木聚糖酶對戊聚糖及面團品質(zhì)的影響

許 真，王顯倫*

（1.鶴壁職業(yè)技術(shù)學(xué)院食品工程學(xué)院，河南 鶴壁 458030；2.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430070）

木聚糖酶對戊聚糖及面團品質(zhì)的影響

許 真1，王顯倫2,*

（1.鶴壁職業(yè)技術(shù)學(xué)院食品工程學(xué)院，河南 鶴壁 458030；2.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430070）

研究添加不同質(zhì)量濃度（0、50、100、150 mg/kg）木聚糖酶對面團中戊聚糖吸水率、內(nèi)黏度、平均相對分子質(zhì)量及面團品質(zhì)的影響，探討木聚糖酶對面團影響的作用機理。結(jié)果表明：木聚糖酶添加量在0～150 mg/kg范圍時，戊聚糖吸水能力降低、內(nèi)黏度下降、平均相對分子質(zhì)量變??；當(dāng)添加量為150 mg/kg時，戊聚糖吸水能力最低（水溶性戊聚糖為4.28 g/g，水不溶性戊聚糖為7.56 g/g）、內(nèi)黏度最?。ㄋ苄晕炀厶菫?5 mL/g，水不溶性戊聚糖為4 035 mL/g）、平均相對分子質(zhì)量最小（水溶性戊聚糖為360 298，水不溶性戊聚糖為1 002 309）。木聚糖酶的添加造成面團的吸水率降低、形成時間及穩(wěn)定時間縮短、弱化度提高、抗拉伸阻力降低、延展性提高，從而改善面團的加工性能。

木聚糖酶；面團品質(zhì)；戊聚糖；吸水能力；內(nèi)黏度；分子質(zhì)量

隨著生物技術(shù)的發(fā)展、酶制劑研究的不斷深入，木聚糖酶對面制品的品質(zhì)改良作用日益受到人們的關(guān)注[1]。添加適量的木聚糖酶能顯著改善面團的加工性質(zhì)、提高面制品品質(zhì)[2-3]。任順成等[4]研究發(fā)現(xiàn)木聚糖酶能顯著提高速凍饅頭色澤值L*，降低失水率。Burkitt等[5]發(fā)現(xiàn)，生產(chǎn)餅干時木聚糖酶能提高面團的柔軟度和拉力，從而降低餅干硬度、提高伸展度。加工面包時添加木聚糖酶，可使面包比容增加40%～60%，從而改善面包的結(jié)構(gòu)、質(zhì)地、柔軟度和延長貨架期[6-7]。李秀婷等[8]研究表明，添加適量木聚糖酶的面包，其品質(zhì)得到顯著改善，老化速率常數(shù)相比對照組下降達48%。

木聚糖酶是一種典型的內(nèi)切酶，可以隨機作用于木聚糖主鏈，降解戊聚糖。面粉中戊聚糖含量為2%～3%，因其吸水量大，對面團及面制品品質(zhì)影響顯著[9]。研究發(fā)現(xiàn)，添加適量的木聚糖酶對面團品質(zhì)改良作用的關(guān)鍵在于生成適量的、相對分子質(zhì)量適宜的水溶性戊聚糖[10-12]，還能特異性地降解水不溶性戊聚糖，將其轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄晕炀厶羌靶》肿游镔|(zhì)，減少戊聚糖的交聯(lián)程度并釋放水分，改變面團中水分分布，改善面團品質(zhì)[13-14]，然而從分子水平上解釋木聚糖酶的作用機理至今還鮮見報道。本研究提取面團中經(jīng)過酶作用后的水溶性戊聚糖和水不溶性戊聚糖，模擬在面團中的情況，研究其吸水率、內(nèi)黏度、平均相對分子質(zhì)量的變化對面團品質(zhì)的影響，從分子水平上探討木聚糖酶的作用機理，以期為木聚糖酶在面制品生產(chǎn)中的作用提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

