米糠是稻谷精加工的主要副产物，占稻谷8%～10%[1]，研究显示米糠含有丰富的蛋白质、脂肪、粗纤维、淀粉、矿物质及膳食纤维[2]，因此被誉为“天赐营养源”[3]。我国米糠资源丰富，目前主要用于动物饲料和肥料，仅有少部分用于深加工，开发利用水平相对低[3-4]。这主要是因为米糠脂肪酶在加工过程中容易酸败，导致食品产生不良气味[5]。使用化学、冷冻、蒸汽、挤压及微波等方法处理新鲜米糠，能稳定米糠中脂肪酶活性，延长米糠保质期[2, 6]。徐树来[7]研究报道在面包配方中添加10%经过挤压膨化处理的脱脂米糠，面包物性与小麦面包相似。TAGHINIA等[8]比较超声和烘烤2种稳定处理的米糠对小麦面团和面包品质的影响，发现10%替代比例的米糠面包感官评分最好，而当添加量为15%时，米糠面团流变特性较差，面包品质下降[9]。
木聚糖酶(xylanase, Xyl)是一类以内切方式降解木聚糖分子中木糖苷键的酶类，能水解干扰面筋网络形成的阿拉伯木聚糖，用于面包加工以改善面包品质如硬度、比容及储藏特性[10-11]。国内外研究报道Xyl能显著提高全麦面包、冷冻面团品质[12-13]。
为改善高替代量米糠面包品质，本研究以15%米糠替代量的面包为研究对象，分析不同添加量的木聚糖酶对米糠面团流变学特性及面包烘焙品质的影响。
1 材料与方法
1.1 材料
高筋粉(11.6%水分，14.6%蛋白质，0.96%脂肪)(质量分数)，大成良友食品(天津)有限公司；米糠(10.8%水分，13.6%蛋白质，18.9%脂肪)(质量分数)，龙鼎(内蒙古)农业股份有限公司；酵母，安琪酵母股份有限公司；木聚糖酶(最适温度35～50 ℃，酶活力5 000 U/g)，河南万邦实业有限公司；黄油，蒙牛乳业有限公司；脱脂乳粉，内蒙古伊利实业集团股份有限公司；食盐，陕西省盐业专营公司；白砂糖，太古糖业(中国)有限公司。
1.2 仪器与设备
MM721AU-PW(X)微波炉，美的股份有限公司；FW-400A倾斜式高速万能粉碎机，北京中兴伟业仪器有限公司；SM-1688和面机，牧人王电器五金制品有限公；HWS-080醒发箱，上海精宏实验设备有限公司；SGC-1Y烤箱，三麦机械有限公司；TA.XT plus质构仪，英国SMS(Stable Micro Systems)公司；DHR-1流变仪，美国TA公司。
1.3 试验方法
1.3.1 米糠稳定处理
参照自吴雨等[14]方法稍加修改，称取一定量的新鲜的米糠过40目筛，用蒸馏水调整水分质量分数至28%，用搅拌机混合均匀，称取50 g均匀平铺于耐热玻璃器皿中(厚度约1 cm)，至于微波炉中，在中高火(539 W)下，稳定90 s，冷却至室温，过60目筛，装于密封保鲜袋中于-4 ℃低温保藏。
1.3.2 面团动态流变特性测定
采用频率扫描研究面团动态流变学特性。将不同添加量的Xyl分别与质量分数为15%米糠、85%高筋粉及相应的水搅拌成面团，用保鲜膜密封，在室温条件下静置10 min，然后取出用压面机压成厚度为2.0 mm面带，并切成直径为40 mm的圆面片。将圆面片置于载物台静置5 min以消除应力，用塑料片刮去多余的面片，并在面片周围涂抹适量硅油，防止水分蒸发。在动态测量模式下，在0.01%～100%进行应力扫描，确定面团的线性黏弹区；然后，进行频率扫描，频率扫描测量参数为：直径为40 mm平板，间距为2 mm，应变为0.1%，温度25 ℃，扫描频率为0.1～40 Hz[15]。
1.3.3 米糠面包制作
面包制作方法参照SUN等[16]文献方法稍作修改。分别将0，30，60，90，120 mg/kg的Xyl与15%米糠、85%高筋粉、4%脱脂乳粉、0.8%食盐、15%白砂糖、1.8%酵母(均为质量分数)与相应比例的水一起加入搅拌机中搅拌至面筋扩展至80%～90%，然后加入3%(质量分数)黄油继续搅拌，累计搅拌15 min。然后将搅拌成熟的面团置于温度30 ℃、相对湿度85%的发酵箱中发酵1.5 h，取出排气、分割成约190 g面团，搓圆成表面光滑的面团，室温静置10 min，采用吐司面包二次整形法整形，置于模具中，在温度30 ℃、相对湿度85%的条件下醒发60 min,取出放入上火180 ℃、下火200 ℃烤箱中烘烤20 min。
