小麦中的淀粉酶及其研究进展摘要:从各个方面来研究了小麦中淀粉酶的功能作用以及它的作用机理,通过研究可知,小麦中的а-淀粉酶和β-淀粉酶对食品的品质的影响起着重要的作用。
并通过国内外的研究进展来进一步说明小麦中淀粉酶的研究是很有必要的。
最后提到了淀粉酶的添加来弥补某些淀粉酶不足以满足食品加工的小麦。
本文主要从小麦中的淀粉酶研究意义,国内外小麦中的淀粉酶的研究近况以及未来的发展方向进行了较为全面的综述。
关键词:小麦;淀粉酶;研究进展在活细胞中进行着大量的化学反应的特点是速度很快,且能有秩序的进行,从而使得细胞同时能进行各种降解代谢及合成代谢,以满足生命活动的需要。
生物细胞之所以能够在常温常压下以极高的速度和很大的专一性进行化学反应是由于其中存在一种称为“酶”的生物催化剂。
而在小麦的生长,储存,加工等环节中,其中存在的酶就具有非常重要的作用,小麦中的酶会影响着小麦的储存,加工等品质。
小麦粉中的淀粉酶主要有3类,即а-淀粉酶,β-淀粉酶和葡萄糖淀粉酶。
其中与面包烘焙有关的主要是а-淀粉酶和β-淀粉酶,而且а-淀粉酶与小麦的储藏品质也有着极其密切的关系。
所以对小麦中的淀粉酶进行研究是十分有必要的。
1.研究小麦中的淀粉酶的意义小麦中的淀粉酶主要有а-淀粉酶,β-淀粉酶和葡萄糖淀粉酶这三类。
面粉有很多用途,可以制成各种不同的成品食品。
而面粉大多数都是小麦面粉,可见要研究面粉就的研究小麦,并且小麦中的а-淀粉酶,β-淀粉酶与面包烘焙有关,而且а-淀粉酶与小麦的储藏品质也有着极其密切的关系。
所以研究小麦中的淀粉酶是非常有意义的。
通过研究可以更好地把握不同小麦品种的淀粉酶的性质,来改善淀粉酶,从而来改进食品品质。
1.1小麦中的а-淀粉酶对面包品质的影响大量的研究已证实,由于淀粉酶在发酵过程中对淀粉分子进行了有益的修饰,进而改善了面包的质地、体积、颜色、货架寿命等方面的性质,具体影响如下[1,2]:1.1.1 а-淀粉酶对面包品质的影响○1а-淀粉酶能增大面包体积。
а-淀粉酶是通过适当阻止面筋的形成来使面包体积增加的,而适度的а-淀粉酶作用可缩短面团发酵时间,来增大面包体积。
○2对面包表皮色泽和风味的影响。
а-淀粉酶在提供发酵底物的情况下,适量产生的剩余还原糖可参与美拉德反应,赋予面包表皮棕黄色的色泽,同时通过脱水糖、糠醛、还原酮、芳香羰基化合物等反应产物配合发酵形成的芳香物质而赋予面包香味。
1.1.2 а-淀粉酶对面包质构的影响○1а-淀粉酶能赋予面包良好的质地。
淀粉酶对于烘焙面包质地的影响主要体现在粘度、粒度、硬度和弹性等几个方面。
а-淀粉酶活性适中时可达成一定的平衡,有助于软化面包心。
,产气能力与持气能力相配合,均适中的а-淀粉酶活性能使酵母均匀地进行发酵,产生CO2匀扩张,相应产生均匀的面包心粒度。
综合来看,合适的а-淀粉酶活性既可使面包的硬度较小,又可使弹性较大,从而通过控制а-淀粉酶活性可使这两种质地特性达到最佳水平。
○2а-淀粉酶能防止面包老化,延长货架寿命。
在长期贮存后,面包皮从空气或面包心中吸水而丧失原有的疏松性,变得坚韧并出现皱折,面包心丧失其柔软和膨胀性能,变得无弹性、干燥、易掉屑、香味丧失。
研究表明,若面团具有较高淀粉酶分解能力则不易老化。
在烘焙的最初阶段,а-淀粉酶活性可形成较软的面包心,并在烘焙后能保持好几天。
1.2小麦中的淀粉酶在焙烤食品中的作用用作焙烤食品面粉来源的小麦含有一些天然存在的酶,这些酶对小麦的发芽和生长是必需的。
这些酶在焙烤工艺中亦十分重要,没有它们,焙烤加工便不可能。
