小麦粉根据蛋白质含量及面筋强度的差异,通常分为高筋粉、中筋粉和低筋粉[1],低筋粉因蛋白质含量低、面筋形成能力弱,制得的面糊结构柔软细腻,广泛应用于蛋糕、饼干等烘焙制品[2];高筋小麦粉则因其面筋网络致密、弹性强,多用于面包等发酵制品;中筋小麦粉在蛋白质含量和面筋强度上处于二者之间,兼具一定延展性与结构支撑能力[3],是当前小麦粉加工与流通中最为常见、来源最广、成本相对较低的一类基础面粉。 当前工业生产中,低筋粉多依赖特定小麦品种或后期物理分级制得,原料来源相对有限、加工成本较高,且在部分地区存在供应不稳定的问题[4]。 相比之下,中筋粉来源广泛、产量大、成本低、品质稳定性较好,是小麦粉加工中最具通用性的基础原料。 因此,如何通过合理的加工调控手段弱化中筋粉中过强的面筋结构,使其在结构和功能上接近低筋粉,从而拓展其在蛋糕等烘焙制品中的应用范围,已成为小麦粉功能化利用和烘焙行业降本增效的重要研究方向。
蛋糕是一种通过将面粉、水、糖、油脂、鸡蛋等原料混合后烘烤而成的食物,为了提升蛋糕品质,一些面粉改良剂逐渐成为烘焙的重要组成部分;传统的表面活性剂和合成乳化剂虽然已经作为面团改良剂广泛应用于工业生产中,但是这些化学添加剂会带来潜在的健康风险。 此外,传统面团改良剂在食品加工过程中还会存在化学成份残留,影响产品的自然风味导致消费者接受度降低[5]。 脂肪酶作为一种小麦粉内源性酶[6],具有较高的特异性和催化效率,其中微生物来源的脂肪酶因其良好的稳定性、食品适用性好,被广泛用于调控脂质结构并改善面团品质。 与动物或植物来源脂肪酶,微生物脂肪酶更适用于食品体系,且作用底物以甘油三酯为主,适合以植物油脂为脂质来源的面团体系,同时,该类脂肪酶可在烘焙加热过程中失活,不会在最终产品中残留,因此被视为安全的食品加工助剂。 脂肪酶能够从内源面粉脂质中原位生成表面活性化合物,延缓淀粉回生,从而显著改善面包的比容、气孔结构和面团的持气性。Stemler 等[7]指出,脂肪酶对面团的影响更加自然,且其催化产物(如单甘油酯)具有天然来源,与合成乳化剂相比,对人体无毒副作用,并且,脂肪酶可以提高面包屑的柔软度和弹性,有助于延缓面包老化。
目前,脂肪酶作为面团功能性酶的应用研究已经吸引了大量关注,但现有的研究主要集中在脂肪酶对单一面团系统的影响,例如面包、饼干等,但对于脂肪酶在脂质-面团体系中的协同作用机制,尤其是在不同脂肪酶添加量对面团性能和烘焙产品质量的调控方面,缺乏系统的深入分析。 因此,本研究通过测定不同脂肪酶添加量对小麦粉粉质特性,面团的拉伸、流变学特性以及蛋糕的质构及微观结构的影响,结合感官评价,全面分析脂肪酶在脂质-面团体系中的作用机制。 将为脂肪酶在面制品加工中的应用提供实验依据,为面团改良技术的优化提供理论支持。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
中筋小麦粉(含蛋白质12.85%,脂肪2.84%,灰分0.66%,碳水化合物68.94%,水分14.71%)、大豆油：中粮国际(北京)有限公司。 脂肪酶(EC 3.1.1.3;CAS 9001-62-1)：上海麦克林生化科技股份有限公司,活性20 000 U/g,别名：三酰基甘油酰基水解酶,为微生物来源脂肪酶制剂,主要催化甘油三酯酯键水解,最适反应pH 6.0 ～9.0,最适反应温度35 ～40 ℃。
1.2 仪器与设备
Farinograph-AT 粉质仪、Farinograph-AT 拉伸仪,德国Brabender 公司;RS600 HAAKE 旋转流变仪,美国Thermo 科技有限公司;TA-XT plus 物性测试仪,英国SMS 公司;FD-1C-50 冷冻干燥机,博医康仪器有限公司;C-Cell 图像分析仪,英国Calibre Control International Lt;U535-86 超低温冰箱( -50 ℃),英国艾本德公司;FXB303 恒温培养箱,上海树立仪器仪表有限公司;5KSM3311XCBM 行星式搅拌机,美国KitchenAid 公司;OD42AK815 烤箱,浙江绍兴苏泊尔生活电器有限公司。
1.3 实验方法
1.3.1 小麦面团的制备
首先称取100 g 中筋小麦粉(干基),加入10%(质量分数)大豆油,在搅拌机低速条件下预混2 min,以确保脂质在粉体体系中的均匀分散。 随后按面粉吸水率(由粉质仪测得)加入适量蒸馏水继续搅拌6 min。根据脂肪酶对面粉质量的添加量,将面团分为6 个处理组,0、400、800、1 200、1 600、2 000 U/g。 所有面团混合完成后被整形成条状,置于密封聚乙烯袋中以防止水分蒸发,然后置入恒温培养中,于37 ℃下醒发0、10、20、40、60 min,用于后续实验测试。
1.3.2 小麦粉质特性分析