1.3.4 面团发酵体积测定
参照王杰琼[17]的方法稍作修改。取1.3.3中的面团分割为20 g/份，置于50 mL量筒中整平至20 mL，放置于温度35 ℃、相对湿度85%的发酵箱中，从发酵0 min起，记录面团发酵体积，每隔15 min记录1次，至90 min为止。
1.3.5 面包比容测定
面包比容测定参照GB/T 20981—2007[18]，采用油菜籽替代法。面包在室温冷却2 h后进行测定。
1.3.6 面包质构特性及硬化速率测定
面包的质构特性和硬化速率测定参照吉梦莹[19]的方法稍作修改。面包样品在室温冷却2 h，冷却完成开始计时为0 h，密封面包并置于常温保藏24 h。面包样品均切成20 mm的薄片，采用质构仪测定。测定参数为：探头P/36、测前速度1.0 mm/s，测试速度1.0 mm/s，测后速度1.0 mm/s，形变量为50%，每个样品平均测定6次。面包芯硬化速率计算如公式(1)所示：
面包硬化速率/(g·h-1)=
(1)
1.3.7 面包芯气孔结构数字分析
将冷却2 h后的面包切片，使用扫描仪进行扫描，扫描频率为600 dpi。采用Image J 软件将扫描图像截取最大矩形面积并转为8-bit灰度图像[20]，利用Otsu thresholding技术对图像进行处理，在处理后图像的不同位置选取30 mm×30 mm图像4次[21]，测定面积>0.1 mm2的气泡的个数、平均面积(average size,AS)、气孔表面分率(area fraction,AF)和气孔稠密度(cell density,CD)[22]
1.3.8 面包芯气孔结构数字分析
面包感官评定参照张猛[23]的方法。由10名熟悉面包感官品质评定的学生和老师(年龄22～40岁)分别从色泽(10 分)、质地(15 分)、形态(30 分)、纹理结构(25 分)、风味口感(20 分)5方面对面包样品进行感官评定。
1.3.9 面包芯气孔结构数字分析
采用SPSS 19.0分析软件中one-way ANOVA 的Duncan法对数据进行方差分析和差异性分析(P<0.05)。
2 结果与分析
2.1 Xyl对米糠面团动态流变学特性影响
储能模量或弹性模量(G′)和损耗模量或黏性模量(G″)是频率扫描的2个重要参数，分别反映了样品力学特性中的弹性本质和黏性强度[24]。损耗角(tanδ)是G″和G′比值，反映样品的综合黏弹性，tanδ值小，代表更硬的刚性样品，反之代表黏性样品[25]。图1分别为添加Xyl后米糠面团的G′、G″和 tanδ值随频率的变化关系图。由图1可知，所有组的G′、G″ 随频率增加而增大，且G′始终>G″，进而导致tanδ<1，这表明面团中弹性所占比例大于黏性，面团呈固态性质。与对照相比，添加Xyl后，米糠面团有更大G′和G″，更小tanδ值，说明添加Xyl可以改善面团黏弹性。GHOSHAL等[26]报道添加Xyl的全麦面团比未添加Xyl的全麦面团具有更高的G′和G″，并认为Xyl有助于谷蛋白二硫键/巯基展开，使蛋白质与蛋白质间形成更加交联的结构，进而使得面团具有更高的G′值。王佳玉等[27]对添加Xyl后的全麦面团流变特性进行研究，发现添加Xyl后的全麦面团相比于未添加Xyl的全麦面团，在酶反应时间15～60 min，所有添加水平均显示出更高的G′和G″。由图1可知，在Xyl添加量为60 mg/kg时，米糠面团显示更高的G′，更低的tanδ值，有较好的黏弹性。
a-储能模量(G′)；b-损耗模量(G″)；c-损耗角(tanδ)图1 米糠面团的储能模量(G′)，损耗模量(G″)和损耗角(tanδ)
Fig.1 Storage modulus(G′)，loss modulus(G″) and loss tangent angle(tanδ)of the dough enriched with rice bran
2.2 Xyl对米糠面团发酵体积的影响