特一粉 鄭州神像面粉有限公司；木聚糖酶（BG 2 500 U/g）、α-淀粉酶（BG 12 500 U/g） 諾維信生物技術(shù)公司；高活性干酵母 上海樂斯福管理有限公司；地衣酚（化學(xué)純）、D-木糖（純度99%） 美國Sigma公司；FeCl3（化學(xué)純） 上海金山化工廠。

1.2 儀器與設(shè)備

T722型分光光度計 上海雷磁儀器廠；粉質(zhì)儀、拉伸儀 德國布拉本德公司；LABCONO-195冷凍干燥機美國Labcon公司；600高效液相色譜儀 美國Waters公司；NDJ-8S型黏度計 北京天創(chuàng)尚邦儀器廠。

1.3 方法

1.3.1 戊聚糖含量測定

1.3.1.1 取樣和處理

將經(jīng)過和面、靜置、發(fā)酵、蒸制后的面團樣品立即放入冰箱，待完全凍結(jié)后冷凍干燥48 h，冷凍干燥機的真空度為1 500 Pa，溫度為-90 ℃。干燥后粉碎，過100 目篩，取篩下物，待用。

1.3.1.2 木糖標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制

分別取0.0、0.4、0.8、1.2、1.6、2.0 mL 100 μg/mL木糖標(biāo)準(zhǔn)溶液于20 mL具塞試管中，加蒸餾水至總體積為2 mL，依次加入3 mL 1 g/100 mL地衣酚-醇溶液（無水乙醇）和3 mL 0.1 g/100 mL的FeCl3-酸溶液（濃鹽酸），用振蕩器混合均勻后，置于沸水浴顯色30 min，取出后用自來水沖洗迅速冷卻，補加蒸餾水至10 mL。分別在670、580 nm波長處測其吸光度，以木糖質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，以二者吸光度之差為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線[15-16]。

1.3.1.3 戊聚糖含量測定

準(zhǔn)確稱取1.3.1.1節(jié)中處理好的樣品100 mg（精確至0.000 1 g），置于50 mL離心管，加入10 mL 1 mol/L的鹽酸溶液，密封，沸水浴加熱2 h，冷卻后加入20 mL蒸餾水，充分搖勻，于3 500 r/min離心20 min。移取混合液1.0 mL，依次加入2 mL蒸餾水、3 mL 0.1 g/100 mL的FeCl3-酸溶液、0.3 mL 1 g/100 mL的地衣酚-醇溶液，渦旋振蕩，置于沸水浴中顯色0.5 h后取出，于水流下迅速冷卻[15-17]，補加蒸餾水至10 mL，在670、580 nm波長處測其吸光度，按式（1）計算戊聚糖含量[15]。

式中：ρ為根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線求得的木糖質(zhì)量濃度/（μg/mL）；0.88為戊聚糖與木糖的質(zhì)量換算系數(shù)；m為樣品質(zhì)量/mg；w為樣品水分含量/%；n為稀釋倍數(shù)。

1.3.1.4 水溶性戊聚糖含量測定

將100 mg（精確至0.000 1 g）處理好的樣品放于30 mL離心管中，加入10 mL蒸餾水，置于30 ℃恒溫振蕩水浴箱中2 h，然后3 500 r/min離心20 min，移取2.0 mL上清液于另一離心管中，并加入2 mol/L HCl溶液2 mL，密封，沸水浴中加熱2 h。冷卻后再移取混合液1.0 mL（對照樣品則移取1 mL蒸餾水），依次加入2 mL蒸餾水、0.3 mL 1 g/100 mL的地衣酚-醇溶液、3 mL 0.1 g/100 mL的FeCl3-酸溶液，渦旋振蕩后，置于沸水浴中顯色0.5 h后取出，流水下迅速冷卻[15-17]，補加蒸餾水至10 mL，在670、580 nm波長處測其吸光度，按式（1）計算水溶性木聚糖含量。