参照GB/T 14614—2019《粮油检验小麦粉面团流变学特性测试粉质仪法》,对中筋小麦粉的粉质学性质进行测定。 称取50 g 小麦粉(其用量需根据样品的实际含水率按14%标准水分折算,并精确至0.1 g),置于50 g 粉质仪的揉面钵中。 随后依照仪器程序逐步加入对应量的水溶液,使面团的最高稠度保持在(500 ±20) FU。 测试过程中主要评估的参数包括面粉吸水量、面团形成所需时间、面团在搅拌下保持结构的稳定时长,以及面团弱化程度等。
1.3.3 小麦面团单轴拉伸特性分析
参照王小花[8]的方法,对中筋小麦粉面团的单轴拉伸特性进行测试。 将制备完成的鲜面团静置20 min 后,置于TA-XT plus 质构仪的测试平台上开展单轴拉伸实验。 仪器参数设置为：A/KIE 探头,测量前、拉伸过程中及测试结束阶段的速度分别设定为2.0、3.3 和10.0 mm/s;位移距离为50 mm,触发力设定为5 g。 每一处理组均重复测试6 次。
1.3.4 小麦面团动态流变学分析
依据Chen 等[9]的方法,对中筋小麦粉面团的动态流变特性进行表征。 将制备好的鲜面团置于流变仪测试平台,调节上方的几何探头使其下降至设定的平板间隙,同时刮除周围多余的样品。 为防止测试过程中水分损失,在暴露区域的样品边缘涂覆一层薄薄的二甲基硅油。 以1 Hz(25 ℃)的频率、0. 01% ～10%的应变范围确定样品的线性黏弹区。 随后在应变振幅固定为0.1%的条件下进行动态频率扫描,测试频率范围设定为0.1 ～100 Hz(25 ℃)。 最终通过仪器数据采集系统获得储能模量(G′)、损耗模量(G″)。
1.3.5 蛋糕的制备
参照GB/T 24303—2009《粮油检验小麦粉蛋糕烘焙品质试验海绵蛋糕法》制备蛋糕略有修改,由之前的实验结果得出脂肪酶最适作用时间,分别加入0、400、800、1 200、1 600、2 000 U/g 的脂肪酶在37 ℃下醒发40 min 之后开始烘焙。
1.3.6 蛋糕质构的测定
参照彭瑞芳等[10]的方法分析蛋糕的质构特性。首先将蛋糕芯切成2 cm3的小块,放在TA-XT plus 物性分析仪的载物台上,进行质地多面剖析法(texture profile analysis,TPA)测定。 参数设置：TPA 模式,P-50探头,测前、测中和测后速率分别为1.0、2.0、2.0 mm/s,下压距离10.0 mm,时间10 s,触发力10.0 g。
1.3.7 蛋糕比容的测定
参照GB/T 14611—2008《粮油检验小麦粉面包烘焙品质试验直接发酵法》的方法。 蛋糕烘烤成型后在室温下冷却,准确称量其质量,记为M,用菜籽置换法测量其体积,记为V,蛋糕比容采用公式(1)计算,每组蛋糕重复测量6 次,去除最大值最小值后计算平均值。
式中：B,比容,mL/g;V,蛋糕的体积,mL;M,蛋糕的质量,g。
1.3.8 蛋糕高径比的测定
游标卡尺测量馒头高度和直径,天平称质量,小米置换法测体积。 每个样品测定3 次。 馒头高度与直径的比值即为高径比,体积与质量的比值即为比容。
1.3.9 蛋糕内部结构观察
蛋糕内部结构采用C-Cell 食品图像分析仪进行观察,将冷却1 h 后蛋糕用切片,取中间部分放置在样品盘中测定。
1.3.10 蛋糕感官评定
对蛋糕进行感官评价,主要是以其外观和风味作为评分标准,设定其综合评分为100 分,由20 名食品专业人员组成的感官评价小组进行感官评价,评分标准如表1 所示。
表1 感官评价评分表
Table 1 Sensory evaluation score sheet
评价项目分值标准形态(15)10 ～15 底部无塌陷、上部有较大弧度、表面光滑无斑点6 ～9 底部塌陷、上部有一定弧度、略有白粉或斑点0 -5 底部塌陷严重、上部弧度较小,表面不光洁形态(15)弹柔性(15)10 ～15 柔软有弹性,按下去较快复原6 ～9 柔软弹性一般,按下去缓慢复原0 -5 柔软性、弹性差,按下去较难复原弹柔性(15)气味(15)10 ～15 有浓郁的蛋糕香气6 ～9 蛋糕的香味较淡0 -5 无蛋糕香味或有异味气味(15)口感(20)13 ～20 蛋糕口感松软、细腻香甜、不黏牙7 ～12 蛋糕口感适口性一般、稍黏牙0 ～6 蛋糕适口性较差、松散、黏牙口感(20)内部结构(15)10 ～15 气孔均匀呈细密蜂窝状、光滑细腻6 ～9 气孔偏大、较均匀、稍粗糙0 -5 有明显大气孔且分布不均匀,切片断裂掉渣内部结构(15)总体接受度13 ～20 有较好的接受度7 ～12 接受度一般0 ～6 不能接受总体接受度(20)
1.4 数据统计与分析
本实验中的所有数据均为3 次平行实验的平均值。 采用SPSS Statistics 27 软件进行显著性分析(P ＜0.05),并利用Origin 2 021 进行绘图。
2 结果与分析
2.1 脂肪酶对小麦粉粉质特性的影响
