大豆11S球蛋白對(duì)小麥粉流變學(xué)特性及面包品質(zhì)的影響

楊春華，石彥國(guó)*

(哈爾濱商業(yè)大學(xué)食品工程學(xué)院，黑龍江省高校食品科學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 哈爾濱 150076)

小麥粉是目前在國(guó)內(nèi)外焙烤類(lèi)食品的主要原料，但是由于小麥粉中缺乏賴(lài)氨酸，因此在一些西方國(guó)家小麥粉一直被指責(zé)為質(zhì)量低劣的蛋白來(lái)源[1-2]。在美國(guó)，作為一種強(qiáng)制措施，政府要求小麥面粉生產(chǎn)廠家在面粉中必須添加大豆蛋白，以增加其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，因?yàn)樵诿姘刑砑哟蠖沟鞍撞粌H僅增加了蛋白質(zhì)含量更是優(yōu)化了氨基酸配比[3-5]。大豆蛋白具有良好的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外一直有人不斷嘗試將其加入以面粉為主要原料的食品中，以達(dá)到營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化的作用。大豆蛋白含有兩種主要組分：7S和11S，目前，工業(yè)上制取大豆分離蛋白，通常都是富含7S和11S球蛋白的混合物，功能特性不突出[6-9]。從結(jié)構(gòu)上看，11S含有較多的二硫鍵，更易與小麥蛋白發(fā)生共價(jià)結(jié)合，對(duì)于面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成更加有利。而且，11S球蛋白中蛋氨酸含量較低，而賴(lài)氨酸含量高，與小麥蛋白中氨基酸互補(bǔ)良好。

國(guó)內(nèi)外的很多專(zhuān)家已經(jīng)認(rèn)識(shí)到大豆11S球蛋白的重要性，目前我國(guó)對(duì)于大豆11S球蛋白的提取已經(jīng)有了較成熟的技術(shù)，但對(duì)于11S球蛋白在食品中的應(yīng)用有待于進(jìn)一步研究[10-14]。對(duì)大豆11S球蛋白的構(gòu)-效關(guān)系進(jìn)一步了解，那么生產(chǎn)加入大豆11S球蛋白的產(chǎn)品的工藝就會(huì)有所創(chuàng)新，對(duì)大豆11S球蛋白的獨(dú)特性質(zhì)就能進(jìn)一步挖掘，生產(chǎn)出品質(zhì)更高且市場(chǎng)前景更好的產(chǎn)品，大豆11S球蛋白在食品加工領(lǐng)域就會(huì)有更大的發(fā)展空間。小麥粉及其輔料在加水揉混過(guò)程中，蛋白吸水膨脹，分子間相互連接，形成一個(gè)連續(xù)的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而賦予面團(tuán)黏彈性，同時(shí)具有一定的流動(dòng)性，總稱(chēng)為面團(tuán)流變學(xué)特性，是評(píng)價(jià)面粉加工品質(zhì)的重要指標(biāo)[15]。研究大豆11S球蛋白對(duì)小麥粉流變學(xué)特性及面包質(zhì)構(gòu)特性的影響，對(duì)改善食品的加工品質(zhì)、擴(kuò)大大豆蛋白在食品加工中的應(yīng)用范圍等都有較大意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

低溫脫脂大豆粕 哈高科大豆食品有限責(zé)任公司；雪花粉 內(nèi)蒙古食為天面粉油脂有限責(zé)任公司；酵母安琪酵母股份有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

TA-XT2i型質(zhì)構(gòu)儀 英國(guó)Stable Micro Systems公司；Farinograph-E型粉質(zhì)儀、拉伸儀、Glutograph-E型糊化儀 德國(guó)Brabender公司。

1.3 方法

1.3.1 大豆粕中11S球蛋白的提取[16-18]