1.3.2 面團中戊聚糖提取

1.3.2.1 水溶性戊聚糖提取工藝流程

水溶性戊聚糖的提取采用水提醇沉法[15,18-19]稱面團質(zhì)量→滅酶→水浸提→α-淀粉酶處理→過濾→乙醇沉淀→離心→洗滌沉淀→重分散于水→去蛋白→透析→醇溶→離心→干燥→水溶性戊聚糖。

1.3.2.2 水不溶性戊聚糖提取工藝流程

水不溶性戊聚糖的提取采用堿提法[20-21]。在堿提之前，先用濕篩法[22]除去蛋白質(zhì)，過濕篩前，重復(fù)離心7～10 次，以使水溶物全部除去。

面團加5倍質(zhì)量的水，磁力攪拌10 min→離心（8 000 r/min，20 min），取上層沉淀與冷水混合→離心（8 000 r/min，30 min）→沉淀過37 μm濕篩→水洗篩上物，離心（8 000 r/min，30 min）→α-淀粉酶消化處理（0.2 g /100 g淀粉，37 ℃、48 h、pH 5.0）→水浴加熱10 min→透析懸浮液（4 ℃，48 h）→冷凍干燥→得到面粉除去蛋白和淀粉后的水不溶物→Ba(OH)2飽和溶液提?。弦罕?∶100（m/V））→離心（8 000 r/min，30 min），上清液調(diào)pH值至5.0→去離子水透析→冷凍干燥→水不溶性戊聚糖。

由于實際面團體系非常復(fù)雜，直接對面團品質(zhì)進行分析很難對最終結(jié)果做出合理、準(zhǔn)確的解釋，所以本實驗將水溶性戊聚糖和水不溶性戊聚糖提取后，按它們在面團中的比例進行混合，模擬在面團中的情況，測定戊聚糖吸水能力、內(nèi)黏度和平均相對分子質(zhì)量分布變化。

1.3.3 面團中水溶和水不溶性戊聚糖吸水能力測定

取發(fā)酵好的面團100 g，分別按0、50、100、150 mg/kg添加木聚糖酶，按照1.3.2節(jié)的工藝提取水溶和水不溶性戊聚糖，進行吸水能力測定[23-24]。

1.3.4 面團中水溶和水不溶性戊聚糖內(nèi)黏度測定

取發(fā)酵好的面團100 g，分別按0、50、100、150 mg/kg添加木聚糖酶，按照1.3.2節(jié)的工藝提取水溶和水不溶性戊聚糖。分別以水溶和水不溶性戊聚糖為溶質(zhì)，0.2 g/100 mL NaCl溶液為溶劑，按照料液比1∶100（m/V）混合，利用毛細管黏度計，在25 ℃條件下測水溶和水不溶性戊聚糖溶液的流動時間。溶液的流動時間除以溶劑的流動時間為相對黏度；相對黏度減去1為比黏度；比黏度除以水溶和水不溶性戊聚糖溶液的質(zhì)量濃度為對比黏度。以水溶和水不溶性戊聚糖溶液的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，對比黏度為縱坐標(biāo)做曲線，并用Matin方程求出水溶和水不溶性戊聚糖溶液質(zhì)量濃度為0 g/L時的對比黏度即為內(nèi)黏度[25]。

1.3.5 面團中水溶和水不溶性戊聚糖平均相對分子質(zhì)量分布測定

取發(fā)酵好的面團100 g，分別按0、50、100、 150 mg/kg添加木聚糖酶，按照1.3.2節(jié)的工藝提取水溶和水不溶性戊聚糖。采用高效凝膠過濾色譜（high performance liquid chromatography，HPGFC）法通過高效液相色譜儀（配2410示差折光檢測器和Empower工作站）測定水溶性和水不溶性戊聚糖的平均相對分子質(zhì)量分布。平均相對分子質(zhì)量校正曲線所用標(biāo)準(zhǔn)品平均相對分子質(zhì)量為2 000 000、133 800、41 100、21 400、4 600、180。色譜條件為：色譜柱：Ultrahydrogel Linear（300 mm×7.8 mm，8 μm）；流動相：0.1 mol/L NaNO3溶液；流速：0.9 mL/min；柱溫：45 ℃。

