王景會,劉景圣*,閔偉紅,修 琳,王寶石
(1.吉林農業(yè)大學食品科學與工程學院,吉林 長春 130118;2.吉林省農業(yè)科學院農產(chǎn)品加工研究中心,吉林 長春 130033)
生物酶修飾對于玉米粉品質的影響
王景會1,2,劉景圣1,*,閔偉紅1,修 琳1,王寶石1
(1.吉林農業(yè)大學食品科學與工程學院,吉林 長春 130118;2.吉林省農業(yè)科學院農產(chǎn)品加工研究中心,吉林 長春 130033)
為了改善玉米的加工及食用品質,同時開發(fā)生物酶在食品行業(yè)應用的新途徑。采用枯草芽孢桿菌和黑曲霉分泌的生物酶對玉米粉進行修飾改性,結果表明:經(jīng)過兩種酶修飾后,玉米粉的真蛋白含量、總淀粉含量明顯下降,直鏈淀粉含量、溶解度有所增加,枯草芽孢桿菌胞外酶修飾玉米粉的保水力、凝膠膨脹率和黏度都有所提高,而黑曲霉胞外酶修飾玉米粉的保水力、凝膠膨脹率和黏度都有所降低。在物性測定方面,兩種酶修飾后玉米面團的延展性、韌性等都大幅度增加,具有加工面條、水餃等主食品的潛力,說明玉米粉的加工及食用品質得到了明顯的改善。
枯草芽孢桿菌;黑曲霉;生物酶;玉米粉;品質
我國是世界玉米第二生產(chǎn)大國,玉米的種植面積和產(chǎn)量都僅次于水稻,居于糧食作物第二位[1]。玉米曾經(jīng)是我國北方地區(qū)人民最重要的主食品之一,隨著人民生活水平的不斷提高及玉米主食品自身的食用品質差,口感粗糙等因素逐漸淡出了人們的生活。然而,玉米具有豐富的營養(yǎng)和重要的保健作用[2-4],玉米中除了含有碳水化合物、蛋白質、脂肪、胡蘿卜素外,還含有約為稻米、小麥的5~10倍的核黃素等多種維生素,這些物質對預防心臟病、癌癥等疾病有很大的作用[5]。
枯草芽孢桿菌與黑曲霉都是美國FDA公布的安全菌種[6],枯草芽孢桿菌可以分泌包括淀粉酶、蛋白酶在內的十幾種酶類,目前大約有50%工業(yè)用酶是通過該類菌發(fā)酵生產(chǎn)的[7-9]。黑曲霉也具有強大的酶系,除分泌淀粉酶外,還能大量分泌蛋白酶、糖化酶等[10-11],利用上述兩種微生物生產(chǎn)的酶制劑已被廣泛應用于發(fā)酵工業(yè)及食品行業(yè)[12-14]。本研究采用枯草芽孢桿菌和黑曲霉分泌的生物酶對玉米粉進行修飾改性,改善其加工及食用品質,探討改性后玉米粉制作主食品的可行性,同時,開發(fā)生物酶應用于食品行業(yè)的新途徑。
1.1 材料與菌種
玉米粉:普通黃色凹齒玉米粉,由吉林省農業(yè)科學院提供。
黑曲霉(Aspergillus niger)由吉林農業(yè)大學食品科學與工程學院保存;枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis)由吉林省農業(yè)科學院食品生物技術實驗室分離鑒定。
1.2 儀器與設備
MLS-3780高壓蒸汽滅菌鍋 日本Sanyo公司;HZQF160全溫搖床 哈爾濱東聯(lián)電子科技開發(fā)有限公司;RC高速冷凍離心機 美國Thermo公司;BX51+DP71正置熒光顯微鏡 日本Olympus公司;101A-1ET電熱鼓風干燥箱 上海實驗儀器廠有限公司;IDENT803201微型黏度糊化儀 德國Brabender公司;TA-XT Plus物性測定儀 英國Stable Micro System公司。
1.3 培養(yǎng)基及胞外粗酶液的制備
LB培養(yǎng)基:蛋白胨10g、酵母浸粉5g、氯化鈉5g,pH7.0,用雙蒸水定容至1000mL,121℃滅菌20min,配制固體培養(yǎng)基時加入瓊脂粉15g。
PDA培養(yǎng)基[15]:馬鈴薯200g去皮,切成1cm左右的正方體塊,加入雙蒸水800mL煮沸20min,兩層紗布過濾,濾液加入葡萄糖20g、瓊脂粉15g,充分融化后定容至1000mL,121℃滅菌20min。
麩皮發(fā)酵培養(yǎng)基:15.5g麩皮加入雙蒸水10mL,121℃滅菌20min。
