溴酸鉀的替代以及面粉改良劑

1、溴酸鉀的替代以及面粉改良劑 摘自面粉通訊2007年第5期王霞 周惠明江南大學食品學院 食品學院與安全教育部重點實驗室 無錫0 前言 小麥面粉是人們生活的必需品，也是生產面包、饅頭、面條、餅干、糕點等食品的主要原料，因此面粉工業(yè)在國民經濟中具有重要的地位。隨著人們生活水平的提高和健康意識的加強，面制食品質量的提高也成為客觀要求。然而，小麥受自身品質、種植環(huán)境、加工、儲運等諸多因素的影響，面粉的品質與人們對食品的要求存在較大差異。這就需要在加工過程中調整工藝，配以各類面粉品質改良劑，以生產出符合市場需求的各種專用粉。在我國，引入面粉品質改良劑尤為必要，這主要是因為我國小麥品種多，品質差異大，引入面

2、粉品質改良劑可以減少面粉品質的波動以及提高面粉對食品工藝的適應性。 溴酸鉀作為最重要的面粉添加劑，曾在面包和面條制作中發(fā)揮著極其重要的作用，因而被廣泛應用。但由于有研究表明溴酸鉀是一種毒害基因的致癌物，且對中樞神經有麻痹作用，對血液和腎臟有損害,使得人們對其作為氧化劑在面粉及面包中的使用的安全性提出了疑慮。1992年世界衛(wèi)生組織WHO禁止使用溴酸鉀作為面粉處理劑。我國衛(wèi)生部于2005年發(fā)布第9號公告，規(guī)定從2005年7月1日起，取消溴酸鉀作為面粉處理荊在小麥粉中的使用。 當前，以酶制劑為主要成分，研制開發(fā)新的小麥品質改良劑來替代溴酸鉀，是各國食品科技工作者的共同研究課題。本文從氧化劑、乳化劑、

3、酶制劑、膠體物質四方面綜述了面粉改良劑的作用原理以及作為溴酸鉀替代物的可行性。1 溴酸鉀的作用機理 由于若干因素，溴酸鉀在焙烤工業(yè)中曾被認為是最好的面粉調節(jié)劑之一，它可使面粉中所含類胡蘿卜素(Carotenoids)褪色，并抑制蛋白分解酶，同時縮短面粉的成熟期，在發(fā)酵、醒發(fā)及焙烤中起到緩慢氧化的作用。溴酸鉀能賦予面筋較強的彈性和強度，改善面團的結構及流變性，能使焙烤制品獲得理想的發(fā)酵效果和令人滿意的外觀。而且溴酸鉀用于受過凍傷的小麥粉效果尤為顯著。 溴酸鉀氧化面團中的面筋，將面筋蛋白中一SH基團氧化成-S-S一基團，這使得面筋的持氣性提高，并最終使面包體積增大。這個效果通常稱作溴酸鉀作用。許多

4、谷物化學家對溴酸鉀在面團中的作用進行了多年研究，但目前對其作用機理仍不完全清楚。溴酸鉀在面包制作中起一種慢速氧化劑的作用，其氧化發(fā)生在制作中后期，即醒發(fā)及烘焙過程。這種慢速氧化作用能顯著提高面團的機械適應性、持氣性和入爐急脹性，增大面包體積并獲得細密、均勻的結構。2 面粉改良劑的作用原理以及作為溴酸鉀替代物的可行性2.1 氧化劑 目前可用于面粉品質改良的氧化劑有偶氮甲酰胺（ADA)、過氧化鈣、L一抗壞血酸（Ve）等。 偶氮甲酰胺已通過WHO和FDA的批準認證，與過氧化鈣同為快速型氧化劑，在面團攪拌、發(fā)酵前期即起作用，而在發(fā)酵后期即已失效，缺乏溴酸鉀入爐急脹性的特點。ADA本身與面粉不起作用，或

5、者說作用較小，但當它在面粉加水攪拌成面團時，很快釋放出活性氧，將小麥蛋白質內-SH基團氧化成-S-S-基團，使各蛋白質鏈相互連結而構成面團網狀結構，從而改善面團的物理操作性質及面制品組織結構。 L-抗壞血酸通常被視為一種中速型氧化劑，是一種氧化還原緩沖體系，添加過量也不會對面筋產生不良影響。國外學者對它的作用機理進行了大量的研究，一般認為L-抗壞血酸被面粉中的L-抗壞血酸氧化酶或被空氣中的氧，氧化成脫氫抗壞血酸，脫氫抗壞血酸作用于面粉中的巰基而起氧化作用。L-抗壞血酸是一種安全的添加劑，被許多國家不限量使用，但較貴的價格限制了它的使用。 與溴酸鉀相比，ADA、過氧化鈣和L-抗壞血酸的氧化速度都

