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面粉改良剂

 小麦面粉是人类最主要食物之一,是面制品加工重要原料,其品质好坏直接影响到面制品质量。面粉品质改良剂是专用于改善小麦面粉及其制品品质,延长食品保质期,改善食品加工性能,增强食品营养价值的一类化学合成或天然物质,在现代专用粉配制及面制品生产过程中发挥极其重要作用。
目前国产小麦总体上品质较差,如面筋低、籽粒小、水分高、皮色红、麦毛长、腹沟深、含杂多、最主要原因是优质专用小麦比例低;其次是没有做到专种、专收、专储、专运、专门加工等一条龙管理模式,造成多品种小麦混杂。随着人民生活水平提高,需要食品工业提供高质量、高品位面制品。国家为此已出台一系列宏观调控措施,如对小麦实行优质优价,对劣质小麦退出保护价等;但仅依靠上述措施在近期内也不能完全解决问题,科学合理使用国家标准允许面粉品质改良剂,对改善国产面粉质量,也是一种通用必要补充手段。即便从根本上解决一条龙管理之后,据美国等发达国家食品加工经验,仍需对小麦面粉进行品质改良,因此,面粉品质改良剂研制、开发、创新、应用是一个永恒课题。
1 面粉品质改良剂作用机理和分类
衡量面粉质量最主要指标是面粉筋率大小,这主要由面筋蛋白数量和质量所决定,不同面制品对面粉筋率有不同要求。例如面包、面条需要高筋粉,馒头、画卷、饼干、饺子需要中筋粉,大多数糕点如蛋糕、月饼、桃酥等需要低筋粉,因此,根据不同食品品质要求可分为高筋面粉、中筋面粉和低筋面粉。
对面粉品质改良剂研究和应用已有近百年历史,目前,国内外已开发许多品种面粉品质改良剂,大致可分为以下几类:
1.1 面粉增白剂
面粉增白度取决于带有色素表皮及胡萝卜素,后者导致面粉逐渐变黄、变暗、当胡萝卜素被空气总氧氧化而褪色时,面粉就“熟化”变白;但这种成熟很慢,时间较长,也很不充分,不能满足市场需求。选择一种能使面粉快速“熟化”,且安全无毒,使用方便氧化剂十分重要,其主要用于增强面粉白度,改善面粉色泽,提高面粉等级。增白剂重点用于工业化生产面包、糕点、饼干、馒头、饺子、包子、混沌等高等级专用面粉。低等级面粉因含有营养价值;另外,低等级面粉中还含有较多麸皮。而增加剂对麸皮不起任何作用,因此在低等级面粉中是没有必要使用增白剂。
已开发应用的增白剂有:过氧化苯甲酰、活性大豆粉、二氧化氯、氯气、二氧化氮、四氧化二氨、亚硝酰氯等。
1.2 面粉增进剂
增进剂是最主要面粉品质改良剂,主要用于提高面包、部分面条面粉筋力。增筋剂对面粉强筋作用机理是将面筋蛋白质分子中“-SH-“基氧化成“- S-S-”键,二硫键可使更多蛋白质分子结合成大分子海绵状网络结构骨架、(面粉中淀粉、脂肪、糖类等颗粒填在其中),从而增强面团弹性、韧性、持气性。目前已开发应用的增筋剂有:
(a) 氧化剂类:抗坏血酸、偶氮甲酰胺、过硫酸铵、二氧化氯、氯气、磷酸盐、过氧化钙。
(b) 乳化剂类:离子型乳化剂硬酯酰乳酸钠硬酯酰乳酸钙、双乙酰酒石酸单甘脂等。SSL、CSL为W/O型乳化剂,可与小麦中面筋蛋白结合,增强面筋弹性及稳定性减少糊化,使面团蓬松柔软,且耐揉不粘,缩短面团发酵时间,增大产品体积及防老化。这二种乳化剂是面粉用量最大乳化剂,其作用主要是强筋,同时具有保险等其它作用,可利用微胶囊技术将乳化剂制成粉末状,广泛应用于面粉中。
(c) 酶制剂类:葡萄糖氧化酶、戊聚糖酶。真菌淀粉酶、酯酶、真菌脂肪酶、半纤维素酶、混合酶。
(d) 天然物质:野生沙篙籽、活性大豆粉、谷朊粉等。
1.3 面粉降筋剂