图2为米糠面团在发酵过程中体积随发酵时间的变化。由图2可知，在0 ～ 30 min，面团的体积变化速率较快，在30 min后，面团体积变化趋于平稳，且添加Xyl后米糠面团的体积较对照组面团有更大增长体积，当Xyl添加量为60 mg/kg时，米糠面团具有最大的发酵体积。WANG等[13]报道添加Xyl后，新鲜面团和冷冻面团发酵高度增大，面团持气能力提高。罗昆等[28]研究发现添加Xyl的麦麸面团中水溶性阿拉伯木聚糖含量在搅拌、发酵及烘焙初期3个过程都进一步增加。Xyl能增加面团面筋强度和延展性[29]，使气泡液膜成圆形，改善面团持气性；且Xyl降解产生的小分子糖类物质能促进酵母生长，提高面团产气量，因此添加Xyl后米糠面团发酵体积相比于对照组增大。
图2 Xyl对米糠混粉在发酵过程中面团体积的影响
Fig.2 Effects of xylanase on the volume of the dough enriched with rich bran during fermentation process
2.3 Xyl对米糠面包比容的影响
由图3可知，添加Xyl后面包的比容显著增大(P<0.05)，随着添加量的增加先增大后降低，当Xyl添加量为60 mg/kg时，面包比容最大。这是因为Xyl能降解原料中水不溶性木聚糖为水溶性木聚糖，这些糖与蛋白质结合，增加面团吸水能力，有利于面筋网络结构充分快速扩展和形成，增加面团持气能力，使面团网络结构在烘烤过程中不易破裂合并，面包比容增大。随着Xyl添加量的增加，面团的持水能力降低，影响搅拌后面团的松弛性和黏性，导致面包比容减小[30]。
图3 Xyl对米糠面包比容的影响
Fig.3 Effect of xylanase on specific volume of bread enriched with rice bran
注：不同小写字母表示具有显著性差异(P < 0.05)(下同)
2.4 Xyl对米糠面包质构特性的影响
由表1可知，添加Xyl后面包的硬度和咀嚼性显著降低(P<0.05)，且随着添加量的增加先降低后升高，当Xyl添加量为60 mg/kg时，面包硬度和咀嚼性最低。同时，也可以看到，添加Xyl后，面包的弹性、内聚性和回复性都显著增加(P<0.05)，但不同添加量Xyl之间相比较并没有明显差异。曾洁等[31]研究发现添加Xyl的馒头硬度、胶着性和咀嚼性显著降低，但添加量增大时这些指标明显增高。这可能是由于木聚糖酶水解水不溶性木聚糖为可溶性木聚糖，改善了面筋网络结构，面团变得柔软有弹性，而随着Xyl添加量的增加，由于水解释放大量自由水，使得烘烤过程水分散失过多，进而导致面包的硬度、咀嚼性增加，弹性降低[23]。
表1 Xyl对米糠面包质构特性的影响(x±s, n=4)
Table 1 Effects of xylanase on TPA of bread enriched with rice bran
注：同一列不同小写字母表示具有显著性差异(P<0.05)(下同)
Xyl添加量/(mg·kg-1)硬度/g弹性内聚性咀嚼性回复性01 438.10±28.92a0.79±0.02b0.52±0.01b623.63±38.18a0.17±0.01b301 246.47±36.87b0.83±0.02a0.55±0.01a556.67±28.87b0.19±0.01a601 076.46±63.61d0.84±0.02a0.55±0.01a450.78±38.67c0.19±0.00a901 171.81±33.15c0.83±0.03a0.55±0.01a519.33±3.08b0.19±0.00a1201 217.03±60.61bc0.82±0.03ab0.55±0.01a536.45±15.73b0.18±0.01a
2.5 Xyl对米糠面包硬化速率的影响
面包硬化是面包老化的最明显表现之一，面包芯硬化速率越小面包老化回升率越低[19]。由图4可知，添加Xyl后，面包硬化速率降低，当Xyl添加量为60 mg/kg，面包硬化速率最低，随着Xyl添加量的增加，面包硬化速率有所增大。添加一定量的Xyl后，一方面面团中水溶性木聚糖的相对量增加，水溶性木聚糖分子的链长更易于与蛋白质等大分子结合，优化了面筋网络结构的组成，改善面团性能[32]；另一方面促使水溶性阿拉伯木聚糖的凝胶强度增大，使得产品在储存过程中失水速率和水分迁移速率延缓，持水性保持高，硬度增加相对小[33]。而当Xyl添加量高时，Xyl的添加影响了面包的烘焙品质，因此在贮存24 h后,xyl添加量为90 mg/kg和120 mg/kg组面包的硬度较60 mg/kg组增加大，面包硬化速率增大[34]。
