（食品科学专业论文）低聚木糖在冷冻面团发酵馒头中的应用.pdf

摘要 低聚木糖在冷冻面团发酵馒头中的应用 学科、专业：工科、食品科学 硕士研究生姓名：朱惠燕 指导教师：黄卫宁教授 摘要 入学时间：2 0 0 7 年9 月1 日 答辩时间：2 0 0 9 年7 月1 7 日 授予学位时间：2 0 0 9 年8 月2 5 日 本论文主要研究了低聚木糖的酶法制备工艺及其在冷冻面团发酵馒头中的应用。 t r i c h o d e r m ar e e s e ir u t - c 3 0 木聚糖酶酶学性质的研究表明，此木聚糖酶的最适反应条件 为6 0 、p h 5 0 ，其在6 0 以内、p h 值3 0 7 0 稳定性较好。酶动力学研究表明此酶与木聚 糖的亲和力较好，s d s p a g e 测定其分子质量约为2 0 1 k d a 。 采用酶法预处理小麦麸皮，较水洗预处理的效果好。预处理后的小麦麸皮经木聚糖酶酶 解，采用高效液相色谱法对酶解产物进行分析i 结果显示，除了少量阿拉伯糖和葡萄糖，以 及2 6 0 7 木糖外，其余为低聚木糖( 1 1 3 6 木二糖，5 4 2 木三糖，1 1 6 6 木四糖和5 6 6 木五糖) 。通过响应面法优化低聚木糖的最佳制备条件为：加酶量1 8 3 2 u g 、底物浓度8 3 ， 酶解反应温度4 9 5 。 采用m i x o l a b 酶流变分析仪测定面团的热机械特性，结果表明低聚木糖有强化面筋作用， 并使得面团的耐揉性增加，同时可加强面团的耐蒸煮性能。通过对面团的f 3 流变发酵特性分 析可知，低聚木糖能够分别提高气体释放曲线的最大高度h m ，面团最大膨胀高度h m 和面 团的持气率，其在一定程度上显示了对冷冻面团体系的抗冻效应。 采用冷冻面团发酵工艺生产馒头，引入低聚木糖可有效提高馒头的品质特性。低聚木糖 有助于冷冻面团发酵馒头高径比和感官评分的提高，但其对馒头表皮色度l 1 和瓤色度l 2 影 响不大。正交实验结果表明，低聚木糖、鲜酵母和海藻糖的添加量分别为1 5 、4 和2 时， 可生产出最优质的冷冻面团发酵馒头。 关键词：低聚木糖；冷冻面团发酵；馒头；木聚糖酶；热机械特性；流变发酵特性：高效液 相色谱 a p p l i c a t i o no fx y l o o l i g o s a c c h a r i d e so i ls t e a m e db r e a dm a d yb y f r o z e nd o u g hf e r m e n t a t i o n s u b j e c t ，s p e c i a l t y ：e n g i n e e r i n g ，f o o ds c i e n c e m a s t e rg r a d u a t es t u d e n t ：h u i y a nz h u f a c u l t ya d v i s e r ：w e i n i n gh u a n g p r o f t i i n eo fe n r o l l m e n t ：0 1 0 9 2 0 0 7 t i i i l eo fo r a ld e f e n s e ：17 0 7 2 0 0 9 t i m eo f c o n f e r r i n gd e g r e e ：2 5 0 8 2 0 0 9 a b s t r a c t b o t ht h ee m z y m a t i cp r e p a r a t i o no fx y l o - o l i g o s a c c h a r i d e s ( x o ) a n dt h ea p p l i c a t i o no fx oi n s t e a m e db r e a dm a d eb yf r o z e nd o u g hf e r m e n t a t i o nw e r es t u d i e di nt h i sp a p e r t h ee n z y m a t i cp r o p e r t i e so ft r i c h o d e r m ar e e s e ir u t - c 3 0 x y l a n a s es h o w e dt h a tt h eo p t i m a l e n z y m ea c t i v i t yc o n d i t i o nw a sa t6 0 ca n dp h5 0 ，t h ea c t i v i t yo ft h ee n z y m ew a ss t a b l ea st h e t e m p e r a t u r ew a sl o w e rt h a n6 0 t h ep hr a n g eo f3 0t o7 0 e n z y m ek i n e t i c ss t u d i e ss h o w e dt h a t t h i se n z y m ew a sa f f i n i t y 、析mx y l a n , a n dt h