大豆粕采用pH8.5的磷酸鹽緩沖液按料液比1:16(m/V)于45℃浸提1h，期間觀察pH值的變化，維持pH值恒定8.5，然后于20℃、1000r/min離心20min，取上清液用2mol/L HCl調(diào)整pH值至6.2，4℃靜置過(guò)夜，然后于1000r/min離心20min，沉淀物為11S球蛋白粗提物，得到11S球蛋白的粗提物。觀察粗提物性狀，用緩沖溶液調(diào)成均質(zhì)狀，備用。

1.3.2 蛋白質(zhì)含量的測(cè)定

蛋白質(zhì)含量的測(cè)定方法采用凱氏定氮法按GB/T 5009.5—2010《食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定》規(guī)定執(zhí)行[19]。

1.3.3 11S球蛋白對(duì)小麥粉的流變學(xué)特性

1.3.3.1 粉質(zhì)特性的測(cè)定

采用Brabender粉質(zhì)儀，參照ICC標(biāo)準(zhǔn)第115號(hào)，仿照小麥粉粉質(zhì)特性分析法對(duì)混合粉(11S球蛋白＋小麥粉)粉質(zhì)參數(shù)進(jìn)行測(cè)定。

1.3.3.2 拉伸特性的測(cè)定

采用Brabender拉伸儀，參照ICC標(biāo)準(zhǔn)第114/1號(hào)，仿照小麥粉拉伸特性分析法對(duì)混合粉(11S球蛋白＋小麥粉)拉伸參數(shù)進(jìn)行測(cè)定。

1.3.3.3 糊化特性的測(cè)定

采用Brabender糊化儀，參照ICC標(biāo)準(zhǔn)，仿照淀粉糊化特性分析法對(duì)混合粉(11S球蛋白＋小麥粉)糊化參數(shù)進(jìn)行測(cè)定。

1.3.4 面包制作工藝確定

準(zhǔn)確稱(chēng)取各原料及其他輔料，加入面粉50g、水30g、酵母0.5g、糖10g、黃油3.5g，然后分別加入面粉質(zhì)量的0%、1%、3%、5%的11S球蛋白。把糖、鹽加入水中，均勻攪拌，使之完全溶解，酵母用30℃的水溶解，黃油加熱融化，混合均勻后加入面粉中，樣品用緩沖溶液調(diào)成均質(zhì)狀加入到面粉中。混合后進(jìn)行揉面，用力將面粉與所加物料混合揉勻，使光面朝外，搓圓，放入36℃、相對(duì)濕度為80%的醒發(fā)箱中醒發(fā)2h。將醒發(fā)好的面包連同烤盤(pán)放入烘箱中，控制好上火170℃、下火160℃烘烤大約15min。取出脫模后，室溫下自然冷卻，測(cè)定其質(zhì)構(gòu)特性。

1.3.5 面包評(píng)價(jià)指標(biāo)的測(cè)定

1.3.5.1 物性指標(biāo)測(cè)定

將面包中間部分切成1.5cm正方形方塊，采用P/50探頭進(jìn)行TPA模式實(shí)驗(yàn)測(cè)定面包的品質(zhì)。

1.3.5.2 感官評(píng)價(jià)

本實(shí)驗(yàn)通過(guò)觀察面包表皮色澤(10分)、組織結(jié)構(gòu)(15分)、氣味(10分)、口感(5分)和柔軟度(10分)，比較空白與11S球蛋白添加量不同的面包，分析結(jié)果，找出適合的添加量。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

2 結(jié)果與分析

2.1 添加11S球蛋白對(duì)小麥粉流變學(xué)特性的影響

2.1.1 粉質(zhì)特性

影響面粉與面制品品質(zhì)的因素中最重要的是面筋的含量與性質(zhì)。面筋在形成面團(tuán)的過(guò)程中，其性質(zhì)全部表現(xiàn)在面團(tuán)性質(zhì)上。一般認(rèn)為吸水率高，面團(tuán)形成時(shí)間長(zhǎng)，穩(wěn)定性好，評(píng)價(jià)值高，則面筋的品質(zhì)就越高。通過(guò)粉質(zhì)儀測(cè)定面團(tuán)揉制時(shí)所受到阻力可以評(píng)價(jià)面團(tuán)的物理性質(zhì)。