6、過快，國內外已經開始研究ADA和L-抗壞血酸的緩慢釋放，以提高其改良效果。李萬民選擇熔點不同的四種油脂，將L-抗壞血酸包埋后添加到面粉中，研究了其對面團流變性和面包品質的影響，發(fā)現(xiàn)L-抗壞血酸在不同溫度下的緩慢釋放會帶來不同的改良效果。2.2 乳化劑 乳化劑中最常用作面粉品質改良劑的有硬脂酰乳酸鈉(SSL)、硬脂酰乳酸鈣(CSL)、雙乙酰酒石酸單甘油酯（DATEM）、蔗糖脂肪酸酯（SE)、蒸餾單甘酯（DMG)、琥珀酸單甘酯(SMG)等。各種乳化劑通過和面粉中的淀粉、蛋白質相互作用，形成復雜的復合體，起到增強面筋、提高加工性能、改善面團組織、延長產品保鮮期等作用。 乳化劑對面粉的改良作用主要基于

7、三方面：乳化劑與直鏈淀粉加熱時形成的螺旋結構發(fā)生絡合，這種螺旋形式的絡合物即使在冷卻情況下也會保持柔軟狀態(tài)，從而抑制淀粉老化；乳化劑與多肽鏈中各種氨基酸的側鏈通過疏水鍵、靜電作用以及范德華力發(fā)生作用，乳化劑的碳氫鏈被固定在蛋白質中，而親水基則定向排列于蛋白質的粒子表面，從而以非化學鍵方式增強了蛋白質分子之間的范德華力和蛋白質分子的抗張強度；乳化劑與脂類化合物的相互作用，將蛋白質與脂類物質連接起來，增強面筋的網絡結構。 每種乳化劑都有其獨特性，往往對面團的品質只起到一定的改良作用如果將其復配則可獲得相得益彰的效果。Addo和Pomeranz利用面團拉力測定儀測定各種乳化劑對油脂和脫脂面粉混合物的

8、乳化效果時發(fā)現(xiàn)，只有多種乳化劑一起使用時才能使面團恢復到自然狀態(tài)。乳化劑的搭配原則有兩方面：HLB值高低搭配，HLB值高、低的兩種乳化劑在界面膜上的定向排列更加緊密，具有較高的強度，從而能更好的防止聚結，增加乳化效果和穩(wěn)定性；離子型互補，即將非離子型乳化劑和離子型乳化劑配合使用，使其乳化活性和表面活性得到長時間的穩(wěn)定，離子型乳化劑可與蛋白質中極性成分結合，而非離子型乳化劑可與蛋白質中非極性成分絡合，從而使面筋網絡得到加強。 乳化劑與酶制劑之間存在協(xié)同效應，面粉中常用的酶制劑最佳作用pH值一般為5.0-7.0,而常用的乳化劑SSL-CSL在面粉加水和面過程中發(fā)生反應，解離一部分乳酸，為酶提供了相

9、應的酸性環(huán)境，使酶的作用環(huán)境變寬。同時SSL-CSL中的Ca2+與微量引進的Fe3+ ,Zn2+構成良好的復合型離子激活劑，可減少酶的使用量。2.3 酶制劑 近年來，C.M. Rosell，P.A等對葡萄糖氧化酶的改良作用做了大量研究，他們發(fā)現(xiàn)：GOD能顯著改善面粉的粉質特性，延長穩(wěn)定時間，減少弱化度，提高評價值；改善面粉的拉伸特性，增大抗拉神阻力，適當減弱延伸性；改善面粉的糊化粘度特性，提高最大粘度，降低粘度破損值。 到目前為止，GOD被認為是最有前途的溴酸鉀替代物，但其作用效果與溴酸鉀相比還有很大差距。這主要是因為溴酸鉀為緩慢型氧化劑，在焙烤初期仍起到重要作用。王學東利用微膠囊技術對GOD

