三種酶制劑及其復配對曲奇餅干品質的影響

劉浩天，尤國安，王清偉， 操麗麗

（1.合肥工業大學食品與生物工程學院，安徽合肥 230601；2.安徽省農產品精深加工重點實驗室，安徽合肥 230601；3.安徽昊晨食品有限公司,安徽淮北 235100）

餅干是指以面粉、油脂和白砂糖為主要原料調制成面團后經烘焙形成的食品，從西方傳入我國以后，經過幾十年的發展，我國的餅干行業規模不斷擴大，消費者群體也在不斷變大。作為餅干類食品中的重要成員，曲奇餅干因其良好的口感和香味深受人們的喜愛，因此成為市場上非常熱門的烘焙食品[1-2]。隨著生活水平的提高，人們對曲奇餅干品質的要求越來越高，疏松劑、乳化劑、食用香精等食品添加劑必不可少，但化學添加劑往往蘊含著食用風險，所以純天然、高效酶制劑應運而生。

常用于餅干品質改良的酶制劑主要有木聚糖酶、α -淀粉酶和蛋白酶[3-5]。Steffolani M E 等人[6]發現，木聚糖酶可與面筋網絡發生交互作用，減少面團中的二硫鍵，從而弱化面筋，以提高餅干的品質。Dahiya S 等人[7]研究表明，α -淀粉酶在直鏈淀粉內部隨機水解糖苷鍵后，得到的最終產物麥芽糖和葡萄糖，可軟化面團，使餅干組織更細膩。蛋白酶是最常用的餅干品質改良酶制劑，姚曉丹[8]研究發現，蛋白酶可改善餅干粉品質，弱化面筋，降低韌性餅干的硬度，提高韌性餅干的品質。已有研究表明，酶制劑之間具有一定的協同作用。Aggarwal D 等 人[9]的研究發現，α -淀粉酶和木聚糖酶復配可以有效改善低GI 餅干的質構和感官，提高其品質。林穎媚[10]通過試驗證明，添加α -淀粉酶和蛋白酶的復合酶制劑能夠顯著提高葛粉酥性餅干的品質，并且改良效果比單一酶制劑更好。目前，有關復合酶制劑改良餅干品質的研究依舊處于起步階段。因此，以市場上熱門的曲奇餅干為研究對象，從木聚糖酶、α -淀粉酶和蛋白酶這3 種單一酶制劑入手，研究三者在不同用量的條件下對曲奇餅干品質的影響，并通過正交試驗優化3 種酶制劑的最佳復配組合，以期為酶制劑在曲奇餅干乃至整個餅干食品中的應用提供數據支持和參考依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

低筋面粉，益海嘉里金龍魚糧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；雞蛋、白砂糖、黃油、純凈水（食品級），均為市售。

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

1.2 儀器與設備

XPR303SN/AC 型電子天平，梅特勒托利多科技有限公司產品；DHG-9240A 型電熱鼓風干燥箱，上海一恒科技有限公司產品；TA-XT plus 型物性測試儀，英國Stable 公司產品；EM-30Plus 型掃描電子顯微鏡，北京天耀科技有限公司產品；CR-400 型色差儀，宇宏光電科技有限公司產品。

1.3 試驗方法

1.3.1 曲奇餅干配方

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

1.3.2 曲奇餅干制作工藝

參照Narwal J 等人[11]的方法并略作修改，具體制作工藝如下：原材料稱量→預處理→面團調制→成型→烘烤→冷卻15 min 后待測。

1.3.3 單因素試驗

通過預試驗，分別考查木聚糖酶、α -淀粉酶和蛋白酶在用量為2，4，6，8，10 mg/kg（以低筋面粉計）對曲奇餅干品質的影響。

1.3.4 正交試驗

在單因素試驗的基礎上，以曲奇餅干的感官作為評價指標，采用L9（34）正交表進行試驗。

正交試驗因素與水平設計見表1。

表1 正交試驗因素與水平設計/mg·kg-1

1.3.5 曲奇餅干比容的測定

參考Paciulli M 等人[12]的方法，隨機選取5 片曲奇餅干疊加在一起，用游標卡尺測定其長、寬、高，比容計算公式如下：

式中：L——長度，cm；

W——寬度，cm；

H——高度，cm；

m——質量，g；

SV——比容，cm3/g。

1.3.6 曲奇餅干色澤的測定

曲奇餅干烤制后在室溫下冷卻15 min，用色差儀測定曲奇餅干的L 值、a 值、b 值，每個樣品測3 次，結果取平均值。

1.3.7 曲奇餅干質構的測定

參考茍青松等人[13]的方法，用質構儀測定曲奇餅干的硬度、咀嚼性和膠黏性，測定條件為P2 型TPA 探頭，測試前中后速率分別為5.00，2.00，5.00 mm/s，感應力2 N，形變量50%，每次需測量3 次，取平均值。