1.3.6 面團粉質(zhì)特性測定

稱取100 g面粉，分別按0、50、100、150 mg/kg添加木聚糖酶，充分混勻，按照GB/T 14614—2006《小麥粉 面團的物理特性 吸水量和流變學(xué)特性的測定 粉質(zhì)儀法》[26]測定面團吸水率、形成時間、穩(wěn)定時間、弱化度，結(jié)果取3 次實驗的平均值。

1.3.7 面團拉伸特性測定

稱取100 g面粉，分別按0、50、100、150 mg/kg添加木聚糖酶，充分混勻，按照GB/T 14615—2006《小麥粉 面團的物理特性 流變學(xué)特性的測定 拉伸儀法》[27]測定，結(jié)果取3 次實驗的平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 木聚糖酶對水溶性戊聚糖含量的影響

實驗得出木糖標(biāo)準(zhǔn)曲線線性方程為：y=0.023 1x－0.002 9，相關(guān)系數(shù)為0.999 7，說明方程能較好地反映ΔA和木糖含量之間的關(guān)系。

由于面粉中只含有水溶性戊聚糖和水不溶性戊聚糖，所以測定戊聚糖和水溶性戊聚糖含量就能反映出水不溶性戊聚糖含量。本實驗中面粉的品種不變，且無外源戊聚糖的引入，所以只需測定面粉中水溶性戊聚糖含量，各工藝階段可溶性戊聚糖含量變化見表1。

原料面粉中水溶性戊聚糖的含量為0.65%，戊聚糖的含量為1.97%。由表1可知，未添加木聚糖酶的樣品在和面、靜置、發(fā)酵、蒸制階段水溶性戊聚糖含量有所增加，說明面粉本身含有一定量的木聚糖酶，添加木聚糖酶后，和面、靜置、發(fā)酵、蒸制各階段水溶性戊聚糖含量均顯著高于未添加木聚糖酶的樣品（P＜0.05），說明添加的木聚糖酶發(fā)揮作用。隨著木聚糖酶添加量的增加，同加工階段的水溶性戊聚糖含量增加，但添加量100 mg/kg以上時，各階段水溶性戊聚糖含量增幅減小，可能是由于底物不足，水解效率降低。

2.2 木聚糖酶對面團中水溶和水不溶性戊聚糖吸水能力的影響

表2 木聚糖酶對面團中水溶和水不溶性戊聚糖吸水能力的影響Table 2 Effect of xylanase on water absorption capacity of WEAX and water-unextractable arabinoxylan (WUAX)

木聚糖酶水解戊聚糖，對面團吸水能力有較大影響。由表2可知，水不溶性戊聚糖的吸水能力大于水溶性戊聚糖，這是因為水不溶性戊聚糖分子質(zhì)量大，分子支鏈多，分子之間相互作用強，形成大的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致水不溶性戊聚糖的吸水量比水溶性戊聚糖大。隨著木聚糖酶添加量增加，水溶性戊聚糖和水不溶性戊聚糖的吸水能力均下降。這是因為水溶性戊聚糖自身分子質(zhì)量小，加入木聚糖酶后會被降解為更小的物質(zhì)，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不致密，吸水量減?。凰蝗苄晕炀厶潜荒揪厶敲附到獬尚》肿游镔|(zhì)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變松散，吸水能力下降[28]，木聚糖酶添加量越高，水解度越大，水溶性戊聚糖及小分子物質(zhì)越多，戊聚糖吸水能力越低。