em o l e c u l a rw e i g h tw a sa b o u t2 0 1 k d af r o ms d s - p a g e r e s u l t s b e f o r eh y d r o l y z e db yx y l a n a s e ，w h e a tb r a nw a sp r e t r e a t e db ys e v e r a le n z y m e s ，w h i c hw a s b e r e rt h a np r e t r e a t e db yw a t e rw a s h i n g 2 6 0 7 x y l o s ea n dx o o 3 6 x y l o b i o s e ，5 4 2 x y l o t r i o s e ，11 6 6 x y l o t e t r a o s ea n d5 6 6 x y l o p e n t a o s e ) w e r ed e t e c t e df r o mh y d r o l y z a t eb yt h e m e t h o do fh i g hp e r f o r m a n c el i q u i dc h r o m a t o g r a p h y ( h p l c ) a sw e l la sl i t t l ea r a b i n o s ea n dg l u c o s e r e s p o n s es u r f a c em e t h o d o l o g y ( r s m ) w e r eu s e dt oo p t i m i z et h ee x p e r i m e n t a lc o n d i t i o n s ：18 3 2 u g o f x y l a n a s e ；8 3 o f s u b s 仃a t ec o n c e n t r a t i o na n d4 9 5 co f r e a c t i o nt e m p e r a t u r e 硼1 et h e r m o - m e c h a n i c a li n d e x e so fd o u g h , w h i c hd e t e c t e du s i n gm i x o l a b ，s h o w e dt h a tx o c o u l ds t r e n g t h e nd o u g hg l u t e n , i m p r o v et h ek n e a d i n gr e s i s t a n c ea n dc o o k i n gp r o p e r t yo fd o u g h 田1 ef e r m e n tr h e o l o g yp r o p e r t i e so ff r o z e nd o u g hw a sd e t e c t e du s i n gr h e o f e r r n e n t o m e t c rf 3 ，t h e r e s u l t ss h o w e dt h a th m - t h em a x i m u mh e i g h to fg a sr e l e a s ec u r v e ，h m - t h em a x i m u mh e i g h to f d o u g hd e v e l o p m e n tc u y v ea n dg a sr e t e n t i o nr a t eo fd o u g hw e r ea l li n c r e a s e da f t e ra d d i n gx o t h e r e f o r e ，x ot os o m ee x t e n ts h o w e dc r y o p r o t e c t i v ee f f e c to fi m p r o v i n gf r o z e nd o u g hs y s t e m s x oc o u l di m p r o v et h ec h a r a c t e r i s t i c so fs t e a m e db r e a dm a d eb yf r o z e nd o u g hf e r m e n t a t i o n e f f e c t i v e l y a f t e ra d d i n gx o ，b o t ht h eh e i g h t - d i a m e t e rr a t i oa n ds e n s o r ys c o r eo ff r o z e nd o u g h s t e a m e db r e a dw e r ei n c r e a s e ds i g n i f i c a n t l yc o m p a r i n g 、访t l lt h eb l a n kg r o u pw h i l et h