粉质特性反映了面粉的吸水能力,耐搅拌性,面筋强度等[11]。 由表2 可知,随着脂肪酶的增加,吸水率呈明显下降趋势,并在1 600、2 000 U/g 添加量下趋于稳定,吸水率均达到最低值(47. 9%),较对照(59.1%)下降了11.2%。 这一变化可能与脂肪酶催化脂质后生成的极性产物(如脂肪酸、单甘酯等)的界面再分布有关,这些极性物质能够与面筋蛋白和淀粉竞争结合水,从而降低面团的水合能力。 该结果与Huang 等[12]的研究结论一致,脂肪酶可通过影响淀粉的水结合能力,进而改变了面团的整体吸水特性。面团形成时间随脂肪酶添加量的增加而显著缩短,表明脂肪酶可促进了面团结构的快速形成。 尤其是在800 U/g 的添加量下,形成时间最短(6. 40 min),显著低于对照组(7.27 min)。 稳定时间的显著缩短说明脂肪酶在800 U/g 的添加量下脂肪酶的水解产物促进体系更快达到稳定状态。 Siswoyo 等[13]也报道了类似结论,发现脂肪酶与淀粉酶协同使用时,可显著缩短面团形成时间。 稳定时间能够反映面筋网络的抗剪切能力,研究表明,适量脂肪酶(800、1 200 U/g)可显著延长稳定时间,分别提升至15.43和15.30 min,较对照组的11. 43 min 明显增加。 说明面团的抗搅拌能力增强。 但是添加量进一步增加时,稳定时间略下降至14.63、14.57 min。 此外,弱化度随脂肪酶添加量的增加而显著上升,尤其在1 600、2 000 U/g 组分别增至86.97、88.79,显著高于对照组(27.31)。 该结果进一步支持了“过量脂肪酶可能削弱面团耐搅拌性”的推断,其原因可能是脂质水解产物过多会干扰面筋网络的连续性,降低其结构稳定性。
表2 脂肪酶对中筋小麦粉粉质特性的影响
Table 2 Effect of lipase on the farinograph properties of medium-gluten wheat flour
添加量/(U/g)吸水率/%形成时间/min稳定时间/min弱化度0 59.107.2711.4327.31 40052.907.2111.5735.47 80048.606.4015.4360.11 1 20048.106.8715.3066.77 1 60047.906.8014.6386.97 2 00047.906.6314.5788.79
注：由于达到最佳吸水率后只有1 个重复,所以粉质仪数据未进行统计学分析。
2.2 脂肪酶对小麦面团单轴拉伸特性的影响
本研究测试了添加脂肪酶之后对中筋小麦面团最大拉伸阻力、拉伸面积和拉伸距离的影响[14]。 如图1-A 显示,对照组面团的最大拉伸阻力在醒发过程中保持在较高水平,在0 min 为123.47 g,60 min 时降至97.58 g。 随着脂肪酶添加量的增加,最大拉伸阻力整体呈下降趋势,且下降幅度随添加量增大而加剧。 添加量400 U/g 时从109.63 g 降至74.41 g,添加量800 U/g 时102. 15 g 降至56. 83 g,在1 600、2 000 U/g 添加量时下降更为显著,分别降至52.02、41.95 g,这表明脂肪酶的添加会削弱面筋网络对外力的抵抗能力。 拉伸面积反映了面团的在拉伸过程中的综合变形能力(图1-B),对照组在20 ～40 min达到最大值(387. 76 mm2),说明面筋网络较稳定。添加脂肪酶后,400、800 U/g 的添加量下拉伸面积下降,当添加量增加至1 600、2 000 U/g 时,拉伸面积显著降低,表明脂肪酶促使面筋网络松散。 拉伸距离(图1-C)用于表征面团的延展性。 在醒发40 min时,对照组的拉伸距离达到峰值(30.76 mm)。 随着脂肪酶添加量的增加,面团的拉伸距离呈现出一种“倒U 型”的浓度依赖性,在800 U/g 的添加量下在40 min 时达到了最大值65.26 mm。 表明适量脂肪酶在不显著削弱面筋网络完整性的前提下,提升面团的延展性。 然而,当脂肪酶添加量增加至2 000 U/g 时,在60 min 拉伸距离仅为18.48 mm,表明过量脂肪会破坏面筋网络的连续性,不利于面团结构的稳定性。
图1 脂肪酶对中筋小麦面团拉伸特性的影响
Fig.1 Effect of lipase on the extensograph properties of medium-gluten wheat dough
注：同一时间不同添加量用大写字母表示,同一添加不同时间用小写表示(P ＜0.05)。
2.3 脂肪酶对小麦面团动态流变学的影响
流变学参数反映了面团的黏弹性特性,这对于面团及最终产品的质量至关重要。 添加了脂肪酶的中筋小麦面团的动态流变学变化如图2 所示,所有面团样品的储能模量(G′)和损耗模量(G″)随着频率的增加而增大,且G′值显著高于G″,表明所有样品均表现出典型的弹性主导黏弹性特性。 然而,与对照组相比,添加脂肪酶后各处理组的G′和G″整体水平均有所降低,说明脂肪酶的加入在整体上削弱了面团的弹性和结构强度。 损耗角正切(tanδ)表示G″与G′的比值,tanδ 值变化无统计学意义。 对照组(图2-A)的G′在醒发0 ～60 min 期间先增大后减小,并在40 min 时处于最高的水平,这与单轴拉伸的实验的变化趋势共同表明了在醒发40 min 后面团的弹性和面筋网络强度最优。 