2.3 木聚糖酶對面團中水溶和水不溶性戊聚糖內(nèi)黏度的影響

表3 木聚糖酶對面團中水溶和水不溶性戊聚糖內(nèi)黏度的影響Table 3 Effect of xylanase on viscosity of WEAX and WUAX

由表3可知，隨著木聚糖酶添加量的增加，水溶性戊聚糖和水不溶性戊聚糖內(nèi)黏度均下降，且水溶性戊聚糖比水不溶性戊聚糖內(nèi)黏度下降快。這是因為戊聚糖分子之間以及戊聚糖與蛋白質(zhì)之間相互交聯(lián)，形成大分子網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使溶液呈現(xiàn)出較高黏度；木聚糖酶降解戊聚糖，破壞了戊聚糖的大分子網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致內(nèi)黏度下降。又因為水溶性戊聚糖具有可溶性，水解更容易，所以內(nèi)黏度下降較快。

2.4 木聚糖酶對面團中水溶和水不溶性戊聚糖平均相對分子質(zhì)量的影響

采用HPGFC得到的標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為lg y=0.512 4x+ 14.1（R2=0.998 7），式中：y為平均相對分子質(zhì)量；x為保留時間/min。圖1、2分別是木聚糖酶添加量為0 mg/kg和100 mg/kg的面團中提取出的水溶性戊聚糖和水不溶性戊聚糖的平均相對分子質(zhì)量分布情況。

圖1 面團水溶性戊聚糖平均相對分子質(zhì)量分布Fig. 1 Relative molecular mass distribution of WEAX in dough with 100 mg/kg xylanase added

圖2 面團水不溶性戊聚糖平均相對分子質(zhì)量分布Fig. 2 Relative molecular mass distribution of WUAX in dough with 100 mg/kg xylanase added

由標(biāo)準(zhǔn)曲線方程計算得到的水溶性戊聚糖和水不溶性戊聚糖平均相對分子質(zhì)量如表4所示。

表4 木聚糖酶添加量對水溶和水不溶性戊聚糖平均相對分子質(zhì)量的影響Table 4 Effect of xylanase on the average molecular mass of WEAX and WUAX

從表4可以看出，經(jīng)過酶解后，水溶和水不溶性戊聚糖平均相對分子質(zhì)量均顯著減小，說明木聚糖酶不僅降解水不溶性戊聚糖，同時也對水溶性戊聚糖進行了水解；隨著木聚糖酶添加量的增加，水可溶性戊聚糖平均相對分子質(zhì)量減小放緩，水不溶性戊聚糖平均相對分子質(zhì)量減小加快。這是因為木聚糖酶是主要以內(nèi)切方式對主鏈木糖苷鍵加以水解，水不溶性戊聚糖分子大，水解點位多，平均相對分子質(zhì)量減小相對較快；而水溶性戊聚糖分子較小，水解點位少，平均相對分子質(zhì)量減小放緩。

2.5 木聚糖酶對面團粉質(zhì)特性的影響

表5 木聚糖酶對面團粉質(zhì)特性的影響Table 5 Effect of xylanase level on farinograph characteristics of wheat flour

由表5可知，木聚糖酶的引入，對面團吸水率、形成時間、穩(wěn)定時間、弱化度均有顯著影響。添加量為150 mg/kg時，小麥粉的吸水率、形成時間、穩(wěn)定時間降幅分別為7.89%、29.41%、69.09%，弱化度增幅為33.89%，一定程度上劣化了面團品質(zhì)[29]。木聚糖酶對面團品質(zhì)的影響主要是水不溶性戊聚糖的降解使面團生成平均相對分子質(zhì)量較小的水溶性戊聚糖及其他小分子物質(zhì)，釋放水分，造成面團中自由水含量升高，又因面團持水能力降低，面團弱化，形成時間縮短[29]。