e r ew a sl i t t l e e f f e c to fx oo nt h ec r u s tc o l o rl 1a n dc r u m bc o l o rl 2o fs t e a m e db r e a d o r t h o g o n a le x p e r i m e n t a l r e s u l t ss h o w e dt h a tt h eh i g h e s tq u a l i t yo fs t e a m e db r e a dc o u l db ep r o d u c e d 、i t l l1 5 x o ，4 c o m p r e s s e dy e a s ta n d 2 t r e h a l o s e k e yw o r d s ：x y l o o l i g o s a c c h a r i d e s ；f r o z e nd o u g hf e r m e n t a t i o n ；s t e a m e db r e a d ；x y l a n a s e ； t h e r m o m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s ； f e r m e n t r h e o l o g yp r o p e r t i e s ；h i 曲p e r f o r m a n c el i q u i d c h r o m a t o g r a p h y 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人为获得江南 大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 签名： 盎整墼， 日 期： 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规定： 江南大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允 许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文， 并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 签名： 璺二垫壁2 导师签名： l 引言 1 引言 1 1 低聚木糖 低聚木糖又名木寡糖【1 】，指由2 10 个木糖通过糖苷键连接起来形成的直键或分支键低 度聚合五碳糖的总称，分子量约为3 0 0 2 0 0 0 。低聚木糖是以富含木聚糖的植物( 如玉米芯、 蔗渣、棉籽糖、麦麸、桦木等) 为原料，通过木聚糖酶水解，分离精制而得的一类非消化性 低聚糖。 n 斟 6 l l 6 日 未= 6 h6 h6 h 术：三蕾 图1 - 1低聚木糖( 禾二糖和木三糖) 的化学结构1 2 1 f i g 1 - 1t h ec h e m i c a ls t r u c t u r eo fx y l o - o l i g o s a c c h a r i d e s ( x y l o b i o s ea n dx y l o t r i o s e ) 1 1 1 低聚木糖的物化性质 ( 1 ) 甜度与甜味。在低聚木糖的成分中，木二糖的甜度为蔗糖的4 0 。一般的，含量为 5 0 的低聚木糖产品甜度约为蔗糖的3 0 。( 2 ) 稳定性。与其他低聚糖相比，低聚木糖的突 出特点是稳定性好。5 的低聚木糖水溶液在p h 2 5 8 0 的范围内，煮沸1h 无变化。1 低聚 木糖的水溶液在p h 2 5 7 0 范围内，分别于5 c 、2 0 c 、3 7 温度下贮存3 个月，没有发生明 显的变化。p h 3 4 左右的饮料在室温下贮藏一年，其中低聚木糖的保留量达到9 7 以上。这 说明低聚木糖能在食品中得到广泛的应用，因为p h 2 5 8 o 几乎覆盖了所有的食品体系。( 3 ) 水分活度。低聚木糖不但稳定性好，而且还具有降低水分活度的作用，其对水分活度的影响 与葡萄糖相近，但高于木糖低于麦芽糖和蔗糖。与之相比，低聚果糖与低聚半乳糖的热酸稳 定性则差很多，低聚木糖货架寿命明显长于其他功能性低聚糖。 1 1 2 低聚木糖的生理功能 与通常人们所用的大豆低聚糖、低聚果糖、低聚异麦芽糖等相比，低聚木糖具有独特的 优势，它可以高选择性地促使双歧杆菌增殖【3 】，其双歧因子功能是其它聚合糖类的1 0 2 0 倍。 人体胃肠道内没有水解低聚木糖的酶，所以其可直接进入大肠内优先为双歧杆菌所利用，促 进双歧杆菌增殖同时产生多种有机酸。降低肠道p h 值，抑制有害菌生长，使益生菌在肠道 大量增殖，达到上述的保健功效。研究表明，每天口服0 7 9 低聚木糖，两周后大肠双歧杆菌的 比例从8 9 增加到1 7 9 ；每天口服1 4 9 ，一周后大肠双歧杆菌的比例从9 增加到3 3 ； 每天1 ：3 服3 5 9 ，两周后大肠双歧杆菌的比例从3 7 增加到2 1 7 。