1.3.8 曲奇餅干感官的測定

感官評定指標參考國家標準《餅干質量通則》（GB/T 20980—2021）并稍作修改，由10 名食品感官評定專業人員組成感官評定小組，根據形態（20 分）、組織結構（20 分）、口感滋味（20 分）、色澤（20 分）和喜愛程度（20 分）對曲奇餅干進行感官評定。

曲奇餅干感官評價見表2。

表2 曲奇餅干感官評價

1.3.9 曲奇餅干面團微觀結構觀察

參照文獻[14-15]的方法，將各試驗室組的面團置于冷凍干燥機中冷凍干燥12 h，隨后研磨成粉末，黏附在裝有導電膠布的載物臺上，進行噴金處理后置于電鏡載物腔內，以500 倍的放大倍數觀察。

2 結果與分析

2.1 酶制劑對曲奇餅干比容的影響

比容是評價曲奇餅干品質的重要指標。比容大、質地疏松、內部氣孔分布均勻是優質曲奇餅干的主要特征?？疾榱朔謩e添加木聚糖酶、α -淀粉酶和蛋白酶對曲奇餅干比容的影響。

酶制劑對曲奇餅干比容的影響見表3。

表3 酶制劑對曲奇餅干比容的影響

由表3 可知，添加木聚糖酶后，所有曲奇餅干的比容與對照組相比均有顯著差異（p＜0.05）。其中，木聚糖酶用量為8 mg/kg 時，曲奇餅干的比容最大，繼續添加木聚糖酶不能增加曲奇餅干的比容。添加6～10 mg/kg α -淀粉酶可以使曲奇餅干的比容出現一定程度的增大，與對照組存在顯著差異（p＜0.05），其中6 mg/kg α -淀粉酶曲奇餅干比容最大。與對照組相比，添加蛋白酶可顯著增加曲奇餅干的比容（p＜0.05），當用量為6 mg/kg 時，曲奇餅干的比容達到了所有試驗組中的最大值，相比對照組增幅達到9.86%，說明蛋白酶增加曲奇餅干比容的效果最顯著?？傊?，添加這3 種酶制劑都可增加曲奇餅干的比容，與張康逸等人[16]的研究結論一致。

2.2 酶制劑對曲奇餅干色澤的影響

消費者選擇食品時，通常會將色澤作為食品質量的指標之一，運用色差儀可測定食品的色澤變化，L 值越大，亮度越大；a 值越大，越接近純紅色；b值越大，越接近純黃色[17-18]。

酶制劑對曲奇餅干色澤的影響見圖1。

圖1 酶制劑對曲奇餅干色澤的影響

由圖1（a）可知，與對照組相比，添加少量的木聚糖酶可使曲奇餅干的亮度顯著降低，但添加8～10 mg/kg 木聚糖酶則不會顯著降低曲奇餅干的亮度（p＜0.05），添加木聚糖酶之后，曲奇餅干的a 值先升高后降低，b 值出現一定程度降低。由圖1（b）可知，與對照組相比，添加α -淀粉酶可以顯著降低曲奇餅干的亮度（p＜0.05），使a 值變大，b 值變小。由圖1（c）可知，隨著蛋白酶添加量的增加，曲奇餅干的亮度變化程度較小，其中添加6 mg/kg 蛋白酶可使曲奇餅干的亮度最大，但與對照組相比無顯著差異（p＜0.05），說明蛋白酶在增大曲奇餅干亮度這方面有一定效果，但效果不顯著。蛋白酶用量會使曲奇餅干的a 值和b 值呈下降趨勢，與Saberi F 等人[19]的研究結論一致。餅干色澤的變化由美拉德反應和其他復雜的生化反應共同作用而成，餅干色澤的差異與其品質高低并沒有簡單的線性關系，因此需要配合其他品質指標才具有參考意義。

2.3 酶制劑對曲奇餅干質構的影響

質構測定是了解曲奇餅干品質變化最有效的指標之一，通過分析質構指標、硬度和脆性，可得出曲奇餅干品質的變化趨勢?？疾榱嗣钢苿η骘灨少|構的影響。

酶制劑對曲奇餅干質構的影響見表4。

表4 酶制劑對曲奇餅干質構的影響

由表4 可知，添加3 種酶制劑均可使曲奇餅干的硬度和脆性呈先降低再升高的趨勢，其中對照組的曲奇餅干硬度和脆性分別為992.10 g和879.16 g/s，添加8 mg/kg 木聚糖酶的曲奇餅干硬度和脆性分別為715.39 g 和638.18 g/s，與對照組相比分別顯著降低27.89%和27.41%（p＜0.05）；添加6 mg/kg α -淀粉酶的曲奇餅干硬度和脆性分別為707.94 g 和740.19 g/s，與對照組相比分別顯著降低28.64%和15.81%（p＜0.05）；添加6 mg/kg 蛋白酶的曲奇餅干硬度和脆性分別為571.61 g 和593.91 g/s，與對照組相比分別顯著降低42.38%和32.45%（p＜0.05）。曲奇餅干的品質與其硬度和脆性呈負相關，高品質的曲奇餅干需要更低的硬度和脆性，由數據可知這3 種酶制劑均可有效改善曲奇餅干的質構，而且蛋白酶在改善曲奇餅干質構的效果最佳。