取在LB平板上活化的枯草芽孢桿菌,接入到LB液體培養(yǎng)基中,37℃、220r/min振蕩培養(yǎng)16h,4℃、8000r/min離心10min,上清液即為該菌分泌的粗酶液。用適量的雙蒸水將PDA平板上活化的黑曲霉孢子洗下,并稀釋成1×108個/mL的孢子懸液,取上述孢子懸液10mL接入麩皮發(fā)酵培養(yǎng)基,30℃靜置培養(yǎng)120h,在黑曲霉麩皮發(fā)酵培養(yǎng)基中加入質量濃度0.4g/100mL的氯化鈉無菌水100mL,30℃、150r/min浸提4h,4℃、8000r/min離心20min,上清液即為黑曲霉分泌的粗酶液。
1.4 生物酶對于玉米粉的修飾改性
玉米粉分別加入適量的上述兩種微生物發(fā)酵的粗酶液,45℃、150r/min反應72h后離心,沉淀于45℃烘干后粉碎過100目篩待用。
1.5 生物酶修飾對于玉米淀粉顆粒形態(tài)的影響
用透明膠條黏附少許淀粉樣品貼于載玻片上,于顯微鏡下用400倍油鏡觀察。
1.6 生物酶修飾后玉米粉中淀粉及真蛋白含量的測定
1.6.1 真蛋白含量測定[6]
為了防止可能來源于粗酶液或玉米蛋白水解產(chǎn)生的氨基酸等含氮物對測量結果的影響,在玉米粉的水溶液中加入過量CuSO4,在堿性條件下,純蛋白被Cu(OH)2沉淀,用水洗去水溶性含氮物,沉淀部分烘干后參照GB/T 14771—1993《食品中蛋白質的測定方法》測定。
1.6.2 總淀粉、直鏈淀粉含量測定
采用Megazyme公司總淀粉、直鏈淀粉試劑盒(AM/ AMP 01/96)和國際谷物科學與技術協(xié)會的方法ICC standard method No.168測定。
1.7 玉米粉溶解度、保水力和凝膠膨脹率測定[16]
準確稱量玉米粉0.3~0.4g(精確到0.0001g)加入10mL蒸餾水,置于15mL帶有刻度的離心管(需先稱量好其質量)中,渦旋振蕩器上先混合5min,25℃再平衡5min后置于92.5℃水浴中保溫30min,然后放在冰水浴中1min,25℃繼續(xù)平衡5min,5000r/min離心10min,將上清液小心地倒入鋁鉑(需事先稱量使其質量恒定)中烘干(105℃、2h),分別稱量離心管及干燥好的鋁鉑的質量,測定凝膠體積。
1.8 玉米粉糊化性質測定[17]
準確稱量玉米粉9.8g,加入105mL蒸餾水混勻。測定的條件為:轉速250r/min,從30℃以7.5℃/min的速率升溫至93℃,保溫5min后,以7.5℃/min的速率降溫至50℃,保溫1min。
1.9 玉米面團的質構特性(TPA)測定[16]
取玉米粉10g,加入蒸餾水9mL和成面團,室溫條件下放置10min,做成約0.5cm厚的面餅,用取樣器(直徑為20mm)取樣測定,物性儀選用的探頭為P/36R,測定的條件為:測量前速率1.00mm/s,測量速率2.00mm/s,測量后速率2.00mm/s,壓縮率為50.00%,兩次壓縮間隔5.00s,強制觸發(fā)力 5.0g,觸發(fā)距離2.000mm。
2.1 玉米粉顆粒的顯微觀察
圖1 淀粉顆粒的顯微觀察Fig.1 Micrograph of starch granules
圖1分別為生物酶修飾前后淀粉顆粒形態(tài)的顯微照片,可以看出玉米淀粉顆粒都呈多邊形[18],酶的修飾并沒有引起淀粉顆粒崩潰,而是滲入淀粉顆粒內部[17],通過改變淀粉的分子結構,分子取向等發(fā)生作用,進而改變玉米粉的品質[19-20]。同時,淀粉顆粒中小顆粒的淀粉也有所增加,這與閔偉紅[16]報道的結果相類似。吳俊等[21]的研究表明,玉米淀粉粒度的下降,會導致相對分子質量下降,直鏈淀粉含量相對增加等。
2.2 生物酶修飾對于玉米粉真蛋白含量的影響
表1 不同生物酶修飾玉米粉的真蛋白含量Table 1 Protein contents of corn flour subjected to different treatments
由表1可知,經(jīng)過枯草芽孢桿菌或黑曲霉分泌的胞外酶修飾改性,玉米粉中真蛋白含量由6.36%分別下降到5.33%和5.51%,相對含量分別下降了16.19%和13.36%。這是由于兩種微生物都可以分泌大量的蛋白酶[22-24],降解了玉米中的蛋白質,同時也破壞了蛋白質與淀粉的絡合結構[25],促使了淀粉純化,這都有利于玉米粉品質的改善。
2.3 生物酶修飾對于玉米淀粉含量的影響
表2 不同生物酶修飾玉米粉的總淀粉、直鏈淀粉含量Table 2 Amylose and total starch contents of corn flour subjected to different treatments