低聚木糖不仅可提高人体 免疫力和抗癌能力，抑制外源性病菌对人体的侵入，防治肠道疾病，降低人体胆固醇，促进 钙吸收，防止龋齿，由于其具有低甜度、低热量的特性，低聚木糖的代谢不受胰岛素的控制， 还可作为糖尿病和肥胖病患者的矫味剂。因此，低聚木糖已成为国内外竞相研究开发的功能 性低聚糖之一。 江南大学硕士学位论文 1 1 3 低聚木糖的酶法制备 小麦麸皮富含半纤维素物质，因此以小麦麸皮为原料，采用生物技术j 即微生物酶水解 法可以制取低聚木糖。玉米芯是农业纤维废弃物，利用玉米芯酶法制备功能性低聚木糖，在 资源利用、环境保护以及促进产业化结构调整等方面均具有重要意义。目前，国内多以玉米 芯为原料进行低聚木糖的制备【4 】，少数以小麸皮皮为原料进行制备【5 1 。关宏【6 】等用木聚糖酶水解 木聚糖制备低聚木糖，并对其产物进行分析，发现主要水解产物为木二糖和少量木糖，该木 聚糖酶制剂的水解产物较为均一，为低聚木糖的分离纯化创造了有利条件。 内切d 1 ，4 木聚糖酶以内切方式水解木聚糖分子中的p 一1 ，4 木糖苷键【7 】【8 】，其水解产 物为木二糖和木寡糖，也有少量木糖。内切木聚糖酶随机水解阿拉伯木聚糖，得到不同聚合 度( d p 2 1 0 ) 的低聚木糖。固定化酶技术在低聚木糖生产中也得到了尝试。加【9 】等( 2 0 0 5 ) 将s t r e p t o m y c e so l i v a c e o v i r i d i se 8 6 木聚糖酶e u d r a g i ts 1 0 0 固定化生产低聚木糖，发现主要 产物除了木二糖、木三糖外，还有木糖。k a p o o r ( 2 0 0 7 ) 掣1 0 】研究了固定化酶水解桦木木聚 糖制备低聚木糖，得到了与加相似的结论。b e r r i n 【1 1 】等( 2 0 0 7 ) 将p e n i c i l l i u mf u n i c u l o s u m 和 p e n i c i l l i u mg r i s e o f u l v u m 两种木聚糖酶水解小麦中的水溶性阿拉伯木聚糖，研究发现，主要的 水解产物为木二糖和木三糖。c h i t h r a 1 2 】等( 2 0 0 7 ) 研究了从落叶松木材木聚糖中提取低聚木 糖，用e s i m s ( 电喷射离子化质谱技术) 和h 1 核磁共振测定，发现水解的主要产物为木二 糖和木三糖。 1 1 4 低聚木糖在食品中的应用 由于低聚木糖的益生元，无致癌性和抗冻活性，它在很多食品的制备中具有重要的意义。 低聚木糖在p h 2 5 8 0 范围内性质稳定，即使在酸性较强的胃液中也不会降解，可广泛应用 于低p h 的果汁及二氧化碳饮料中【1 3 】【1 4 1 。如目前国内研制的低聚木糖香菇醋饮料、山楂醋饮 料、樱桃醋饮料以及低聚木糖啤酒等。同时，低聚木糖具有良好的保存性，因此添加低聚木 糖的食品不用考虑在加工过程中和贮存时其有效成分的损失。而且由于其低聚木糖增殖双歧 杆菌的选择性高于其他功能性低聚糖，这又增加了它的经济价值。在烘焙食品中，由于低聚 木糖具有良好的保湿性和持水性，因此添加到烘焙食品中去可以改变面团的流变特性，控制 最佳水分效果，延长货架期；而且在变色反应过程中，它比果糖容易着色而比蔗糖的颜色要 浅，以此可以控制烘焙食品的颜色。周翠英等【l5 】( 2 0 0 6 ) 将低聚木糖应用于面包，发现其能 赋予面包良好的色泽，改善面包内部结构，增大面包的体积，增强面包的持水性。r o n d a e l 6 】 等( 2 0 0 4 ) 将多种糖醇和低聚糖配合应用于无糖海绵蛋糕，开发低脂低热量的蛋糕产品，这 种蛋糕的口味和质构非常接近于普通的蔗糖蛋糕，但比蔗糖蛋糕更具益生作用。 1 2 冷冻面团 冷冻面团技术是上世纪五十年代发展起来的烘焙食品加工新技术。它包括两个独立的环 节：中心工厂进行面团搅拌、切块、成型、冷冻；烘焙房、超市、快餐店等销售终端在需要 时进行解冻、醒发和烤制。冷冻面团的出现，给面包乃至整个烘焙食品行业的发展注入了新 希望和生机。该技术的许多优点是显而易见的：( 1 ) 冷冻面团技术可以使广大消费者吃到刚出 炉的新鲜面包；( 2 ) 冷冻面团技术使面包进入家庭现烤现吃成为可能；( 3 ) 冷冻面团技术实现了 4 1 引言 面团生产与面包烘焙的分离；( 4 ) 有利于扩大面包厂生产规模降低成本；( 5 ) 省却了配料和若干 道生产工序，大大减少了生产车间面积；( 7 ) 冷冻面团可以实现连锁经营，由中心工厂大批量 生产冷冻面团，可供应连锁店现烤现卖的需要；( 8 ) 冷冻面团技术的应用，是目前唯一有效的 延缓面包老化的方法，也是大型面包厂将新鲜面包送到消费者手中的最好方式；( 9 ) 冷冻面团 技术可以使质量标准化，增强食品安全性；( 1 0 ) 有利于面包品质的稳定。 1 2 1 冷冻面团的国内外研究现状 目前，冷冻面团在许多国家和地区已经相当普及。特别是国内外面包行业正流行连锁店 经营方式，使得冷冻面团法得到了很大的发展。2 0 世纪9 0 年代以来，美国有8 0 以上的面 包店使用冷冻面团或冷冻烘焙食品。法国工业化面包店生产的面包中，冷冻面团产品已占有 3 9 的市场份额。