降筋剂实质上是一种还原剂,其作用机理与氧化剂相反,它将面粉面筋蛋白质有大分子结构断裂成小分子结构,从而降低面团弹性、韧性,起到降筋作用。降筋剂主要有还原剂和蛋白酶,用于降低或减弱面粉筋力。还原剂是通过将面筋蛋白质中二硫键还原为硫基;蛋白酶是通过切断面筋蛋白质肽键,二者都是使互相交联在一起大分子面筋网络转变为小分子面筋,从而减弱面团筋力。降筋剂常用在生产饼干、蛋糕软麦吗、粉中。目前,我国国产小麦品质以中筋和低筋为主,故不能盲目使用降筋剂,应以配麦或配粉作为主要技术措施来解决面粉筋力过强问题。已开发应用的降筋剂有:L-盐酸半胱氨酸、山梨酸、焦亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、抗坏血酸、蛋白酶(木瓜蛋白酶、细菌蛋白酶、霉菌蛋白酶、胃蛋白酶、胰蛋白酶)等。
L-半胱氨酸具有还原性,它对面粉影响来自二个方面:其一是可激活面粉中木瓜蛋白酶活性,木瓜蛋白酶可分解面筋蛋白质,从而软化面筋,这种对面筋蛋白质改变不随面团静置时间延长而增加;其二是直接参与氧化还原反应,使-S-S-键还原为—SH基,从而软化面筋。L-半胱氨酸能降低面团弹性,增加延伸性。
蛋白酶主要应用于韧性饼干和发酵饼干中,其通过水解蛋白质切断肽键将面筋蛋白质分子切断成较小分子,达到减弱面筋筋力。降低面团弹性和韧性,提高面团伸展性和延伸性,以利于饼干生产和加工;同时,改善饼干使用品质,口感酥松、入口即化、风味佳,不粘牙、不糊口。 
1.4 发酵促进剂
发酵促进剂是保证面团正常、连续发酵,或加快面团发酵速度的一类添加剂。包括:
(a) 真菌a-淀粉酶:主要用途是补充面包粉中a-淀粉酶活性不足,提供面团发酵过程中酵母生长繁殖是所需能量来源。淀粉酶能将面粉中淀粉连续不断水解成小分子糊精和可溶性淀粉,再继续水解成麦芽糖、葡萄糖,提供给酵母作为生长繁殖能量来源。保证面团正常、连续发酵。使面包体积和比容达到正常保准,内部质构和组织均匀细腻。
(b) 胺盐类:氯化铵、硫酸铵、磷酸铵。提供酵母细胞合成所需氮源,加快细胞合成,促进酵母生长繁殖。
(c) 磷酸盐:磷酸二氯钙提供酵母生长繁殖所需钙源。
1.5 膨松剂
面粉膨松剂可分为化学膨松剂和生物膨松剂两类。化学膨松剂又分为碱性膨松剂和酸性膨松剂,前者提供二氧化碳,后者提供反映时H+碱性膨松剂主要有碳酸盐和碳酸氢盐、酸性膨松剂主要有酒后酸氢钾、硫酸铝钾、葡萄糖酸内酯及各种酸性磷酸盐。常用的生物膨松剂为酵母,酵母在发酵过程中,由于酶类作用,使糖类发酵生成乙醇及二氧化碳气体,而从使面团引起,体积增大,并具有弹性,同时产生醛、酮、酸等风味物质。
1.6 营养强化剂
作为磨制面粉原料-小麦,原本各种维生素和矿物质并不缺乏,但由于大部分分布在皮层和胚芽中,这些维生素和矿物质在加工过程中大量被损失掉。为了恢复在加工过程中的损失维生素和矿物质,可将这些维生素和矿物质人为再添加如面粉中,诸如维生素B1、B2、铁、钙、小麦胚芽粉、烟酸及其它复合型添加剂。
1.7 增稠剂
主要增强面团粘度,提高面团强度和面筋网络稳定性,并能提高面团持气和膨胀能力,增大产品比容和体积。常用的增稠剂有:海藻酸钠、黄原胶、CMC、瓜尔豆胶等。 

2面粉品质改良剂发展趋势
2.1 天然,安全,高效是面粉改良剂开发主要方向
随着对环境及食品安全问题日益重视,回归大自然,崇尚绿色消费,已成为一种潮流。因此十多年来,我国食品添加剂行业,提出大力开发“天然、营养、多功能性添加剂”发展方针。国家发改委、国家规划中也指出,天然、营养、多功能且安全可靠是我国食品添加剂发展方向。
