酶
面包是人们日常生活中经常食用的食物，它主要是将黑麦、小麦打磨成面粉后，混入水、盐、糖、黄油等制作成面团，随后通过烘焙得到松软可口的食物。面包中富含碳水化合物、蛋白质和脂肪等，是欧洲、美国和南美洲等国家和地区的主食。早在公元前3000年，古埃及人就利用发酵技术制作面包，现在为满足不同人群的需求，可以通过改变酶和酵母的用法用量将面包制作成多种风味。用于制作面包的酵母称为面包酵母，利用酵母中的活性酶可以在调粉、发酵和烘焙阶段保证面包口感和形态，这里主要探究酶和酵母对面包的影响。
01调粉阶段
1.1面团的成熟面团的主要成分是面粉和水，面团的成熟主要是面粉和水进行充分的混合后，面团中的蛋白质和淀粉发生水化，将游离水转化为非游离水，此时的面团处于抗延伸性最强、迁徙率最低的状态，如果自由水过多或者过少都会对面团的物理性质造成影响。1.2吸水性调粉时，水可以与淀粉、蛋白质和非淀粉类多糖（纤维素等）进行结合。淀粉具有吸水性，天然的淀粉可以吸收30%的水。对黑麦、小麦进行加工的过程中，可能会破坏淀粉结构，这会造成面粉的吸水率升高。1.3面团的形成（1）麦胶蛋白。麦胶蛋白是存在于多种谷物中的蛋白质，其中含有多种必需氨基酸，在发酵过程中可以形成网状结构，促使面团变得坚固。（2）麦谷蛋白。麦谷蛋白是一种不均一的蛋白质，不同于麦胶蛋白40000左右的分子量，麦谷蛋白分子量在36000～136000，由多种亚单位进行组合，形成一个巨大的复合体，其中不同亚基之间通过二硫键连接，可以形成分子量高达100000～3000000的共聚物。麦谷蛋白往往不溶于水、盐和醇等溶剂，是面筋网络的主要成分和骨架。麦谷蛋白决定了面团的弹性、黏合性和强度，对于小麦品质和面团质量有着非常重要的影响。（3）面筋。麦胶蛋白和麦谷蛋白并不是单独存在的，一般会相互交联形成大的聚合物也就是面筋，使得整个面团具有独特的黏附性和黏弹性。1.4调粉过程中面筋的变化情况面团在制作过程中需要不断对面粉进行揉搓，促使蛋白质之间形成非共价键，这个过程中需要酶的参与。（1）含硫基。在揉搓过程中，需要二硫键断裂，二硫键本身就是一个较为活泼的化学键，容易受到外界干扰而断开。而在脂肪氧合酶的作用下，可以与一些活性脂类自由基结合，使得原本的聚合物发生解聚和重组，形成新的低聚合物。（2）硫氢-二硫键互换。麦谷蛋白低聚合物和谷胱甘肽之类中存在着一些S-H键，S-H键同样活泼可以在内源性蛋白质二硫化物异构酶的作用下与S-S键相互转化。（3）酶促水解。如果面团中存在大量的蛋白质会造成面团较硬，这就需要添加蛋白酶进行水解，这类蛋白酶被称为面包改良剂。在调粉阶段可以与乳化剂、添加剂之类的一起添加到面粉中。但是蛋白酶活性较大可能对面筋造成严重的水解使面团韧性降低，出现不可逆的退化现象。常见的酶有真菌-淀粉酶、戊聚糖酶（Pentosanase）。真菌-淀粉酶可以快速水解淀粉分子中的-1,4葡萄糖苷键，促使面包体积增加，使面包口感更加细腻；戊聚糖存在于小麦中，是一种良好的膳食纤维，分为水溶性戊聚糖和水不溶性戊聚糖，水溶性戊聚糖对面包品质起积极作用，但是水不溶性戊聚糖存在过高则会影响面团中的吸水率，使得面团体积变小，面包瓤质变差。