图4 Xyl对米糠面包硬化速率的影响
Fig.4 Influence of Xyl on hardening rate of bread enriched with rice bran
2.6 Xyl对米糠面包芯气孔结构的影响
由表2可知，与对照组面包相比，添加Xyl后，面包芯的气孔结构各参数均发生改变。当Xyl添加量为60 mg/kg时，面包气泡个数、AF值及CD值显著增大(P < 0.05)，而AS值适中。好的面包，气孔分布均匀，且气孔平均面积适中[35]。因此添加适量Xyl有助于改善面包气孔结构。研究报道添加Xyl的面团有更加连续的面筋网络结构[13]，使得面包气孔可以保住更多气体，形成具有薄面包壁和均匀孔隙率的面包。
表2 Xyl对米糠面包芯气孔结构的影响(x±s, n=5)
Table 2 Effects of xylanase on crumb structure of bread enriched rice bran
注：AS值为气泡的平均面积；AF值为气孔表面分率；CD值为气孔稠密度
Xyl添加量/(mg·kg-1)气泡个数AS/mm2AF/%CD/[(cells·(cm2)-1]0430±15e0.60±0.02b28.53±0.65d47.80±1.67e30470±12d0.54±0.01c28.29±0.21d52.27±1.33d60571±7a0.61±0.02b38.50±0.95a63.42±0.78a90542±6b0.49±0.01d29.69±0.41c60.27±0.67b120506±5c0.64±0.01a35.83±0.39b56.27±0.55c
2.7 Xyl对米糠面包感官品质的影响
由图5可知，添加Xyl后的米糠面包色泽评分差异不大，而质地、纹理结构、形态及气味口感评分均高于对照组，这与表1、表2及图3对面包质构、面包芯气孔结构及比容结果一致。WANG等[13]研究报道添加Xyl后，鲜面包和冷冻面团面包的体积和气孔结构评分显著提高，感官总评分最高。随着Xyl添加量的增加，面包感官总评分先增大后降低，当添加量为60 mg/kg时，米糠面包总评分最高。这可能是因为Xyl降解原料中水不溶性木聚糖生成的可溶性木聚糖，增加面团黏度，降低水不溶性木聚糖交联度，进而增加面团吸水性，形成高品质的面包。当Xyl添加量过高时, 会造成水解过度, 导致面团发黏不易成型, 影响发酵和产气，造成面包品质下降[36]。
图5 米糠面包感官评分
Fig.5 Sensory score of bread enriched with rice bran
3 结论
在含有质量分数为15%米糠的小麦面包中添加一定比例的Xyl能改善面团和面包的烘焙品质。研究发现，相比于对照组，添加Xyl后面团的储能模量、损耗模量增大，而损耗角降低，米糠面团的黏弹性得到改善。添加Xyl后，发酵过程中米糠面团体积更大。当Xyl添加量为60 mg/kg时，米糠面团有较好的黏弹性和发酵体积。与对照组相比，Xyl添加量为60 mg/kg，面包比容最大，面包硬度和咀嚼性最小，弹性、内聚性及回复性增大，面包芯的气孔结构最好，硬化率低，面包形态、质地、纹理结构、气味口感得到改善，面包总评分最高。因此，适量Xyl可以改善米糠面团特性，改善面包烘焙品质和面包贮藏特性。
[1] WANG T, KHIR R, PAN Z, et al. Simultaneous rough rice drying and rice bran stabilization using infrared radiation heating[J].LWT-Food Science and Technology, 2017, 78: 281-288.
[2] PATIL S S A, KAR D, MOHAPATRA D. Stabilization of rice bran using microwave: Process optimization and storage studies[J]. Food and Bioproducts Processing, 2016, 99: 204-211.