这可能是由于面筋蛋白在充分水化后展开和重排,增强了分子间的交联[15],同时,添加的油脂能够吸附在淀粉和面筋蛋白表面,减弱其吸水能力,避免面筋蛋白的黏连,进而影响面筋网络的形成[16]。当添加800 U/g 脂肪酶(图2-D)时,面团的G′和G″在醒发初期(0 ～20 min)均没有明显变化。 在醒发20 ～40 min 之后,G′和G″显著提升,之后略有下降,这表明了面团黏弹性的发展依赖于脂肪酶的醒发时间,另一方面,脂肪酶在该添加量下对面筋网络产生了适度削弱作用。 结合tanδ 值的变化可以发现,800 U/g 添加量的面团的tanδ 较对照组整体有所升高,但处于中等水平,说明体系在保持一定弹性支撑能力的同时,黏性成分有所增强。 然而,当脂肪酶增至2 000 U/g 时(图2-G),G′和G″均明显下降,且在醒发早期即达到最低水平,同时tanδ 值整体进一步升高,表明体系中黏性行为占比明显增加,弹性支撑能力显著削弱,这一变化可能与脂肪酶水解产物——游离脂肪酸(free fatty acids,FFA)的积累有关。 这一现象与Melis 等[17]的研究一致,脂肪酶作用下脂质水解产物过度积累抑制蛋白之间的相互作用,来削弱面筋网络结构,进而降低面团的弹性与延展性。
图2 脂肪酶对中筋小麦面团动态流变学的影响
Fig.2 Effect of lipase on the dynamic rheological properties of medium-gluten wheat dough
注：0 表示脂肪酶添加量为0,8 表示脂肪酶添加量为800 U/g,20 表示脂肪酶添加量为2 000 U/g。
2.4 脂肪酶对小麦面团蠕变-蠕变恢复的影响
蠕变特性是通过静态流变学手段来测量样品的黏弹性行为,通常分为蠕变和恢复两个阶段。 蠕变阶段指在施加一定应力后,物体迅速发生形变,并随时间逐渐增大,直到在恒定应力下达到稳定状态;而恢复阶段则是指撤去外加应力后,观察形变随时间逐渐恢复的现象[18]。
如图3 所示,在对照组中,蠕变阶段的形变量较小,且曲线增长比较平缓,表明空白组面团具有较强的三维面筋网络结构,黏性流动程度较低。 恢复阶段可恢复至初始峰值的60% ～70%。 通常情况下,黏弹性材料的弹性越好,变形难度越大,且恢复时能更容易恢复到最小形变状态。 这表明体系具有较好的弹性及结构完整性。 当脂肪酶添加量为800 U/g 时,面团蠕变形变量明显高于对照组,同时,40 ～60 min时的恢复形变量下降,表明脂肪酶的添加削弱了面团对恒定应力的抵抗能力,使体系更易发生形变。 然而,在恢复阶段,800 U/g 的添加量下仍表现出较为明显的回弹行为,尤其在醒发40 ～60 min 时,尽管恢复形变量较对照组有所下降,但仍保持较高的恢复比例。 这表明适量脂肪酶在削弱面筋网络刚性的同时,并未破坏其连续性,此时面团处于延展性增强的同时仍具一定的弹性恢复能力的平衡状态。 相比之下,在2 000 U/g 的添加量下,蠕变形变量显著增大,且在施加应力初期即迅速达到较高水平,显示出明显增强的黏性流动行为,在恢复阶段,尽管仍表现出一定的回弹行为,但恢复的形变比例显著下降,但恢复比例显著低于对照组和800 U/g 处理组,且随醒发时间延长呈进一步下降趋势,说明其面筋网络结构已受到明显破坏,该现象说明高剂量脂肪酶破坏了面团的弹性结构。 进一步表明高浓度脂肪酶会削弱面团的网络弹性,导致其形变恢复性能逐步降低[7]。 综合以上结果可知,脂肪酶通过添加量与醒发时间调控面团体系,脂肪酶的不同添加量对面团结构呈现明显的差异性调控效应,而醒发40 min 为面团结构变化和性能表现的关键稳定阶段。
图3 脂肪酶对中筋小麦面团蠕变-蠕变恢复特性的影响
Fig.3 Effect of lipase addition on the creep-creep recovery properties of medium-gluten dough
2.5 蛋糕的质构特性分析
蛋糕的质构特性是由其内部气泡结构、面筋网络的状态以及淀粉与脂质的相互作用共同决定的[19]。脂肪酶的添加对蛋糕的硬度、咀嚼性、回复性产生了显著影响。 如表3 所示,未添加脂肪酶的蛋糕硬度最高,为1 453.58 g;随着脂肪酶添加量的增加,硬度呈显著下降趋势,在400、800 U/g 的添加量时硬度分别降至948.3、954.5 g,而当添加量达到1 200、1 600、2 000 U/g 时,硬度进一步降低至642. 94、641. 44 g和最低的564.63 g。 这表明脂肪酶的加入有利于形成更加柔软的蛋糕结构,硬度的降低可能与脂肪酶对脂质的水解作用有关,脂肪酶水解生成单甘酯和部分游离脂肪酸,这些极性脂质发挥类似乳化剂的作用,增强气泡稳定性并改善持气能力,最终表现为硬度降低。 咀嚼性与硬度变化趋势基本一致,随脂肪酶添加量的增加逐渐下降;咀嚼性与蛋糕的内部结构密切相关,气孔更细腻时,其咀嚼性越低。 相比之下,脂肪酶对蛋糕的弹性和内聚性的影响不显著,脂肪酶添加量为400、800 U/g 的蛋糕弹性最高,分别为0.91、0.92,较对照组的0. 80 变化不大略有增加,这一结果与Purhagen 等[20]的研究一致,脂肪酶的添加降低了硬度但是弹性保持稳定。 内聚性与回复性整体无显著差异。 表明脂肪酶是通过调整脂质界面来影响蛋糕的组织结构,并非直接改变蛋面筋网络的弹性和内聚性。值得注意的是,在高酶添加量条件下,蛋糕回复性略有降低,如添加量为2 000 U/g 时仅为0.20,较对照组0.36 下降明显,表明过量脂肪酶会削弱蛋糕结构的回弹能力,从而不利于质构稳定性的保持。