10、進行緩慢釋放試驗，改善了其作用效果，但此研究僅為定性的判斷，未具體應用到面制食品中。關于GOD的緩慢釋放國外也未有報道，GOD的作用機理和緩慢釋放都有廣泛的研究空間。 脂肪酶可以用于面包專用粉、饅頭專用粉及面條專用粉中。在面包專用粉中加入脂肪酶可以得到更好的面團加工性能，提高面團發(fā)酵的穩(wěn)定性，增大面包體積，并使面包內部結構均勻，質地柔軟，面包芯的顏色更白，這是基于脂肪酶能催化面粉中類胡蘿卜素的氧化，其氧化機理仍有爭議。 Tsen和Hlynka13通過一系列試驗總結并豐富了前人的研究成果，提出了面團形成過程中，面粉脂質的氧化與面團強化關系的假說：面團在空氣或氧氣環(huán)境下攪拌時，不飽和脂質被氧化成過

11、氧化物，同時生成H202,H202可氧化蛋白質中的-SH，從而起到強化面團的作用。 Collar C研究表明，因脂肪酶作用而產生的MAG，可提高面包的保鮮能力。在饅頭專用粉中，脂肪酶也會起到類似的效果，尤其對我國使用老面發(fā)酵的情況下，脂肪酶可以有效地防止發(fā)酵過度，保證產品質量。Castello P和Potus J et aL研究發(fā)現(xiàn)在面條專用粉中加入脂肪酶，可減少面團上出現(xiàn)的斑點，改善面帶壓片或通心粉擠出過程中顏色的穩(wěn)定性，同時還可以提高面條或通心粉的咬勁，使其在水煮過程中不粘連，不易斷，表面光亮滑爽。 國內外的大量研究表明，小麥粉的品質并非簡單地取決于其蛋白質含量和質量，只有蛋白質與小麥粉中

12、的其它組分的組成比例協(xié)調，才能獲得理想的品質。Tony Collins,周素梅等戊聚糖酶做了大量研究發(fā)現(xiàn)，戊聚糖酶可使面包的體積有較大的增加，對面包的表皮質量、形狀、包心色澤及紋理結構也有較好的改良效果。戊聚糖酶也可用于饅頭粉的品質改良，它可使饅頭的體積增大，表皮光滑明亮，結構均勻，并具有較好的二次增白作用。 谷物化學界對氧化凝膠的理論早先就存在兩種學說：Neukom和Markwalder認為，形成氧化膠凝作用的活性中心是芳香環(huán)；與之不同的是，Hoseney和Faubion的研究結果表明，在氧化凝膠中起關鍵作用的是阿魏酸中的活性雙鍵，而不是芳香環(huán)。他們認為WEP上的阿魏酸側鏈被游離羥基氧化，這

13、就使蛋白質中的半胱氨酸殘基發(fā)生交換，從而形成凝膠。還有研究顯示，芳香環(huán)對于交聯(lián)反應是必需的，而且由于苯氧自由基的異構化，丙烯酸也起到了一定作用。針對這些分歧，戊聚糖的氧化凝膠機理還需要進一步研究。 TGase可以催化蛋白質分子和小分子伯胺之間的連接，通過交連作用向面筋蛋白中引入賴氨酸、半胱氨酸、酪氨酸等。這不僅能提高面粉的營養(yǎng)價值還可能改善面團的加工品質。Alessandro Angioloni研究發(fā)現(xiàn)面團的粘彈性和延伸性都受面團中半胱氨酸含量的影響，添加半胱氨酸可以改善面團的粉質特性和拉伸特性，降低儲能模量并縮短和面時間。E.Pena分析了28種西班牙面粉在面團形成過程中酪氨酸的變化過程，作

14、者發(fā)現(xiàn)在較高溫度下，L-抗壞血酸和溴酸鉀可以促進酪氨酸的聚合反應，而過氧化氫沒有此作用，這可能是溴酸鉀具有優(yōu)良品質的一個原因。 關于是否可以通過谷氨酰胺轉胺酶向面粉中引入半胱氨酸、酪氨酸以改良面團品質，國內外都還未有報道，其可行性非常值得深入研究。 值得一提的是，以上酶制劑之間常常具有協(xié)同作用。復合型酶制劑的選擇和配比將是面粉改良劑研究的首要形式。盡管已知的酶制劑有許多作用，但單一的酶往往有特異性，對于面粉品質的提高也只是單方面的。幾種酶制劑混合使用會起到協(xié)同增效作用，并且可以減少單一酶的使用量。據報道，葡萄糖氧化酶與脂肪酶對面粉的協(xié)同改善效果非常理想，葡萄糖氧化酶解決了脂肪酶所達不到的強度，

