葡萄糖酸，同时产生过氧化氢。过氧化氢是一种很强的氧化剂，能够将面筋分子中的巯氢基(-SH)氧化为二硫键(-S-S-)，从而增强面筋的强度。一般情况下，面团中有许多暴露的-SH键，这些巯氢基很容易氧化。据报道，在葡萄糖氧化酶的作用下，面粉和面团水溶性部分的-SH键含量明显下降。葡萄糖氧化酶能显著的改善面粉的粉质特性，延长稳定时间，减小弱化度，提高评价值，改善面的拉伸特性，增大抗拉伸阻力，改善面粉的糊化特性，提高最大黏度，降低破损值，可形成更耐搅拌、干而不黏的面团。葡萄糖氧化酶能有效的提高面条的咬劲，改善面条的表面状态，使用木聚糖酶有时会使面团发黏，这是由于结合水被释放出来，因此木聚糖酶常和葡萄糖氧化酶一起使用，这种组合可替代应用于有些面包品种的乳化剂。 在有些实际应用中，添加巯基氧化酶能增加葡萄糖氧化酶的作用。巯基氧化酶能够特异性地氧化面团中的自由巯基基团，葡萄糖氧化酶和巯基氧化酶具有协同效应。葡萄糖氧化酶对添加部分新小麦制得的面粉有良好的促进后熟作用，且添加量只需45mg/kg即可。通过一系列实验研究表明，葡萄糖氧化酶对面粉及其各种制品的生产，不论是在面团操作性能的改善或是在产品品质的提升方面均具有显著的作用。该酶与其它酶制剂和添加剂之间所具有的协同效应，使广大用户得到了更多的选择。作为一种新型的酶制剂，葡萄糖氧化酶主要用于面包专用粉，它可以提高面团中面筋强度，增强弹性，对机械冲击有更好的承受力，在面包烘烤中使面团有良好的入炉急胀特性。因此，葡萄糖氧化酶可以作为溴酸钾的替代品的一个选项。同时使用此酶时还应注意不要添加过量，以免会引起面粉筋力过强，给制品加工引起负面影响。
1.3 半纤维素酶
半纤维素酶类是一组复杂酶的属名，通常又称为木聚糖酶或聚戊糖酶。最常用的半纤维素酶类来自曲霉属和木霉属的半纤维素酶，其开发应用研究已有近10年。 木聚糖酶在焙烤中的应用是相当广泛的，它在半纤维素类酶制剂中起着最为重要的作用，其用量要比传统的半纤维素酶制剂小很多，其最适作用pH为4-6，最适温度50-60℃。面粉中存在着非淀粉多糖和戊聚糖，主要成分是阿拉伯木聚糖和阿拉伯半乳聚糖肽，其中阿拉伯木聚糖占戊聚糖60%-70%。一般小麦含阿拉伯木聚糖约2%-3%，其中水溶性的为0.5%-0.8%，但它可以结合加入其中水分的30%。水溶性戊聚糖持水力很强，一般能吸水达10-20倍。因此其自身降解和修饰对其功能影响很大。在面粉中增加水溶性阿拉伯木聚糖，能增加面团的持水性。 在内切木聚糖酶的作用下，面团中的阿拉伯木聚糖会部分水解，水分就从面团中逐渐释放出来，结果面团变软了，机械力提高了。最终结果是在烘焙中，面包心形成减缓，烘烤膨胀使面包体积增大，面包心更松软。内切木聚糖酶的作用也会因为阿拉伯呋喃糖苷酶而增强，阿拉伯呋喃糖苷酶能将半纤维素分子的阿拉伯糖支链切断，使得底物更易被内切木聚糖酶降解。最后，面团的稳定性和机械性都提高。含半纤维素酶的酶制剂能够解决面粉因添加膳食纤维的问题，不可溶戊聚糖的存在和粗糙的麸皮颗粒会干涉面筋的网络结构，半纤维素酶能将非淀粉多糖部分溶解，从而提高面包品质。 大量实验证明，在面粉中添加木聚糖酶，能使不溶性阿拉伯木聚糖增溶、改进面团的机械强度和增加面包的体积、改进面包的色泽。通常情况下面粉中存在着内源酶，能使15%-20%的不溶性戊聚糖溶解。但加入外来的酶，可使溶解量增至40%-65%。在面包的生产中，1/3的水分是面团中的戊聚糖吸收，由于它们的高水结合能力，因此会影响面团的流变特性。一般来讲，水浸出性戊聚糖对面包产生积极的影响，而水不可浸出性木聚糖对面包质量有损害。面团中有木聚糖酶的作用，使水可浸出性阿拉伯糖能显著增加，从而改善了面团的操作性能以及面团的稳定性，增大了成品体积，提高了成品的质量。实验研究表明术聚糖酶对面团的粉质特性和拉伸性能影响都不太显著，对蒸煮食品品质影响不如葡萄糖氧化酶对面团的粉质性能改良效果最好，它能显著提高面团的稳定时间和评价值，降低面团的弱化度；它能明显改善馒头和面条的内部结构和表观状态。
1.4 脂肪酶