中国的冷冻面团技术约于2 0 世纪9 0 年代中期起步，该领域相对冷冻面团 技术成熟的国家约晚了3 0 年。 。近年来，国内开始探讨食品酶制剂对冷冻面团的改良作用，袁永利【1 r l 1 8 】等研究了葡萄糖 氧化酶、谷氨酰胺转氨酶对冷冻面团流变学、微结构以及贮藏稳定性的影响，发现这两种酶 能够有效改善冷冻面团的各项品质指标。此外，冰结构蛋白对冷冻面团影响的研究在国内也 已经展开，周美玲 1 9 】、潘振兴【2 0 1 等分别研究了冰结构蛋白对冷冻面团抗冻发酵特性、超微结 构已经面包体系发酵烘焙与热力学特性的影响，结果发现冰结构蛋白能够显著保护冷冻面团 的结构，改善其各项品质。 国际上，k i m 等【2 l 】( 2 0 0 8 ) 采用响应面法研究了海藻糖、谷氨酰胺转氨酶和胶体对冷冻 面团的影响，分析指标包括面团最大高度h m 、二氧化碳产气量，以及面包的比容和硬度等， 结果表明转谷氨酰胺酶是最佳的冷冻面团添加剂。h u a n g 等1 2 2 1 ( 2 0 0 8 ) 研究发现盐的添加不 利于冷冻面团甜面包的比容、产气量和面团发酵，起酥油对h m 和产气量有积极作用却不利 于比容，乳酸则对h m 、产气量和比容都没有显著影响。x u 等 2 3 1 ( 2 0 0 9 ) 研究了冰结构蛋 白( i s p ) 对冷冻面团持水力和烘焙特性的影响，发现冰结构蛋白能够显著加强冷冻面团的持 水力并改善其烘焙特性。m a n d a l a 等( 2 0 0 9 ) 为了开发既具有高营养价值又具有良好冷冻稳 定性的面包产品瞰】，将亲水胶体、可溶性纤维( 菊糖) 、全燕麦面粉等加入到冷冻面团中，添 加菊糖后的，比对照组的面包相比，面包芯弹性增加了1 8 ，表皮的硬度降低了6 0 8 0 ，比 容则减小了。 1 2 2 冷冻面团与中国传统馒头现代化 中国是一个以发酵面食为主食的国家【2 5 1 ，有特色的馒头、大饼、包子、花卷等产品组成 了很有中华特色的面食文化。目前中国每个城市都有上千个食品生产单位，分散的经营和生 产不仅增加了产品的成本，对产品品质的控制也很困难，标准化的要求就更达不到了。经济 的发展和繁荣，必然使人们注重营养和健康，时间的竞争使人们偏爱更快速、简单的饮食方 式。在这种情况下，中国的食品产业化又有了新的概念。生产加工方便、卫生、营养的产品 是食品工业改革的方向。 目前，国内外已有大量科技人员对影响馒头品质各类因素进行全面研究，八十年代以来， 中国传统馒头的研究涉及到不同品种面粉的品质瞄1 1 2 7 1 1 2 8 1 、配方1 2 9 3 0 和加工工艺 3 1 1 3 2 】之间的 江南大学硕士学位论文 关系；近年来，国内的研究多集中于成品馒头的冷冻工艺，即通常所说的速冻面食，一般冷 冻产品可以保持6 个月甚至更长的时间。林向阳等( 2 0 0 5 ) 利用核磁共振成像( 技术研究 速冻馒头复热过程中水分的迁移变化1 3 3 1 ，发现馒头在受热过程中水分的损失直接影响馒头的 品质。李爱军【3 4 】等( 2 0 0 0 ) 探讨了复合磷酸盐在速冻馒头生产中的应用，认为磷酸盐能改善 馒头的质地、光泽，增加馒头的体积，还能减少馒头解冻时的开裂，并起到护色作用。 但是，速冻馒头也存在很大缺陷，如对冷冻馒头的感官状态和复原能力的不利影响m j ， 最常见的为馒头的萎缩和开裂，以及成品的新鲜程度远远不如冷冻面团技术。现在人的生活 节奏日益加快，为了保留中华传统的饮食文化，在节约时间的同时不降低饮食质量，冷冻面 团发酵技术是最好的选择。从超市买回冷冻的馒头、包子、花卷、寿桃等半成品，再自行加 热，若干分钟就可以吃到优质的面点，享受全家共同的饮食喜悦。在国内，李昌文等( 2 0 0 8 ) 首次尝试采用冷冻面团制作馒头1 3 引，研究了羧甲基纤维素钠( c m c _ n a ) 、硬酯酰乳酸钙钠 ( s s l c s l ) 、谷朊粉、v c 以及它们复合对冷冻面团馒头品质的影响，试验表明以上添加剂 可用于改良冷冻面团发酵馒头的品质，除此之外，国内对于这方面的研究几乎空白。在国外， 冷冻面团技术广泛应用于生产面包，在这方面的研究进行了多年，然而，将冷冻面团发酵技 术应用于中式馒头尚未见报道。 1 3 立题背景及意义 能改善人体健康状况的功能性食品日益受到人们的青睐，国际市场上功能性食品的研究 热不断升温。不少专家学者认为，食品的功能研究与素材开发将是2 1 世纪的重大课题。目前， 低聚木糖的研究已引起国内外学术界广泛关注，由于低聚木糖生产原料丰富且价格低廉、而 功能优异，所以是一种附加值高、市场前景看好的功能性食品添加剂。在日本，低聚木糖被 认为是最有前途的功能性低聚糖之一，目前其年产量已超过1 5 0 0 t 。 工业上生产低聚木糖需要经过一系列的脱色、纯化等步骤，以提高低聚木糖的纯度，因 此高纯度的低聚木糖产品价格居高不下，运用于食品市场难免受到价格的限制，市场覆盖面 有限。采用内切1 3 1 ，4 木聚糖酶水解小麦麸皮制备的低聚木糖产品杂质含量少，低聚木糖含 量高，且酶解产物中少量的单糖类物质可作为发酵食品中酵母的营养源，此类低聚木糖可广 泛用于对低聚木糖纯度要求不高的发酵面制品，为开发功能性发酵面制品开辟了一条新的道 路。 