2.4 酶制劑對曲奇餅干感官的影響

感官評價是評價曲奇餅干品質重要的方法之一，曲奇餅干感官評分越好，說明其越容易被消費者喜愛，消費者購買的可能性越高[20-21]。根據感官評定小組的評定結果取平均值，得出不同酶制劑對曲奇餅干感官品質的影響。

木聚糖酶對曲奇餅干感官品質的影響見表5，α -淀粉酶對曲奇餅干感官品質的影響見表6，蛋白酶對曲奇餅干感官品質的影響見表7。

表6 α -淀粉酶對曲奇餅干感官品質的影響

表7 蛋白酶對曲奇餅干感官品質的影響

由表5～表7 可知，曲奇餅干的感官評分隨著3 種酶制劑添加量的增加呈先升高再降低的趨勢，其中8 mg/kg 木聚糖酶用量的曲奇餅干和6 mg/kg α -淀粉酶用量的曲奇餅干感官評分較高，分別達到了84.25 分和85.58 分，而當蛋白酶用量為6 mg/kg 時，曲奇餅干的感官評分最高，達到了89.87 分，超過所有試驗組，并且形態、香味、口感和喜愛程度這4 個指標的評分在所有試驗組中達到了最高值，說明蛋白酶改善曲奇餅干品質的效果優于木聚糖酶和α -淀粉酶，最適合應用在曲奇餅干實際生產中。但當3 種酶制劑添加過量時，曲奇餅干的感官評分開始下降。

2.5 酶制劑對曲奇餅干面團微觀結構的影響

面團的微觀結構決定面團的宏觀特性，決定曲奇餅干的最終品質。面團良好的微觀結構可以增加曲奇餅干的比容，也有助于改善曲奇餅干的質構和口感[22-23]。通過掃描電鏡對制好的面團進行觀察，分析酶制劑對面團微觀結構的影響。

酶制劑對曲奇餅干面團微觀結構的影響見圖2。

圖2 酶制劑對曲奇餅干面團微觀結構的影響

由圖2（a）可知，對照組淀粉與蛋白結合得很緊密，幾乎沒有裸露的淀粉顆粒，面筋結構比較連續，宏觀表現為面團有較大的彈性。由圖2（b）可看出，與對照組相比，8 mg/kg 木聚糖酶曲奇餅干面團的結構稍有空隙，可看見一些裸露的淀粉顆粒。由圖2（c）可知，相較于對照組，添加6 mg/kg α-淀粉酶使淀粉顆粒和蛋白的結合更為松散，結構有明顯的空隙；圖2（d）的結構與對照組相比變化最為明顯，添加6 mg/kg 蛋白酶后，曲奇餅干面團中的淀粉顆粒和蛋白幾乎完全分離，對應的曲奇餅干面團表現為松弛軟化，彈性明顯降低。從曲奇餅干面團的微觀結構可印證這3 種酶制劑對面筋結構有弱化的作用，且蛋白酶弱化面筋效果最好，進一步反映出蛋白酶能更有效地改善曲奇餅干的品質，與前文所述結論一致。

2.6 復合酶制劑正交試驗結果分析

酶制劑彼此之間具有協同增效作用，可將多種酶制劑復合使用，得到品質更好的曲奇餅干[9，24]。

復合酶制劑對曲奇餅干質構和比容的影響見表8，復合酶制劑對曲奇餅干感官品質影響的正交試驗結果見表9。

表8 復合酶制劑對曲奇餅干質構和比容的影響

表9 復合酶制劑對曲奇餅干感官品質影響的正交試驗結果

由表8 可知，第4 組曲奇餅干的硬度和脆性分別為476.04 g 和366.84 g/s，顯著低于其他試驗組（p＜0.05），且曲奇餅干的比容也最大，達到了4.68 cm3/g，說明在此工藝下的曲奇餅干品質更好，口感更佳。

由表9 可知，RC＞RA＞RB，影響曲奇餅干感官的主要因素為蛋白酶，其次是木聚糖酶，最后是α-淀粉酶。最佳酶制劑組合為A2B1C2，即木聚糖酶8 mg/kg，α -淀粉酶6 mg/kg，蛋白酶6 mg/kg，此時曲奇餅干組織結構細膩，入口酥脆，色香味俱全，感官評分為92.24 分。

3 結論

添加適量的木聚糖酶、α -淀粉酶和蛋白酶可顯著改善曲奇餅干的比容、質構、感官品質及其面團的微觀結構。通過正交試驗確定了最佳復合酶制劑組合為木聚糖酶8 mg/kg，α -淀粉酶6 mg/kg 和蛋白酶6 mg/kg，添加復合酶制備的曲奇餅干硬度和脆性更低，比容更大，具有更高的感官評分，可更高效地改善曲奇餅干的品質。研究為改善曲奇餅干品質提供了一種新思路，也為酶制劑的開發利用提供了新途徑。