脂肪酶在烘焙工业中的应用也是最近几年才开始。脂肪酶作用于脂肪中的酯键，它能催化甘油三酯水解生成甘油二酯或甘油一酯或甘油。生产脂肪酶的微生物主要是有假丝酵母、黑曲霉、根霉、假单孢菌、葡萄球菌等。其最适pH6.0-9.0，温度30-40℃，能被钙离子和低浓度胆碱盐激活。其中应用于面粉工业的脂肪酶来源于微生物。 脂肪酶可以添加于面包、馒头及面条的专用粉中。在面包专用粉中加入脂肪酶可以得到更好的面团调理功能，使面团发酵的稳定性增加，面包的体积增大，内部结构均匀，质地柔软，包心的颜色更白，且能提高面包的保鲜能力；而脂肪酶水解脂肪形成的单酰甘油能与淀粉结合形成复合物，从而延缓淀粉的老化，提高面包的保鲜能力，因此，脂肪酶通常与少量脂肪一起使用，要不面粉中脂肪含量太少而达不到这种效果，如果不外加脂肪脂肪酶还是能起到一定的作用，如对面包心的结构和色泽有改善作用；在馒头专用粉中加入脂肪酶，也会起到类似于面包专用粉的添加效果，尤其对我国使用老面发酵的情况，脂肪酶可以有效防止其发酵过度，以保证产品质量；在面条专用粉中加入脂肪酶，可减少面团上出现斑点，提高咬劲，使面条在水煮中不粘连、不易断，表面光亮。在面粉中适量添加脂肪酶可明显增加面粉的抗拉伸阻力，延伸性增加，可以解决加入强筋剂后面粉的延伸度变得过小的不足。
1.5 蛋白酶
蛋白酶是催化分解蛋白质肽键的一类酶的总称。蛋白酶作用于蛋白质，将其降解为小分子的蛋白肽、多肽、游离氨基酸。蛋白酶种类繁多，广泛存在于所有生物体内，按其来源可分为植物蛋白酶、动物蛋白酶和微生物蛋白酶，按性能分为酸性蛋白酶、中性蛋白酶和碱性蛋白酶。蛋白酶也是最早应用面粉工业的酶制剂之一，它主要用于饼干专用粉和面包专用粉中。面粉中常用的是中性蛋白酶，其最适pH为5.5-7.5，最适温度为65℃左右。 面团中面筋蛋白经蛋白酶处理后，能够改善其机械特性和烘焙品质。蛋白酶可以水解面筋蛋白，切断蛋白分子肽键，弱化面筋，使面团变软。用在强筋粉中，效果较好，可降低面团的弹性，提高其延伸性，从而改善了机械特性，同时与亚硫酸氢钠等用于弱化面筋的化学还原剂相比，蛋白酶作用专一性强，从而充分显示了生物酶制剂在作为面粉改良剂上的优势。细菌来源的胞内蛋白酶很少在面包中应用，因为它对面筋的网络结构会产生不良影响，但可取代焦亚硫酸钠应用于饼干、脆片、甜点、比萨制作，因为使用焦亚硫酸钠会使维生素遭到破坏和形成过量的气体。胞外蛋白酶则能够改善面包皮的颜色和面包的口味。现在已经开发出了一些特定的胞外蛋白酶只水解外端氨基酸，这样可释放一些亮氨酸和苯丙氨酸，这两种氨基酸都是面包芳香味的构成物质。
2 酶制剂在面粉中添加的优势
2.1 使用方便、添加量合理 烘焙用酶多为干燥流畅的焙烤颗粒，均直径约为150μm；经稀释复配后流畅无尘，保证了在线添加的准确性和混合均匀性，这对无配粉系统的厂家更具意义。
2.2 优异的反应催化特性 用在面粉改良中的酶制剂是一类蛋白质，其主要作用是催化食品加工过程中的各种化学反应。与其它的化学改良剂相比，它的作用条件很温和，不需要高压、高温、强酸、强碱、高速搅拌等剧烈条件，对生产设备的要求也不高；酶还具有高度的专一性，它对作用底物有严格的选择性，一种酶只能作用于一种反应物，或一类化合物，或一定的化学键，并生成一定的目标产物，使用安全性高。
2.3 符合食品工业的发展趋势 随着社会的不断发展和进步，环保、绿色、健康、安全日益成为人们时尚的消费追求，我国在食品添加剂生产方面积极倡导"天然、营养、多功能"的方针，与国际提倡"回归大自然、天然、营养、低热能、低脂肪"的趋向和人们的上述诉求相一致。因此在化学合成的添加剂由于其潜在的危害性而受到越来越多消费者的排斥的同时，酶制剂则异军突起，这类多来源于谷物(麦芽粉)、植物(木瓜蛋白酶)、酵母(转化酶)以及微生物培养等途径得到的高科技生物制品，天然绿色对人体无毒无害，符合联合国粮食与农业组织，联合国世界卫生组织、食品添加剂联合专家委员会(JECFA)和食品化学药典(FCC)所建议的食品级酶规格标准。
2.4 与其它改良剂相比，酶制剂具有较好的价格比 烘焙用酶在欧洲和美洲使用较早，应用极为广泛，已形成可在工业化条件下培养、繁殖、提取、纯化、标准化生产的大规模产业，从而使各种酶的生产成本降低。实践证明，如达到相应的烘焙效果，复合酶的添加量和成本远远低于常用的乳化剂和谷朊粉。从目前在国内已广泛使用的部分酶制剂来看，每吨面粉仅增加成本20-40元左右就可达到较为理想的效果。
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