表3 脂肪酶对蛋糕质构特性的影响
Table 3 Effect of lipase on the texture properties of cake
添加量/(U/g)硬度/g黏性弹性内聚性咀嚼性/g回复性0 1 453.58 ±66.56a-0.14 ±0.02a0.88 ±0.05ab0.74 ±0.03a992.23 ±33.12a0.36 ±0.03a 400948.32 ±47.62b-0.13 ±0.01a0.9 s1 ±0.02a0.70 ±0.00a691.98 ±69.00b0.34 ±0.03a 800954.57 ±58.96b-0.27 ±0.07a0.92 ±0.02a0.75 ±0.08a668.27 ±74.74b0.32 ±0.06a 1 200642.94 ±15.02c-0.36 ±0.76a0.90 ±0.01ab0.77 ±0.06a405.90 ±25.22c0.32 ±0.05a 1 600641.44 ±34.01c-0.30 ±0.04a0.88 ±0.05ab0.75 ±0.02a395.63 ±38.91c0.31 ±0.01ab 2 000564.63 ±9.66c-0.32 ±0.74a0.86 ±0.02b0.68 ±0.01a357.22 ±887.96c0.25 ±0.00b
注：不同小写字母代表不同添加量之间的显著性差异(P ＜0.05)(下同)。
2.6 蛋糕比容和高径比测定
对不同脂肪酶添加量蛋糕的比容和高径比进行了测定。 由图4-A 可知,对照组的蛋糕比容较低,而在添加脂肪酶后,比容在800 ～1 600 U/g 的添加量范围显著提升,表明脂肪酶的加入有利于蛋糕体积的形成。 同时,高径比在相同范围内也明显上升(图4-B),说明脂肪酶能够促进蛋糕在垂直方向的增大,提升整体形态稳定性。 这一现象可能与脂肪酶对脂质的水解作用密切相关。 脂肪酶能将甘油三酯水解为单甘酯和游离脂肪酸,尤其是单甘酯具有良好的界面活性,可以降低面糊在空气和水之间的表面张力和界面黏度。 而且,表面活性剂可以稳定气泡,实现更大的膨胀使体积增大[21]。 也有研究称,脂肪酶水解脂质形成的乳化膜结构有助于改善面糊中水分的分布[22],使气泡在受热膨胀时能获得更加均匀的支撑,从而提升面糊体系的协调膨胀能力,促进蛋糕高度的形成。 Dahiya 等[23]指出添加脂肪酶的合理添加可以提升烘焙制品的体积并改善内部组织结构,但是过量的脂肪酶会增强磷脂酶及甘油酯脂肪酶活性,对脂肪的大量水解导致面包体积减小。
图4 脂肪酶对蛋糕的比容和高径比的影响
Fig.4 Effect of lipase on the volume and height-to-diameter ratio of cake
注：不同小写字母代表不同添加量之间的显著性差异(P ＜0.05)(下同)。
2.7 蛋糕气孔结构分析
通过C-Cell 对蛋糕内部微观结构(图5)进行表征,并定量获取了切片面积、亮度、气孔对比度、气孔数量、气孔面积、气室厚度、气孔直径、气孔体积和大气孔体积等多个结构参数(表4)[24]。 由图5 可知,脂肪酶添加显著改变了蛋糕的内部气孔结构。 与对照组相比,添加脂肪酶的蛋糕气孔数量有不同程度的增多,其中在800、1 200 U/g 的添加量下,蛋糕气孔分布较为均匀,未出现明显的局部聚集或塌陷现象。相比之下,在2 000 U/g 添加量条件下,蛋糕内部出现局部大气孔过大,提示结构稳定性有所下降。 由表4 可知,添加了脂肪酶的蛋糕样品面积均呈现出增大趋势,对照组的切面面积为1 638.33 mm2,而在800 ～2 000 U/g 添加量范围内,切面面积显著增大,特别是在1 200 U/g 的添加量时,切面面积为1 809.04 mm2,达到了最大值,表明适量脂肪酶有利于蛋糕体积结构的形成。 亮度参数随脂肪酶添加量的增加整体呈上升趋势。 对照组的亮度为124. 91,脂肪酶处理之后亮度普遍提高,在1 200 U/g 添加量下达到最大值(131. 90),亮度的提高通常与气孔结构变化有关,可能反映内部结构更加疏松均匀,但其具体机理仍需结合其他结构参数综合分析。 气孔数量整体变化幅度较小,仅在800、1 200 U/g 的添加量条件下较对照组的1 277 个有所增加。 气孔面积同样未出现显著变化,呈现轻微上升趋势。 