馒头是将小麦粉【3 7 1 、水和酵母等原料混合、揉制成面团，再经发酵、成型、醒发和汽蒸 制成食品，在我国具有1 7 0 0 多年历史，是中国最典型的发酵面团蒸食，被誉为古代中华面食 文化的象征，现代人常把它同西方的面包媲美，在我国人民日常生活中占主要地位。据统计， 2 0 0 0 年我国每人面粉消耗平均6 0 公斤年，全年我国主食面粉需要量7 8 0 0 万吨。馒头的用粉 量占面粉用粉总量的4 0 左右。伴随着亚洲地区饮食追求西式饮食风潮的减退，馒头产品己 成为人们欢迎的速食产品，在全球市场上持续上涨并深具潜力。因此，社会对馒头的需求量 急剧增加，同时对其质量也提出了更高的要求。笔者认为，采用冷冻面团技术生产含低聚木 糖的功能性馒头，既解决了馒头连锁生产的难题，又赋予了馒头特殊的功能特性，必将是未 来食品行业的一大突破。酶解工艺制备的低聚木糖杂质含量少，工艺简单，应用于冷冻面团 6 l 引言 发酵馒头，大大降低了产品成本，从而为生产型应用提供了极大的可行性。本论文旨在开发 此功能性的冷冻面团发酵馒头，加快中国传统馒头的现代化进程，致力于中式面点在全球化 市场的推广。 1 4 本文主要研究内容 1 t r i c h o d e r m ar e e s e ir u t - c 3 0 木聚糖酶的酶学特性研究及鉴定 2 低聚木糖酶法制各工艺的研究 3 低聚木糖对面团热机械特性及冷冻面团发酵流变特性的影响 4 低聚木糖在冷冻面团发酵馒头中的应用 7 江南大学硕士学位论文 2 材料与方法 2 1 实验材料与设备 2 1 1 实验原料 燕麦木聚糖 t r i c h o d e r m ar e e s e ir u t - c 3 0 木聚糖酶 小麦麸皮 高温a 淀粉酶 糖化酶 碱性蛋白酶 新虎小麦粉 燕山鲜酵母 海藻糖 起酥油 2 1 2 主要试剂 d n s ( 3 ，5 二硝基水杨酸) 试剂 柠檬酸 柠檬酸三钠 木糖 木二糖 d n s 试剂 其他试剂均为分析纯 2 1 1 3 主要设备 s x 2 2 5 2 0 型马福炉 w a t e r s 6 0 0 2 4 1 0 高效液相色谱仪 紫外分光光度计( s p 7 5 2 型) d n 0 8 消化炉 k d n 2 c 定氮仪 w z z 2 b 自动旋光仪 l p 3 0 0 1 a 型分析天平 b d 10 0 l t 低温冷冻柜 b c b d - 2 6 0 s 冷冻冷藏转换柜 5 k 5 s s 型搅拌机 t p 4 1 3 旱苗压面机 f 3 流变发酵仪 s i g m a 公司 d a n i s c o 公司 无锡荣国面粉有限公司 诺维信 诺维信 日本天野酶制剂有限公司 无锡荣国面粉有限公司 河北马利食品有限公司 南宁中诺生物工程有限责任公司 东海粮油工业( 张家港) 有限公司 自制 a r a r 上海试剂二厂 s i g m a 公司 自制 上海电机集团公司实验电炉厂 美国w a t e r s 公司 上海光谱仪器有限公司 上海昕瑞仪器仪表有限公司 上海昕瑞仪器仪表有限公司 上海精密科学仪器有限公司 常熟仪器厂 青岛海尔股份有限公司 青岛海尔股份有限公司 美国厨宝( k i t c h e n a i d ) 上海早苗有限公司 法国肖邦公司 8 2 材料与方法 m i x o l a b 酶流变分析仪法国肖邦公司 s m 3 2 s 型醒发箱新麦机械( 无锡) 有限公司 a 0 1 单孔燃气蒸炉广州市领创节能厨具有限公司 菜籽替代装置 美国n a t i o n a l 公司 c h r o m am e t e rc r - 4 0 0 型色差仪日本柯尼卡美能达公司 2 2 实验方法 2 2 1 原料的基本成分和性质分析 2 2 1 1 水分测定 参照a a c c 法4 4 1 5 a 。 2 2 1 2 粗蛋白含量测定： 。! 半微量凯氏定氮法，参照g b 5 5 1 1 8 5 。 2 2 1 3 灰分含量测定： 参照a a c c 法0 8 0 1 。 2 2 1 4 淀粉含量测定： 参照g b5 0 0 6 - - - 8 5 。 2 2 1 5 粉质特性测定： 参照酶流变分析仪测定协议c h o p i n + 。 2 2 2 小麦麸皮预处理 2 2 2 1 水洗处理小麦麸皮 麸皮经粉碎后过6 0 目筛。 取1 0 9 小麦麸皮，加入1 0 0 m l 蒸馏水，在4 0 c 下搅拌1 0 m i n 后立即用纱布过滤，再加入 1 0 0 m l 蒸馏水，如此水洗过滤三次，取出残渣烘干。 2 2 2 2 酶法处理小麦麸皮 麸皮经粉碎后过6 0 目筛。 在适宜的反应条件下，分别用高温仅一淀粉酶、糖化酶和碱性蛋白酶除去小麦麸皮中的 淀粉和蛋白质，然后过滤、干燥。 2 2 3 酶学性质研究 2 2 3 1 酶活分析 以木聚糖为底物，用d n s ( 3 ，5 一二硝基水杨酸) 法【3 8 1 测定还原糖的生成量。