15、脂肪酶補充了葡萄糖氧化酶在延伸性方面的不足。 另外，酶是一種高效生物催化劑，其儲存條件和添加量要嚴格控制。添加不足達不到作用效果；添加過量會使面團發(fā)粘或變硬，甚至使面團崩潰，嚴重影響產品質量。2.4 膠體物質 沙蒿膠是具有交聯(lián)結構的多糖物質，其膠元之間按一定的取向連接成碩長的分子“鏈”，形成纖維結締狀結構，對面團有很強的粘結絡合力，可提高面筋的產出率及面團的彈性和強度。弱面筋面粉加入沙蒿膠后，其粘結作用和纖維骨架強化作用使原來破損了的面筋蛋白分子重新“接枝”，形成交聯(lián)的網狀結構。 劉敦華等研究發(fā)現(xiàn)，沙蒿膠吸水溶脹性極好，在吸收30-50倍于本身重量的水分后，仍能保持不流散，添加適量沙蒿膠可使面

16、團吸水率增加1.55。在調制面團時沙蒿膠可降低水分的表面張力，使水分向蛋白質分子和淀粉顆粒的滲透速度加快，從而增強了淀粉的吸水作用和面團的持水性。沙蒿膠不受pH和共存離子的影響，具有熱穩(wěn)定性，同時吸水溶脹性大，具有乳化劑和穩(wěn)定劑的功能。 沙蒿膠具有十分優(yōu)良的膠體性質，但受生長區(qū)域和產量的影響，尚未對其應用做詳細的研究。沙蒿膠的開發(fā)和利用必有廣闊的前景。 羥丙基甲基纖維素鈉簡稱HPMC，是由堿性纖維素與氧化丙烯和一氯甲烷反應制得的，是一種冷水溶性的膠體。在加熱時水分子從膠體主鏈上解離出來產生凝膠，一旦溫度降低，膠體會重新溶解，為可逆性凝膠。HPMC廣泛應用于藥品的緩慢釋放，國內在食品方面的研究還

17、很少。 HPMC是具有優(yōu)良性質的膠體，國外已有許多關于其在面粉改良方面的研究。Guarda發(fā)現(xiàn)HPMC添加到面團中可顯著提高面包質量，使面包蜂窩均勻、體積增大、表面光亮。同時HPMC可以和其他膠體、-淀粉酶、乳化劑產生協(xié)同作用，具有很強的抗老化性能。 Cristina MRoseLL從面包的物理參數(shù)（體積、水分含量硬度、寬度和高度的比）、切面結構以及抗老化三個方面研究了HPMC的作用，他發(fā)硯HPMC可改善鮮面包的質量，并有較強的抗老化作用。這可能是因為HPMC分子鏈中有大量的親水基團，具有良好的親水性、持水性和乳化功能。它能與面團中的淀粉鏈結合形成較為穩(wěn)定的復合物，延緩淀粉從無序態(tài)向有序態(tài)（即

18、-化）的進程，從而使面包的保鮮期延長。顯微結構分析表明加入HPMC的面包切面更整齊，網孔均勻空洞較少。 為了深入了解HPMC對面包品質的影響，Cristina M. Rosell研究了HPMC與面團的中蛋白質的相互作用。試驗發(fā)現(xiàn)HPMC降低了面團的儲能模量G'和耗能模量G"對面團有軟化作用。添加HPMC的小麥蛋白在十二烷基硫酸鈉中溶解度提高，說明HPMC能夠影響小麥蛋白的交連以及加熱過程中的聚合。HPMC不僅可以通過與淀粉相互交連改善面粉品質，與小麥蛋自的相互作用也同時存在。 卡拉膠、瓜爾豆膠和黃原膠都有悠久的應用歷史，具有凝固性、溶解性、穩(wěn)定性、膠粘性和反應性等特點，在食品工業(yè)生產上可用作凝固劑、增稠劑、乳化劑、懸浮劑、粘合劑、成型劑和穩(wěn)定劑。它們通過主鏈之間氫鍵等非共價鍵的作用形成具有一定粘彈性的、連續(xù)的三維網絡結構。當它們添加到面粉中時，這種網絡結構起著類似于面筋網絡的功能，可提高面團的持水性，延緩制品老化和變味