相较而言,气孔直径的变化更加明显,随添加量升高而逐渐增大,从对照组的1.26 mm 增至1 200 U/g 添加量时的最大值1.95 mm,表明酶处理提高可能促进气泡在烘焙过程中的膨胀。 脂肪酶水解脂质生成的乳化产物,通过降低气液界面张力来提高界面稳定性,降低气泡破裂的风险,使面团能在烘焙过程中更好地保持气泡结构[25]。 然而,当脂肪酶添加量较高时,该作用可能转变为促进局部气孔过度膨胀。 气孔体积和大气孔体积的变化进一步支持上述结果。 对照组气孔体积为3.52 mm3,而在添加量为1 200、1 600 U/g 时分别增加到8.15 mm3 和8.24 mm3;大气孔体积的增长更加明显,由对照组的10.43 mm3 增加到添加量为2 000 U/g的28.19 mm3。 这说明较高添加量的脂肪酶促进了部分气孔的过度生长。 评价气孔延长度反映气孔形状的拉伸程度。 整体范围在1.57 ～1.82 变化不大,但在添加量为2 000 U/g 时延长度最高(1.82),表明过量脂肪酶可能导致气孔形态更不规则[26]。
图5 不同脂肪酶添加量蛋糕C-cell 图像
Fig.5 C-Cell images of cake with different lipase addition
注：每组图,上：相机拍摄图;下：C-cell 图像。
表4 不同脂肪酶添加量蛋糕C-cell 测试结果
Table 4 C-cell test results of cake with different lipase addition
样品切面样品面积/mm2亮度气孔对比气孔数量气孔面积/mm2气室厚度/mm气孔直径/mm气孔体积/mm3大气孔体积/mm3评价气孔延长度0 1 638.33 ±53.76b 124.91 ±7.56a 0.68 ±0.02b 1 277.34 ±30.67bc 43.73 ±1.77d0.45 ±0.01c1.26 ±0.03e3.52 ±0.07f10.43 ±0.16e1.81 ±0.01ab 400 U/g1 621.19 ±42.00b 127.31 ±6.53a 0.62 ±0.01a 1 228.17 ±31.66d46.57 ±0.26abc 0.48 ±0.01b1.88 ±0.03c6.29 ±0.26d22.37 ±0.36d1.68 ±0.02c 800 U/g1 654.78 ±49.39b 127.56 ±19.32a 0.62 ±0.04a 1 311.50 ±22.54b47.31 ±0.47ab 0.49 ±0.01a1.94 ±0.07ab7.96 ±0.51a22.43 ±0.04d1.57 ±0.02d 1 200 U/g 1 809.04 ±26.73a 131.90 ±9.40a 0.63 ±0.03a 1 359.88 ±15.32a46.12 ±1.02bc 0.47 ±0.02bc1.95 ±0.02a8.15 ±0.19c23.15 ±0.18c1.78 ±0.02b 1 600 U/g 1 796.45 ±23.70a 123.88 ±7.38a 0.62 ±0.04a 1 237.72 ±13.29cd 48.56 ±0.54a0.47 ±0.03bc1.89 ±0.06b8.24 ±0.11b27.51 ±0.17b1.69 ±0.04c 2 000 U/g 1 647.32 ±24.10b 132.39 ±10.21a 0.62 ±0.02a 1 259.56 ±20.31cd 45.00 ±1.75cd 0.46 ±0.04bc1.70 ±0.01d5.35 ±0.11e28.19 ±0.32a1.82 ±0.02a
注：小写字母代表不同添加量之间的显著性差异(P ＜0.05)(下同)。
2.8 蛋糕感官评价
对添加不同脂肪酶后蛋糕的形态、弹柔性、气味、口感、内部结构等感官指标进行了综合评价,结果如图6 所示。 整体来看,脂肪酶添加量对蛋糕感官品质具有显著影响。 对照组的样品的感官评分较低,尤其在形态、弹性和口感方面,分别为10 分、10 分和12分。 这表明未添加脂肪酶的条件下,蛋糕的膨松程度和结构稳定性有限,从而影响外观形态和食用品质。添加了400 U/g 脂肪酶后,蛋糕的形态、弹性、气味和口感表现有所改善,形态评分上升至12 分,蛋糕的膨胀性增强,表面较为平整。 当脂肪酶添加量增至800 U/g 时,蛋糕的感官评分进一步提升,尤其在形态、弹性和口感方面,形态评分为13 分,弹性评分为14 分,口感评分为17 分,气味评分为14 分,此时的总体接受度评分为15 分,接受度最高。 被认为该组蛋糕内部结构均匀,口感细腻,整体品质最佳。 Stemler 等[27]的研究也表明,适量的脂肪酶能显著提升蛋糕的整体品质,改善其质地和口感。 当脂肪酶添加量提高至1 200 U/g 时,尽管蛋糕的弹性和口感仍保持较高水平,且内部结构较为稳定,但气味得分有所下降。 该现象可能与脂质水解程度增加导致游离脂肪酸的积累有关,从而对风味产生不利影响。 Zhang 等[28]的研究也报告,过多的脂肪酶水平会导致食品风味劣化,产生不良的气味。 当脂肪酶添加量进一步增至1 600 ～2 000 U/g 时,蛋糕感官评分明显下降,尤其在气味和内部结构方面表现较差。 总体接受度评分低至10 分,表明过量脂肪酶的添加不利于蛋糕品质的保持,该结果说明脂肪酶对蛋糕感官品质的改善具有一定限度,过高添加量可能因脂质过度水解而削弱结构稳定性和风味特性。