小麦中主要有а-淀粉酶和β-淀粉酶。
а-淀粉酶能水解淀粉、直链淀粉、麦芽糊精和寡糖中а-1,4糖昔键,并且а-淀粉酶是糊精化酶,随机作用于糊化淀粉,不能作用于β-糖昔键,另外由于а-淀粉酶的作用使淀粉分子变小,更有利于β-淀粉酶的作用,这样使面团中酵母可利用的糖量增加,促进酵母的代谢。
这对目前采用快速发酵法生产面包来说是很重要的。
同时由于а-淀粉酶的作用,产生过多的还原糖,有利于增加面包的风味、表皮色泽,并改善面包的纹理结构,增大面包体积。
而β-淀粉酶有糖化作用,它从淀粉链的非还原端产生β-麦芽糖,但只能作用于凝胶化淀粉,不能作用于完好的淀粉,对碾磨破坏的淀粉作用速度较低。
未发芽的小麦粉含有大量β-淀粉酶和少量а-淀粉酶,β-淀粉酶热稳定性差,只能在面团发酵时起作用 [3,4]。
2.国内外对小麦中的淀粉酶的研究进展2.1国内对小麦中的淀粉酶的研究进展1997年,孟庆红研究了淀粉酶的作用机理及在面包和饲料中的应用。
文章中讲述了,在面包生产工艺中,面团发酵和面包焙烤两重要工序的工艺效果与淀粉酶的作用是密切相关的。
生产面包的主要原料小麦粉含有一定的а-淀粉酶和β-淀粉酶,正常小麦粉а-淀粉酶活力不足。
在面团的发酵阶段,二者同时对淀粉起水解作用,产生供酵母利用的可发酵性糖,使面团起发。
但在面包的焙烤阶段,因β-淀粉酶热稳定性较差,已钝化失活,不再起水解作用。
而а-淀粉酶热稳定性较强,在面包焙烤至淀粉糊化(60~64℃)温度后,水解作用仍在进行。
这对增大面包体积,提高面包柔软度、延缓面包老化速度具有很大作用[5]。
2000年,王若兰研究了发芽小麦а-淀粉酶活性。
作者在文章中研究了发芽小麦а-淀粉酶活性与小麦的发芽温度与发芽时间之间的关系。
并利用响应面分析法,通过不同发芽温度与不同发芽时间组合,可得出а-淀粉酶活性与发芽时间、发芽温度的二元二次方程。
另外,降落值的高低可以间接地反映а-淀粉酶活性情况,а-淀粉酶活性越高,则降落值越低, а-淀粉酶活性越低则降落值越高。
最后得出发芽小麦和发芽时间是影响芽麦粉的а-淀粉酶活性的主要因素,芽麦粉的降落值与а-淀粉酶活性有关,因此发芽温度和发芽时间也是影响降落值的主要因素[6]。
2003年,张海萍,阎长生,肖世和进行了小麦迟熟а-淀粉酶的研究进展。
结果显示:迟熟а-淀粉酶,它在某些品种籽粒成熟后期的合成能够导致成熟籽粒中含有较高水平的а-淀粉酶活性以及相应较低的降落数值,从而造成穗发芽的发生[7]。
2005年,苏东民,魏雪芹研究了发芽对小麦及面粉品质的影响。
文中指出,小麦发芽通常包括两种,一种是小麦遭遇雨淋导致的穗发芽,另一种是对正常小麦所进行的控制性发芽处理。
无论哪种形式的发芽,都对小麦及其面粉品质产生多方面的影响。
探讨发芽对小麦籽粒和制粉品质、面团及烘焙特性的影响。
路茜玉指出,а-淀粉酶只有在小麦发芽时大量产生,正常情况下,小麦籽粒中缺少а-淀粉酶,а-淀粉酶的活性与发芽时的温度、发芽时间存在着密切的关系。
同时发芽小麦中由于а-淀粉酶活性很高,淀粉便会在а-淀粉酶的作用下分解成小分子,再进一步水解成糖类,所以低分子糖类含量也相应较高。
Lorenz.K指出,随着处理时间的延长,还原糖的量增加,这也表明,а-淀粉酶活性增加,导致淀粉被降解[8]。
2007年,李巨秀等人研究了小麦籽粒在制麦过程中胚乳降解酶活性的变化。
研究结果显示,小麦籽粒在制麦过程中α-淀粉酶活力在发芽中不断增长,并在发芽第3天后快速增长;β-淀粉酶和总淀粉酶的活性变化趋势与啤酒大麦相同,均在发芽第4天达到峰值后下降,而β-淀粉酶活性水平高于α-淀粉酶小麦籽粒在发芽后其淀粉酶活力较啤酒大麦高。
