利用γ辐射诱变哈茨木霉突变体产木聚糖酶-纤维素酶复合物提升小麦面包品质研究

《Scientific Reports》：Enhancement of wheat bread quality using xylanase cellulase from gamma radiated Trichoderma afroharzianum mutant

本研究针对小麦面包品质改良需求，探索了γ辐射诱变哈茨木霉(Trichoderma afroharzianum)突变体NAS107-M82产生的木聚糖酶-纤维素酶复合物的应用。研究发现该酶复合物能显著改善面团流变学特性，提高面包比容、孔隙率和感官品质，延缓老化。结果表明，300 U/kg酶添加量可优化面包品质，为烘焙工业提供了天然改良剂新选择。

　　

在烘焙工业中，小麦面包的品质改良一直是个备受关注的课题。面包的新鲜度、口感、体积和保质期直接影响着消费者的接受度。然而，传统面包制作过程中面临着诸多挑战：面团容易硬化、保质期短、比容不足等问题一直困扰着生产者和消费者。特别是随着人们对健康食品需求的增加，开发天然、高效的面包改良剂已成为研究热点。

以往的研究表明，酶制剂在面包改良中具有独特优势。其中，木聚糖酶(Xylanase)和纤维素酶(Cellulase)因其能够特异性降解小麦粉中的非淀粉多糖而备受关注。这些酶能够改变面团的流变学特性，改善面包的质地结构，延缓老化过程。然而，天然菌株产酶能力有限，制约了其工业化应用。

针对这一技术瓶颈，伊朗核农业研究所与伊斯法罕理工大学的研究团队开展了一项创新性研究。他们通过γ辐射诱变技术，成功获得了一株哈茨木霉(Trichoderma afroharzianum)突变体NAS107-M82，该菌株产酶能力显著提升。相关研究成果发表在《Scientific Reports》上，为烘焙工业提供了一种高效的酶制剂解决方案。

研究人员采用了一种综合性的研究方法体系。首先通过γ辐射诱变技术选育高产酶菌株，然后利用发酵优化技术生产酶制剂。研究中采用了布拉本德粉质仪(Farinograph)和拉伸仪(Extensograph)系统评估面团流变学特性，通过质地剖面分析(TPA)和感官评价全面考察面包品质。特别值得关注的是，研究还建立了7天的贮藏实验，系统评估了面包的老化特性。

酶复合物的制备与表征

研究人员从γ辐射诱变的哈茨木霉突变体NAS107-M82中成功提取了木聚糖酶-纤维素酶复合物。该突变株的木聚糖酶和纤维素酶活性分别达到野生型的3.3倍和1.7倍。酶学性质研究表明，木聚糖酶的最适作用条件为45°C、pH 5.0，纤维素酶为50°C、pH 4.8。酶复合物中包含Xyl I、Cel12A、Xyl IV等多种同工酶，这些酶协同作用能有效降解小麦粉中的阿拉伯木聚糖(AX)和纤维素组分。

粉质特性分析

研究显示，添加300-600 U/kg酶复合物能显著改善面团粉质特性。酶处理使面团吸水率从62.41%降至61.60%，面团形成时间缩短，稳定时间降低。特别是600 U/kg酶添加量使面团软化度在20分钟时达到124.75 BU，显著高于对照组的80.00 BU。这些变化表明酶处理使面团更柔软、更易处理，同时保持了良好的面筋网络结构。

拉伸特性变化

拉伸仪测试结果表明，酶添加显著影响面团在不同发酵时间(45、90、135分钟)的拉伸特性。随着酶添加量增加，面团抗延伸性降低，延伸性改善。在300 U/kg酶添加量下，面团在135分钟发酵时的抗延伸性为262.13 BU，显著低于对照组的339.36 BU。这一变化有利于面团在发酵和烘焙过程中的膨胀，从而提高面包比容。

面包品质评价

酶处理面包在比容、孔隙率和感官品质方面均表现出显著改善。300 U/kg酶处理面包的比容达到5.50 m3/g，是对照组(2.51 m3/g)的两倍多。孔隙率分析显示，酶处理面包的孔隙更加均匀细腻，300 U/kg组孔隙率达到35.30%，显著高于对照组的19.00%。

质地特性变化

质地剖面分析(TPA)显示，酶处理能有效延缓面包老化。在7天贮藏期内，300 U/kg酶处理面包的硬度从3.24N增至4.95N，变化幅度显著小于对照组(从6.17N增至8.24N)。酶处理还改善了面包的弹性、内聚性和咀嚼性，表明面包能更好地保持新鲜度。

色泽特性

色泽分析表明，酶处理影响面包皮和面包芯的色泽特征。600 U/kg酶处理面包芯的L值(亮度)在贮藏第1天达到46.64，显著高于对照组。面包皮的红度值(a)在酶处理组较高，600 U/kg组达到22.06，这可能是由于酶解产生的还原糖参与美拉德反应所致。

感官评价

感官评价结果显示，酶处理面包在各项指标上均优于对照组。300 U/kg酶处理面包在体积、皮质色泽、烘焙均匀性、芯纹理、气味和滋味等方面的得分均显著提高。特别是在总体接受度方面，酶处理面包得分接近9分(满分)，表明其具有优异的感官品质。

本研究通过系统研究证实，γ辐射诱变的哈茨木霉突变体产生的木聚糖酶-纤维素酶复合物能显著改善小麦面包品质。酶处理通过优化面团流变学特性、提高气体保持能力、改善面包结构均匀性，最终获得体积更大、质地更软、保质期更长的优质面包。300 U/kg的酶添加量被证明是最佳应用剂量，能在不削弱面团强度的前提下最大化面包品质改善效果。

该研究的创新点在于首次将辐射诱变技术应用于面包酶制剂生产菌的改良，并获得了一株高产酶突变株。所产酶复合物具有协同作用效果，能更全面地改善面包品质。研究结果不仅为烘焙工业提供了一种高效的天然改良剂，也为酶制剂在食品工业中的应用开辟了新途径。未来研究可进一步探索该酶复合物与其他食品添加剂的协同效应，以及在大规模工业生产中的应用可行性。