图6 不同脂肪酶添加量蛋糕的感官评价
Fig.6 Sensory evaluation of cakes with different lipase addition
3 结论
本文探究了脂肪酶对中筋小麦粉粉质特性、面团拉伸和流变学特性以及蛋糕在质构、微观结构和感官品质的影响。 结果表明,脂肪酶添加量为800 U/g 时,小麦面粉形成时间最短且稳定时间最长;醒发40 min时,800 U/g 处理的面团表现出适宜的延展性和黏弹性。 在蛋糕品质方面,在添加量为800 ～1 600 U/g时可显著改善蛋糕的柔软性,体积和比容。 其中800、1 200 U/g 的添加量下,蛋糕内部气孔分布均匀且结构细腻。 然而,当脂肪酶的添加量达到1 200 U/g时,蛋糕的风味评价开始下降;过量脂肪酶(大于1 600 U/g)会因为游离脂肪酸的过多积累导致面团显著弱化,蛋糕体积收缩和感官品质劣化。 综上,脂肪酶在适宜添加时(800 ～1 200 U/g)能够显著改变中筋面团力学特性及蛋糕的综合品质。 本研究可为脂肪酶在面制品加工的合理应用提供理论依据,并为烘焙制工艺优化提供参考。
[1] Zhang M L, Jia R B, Ma M, et al. Versatile wheat gluten：functional properties and application in the food-related industry[J].Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 2023, 63(30)：10444 -10460.
[2] Karaduman Y. Assessing gluten strength with a new small-scale LASRC method useful for soft wheat breeding programs[J]. Cereal Chemistry, 2020, 97(2)：196 -204.
[3] Rasheed M, Guo B L, Li M, et al. Rheological and structural insights into frozen dough from wheat varieties with varying gluten content[J]. International Journal of Biological Macromolecules, 2025,319：145621.
[4] 吴柳格, 陈坚, 张鑫, 等. 近二十年国审冬小麦品种的产量与品质性状变化趋势研究[J]. 作物学报, 2025, 51(7)：1814 -1826.Wu L G, Chen J, Zhang X, et al. Changes in yield and quality traits of nationally approved winter wheat varie-ties in China over last twenty years[J]. Acta Agronomica Sinica, 2025, 51(7)：1814 -1826.
[5] Sharma D, Singh D, Sukhbir-Singh G M, et al. Biosurfactants：Forthcomings and regulatory affairs in food-based industries[J].Molecules, 2023, 28(6)：2823.
[6] 吴昊, 张艳艳, 申慧珊, 等. 内源性酶活对面团流变特性及面筋网络微观结构的影响[J]. 中国粮油学报,2024,39(11)：53-59.Wu H, Zhang Y Y, Shen H S, et al. Effects of endogenous enzymes on rheological properties of dough and microstructure of gluten network[J]. Journal of the Chinese Cereals and Oils Association,2024, 39(11)：53 -59.
[7] Stemler C D, Scherf K A. Improvement of cake baking properties by lipases compared to a traditional emulsifier[J]. Food Chemistry：X, 2022, 15：100442.