2.6 木聚糖酶對面團拉伸特性的影響

表7 木聚糖酶對面團拉伸特性的影響Table 6 Effect of xylanase on tensile properties of dough

由表6可知，木聚糖酶的引入顯著提高了面團的延展性，而抗拉伸阻力顯著下降（P＜0.05）。一是因為加入木聚糖酶后，戊聚糖被降解成了水溶性戊聚糖及小分子的物質(zhì)，戊聚糖吸收的水分被釋放，面團中存在較多的自由水，改變了面團中水分分布，使面團變軟，抗拉伸阻力下降[29]；二是水不溶性戊聚糖降解生成平均分子質(zhì)量較小的水溶性戊聚糖及其他小分子的物質(zhì)，這些物質(zhì)溶于水并與蛋白質(zhì)、淀粉等結(jié)合，黏附于面筋網(wǎng)絡(luò)中，改善面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高面筋網(wǎng)絡(luò)的致密性，持水、持氣性，增強面團延展性[30]。

3 結(jié) 論

木聚糖酶可將不溶性戊聚糖降解為可溶性戊聚糖，酶添加量越高，水解度越大。水解后不溶性戊聚糖和可溶性戊聚糖的吸水能力均顯著下降，水溶性戊聚糖的吸水能力低于水不溶性戊聚糖。木聚糖酶降解后的水溶和水不溶性戊聚糖的內(nèi)黏度均顯著下降，水溶性戊聚糖內(nèi)黏度下降較快。HPGFC測得的水溶和水不溶性戊聚糖的平均相對分子質(zhì)量隨木聚糖酶添加量的增加均顯著下降。粉質(zhì)實驗和拉伸實驗表明，木聚糖酶能降低面團的吸水率、縮短面團的形成時間和穩(wěn)定時間、降低抗拉伸阻力、提高弱化度、改善面團延展性。

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Effect of Xylanase on Arabinoxylan and Dough Quality

XU Zhen1, WANG Xianlun2,*
(1. School of Food Engineering, Hebi College of Vocation and Technology, Hebi 458030, China；2. College of Food Science and Technology, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070, China)

In this study, we investigated the water absorption capacity, viscosity and molecular weight of arabinoxylan (AX) in dough after xylanase treatment (0、50、100、150 mg/kg), as well as its mechanism of action on dough. We found that when xylanase was added in the range of 0-150 mg/kg, the water absorption capacity and viscosity of AX were decreased, while molecular weight was reduced after this treatment. When the dosage was 150 mg/kg, the water absorption capacity of AX was the lowest (water extractable arabinoxylan (WEAX) was 4.28 g/g, water unextractable arabinoxylan (WUAX) was 7.56 g/g), viscosity was least (WEAX was 35 mL/g, WUAX was 4 035 mL/g), relative molecular weight was minimum (WEAX was 360 298, WUAX was 1 002 309). The addition of xylanase reduced water absorption capacity, shortened dough development and stability times, increased weakening degree, reduced resistance to extension and enhanced extensibility, consequently improving dough processability.

xylanase; dough quality; arabinoxylan; water absorption capacity; viscosity; molecular weight

10.7506/spkx1002-6630-201715032

TS213.2

A

1002-6630（2017）15-0196-05

許真, 王顯倫. 木聚糖酶對戊聚糖及面團品質(zhì)的影響[J]. 食品科學(xué), 2017, 38(15): 196-200. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201715032. http://www.spkx.net.cn

XU Zhen, WANG Xianlun. Effect of xylanase on arabinoxylan and dough quality[J]. Food Science, 2017, 38(15): 196-200. (in Chinese with English abstract)

10.7506/spkx1002-6630-201715032. http://www.spkx.net.cn

2017-03-22

許真（1982—），女，講師，碩士，主要從事生物技術(shù)應(yīng)用研究。E-mail：42160427@qq.com

*通信作者：王顯倫（1963—），男，教授，博士，主要從事面食品品質(zhì)研究。E-mail：wangxianlun1001@163.com