[3] 杨柳,陈宇飞,王磊,等.低聚木糖对米糠面包贮藏期间保水性的影响研究[J].粮食与油脂,2016,29(6):33-35.
[4] 邹昱成,鞠兴荣,何荣,等.食品配料米糠的研究进展[J].中国粮油学报,2018,33(7): 123-129.
[5] KUSUMAWATY I, FARDIAZ D, ANDARWULAN N, et al. The effect of rice bran stabilization on solubility and molecular weight distribution of protein fraction[J]. International Food Research Journal,2016,23(6): 2 487-2 492.
[6] 杨晓清,赵丽贞,高爱武,等.水分调节对原料米糠微波稳定化的增效作用[J].食品工业科技,2018,39(23):169-174；181.
[7] 徐树来.米糠面包的物性分析及其感官质量的模糊综合评判[J].中国粮油学报,2009,24(3):21-24.
[8] TAGHINIA P， SALEHIE A,SHEIKHOLESAMI Z. Impact of pretreated rice bran on wheat dough performance and barbari bread quality[J]. Journal of Agricultural Science and Technology, 2015, 18(1): 134-144.
[9] XHABIRI G, HOXHA I，SINANI A, et al. Influence of mixed rice bran in the rheological characteristics of dough and quality of bread[J]. Croatian Journal of Food Technology, Biotechnology and Nutrition,2012,7(3-4):167-171.
[10] 王显伦,任顺成,潘思轶,等.木聚糖酶对面团流变性和热力学特性的影响[J].食品科学,2015,36(7):26-29.
[11] KIM M J, KIM S S. Determination of the optimum mixture of transglutaminase, L-ascorbic acid and xylanase for the quality and consumer acceptability of bread using response surface methodology[J]. Food Science & Biotechnology, 2016，25(Suppl 1): 77-84.
[12] GROSSMANN I I, DORING C, JEKLE M, et al. Compositional changes and baking performance of rye dough as affected by microbial transglutaminase and xylanase[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2016， 64(28): 5 751-5 758.
[13] WANG X, PEI D,TENG Y,et al. Effects of enzymes to improve sensory quality of frozen dough bread and analysis on its mechanism[J]. Journal of Food Science & Technology, 2018, 55(1): 389-398.
[14] 吴雨,张淑荣,钟宁,等.微波处理对米糠稳定性及脂肪酸组成的影响[J].食品科学, 2014, 35(19): 77-81.