戊聚糖酶可以使不溶性的戊聚糖增溶，提高面筋的弹性，增强面团的稳定性。1.5有利于面团加工操作的酶面团形成后，部分酶可以有效地改变面团的性质，提高其伸展能力，从而利于随后的加工，但是目前还没有将此类酶分离纯化出来，另外也需要抗坏血酸等抗氧化剂共同作用，加速软化的过程。而某些氧化还原酶也被证实有类似功效。葡萄糖氧化酶可以将葡萄糖转化为葡萄糖酸和过氧化氢，而过氧化氢又可以将面筋中的巯基（-SH）氧化成为二硫键（-S-S-），之前对巯基进行氧化使用的是氧化剂溴酸钾，而溴酸钾有一定的致癌作用，所以使用葡萄糖氧化酶更为安全，可以快速提高面筋的强度。另外，葡萄糖氧化酶可以有效地促使面筋蛋白之间形成良好的蛋白质网络，增加面筋的韧性和口感。脂肪氧合酶也可以形成过氧化物，该过氧化物不仅可以氧化巯基，也可以诱导蛋白质聚合，增加面筋的作用，另外脂肪氧合酶可以破坏类胡萝卜素中的双键结构，降低其吸光度，提高面粉白度。1.6形成凝胶和持气功能面粉中的淀粉和半纤维素可以在氧化物的作用下形成凝胶。可以在面粉中加入过氧化氢和过氧化氢酶等物质，保证凝胶的产生。产生凝胶后，可以与面筋形成稳定的三维结构，这个结构可以滞留CO2气体，避免其扩散到大气中。只有滞留足够多的CO2，才能够保证面粉可以膨胀到所需要的大小。1.7提高面粉营养物质的吸收植酸酶添加至面粉中，可以有效地促进植酸水解，避免其与蛋白质、钙、铁等进行螯合，如果植酸与蛋白质、无机盐发生螯合后，会影响它们的消化吸收。
02发酵阶段
2.1发酵期间的膨发作用酵母是一种天然的发酵剂，在有氧和无氧中均能繁殖，商业化生产的酵母主要有鲜酵母、活性干酵母和即发性活性干酵母。由于不同酵母对于糖的耐受性不同，所以在制作面包时，需要根据甜度添加适宜的酵母菌。在发酵期间，酵母通过呼吸作用产生气体，促使面团膨发，而面团最终大小主要取决于酵母菌菌株性能、制作条件等。在发酵后期，酵母的生命活动较为旺盛，产气量大，可以促使面团蓬松柔软、不塌陷。在发酵过程中，酵母菌可以利用面团中的糖类，但是由于面粉中的糖类大部分都是淀粉和大分子多糖，无法被酵母菌使用，所以需要在面团中添加奶粉和铵盐，从而保证酵母菌对于糖和氮的需求，还可以在面团中添加酶促进非发酵性基质转化为可发酵糖类。2.2-淀粉酶和-淀粉酶-淀粉酶和-淀粉酶可以将淀粉、糊精及葡糖果聚糖转化为可溶性单糖，从而保证酵母菌的呼吸作用。但是在小麦和黑麦中-淀粉酶含量较低，-淀粉酶含量较高，而如果需要发挥作用的话需要两种酶进行协作，所以这就需要在面包粉中人为添加-淀粉酶。-淀粉酶可以将淀粉切割成为中等长度的葡萄糖聚合物，而中等长度的葡萄糖聚合物有可以在-淀粉酶的作用下分解为麦芽糖等小分子糖类。2.3双酶系统双酶系统（Maltozymase系统）主要是指酵母菌体内的两种酶：透膜酶（Permease）和麦芽糖酶（Maltase）共同作用，促使麦芽糖发酵。在这个过程中透膜酶可以促使麦芽糖酶进入细胞，而麦芽糖酶进入细胞后可以将麦芽糖剪切成为单糖。2.4转谷氨酰胺酶转谷氨酰胺酶（Transglutaminase，TG）是一种可以催化转酰胺基反应的酶，它可以催化蛋白质中的赖氨酸上的-基与谷氨酸上的-酰胺键结合，促使整个蛋白质分子发生共价交联，形成相应的聚合产物，改善蛋白质的功能性质，影响其营养价值、质地口感等，在物理性质上也会发生变化，改善其理化性质（乳化性、起泡性、黏弹性等）。