玉米粉的主要成分是淀粉,淀粉的組成即支鏈淀粉與直鏈淀粉的比例及直鏈淀粉的含量,對玉米粉的品質有很重要的影響[26],由表2可知,兩種生物酶的修飾都可以促使玉米粉中總淀粉的含量下降和直鏈淀粉含量增加,這可能是因為生物酶的水解作用,致使玉米粉的干物質含量有所下降,同時兩種菌分泌的淀粉酶主要作用于支鏈淀粉,所以直接導致了總淀粉含量的下降和直鏈淀粉含量的相對增加。
2.4 玉米粉的凝膠性質
保水力即淀粉吸水膨脹的能力。由圖2可知,與對照相比,枯草芽孢桿菌胞外酶修飾玉米粉的保水力及凝膠體積膨脹率都有所提高,而黑曲霉胞外酶修飾玉米粉的保水力及凝膠體積膨脹率都有所降低。較高的保水力,意味著相同條件下淀粉顆粒能夠吸收更多水分,更多水分的吸收則有利于凝膠的形成,或者促使凝膠在較低的溫度下形成[27],同時凝膠體積膨脹率越大,淀粉凝膠的彈性越好[16,27]。由圖3可知,兩種酶處理玉米粉的溶解度都明顯提高,溶解度的提高將會直接導致玉米粉干物質含量的減少,這與2.3節(jié)中,兩種生物酶的修飾都可以使玉米粉中總淀粉含量下降的結果互為驗證。
圖2 不同生物酶修飾玉米粉的凝膠體積膨脹率和保水力Fig.2 Gel dilatability and water-holding capacity of corn flour subjected to different treatments
圖3 不同生物酶修飾玉米粉的溶解度Fig.3 Solubility of corn flour subjected to different treatments
2.5 玉米粉的糊化性質
表3 不同生物酶修飾玉米粉糊化特征值Table 3 Viscosity of corn flour subjected to different treatments
由表3可知,與對照相比,經(jīng)過胞外酶的處理兩種玉米粉的糊化溫度(A點)都有所提高,只是黑曲霉處理玉米粉的糊化溫度提高幅度更大,說明生物酶處理的玉米粉都需要在更高的溫度下發(fā)生糊化。在黏度方面(B、C、D、E、F點),黑曲霉處理玉米粉黏度的值都明顯低于對照,說明黑曲霉胞外酶修飾降低了玉米粉糊的黏度,而枯草芽孢桿菌處理的玉米粉,除B點峰值黏度略有降低外,其他的黏度值都高于對照,說明增加了玉米粉糊的黏度,這可能是因為不同微生物分泌的酶系不同,造成玉米粉中淀粉、蛋白等水解程度不同造成的。兩種玉米糊的熱穩(wěn)定性(|B-D|)都顯著提高,而玉米糊的冷黏度穩(wěn)定性(|E-F|)都變化較小。黑曲霉胞外酶處理的玉米粉糊凝沉性((E-B)/B)明顯高于對照及枯草芽孢桿菌處理的玉米粉,凝沉性強意味著淀粉顆粒的保水能力差,進而導致玉米粉凝膠的體積膨脹率降低。
2.6 玉米面團的TPA測定
物性分析儀主要是通過對距離、時間和作用力這三者相互作用關系的處理和分析,獲得對實驗對象的物性測試結果。它完全可以將難以表述的人的感覺,轉化為可量化的、具體的電子數(shù)字訊號,因此可大大減少食品分析過程中主觀因素造成的誤差,提高食品分析的準確性、 可靠性和可操作性[28]。物性分析儀能同時測試產(chǎn)品的多項特性指標,如彈性、膠著性、凝聚力、回復性等[29]。
表4 玉米面團TPA測試數(shù)據(jù)分析結果Table 4 TPA parameters of corn flour dough subjected to different treatments
由表4可知,通過兩種酶修飾后,玉米面團的各項物性指標都得到了明顯的改善,凝聚力增大,說明經(jīng)生物酶處理的玉米粉分子內部間結合力增大,即處理后玉米淀粉形成凝膠的網(wǎng)絡增強,而凝膠的網(wǎng)絡強度與直鏈淀粉含量有關[16],這與2.3節(jié)中直鏈淀粉含量增加相一致。彈性、回彈能力的增強表明玉米面團的延展性較好,同時,膠著性、咀嚼力增大表明玉米面團更有韌性。