[15] WANG L, YE F, LI S, et al. Wheat flour enriched with oat β-glucan: A study of hydration, rheological and fermentation properties of dough[J]. Journal of Cereal Science, 2017,75: 143-150.
[16] SUN H, JU Q, MA J, et al. The effects of extruded corn flour on rheological properties of wheat-based composite dough and the bread quality[J]. Food Science & Nutrition, 2019,7(9)：2 977-2 985.
[17] 王洁琼.燕麦和荞麦全粉对面团特性及馒头品质影响的研究[D].无锡:江南大学,2016.
[18] GB/T 20981—2007 面包[S].北京:中国标准出版社,2008.
[19] 吉梦莹.添加挤压膨化燕麦粉对小麦面团性质及面包品质的影响[D].杨凌:西北农林科技大学,2017.
[20] DATTA A K, SAHIN S, SUMNU G, et al. Porous media characterization of breads baked using novel heating modes[J]. Journal of Food Engineering, 2007, 79(1): 106-116.
[21] FARRERA-REBOLLO R R, SALGADO-CRUZ M D L P, CHANONA-PÉREZ J, et al, Evaluation of image analysis tools for characterization of sweet bread crumb structure[J]. Food and Bioprocess Technology，2011,5(2): 474-484.
[22] POJIC M, 
M, et al. Optimization of additive content and their combination to improve the quality of pure barley bread[J]. Journal of Food Science and Technology-mysore, 2017, 54(3): 579-590.
[23] 张猛.复合杂粮面包工艺优化及品质改良研究[D].硕士论文.长春:吉林大学, 2016.
[24] 卢丹妮.不同淀粉对面团特性及馒头品质的影响研究[D].无锡:江南大学, 2018.
[25] JAFARI M, KOOCCHEKIA A, MILANI E. Effect of exrusion cooking on chemical structure, mirphology, crystallinity and thermal prop erties of sorghum flour extrudates[J]. Journal of Cereal Science, 2017,75:324-331.
[26] GHOSHAL G, SHIVHARE U S, BANERJEE U C. Rheological properties and microstructure of xylanase containing whole wheat bread dough[J]. Journal of Food Science Technology, 2017,54(7):1 928-1 937.
[27] 王佳玉,陈凤莲,汤晓智.木聚糖酶对全麦面团特性的影响研究[J].中国粮油学报,2019, 34(9): 7-13.
[28] 罗昆,杨文丹,马子琳,等.发酵麦麸及其面包面团中阿拉伯木聚糖溶解性与酚酸释放研究[J].食品科学,2019,40(4):42-48.
[29] LIU W, BRENNAN M A, SERVENTI L, et al. Effect of cellulase, xylanase and α-amylase combinations on the rheological properties of Chinese steamed bread dough enriched in wheat bran[J]. Food Chemistry，2017,234: 93-102.
[30] 李里特,江正强.焙烤食品工艺学[M].第二版.北京:中国轻工业出版社,2010: 360-364.
[31] 曾洁,高海燕,赵瑞香，等.木聚糖酶对馒头品质的影响及抑制回生的机理研究[J].中国粮油学报,2014, 29(6): 6-10;16.
[32] 李秀婷,李里特,江正强,等.耐热木聚糖酶对面包老化作用探讨[J].食品与发酵工业,2006,32(1):23-27.
[33] 李勇如,李秀婷,朱运平, 等.枝链霉菌S.rameus L2001产木聚糖酶对馒头品质的影响[J].食品科学,2012,33(17):25-29.
[34] 张勤良,王璋,许时婴.中性木聚糖酶在面包制作中的应用[J].食品与发酵工业,2004,30(7):21-25.
[35] 刘彦,黄卫宁,贾春利,等.阿拉伯胶和羧甲基纤维素钠对荞麦面团发酵流变学及烘焙特性的影响[J].食品科学, 2013, 34(17):5-9.
[36] 满永刚.超细大豆皮膳食纤维在面包中的应用[J].农产品加工，2017(5):27-31.