[8] 王小花. 低钠盐诱导面团中面筋蛋白聚集特性及对面条加工品质的影响研究[D]. 郑州：河南工业大学, 2023.Wang X H. Study on the aggregation characteristics of gluten proteins in dough induced by low sodium salt and its effect on noodle processing quality [D]. Zhengzhou：Henan University of Technology, 2023.
[9] Chen Y, Liang Y, Liu H, et al. Extrusion of wheat gluten-peanut oil complexes and their rheological characteristics[J]. Food Chemistry, 2021, 364：130435.
[10] 彭瑞芳, 张霞, 田郁, 等. 海藻糖对冷冻馒头质构特性及水分状态的影响[J]. 食品与发酵工业, 2025, 51(10)：243 -249.Peng R F, Zhang X, Tian Y, et al. Effect of trehalose on texture characteristics and water state of frozen steamed bread[J]. Food and Fermentation Industries, 2025, 51(10)：243 -249.
[11] 梅媛, 双媛, 柯媛, 等. 低聚糖对小麦粉及辣条坯体品质的影响[J]. 食品与发酵工业, 2023, 49(1)：230 -237.Mei Y, Shuang Y, Ke Y, et al. Effect of different polysaccharides on quality of wheat flour and spicy wheat gluten sticks[J]. Food and Fermentation Industries, 2023, 49(1)：230 -237.
[12] Huang Z G, Brennan C S, Zheng H T, et al. The effects of fungal lipase-treated milk lipids on bread making[J]. LWT, 2020, 128：109455.
[13] Siswoyo T A, Tanaka N, Morita N. Effect of lipase combined with.ALPHA.-amylase of retrogradation of bread[J]. Food Science and Technology Research, 1999, 5(4)：356 -361.
[14] 秦雅娜. 微藻蛋白理化和存储性质分析及对小麦面团理化性质和加工特性的影响[D]. 杨凌：西北农林科技大学, 2025.Qin Y N. Analysis of the physicochemical and storage properties of microalgal proteins and their effects on the physicochemical properties and processing characteristics of wheat dough [D]. Yangling：Northwest A&F University, 2025.
[15] Zhou Y, Dhital S, Zhao C Y, et al. Dietary fiber-gluten protein interaction in wheat flour dough：analysis, consequences and proposed mechanisms[J]. Food Hydrocolloids, 2021, 111：106203.
[16] Zhu T W, Zhang X, Li B, et al. Effect of interesterified blendbased fast-frozen special fat on the physical properties and microstructure of frozen dough[J]. Food Chemistry,2019,272：76 -83.
[17] Melis S, Pauly A, Delcour J A. Impact of lipases with different substrate specificity in wheat flour separation on the properties of the resultant gluten[J]. Journal of Cereal Science, 2017, 77：291 -296.
[18] 巩薇. 小麦粉熟化过程中面筋蛋白聚集特性变化研究[D]. 郑州：河南工业大学, 2024.Gong W. Study on the changes in gluten protein aggregation characteristics during wheat flour cooking [D]. Zhengzhou：Henan University of Technology, 2024.
[19] Pycarelle S C, Brijs K, Delcour J A. The role of exogenous lipids in starch and protein mediated sponge cake structure setting during baking[J]. Food Research International, 2020, 137：109551.
[20] Purhagen J K, Sjöö M E, Eliasson A C. Starch affecting anti-staling agents and their function in freestanding and pan-baked bread[J]. Food Hydrocolloids, 2011, 25(7)：1656 -1666.
[21] Zakari A G, Ireland P, Evans G, et al. Foam growth dynamics in the presence of a rising bubble plume：effect of surfactant concentration and gas superficial velocity[J]. Chemical Engineering Science, 2025, 305：121143.
[22] Stemler C D, Scherf K A. Lipases as cake batter improvers compared to a traditional emulsifier[J]. LWT, 2023, 174：114464.
[23] Dahiya S, Bajaj B K, Kumar A, et al. A review on biotechnological potential of multifarious enzymes in bread making[J]. Process Biochemistry, 2020, 99：290 -306.
[24] 吕霄帆. 油莎豆淀粉的理化性质及其改性研究[D]. 新乡：河南科技学院, 2023.Lyu X F. Physicochemical Properties and Modification Study of Tiger Pea Starch [D]. Xinxiang：Henan Institute of Science and Technology, 2023.
[25] Liu X Y, Chen W, Wang C T. Effect of lipase and phospholipase A1 on foaming and batter properties of yolk contaminated egg white[J]. Foods, 2023, 12(6)：1289.
[26] Azizi S, Azizi M H. Evaluation of producing gluten-free bread by utilizing amaranth and lipase and protease enzymes[J]. Journal of Food Science and Technology, 2023, 60(8)：2213 -2222.
[27] Stemler C D, Geisslitz S, Cutignano A, et al. Lipidomic insights into the reaction of baking lipases in cakes[J]. Frontiers in Nutrition, 2023, 10：1290502.
[28] Zhang Y M, Gao P, Zhang W Y, et al. Free fatty acid hydrolyzed with lipases and their effects on enzyme-modified cheese flavor[J].Food Science of Animal Products, 2023, 1(3)：9240031.