为了消费者健康及根据国家产业政策,面粉品质改良剂亦应走食品添加剂天然、营养、多功能发展道路。当然天然不一定时天然原料提取物,也包括虽是化学合成,但其化学结构与天然物相同物;还有些生物合成物,进人体内能代谢转化成营养和能量,这些应视之同天然物。像面食品质改良剂中常用乳化剂和酶制剂,很多乳化剂原料是由脂肪酸、食用有机酸和糖醇或甘油合成;近年新开发中短链脂肪酸乳化剂,尚具有降脂功能。而酶制剂本身是一种蛋白质,这些添加剂人体能吸收代谢,不会积累,应是较安全食品添加剂。目前,国内外在总结百余年食用人工合成面粉改良剂历史后,即限制、逐步减少人工合成制品使用,通过立法程序达到禁止使用毒性较大化学合成面粉品质改良剂;同时,积极研制、开发纯天然、安全无害面粉改良剂已成为历史必然发展阶段,如使用乳化剂SSL和CSL、谷朊粉、Vc、天然野生沙篙籽。通过复合配置成能代替溴酸钾新型面粉品质改良剂。
3  生物改良剂开发
酶是一类具有高度专一性生物催化能力蛋白质,一般从生物体内提取制成酶制剂。酶制剂在食品中应用广泛,在食品工业中属加工助剂类添加剂。生产酶制剂原料有动物性、植物性和微生物性,随着科学科技发展,近代酶制剂主要来源多为微生物性。目前已知酶制剂有近百种,常用的有30多种,如在烘焙工业中应用的麦芽和微生物a-淀粉酶已有数十年历史。酶是一种纯天然生物制品,是标准绿色食品源,在崇尚天然食品今天,酶不仅在烘焙食品和其它面制食品加工中越来越起到重要作用;而且,近几年在面粉工业中应用愈来愈引起人们重视,在专用粉生产和通用粉改造中,各种酶制剂发挥着不可忽视作用。目前常见酶制剂包括:
3.1 葡萄糖氧化酶
葡萄糖氧化酶,系统名为葡萄糖氧化还原酶,最先于1928年在黑曲霉和灰绿青霉中发现,在有氧参与条件下,葡萄糖氧化酶能催化葡萄糖氧化成葡萄糖酸内酯,产生过氧化氢,所生成H2O2在过氧化氢酶作用下,分解成H2O和[O][10].
葡萄糖氧化酶具有高度专一性,它只对葡萄糖分子C1上羟基其作用,而对C1上a-羟基几乎不起作用。葡萄糖氧化酶用于面粉中,面筋蛋白中硫基将会被氧化形成二硫键,从而增强面团网络结构,使面团具有良好弹性和耐机械搅拌性。H2O2是面团中起作用的活性成分,研究表明,添加葡萄糖氧化酶的面粉和哦哦面团水溶性抽提物中-SH基含量明显下降,这说明由GOD催化葡萄糖氧化所产生H2O2氧化-SH基,生成二硫键,从而强化面团。
将葡萄糖氧化酶与硬质酰乳酸钠,谷朊粉。维生素C等面粉改良剂复配,在面粉中使用,研究其对面团流变特性影响,结果表明,葡萄糖氧化酶与其它面粉改良剂复配使用,可显著改善面粉粉质特性和拉伸特性。GOD作为面粉品质改良剂组成成分,是生物工程技术在面粉品质改良方面一大突破,并认为可代替溴酸钾对面粉品质进行改良。
3.2 淀粉酶
根据淀粉酶对构成淀粉糖苷键作用不用,淀粉酶可分为a-淀粉酶、b-淀粉酶和葡萄糖淀粉酶。其中a-淀粉酶主要存在于小麦籽粒胚乳部分,而b-淀粉酶主要存在于小麦籽粒皮层和糊粉层,因此精制粉中主要是a-淀粉酶、b-淀粉酶用于补充面包粉中酶活力不足,提供面团发酵过程中酵母生长繁殖时 所需能量来源。它能将面粉中损伤淀粉连续不断水解成麦芽糖、葡萄糖,从而保证面团正常连续发酵。淀粉酶来源较多,有细菌淀粉酶,保证a-淀粉酶用量稍多时也对面包等食品质量影响较小,需选用热稳定性较低真菌a-淀粉酶。如果选用高于淀粉糊化温度的细菌淀粉酶和麦芽粉,则易出现面包粘心。长期以来,馒头老化回生是限制我国主食品工业化发展一大障碍,因此,在馒头专用粉生产中麦芽糖a-淀粉酶有很好应用前景。b-淀粉酶一般可配合a-淀粉酶使用,其可快速减少a-淀粉酶水解产物并保持面团持水性。
3.3 脂肪氧合酶