小麦面粉中含有丰富的麦醇溶蛋白及麦谷蛋白，这两类蛋白均是TG的良好底物，使用TG后可以改善其面筋质感，TG的作用效率较高，只需要添加少量酶就可以明显改变其质量。2.5渗透压敏感性虽然糖类是酵母菌的必须营养物质，但是糖类含量较高也会影响酵母菌的渗透压系统。如果糖类含量高于5%时，酵母菌体内的活性转化酶会提高其蔗糖渗透性，使其渗透程度达100%。所以如果需要做较甜的甜面团时，需要使用特殊的转化酶活性较低的菌株。2.6香味物质的形成利用酵母进行发酵的面包比使用化学膨化剂膨发的面包口感更好，有其特殊的风味和香味，这个主要是由于在发酵过程中，不仅仅产生CO2，同时也会产生乙醇、有机酸、醛酮类化合物等，这些化合物虽然是副产物，含量较低，但是有效地改善了面包的口感。如果追求特殊风味的面包，可以使用不同类型的酵母菌菌株，也可以结合乳酸菌共同培育。另外，脂肪氧化酶催化亚油酸可生成过氧化物，为面包增香。
03烘焙阶段
面包团在进行发酵过后会膨胀，随后可以进行烘焙，在烘焙过程中还需要一些酶发挥作用，虽然酶作为一种活性物质，其作用条件比较温和，大部分真菌酶和谷物酶的最适温度都在65以下，酵母的最适温度是20～40，但是在烘烤过程中，温度上升至50之前，酵母的活性是不断升高的，所以此时也会发生酶促反应。3.1淀粉的糊化淀粉的糊化主要是由于温度急剧升高，而淀粉中所结合的水分快速被吸收，这就使得天然淀粉的线性结构发生分裂，形成单个的分子，从而溶于水中。不同淀粉的糊化温度不同，一般来说颗粒大的淀粉糊化较快，颗粒小的淀粉糊化较慢。另外，面团中的添加剂不同也会影响糊化程度。脂肪酶是一种可以水解脂肪使之成为单酰甘油和二酰甘油的酶，而单酰甘油可以与淀粉结合避免淀粉发生老化，也可以防止直链淀粉在膨胀的过程中渗出，增白面包、改善风味。3.2面包瓤凝固在烘烤的过程中，面包瓤和面包皮的温度差别较大，一般情况下刚放入烤箱中，面包表面会瞬间失去大量水分，形成干燥的表面，而面包瓤的温度在缓慢上升，其中的酵母菌会在升温过程中急剧产气，在这一过程中面包瓤会发生膨胀。如果面包瓤过早出现凝固现象，则会降低膨胀效应，减小面包体积。针对这个问题，可以增加淀粉酶的添加，理论上来讲，添加的淀粉酶越多，可以有效地将淀粉转化为糊精，而糊精可以延长保持流体性质。可以通过提高面团中的水分含量减轻直链淀粉的凝沉作用。3.3面包的储存面包在烘烤后会逐渐出现变质，失去应有的香味，面包瓤也会变硬发干，出现老化的现象。面包中存在真菌-淀粉酶或者某些乳化剂均可以减缓面包的老化现象，因此可以在面包中添加耐热性细菌-淀粉酶、真菌-淀粉酶，它可以在蛋白质间质和淀粉粒之间形成环糊精，减少交联键的产生。
4结语
面包的制作过程包括调粉、发酵、烘烤等阶段，在每个阶段中都需要应用多种酶，如真菌-淀粉酶、木聚糖酶、葡萄糖氧化酶、脂肪酶等，这些酶可以提高面包口感。而酵母菌是不可或缺的材料，科学家也在不断发展更加优良菌种对进行发酵作用。利用酶和酵母菌可以有效地改善面包的口感和风味，在面包的生产过程中需要不断对工艺进行优化，从而得到更加美味健康的产品。