由圖1可知，添加不同11S球蛋白的面團(tuán)吸水率分別為(55.50±0.02)%、(57.20±0.04)%、(60.80±0.02)%、(61.50±0.03)%，隨著添加量的增加而增加，這是由于大豆蛋白的親水性所致；面團(tuán)形成時(shí)間先減小后增大，在添加量5%時(shí)達(dá)到最大；面團(tuán)穩(wěn)定時(shí)間先增大后減小，在添加量3%時(shí)達(dá)到最大。面團(tuán)的穩(wěn)定性好，反映其對(duì)剪切力有較強(qiáng)的抵抗力，也就意味著面團(tuán)中的二硫鍵牢固，或者這些二硫鍵處在十分恰當(dāng)?shù)奈恢蒙蟍20]。這與11S球蛋白的貢獻(xiàn)緊密相關(guān)。少量的11S球蛋白的添加對(duì)面粉的弱化度有改善作用，隨著添加量的增多，改善作用不很明顯。綜合來(lái)看，適當(dāng)比例的11S球蛋白可以延長(zhǎng)面團(tuán)的形成時(shí)間，增加面團(tuán)的穩(wěn)定性，對(duì)面粉的粉質(zhì)特性具有良好的改善作用。

圖1 添加11S球蛋白對(duì)小麥粉面團(tuán)粉質(zhì)的影響Fig.1 Farinograph properties of 11S wheat dough at different ratios

圖2 添加11S球蛋白對(duì)小麥粉面團(tuán)拉伸的影響Fig.2 Extenograph results of 11S wheat dough at different ratios

2.1.2 拉伸特性

面團(tuán)是由水、酵母、鹽和其他成分組成的復(fù)雜混合物，是小麥由小麥粉向食品轉(zhuǎn)化的一種基本過(guò)渡形態(tài)，它屬于一類(lèi)介于固態(tài)食品與液態(tài)食品之間的既有彈性又有黏性的黏彈性流變體。面制品的質(zhì)構(gòu)很大程度上通過(guò)面團(tuán)的延伸性和韌性表現(xiàn)出來(lái)[21]。面團(tuán)的延伸性和韌性可通過(guò)拉伸曲線反應(yīng)出來(lái)。由圖2可知，面團(tuán)的延伸性呈先升后降的趨勢(shì)，而面團(tuán)的韌性隨著添加量的增多整體呈下降趨勢(shì)，面團(tuán)的韌性越大，說(shuō)明面筋彈性越好，面筋彈性好，面團(tuán)醒發(fā)慢，不易充分醒發(fā)，導(dǎo)致制作的焙烤食品體積小，結(jié)構(gòu)差。添加11S球蛋白使面團(tuán)的抗拉阻力減小，降低了面筋彈性，使面團(tuán)易于醒發(fā)，但面筋彈性不宜過(guò)低，筋力太弱，延伸性過(guò)大。這樣的面團(tuán)結(jié)構(gòu)不牢固，很軟弱，流動(dòng)性強(qiáng)，發(fā)酵過(guò)程中易塌陷、持氣性差，這也是加入較多大豆蛋白后面包容易塌陷的原因[22]。

綜上所述，在50mm處抗拉阻力，隨著大豆分離蛋白的用量增大有減弱的趨勢(shì)；曲線面積最大的為不添加11S球蛋白的面粉，但此類(lèi)面粉的拉伸比值偏大，添加量為3%的曲線面積與空白的相差不多，且比值適中，較適于烘焙面包。

2.1.3 糊化特性

表1 添加不同含量11S球蛋白的面包糊化特性參數(shù)Table 1 Amylograph results

由表1可知，隨著添加量的增加，糊化初始溫度逐漸升高，最大糊化溫度降低，糊化初始黏度降低，糊化最大黏度降低。最大黏度降低，表示α-淀粉酶活性升高，面包不易老化，即11S球蛋白對(duì)面粉的的α-淀粉酶活性有改善的作用，且在添加量達(dá)到3%時(shí)改善作用相對(duì)顯著。