小麦和啤酒大麦在发芽中的酶活变化有较大的差异;发芽小麦的酶活水平可作为制定合理制麦工艺的重要依据 ,发芽至第4天的酶活都能保持较高水平[9]。
2008年,岳海凤,郜庆炉,薛香进行了小麦а-淀粉酶活性测定方法的比较。
采用的是凝胶扩散法、3,5-二硝基水杨酸比色法和降落值法。
这3种方法所用的材料分别是新鲜种子、萌动种子和面粉,获得的а-淀粉酶活性应该分别是延迟(内源)а-淀粉酶、萌动种子а-淀粉酶和后熟面粉的а-淀粉酶活性。
比较结果可知: DNS法与凝胶扩散法测定的α 2淀粉酶活性的结果具有曲线相关性,而直线相关不显著,说明延迟(内源)а-淀粉酶活性的高低并不与萌动种子а-淀粉酶的高低一致,仅在一定范围内存在直线相关。
而DNS 法与降落值法呈极显著直线负相关,说明降落值的高低能间接的反映萌动种子中а-淀粉酶活性的大小。
通过分析比较研究,认为降落值法是测定大量样品а-淀粉酶活性的最佳方法[10]。
2010年,余江,管军军研究了芽麦中酶的研究及其在饲料中的应用。
文章指出,近年来研究结果表明,在小麦籽粒形成过程中伴随着营养物质的积累,а-淀粉酶也随之合成。
而а-淀粉酶只有在小麦发芽时大量产生,а-淀粉酶的活性与发芽时的温度,发芽时间存在着密切的关系。
同时发芽小麦中由于а-淀粉酶活性很高,淀粉便会在а-淀粉酶的作用下分解,进一步水解成低分子糖类,所以低分子糖类含量也相应较高。
目前国际上公认的代表а-淀粉酶活性的指标是降落数值,它可以反映小麦面粉中淀粉酶活性高低。
正常小麦的降落值一般在200~300s之间,降落值随发芽小麦含量增高而降低,当降落值小于150s时,将明显影响食用品质和储藏的稳定性。
小麦发芽状况对а-淀粉酶活性影响强烈,随发芽程度加深,а-淀粉酶活性迅速增强,过高的а-淀粉酶活性对小麦的加工品质不利。
降落值高的品种,а-淀粉酶活性低,反之则高降落值低的品种,其籽位内部的淀粉、半纤维素和蛋白质分解快,非常有利于籽粒胚的萌发生长。
另外а-淀粉酶活性对面条品质影响很大,当降落值低于200s 时,面条韧性差,易出现大量断条。
并指出了а-淀粉酶主要是应用在食品加工领域,例如将小麦芽粉添加到面粉制作面包能明显增大面包体积,改善面包的感官质量如纹理弹性口感和表皮色泽[11]。
2.2国外对小麦中的淀粉酶的研究进展1975年,Russell TKACHUK研究了小麦а-淀粉酶的竞争性亲和色谱法。
结果显示:这一技术可以用来进行小麦а-淀粉酶的分离。
在这一技术中,原始的酶类的提取物作为固定化酶作用物,然后用可溶性酶作用物来洗提а-淀粉酶。
小麦а-淀粉酶可以获取纯蛋白大约为90%,而恢复84%的活性。
除了а-淀粉酶在通过那亲和凝胶柱时被吸收和通过外,蛋白和其他酶却没有这一特性[12]。
2001年,Belma Ozbek, Semra Yuceer研究了在小麦淀粉水解过程中а-淀粉酶的失活。
结果如下:最佳pH是6.5,在这个pH下,水解之后相对酶活为52%。
在这pH下,最大水解程度为40%。
随着温度的增加酶的活性也相应增加,水解之后在60℃时酶的活性达到最大即为52%。
最后结果为,在60℃,pH6.5情况下,а-淀粉酶失去48%活性,而小麦淀粉水解程度为40%[13]。
2005年,A.F. Tjin Wong Joe等人研究了英国冬小麦种类即Rialto中早熟а-淀粉酶和萌发期。
结果显示:Rialto已经成为一种成功小麦种类,并被列于英国推荐的冬小麦列表中已有五年多了。