面包心色泽部分是有面粉天然存在黄色素一类胡萝卜素所造成的。1kg小麦面粉约含3mg类胡萝卜素,其中主要是叶黄素。过氧化苯甲酰是最普遍使用面粉漂白剂,但它仅在某些国家允许使用,过氧化苯甲酰主要影响面粉中亲脂色素。脂肪氧合酶是大多数欧洲国家允许使用漂白酶制剂,其中两种类型氧化还原酶可对面粉中色素进行漂白:过氧化氢酶和过氧化物酶。对氧化氢酶将过氧化氢转变为水和氧气;过氧化物酶可催化一些芳香胺及酚类氧化。过氧化物酶有较好漂白性,尤其是在亚油酸存在条件下,同时它还对面团有其他积极影响,如面包面团中蛋白质之间交联。改善稠度、面包芯结构及柔软性等。另外,在面粉中加入脂肪氧合酶后,该酶可催化分子氧对具有戊二烯1,4双键的油脂作用,生成氢过氧化物具有氧化作用,可将硫基氧化为二硫键,从而使面筋筋力加强,同时还可消除面粉中蛋白酶激活因子-SH,防止面筋蛋白水解。
脂肪氧合酶主要缺点是它会对产品风味产生不良影响,酸败也限制脂肪氧合酶在面包中使用。例如脂肪氧合酶作用于大豆粉时,其中脂类生成氢过氧化物,而它们易转变成引起食品风味恶化的羟基化合物。
 3.4 木聚糖酶和戊聚糖酶
木聚糖酶和戊聚糖酶均能调整面团性能,增大面包体积,特别是在欧式面包中应用很广。传统面包工艺多采用戊聚糖酶,戊聚糖酶又称纤维素酶,其对水不溶性戊聚糖作用主要是使其增溶,因面粉中水不溶性戊聚糖对面包品质有消极影响,它使面包体积减小,面包瓢质构变差,品质恶化。而水溶性戊聚糖则对面包品质起到积极作用,水溶性戊聚糖吸水性强,糖度高,可增强蛋白质膜强度和弹性,在焙烤使降低CO2分散速度,提高面团持气性;且使气体分布更均匀,气泡大小和稳定性都得到改善。戊聚糖酶对水不溶性戊聚糖增液作用,一定程度上减少水不溶性戊聚糖消极影响,提高面包品质。随着生物技术发展,由基因变性微生物制得木聚糖酶比传统戊聚糖酶更优越。如诺和诺德公司木聚糖酶比戊聚糖酶纯化,副酶活力少,制品性质更稳定,用量也少,故其正逐步替代戊聚糖酶制剂,改善加工性能,改进面包瓢质构,增大面包体积。但木聚糖酶和戊聚糖酶添加过量时,会使面粉中戊聚糖过度降解,从而破坏面粉中戊聚糖的水结合能力。使面团发粘。
3.5 蛋白酶
面粉根据蛋白质含量高低可分为高筋粉、中筋粉和低筋粉。蛋白酶可用来处理筋力过强面粉,蛋白酶作用于还原剂打断二硫键交联相似,但它们作用存在不同。二硫键还原是可逆的,而肽键断裂是不可逆的,一旦面筋链被蛋白酶水解,面粉便变为偌弱力粉。另一点不同是在反应速率与程度上,还原剂很快作用于面团,且每个分子仅作用一次;而蛋白酶作用则较缓慢,作为催化剂一直作用至变性。前者面筋软化数量取决于所加还原剂量,而后者则取决于加入酶量及蛋白酶所作用时间。过量蛋白酶能使面团变粘,导致面包质量下降,这归因于决定面团强度主要因素-面筋蛋白水解。同时,蛋白酶也作用于蛋白质和多肽形成多肽和氨基酸,制作面包时添加蛋白酶会使面团中多肽和氨基酸含量增加,而氨基酸是形成香味中间产物,多肽则是潜在滋味增强剂、氧化剂、甜味剂或苦味剂。蛋白酶种类不同,产生羟基化合物也不同,若蛋白酶不含产生异味酯酶,适量添加有利于改善面包香味。
3.6 微生物转谷氨酰胺酶
微生物转谷氨酰胺酶广泛应用于蛋白质改性。它是一种胞外酶,其催化活性并不依赖Ca++。转谷氨酰胺酶催化食品蛋白质中。加入MTGase食品蛋白质发生聚合作用及凝胶化作用,通过改变其理化性质可能会影响许多食品质量。
麦醇溶蛋白及高分子量麦谷蛋白是MTGase作用底物、MTGase对面团性质影响包括延伸性、粘性及持水性改善及最终烹调胡或焙烤制品质量,这些主要是由于面筋中谷酰基间交联,从而加强面筋网络结构。尽管MTGase和L-抗坏血酸都可作为面粉改良剂,它们通过在蛋白质间形成分子内或分子间共价键而作用;但两种添加剂对面粉粘弹性影响不同。L-抗坏血酸在面团氧化过程中起中介作用,首先被氧化成脱水抗坏血酸;而MTGase对面团改良剂效应则归因于面筋中G-L键生成。与L-抗坏血酸相比,MTGase是一种更有潜力焙烤改良剂,添加很少剂量MTGase就会使面团性质发生明显改变。