玉米由于不含有面筋蛋白,所以缺乏黏彈性,柔韌性也很差,不適合加工主食品,通過合適的方法使其改性,形成類似小麥粉的應用性質,是解決玉米粉制作食品的關鍵問題[30]。本研究采用枯草芽孢桿菌和黑曲霉分泌的生物酶對玉米粉進行修飾改性,測定了生物修飾酶對玉米淀粉及蛋白的影響,同時,通過對玉米粉凝膠性質、糊化性質和玉米面團物性的測定證明,生物酶修飾后尤其是枯草芽孢桿菌胞外酶修飾后,玉米粉糊的黏度、玉米面團的延展性、韌性等都大幅度提高,說明生物酶修飾的玉米粉有做餃子、面條等主食品的潛力。同時,也說明枯草芽孢桿菌胞外酶可以應用于玉米粉的修飾改性。
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Effect of Enzymatic Modification on Corn Flour Quality
WANG Jing-hui1,2,LIU Jing-sheng1,*,MIN Wei-hong1,XIU Lin1,WANG Bao-shi1
(1. College of Food Science and Engineering, Jilin Agricultural University, Changchun 130118, China;2. Center of Agro-food Technology, Jilin Academy of Agricultural Sciences, Changchun 130033, China)
In order to improve the processing characteristics and eating quality of corn and develop a new approach for the application of microbial enzymes in the food industry, corn flour was modified by enzymes from Bacillus subtilis or Aspergillus niger. The results indicated that the contents of starch and protein in corn flour decreased significantly after both enzymatic treatments, while amylose content and solubility increased. The water-holding capacity, swelling power and viscosity of corn flour were increased after treatment with crude extracellular enzyme from Aspergillus niger but decreased after treatment with crude extracellular enzyme from Aspergillus niger. Both enzymatic treatments could result in a considerable increase in the extensibility and resistance of corn flour dough, thereby having the potential for applications in noodles, dumplings and other staple foods. In conclusion, enzymatic modification can be used to improve the processing characteristics and eating quality of corn flour.
Bacillus subtilis;Aspergillus niger;biological enzyme;corn flour;quality
TS201.1
A
1002-6630(2012)11-0008-04
2011-07-22
國家“863”計劃項目(2008AA100802)
王景會(1976—),女,副研究員,博士研究生,研究方向為農產(chǎn)品深加工。E-mail:wjhjaas@yahoo.com.cn
*通信作者:劉景圣(1964—),男,教授,博士,研究方向為糧食深加工。E-mail:liujs1007@vip.sina.com.cn