取适当稀 释的酶液l m l ，置于6 0 水浴保温5 r a i n ，然后加入到经6 0 保温的1 木聚糖中，旋转混匀， 6 0 下反应5 m i n ，取出后加入2 m l d n s 试剂，旋转混匀，沸水浴中准确显色5 m i n ，用冰水 9 江雨大学硕士学位论文 快速冷却，加蒸馏水定容至2 0 m l ，5 4 0 n t o 下测定吸光度，吸光度越大，表示反应生产的还原 糖( 木糖) 越多，酶活力越大。用木糖做标准曲线。经每分钟转化生成i p m o l 木糖所需要酶 量为一个活力单位，用u 表示。 2 2 3 2 温度对木聚糖酶活力的影响 i m l 浓度为1 的木聚糖溶液和i m l 适当稀释的酶液分别在4 0 、5 0 、5 5 、6 0 、6 5 、7 0 、 8 0 c 水浴条件下反应5 m i n ，测定酶活，以酶活最高为1 0 0 。 2 2 3 3 木聚糖酶的热稳定性 酶液分别在3 0 、4 0 、5 0 、6 0 、7 0 。c 水浴中保温o 5 h ，冷却后统一在常规条件下测定酶活。 2 2 3 4 p h 值对木聚糖酶活力的影响 使用o 1 m 柠檬酸柠檬酸钠缓冲液来研究p h 对木聚糖酶活力的影响。在3 肚7 0 范围内 调节缓冲液的p h 值，使酶液与木聚糖溶液在不同p h 下反应5 m i n ，测定酶活，以酶活最高 为1 0 0 。 2 2 3 5 木聚糖酶的p h 值稳定性 酶液保存在上述不同p h 值的缓冲液中2 4 h ，然后在常规条件下依次测定酶活，以酶活最 高为1 0 0 。 2 2 3 6 木聚糖酶的动力学常数测定 配置不同浓度的木聚糖底物：l m g m l 、5 m g m l 、l o m g m l 、1 5 m g m l 、3 0 m g m l ，分别与 酶液反应，按常规条件测定反应产物中木糖的增加量，以单位时间内产物中木糖的增加量作 为酶反应的初速度，用l i n e w e a v e r - b u r k 双倒数作图法求v m a x 和k m 。 2 2 3 7 木聚糖酶的s d s p a g e 分析 ，采用垂直板凝胶电泳槽，1 2 的s d s p a g e ，样品经稀释后，以每孔1 0 此上样，电泳在 8 0 v 恒压、室温下进行。凝胶采用考马斯亮蓝染色法进行染色2 h ，脱色过夜后照相。 2 2 4 低聚木糖制备 对于酶解反应来说，影响酶解效果的几个因素为：加酶量、底物浓度、：温度、p h 值以及 时间等。为了尽量少引入化学试剂，避免后续的除杂工序，本研究以纯水作为酶解介质，不 改变溶液的p h 环境。在酶解时间上，考虑到生产成本及最佳酶解效果，采用6 h 的酶解时间 【3 9 】【4 0 】。综上，本研究主要考虑加酶量、底物浓度和温度对酶解工艺的影响。 2 241 酶解制备低聚木糖 在具塞三角瓶中加入一定量处理后的麸皮及木聚糖酶，在一定温度水浴下振摇反应。酶 解6 h 后取出酶解液，1 0 r a i n 沸水浴灭酶，冷却过滤后对酶解液中的酶解产物进行测定。 2 24 2 还原糖的测定 3 ，5 一二硝基水杨酸( d n s ) 法。 1 0 2 材料与方法 2 2 4 3 可溶性总糖的测定 取一定量的酶解液过滤，取上清液5 m l ，1 0 m i n 沸水浴灭活，加入5 m 1 8 的硫酸，置沸 水浴2 h 后，用2 0 的n a o h 中和到p h 为7 0 ，5 0 0 m l 定容，测定溶液中的还原糖浓度c 。被 测样品中可溶性总糖的浓度t c 为： t c ( m g m l ) = cx 稀释倍数0 9 2 244 平均聚合度的计算 酶解产物中低聚木糖的平均聚合度d p 的计算公式如下： d p = 可溶性总糖浓度( m g m 1 ) 还原糖浓度( m g m 1 ) 2 245 高效液相色谱法( h p l c ) 测定低聚木糖组分 酶解产物经i - i p l c 定量分析。色谱柱为s u g a r p a k l ，6 5 m m i d x 3 0 0 m m ，柱温8 5 c ，流动 相为纯水，流速0 4 m l m i n ，1 0 山进样。 2 2 5 低聚木糖应用 经t r i c h o d e r m ar e e s e ir u t - c 3 0 木聚糖酶水解小麦麸皮后得到的低聚木糖，杂质含量较少， 经过浓缩并冷冻干燥后，得到富含低聚木糖的粉末，应用于面团体系，研究其对面团热机械 特性及冷冻面团流变发酵特性的影响，最后将此低聚木糖应用于冷冻面团发酵馒头，并优化 工艺条件。 2 2 5 1 冷冻面团的制作 表2 - 1 冷冻面团基本配方 t a b 2 - 1b a s i cf o r m u l a t i o no f f r o z e nd o u g h 4 以面粉1 0 0 计 。 冷冻面团的基本配方见表2 1 。先将干的原料在搅拌缸中用1 档混合均匀，酵母在水中混 合均匀后加入到搅拌缸中，再用2 档搅拌3 m i n ，取出面团置于压面机中压1 0 次( 表面光滑) ， 分割，称重，最后搓圆。将搓圆后的每个面团用保鲜膜包好，放入3 6 的冰柜速冻2 h 后取 出，在1 8 的冰箱中储藏。 2 2 5 2 面团热机械特性的测定 采用酶流变分析仪测定协议c h o p i n + 进行测定，根据肖邦( c h o p i n ) 规定的测定协议要 求，面团的稠度以1 1 n m 为标准，也就是面团最大( 峰值) 力矩达到1 1 n m ( 士0 0 7 n m ) ，相 当于布拉班德粉质仪5 0 0 b u 。将低聚木糖分别以0 ，o 5 ，1 o ，1 5 和3 o 添加到面粉 中，检测时，设定面团的总质量为9 0 9 ，加水量按照达到此面粉的最佳稠度( 1 1 n m ) ，添加 低聚木糖后，每组样品测定时的加水量不变。将固形物搅拌均匀后，测试的初始温度为3 0 c ， 保温8 m i n ，然后以4 c m i n 的速度升温至9 0 c ，保温8 m i n 后，再以4 c m i n 的速度降温至 5 0 。搅拌速度始终为8 0 r p m 。 测试完毕后，显示如图2 1 的典型曲线图形，根据曲线的数值和变化可以推导出c 1 、c 2 、 江南大学砸士学位论文 c 3 、c 4 、c 5 、a 、d 、t 指标。曲线前段( c 1 、c 2 、a ) 主要表达面粉中蛋白组分的特性，后 段主要表达面粉中淀粉组分的特性。 图中各指标h 1 】c 4 2 分别表示为：吸水率( ) 即使面团产生1 1 o0 7 n m 扭矩所需的加水量 面团形成时间( m i n ) 即在3 0 c 下达到最大扭矩( c 1 ，n m ) 所需时间；稳定性( r a i n ) 即面 团所产生的扭矩保持在li n r a 的时间；机械弱化( n r a ) 即在3 0 c 时的最大扭矩与保温结束 时扭矩的差值；最小扭矩( c 2 ，n m ) 即在面团形成过程中受到机械或热力作用时的最小扭 矩值；热弱化( n m ) 即3 0 保温结束时的扭矩与最小扭矩之差；峰值扭矩( c 3 ，n m ) 即面 团在加热阶段产生的最大扭矩；c 4 ( n m ) 为加热时的最小扭矩以及冷却至5 0 c 的扭矩c 5 ( n m ) ；蛋白质弱化度用c 1 c 2 表示：蒸煮稳定性用c 4 c 3 表示：回值( n m ) 为c 5 c 4 。此 外，曲线中扭矩的升降斜率表示为a ，口，丫，分别对应三个角的t a n 值。 i f 圈臣撰i 。乒要耍蚕i 喜一i i _ 一i 一 。= ：c ； 一 霭i 飘、 一一 0 一i 避塑基i 矗矗釜矗釜羞蔓i 囊翥 2 2 5 3 冷冻面团发酵流变特性的测定 采用f 3 流变发酵仪测定低聚东糖对冷冻面团发酵流变性的影响。f 3 流变发酵仪是测定 面团发酵过程流变特性的仪器，测定方法：取出冷冻面团，在4 c 下解冻2 4 h 后进行测定。 设定测定条件：温度2 85 c ，时间3 h ，砝码重2 0 0 0 9 ，面团重3 1 5 9 。低聚木糖的添加量分别 2 2 5 4 冷冻面团发酵馒头的制作工艺 单因素实验中，冷冻面团的基本配方为：面粉1 0 0 ，水80 9 6 粉质吸水率p ”，起酥油 1 ，酵母4 ，海藻糖4 。低聚木糖的添加量分别为0 ，l ，15 ，2 和3 。正交实验 中，冷冻面团基本配方中低聚木糖酵母和海藻糖添加量进行调整，其余不变。 制作工艺：取出冷冻面团在3 8 ( 2 的醒发箱中解冻醒发9 0 m i n ，然后中火蒸煮1 5 m i n ，晟 后置于托盘中蒙上干净纱布，在室温下冷却4 5 r a i n ，最后进行测定。 采用菜籽排除法测定。馒头比容( m 】7 萨体积叫) ，质量。馒头在室温下冷却4 5 r a i n 后， 分别测定馒头的体积和质量。 2 0 5 6 馒头高径比的测定 用千分尺测量馒头的高( n u n ) 和直径( n m l ) ，根据高径比= 高一直径，计算出高径比。 ! 塾型皇查鎏 2 2 5 7 馒头色度l 值的测定 使用色差仪分别测馒头表皮和馒头瓤的颜色，测定值分别为l 1 、l 2 。 将馒头平放在测量台上然后把测量筒竖直放在馒头的顶部测量馒头表皮色度，测量同一 添加量的3 个馒头的表皮色度，取其平均值作为最后实验结果，用l 1 表示。测定馒头瓤的色 度l 2 值时，将馒头从顶部平均一切为二，然后用测量筒竖直接触馒头的内瓤，其他同馒头表 皮色度的测定，结果用l 2 表示。 2 2 5 8 馒头的感官评分 馒头评分方法和标准( 参考s b t 1 0 1 3 9 - - 9 3 ，附录a ) ：将测量后的馒头切成数块，品 尝小组由4 - - 5 人经训练并有经验的人员组成，按表2 2 内容逐项品尝打分。总分1 0 0 分；外 部3 5 分，其中比容2 0 分，外观形状1 5 分；内部6 5 分，其中色泽1 0 分，结构1 5 分，弹韧 性2 0 分，粘性1 5 分，气味5 分。 表2 2 评分项目和标准表 t h b 2 2s c o r ei t e m sa n ds t a n d a r d s 针对冷冻面团储藏过程中影响馒头品质的主要感官指标的变化，采用表2 2 所示的方法， 于不同的冷冻储藏周期对样品进行感官评定打分。 2 2 6 数据处理 采用s a s 6 0 分析软件进行数据统计分析。 运用响应面中心组合试验( r e s p o n s es u r f a c em e t h o d o l o g y ，r s m )