2.2 11S球蛋白添加量對(duì)面包品質(zhì)的影響

2.2.1 物性?xún)x測(cè)試結(jié)果

表2 添加不同含量11S球蛋白的面包物性測(cè)試結(jié)果Table 2 Texture parameters of bread

由表2可知，適當(dāng)?shù)?1S球蛋白對(duì)面包的強(qiáng)度和彈性均有改善作用，添加量為3%時(shí)，改善作用最好。造成上述現(xiàn)象的主要原因是大豆蛋白是面包酵母良好的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，因而添加適量的大豆蛋白制品可使面團(tuán)發(fā)酵旺盛，從而起到改善面包品質(zhì)的效果；同時(shí)，由于大豆蛋白良好的吸水性、持水性和乳化性，在面制品中添加11S球蛋白后，可以使面筋品質(zhì)更加細(xì)致而有彈性，能夠更好地保持成品的水分，但隨著添加量的進(jìn)一步增加，面包的質(zhì)量將會(huì)稍有惡化。

2.2.2 面包感官評(píng)分

表3 添加不同含量11S球蛋白的面包感官評(píng)分(滿(mǎn)分50分)Table 3 Sensory evaluation scores

添加不同含量11S球蛋白的面包感官評(píng)分見(jiàn)表3。添加大豆蛋白的面包在焙烤時(shí)可使表面呈現(xiàn)金黃色。隨著11S球蛋白的添加量增多，面包表面色澤變深，這是由于蛋白與還原糖發(fā)生美拉德反應(yīng)，因此要適當(dāng)添加，以免顏色過(guò)深，影響面包的感官品質(zhì)。添加量達(dá)到3%時(shí)，面包顏色呈現(xiàn)金黃色，面包松軟，不易老化。添加量達(dá)到5%時(shí)，其他感官品質(zhì)也明顯下降，面包顏色過(guò)深，彈性差，面包內(nèi)部產(chǎn)生大氣孔，有豆腥味。

3 結(jié) 論

小麥面筋主要是由麥醇溶蛋白和麥谷蛋白組成，構(gòu)成面筋的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。適量的大豆11S球蛋白的添加，可改善小麥面團(tuán)的面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[23]。面粉中加入大豆11S球蛋白后提高了吸水率，增加了面團(tuán)形成時(shí)間和面團(tuán)穩(wěn)定時(shí)間，使面團(tuán)的耐攪打性增強(qiáng)，面團(tuán)的延伸性增加，這主要是由于11S球蛋白具有良好的吸水性、持水性和乳化性及較多的二硫鍵，在面粉中添加適量11S球蛋白，可以改善面團(tuán)的筋性，強(qiáng)化面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。大豆蛋白質(zhì)和小麥面筋蛋白相互作用形成的大豆蛋白聚集體改變面筋網(wǎng)絡(luò)的形成是導(dǎo)致面團(tuán)流變學(xué)性質(zhì)變化的主要原因。但添加量較多，就會(huì)造成面團(tuán)流變學(xué)性質(zhì)弱化，這主要是因?yàn)榇蠖沟鞍踪|(zhì)對(duì)小麥面筋蛋白的稀釋作用。 因此，在添加時(shí)一定要適量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，3%的添加量效果較好，既能達(dá)到營(yíng)養(yǎng)互補(bǔ)，又能使面團(tuán)的流變學(xué)特性在一定程度上得到改善。

[1]張守文.面包科學(xué)與加工工藝[M].北京: 中國(guó)輕工出版社, 1996:89-91.

[2]石彥國(guó).調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu), 確保大豆產(chǎn)業(yè)健康持續(xù)發(fā)展[J].中國(guó)食品學(xué)報(bào), 2010, 10(4): 1-7.

[3]周瑞寶, 周兵.大豆11S球蛋白的結(jié)構(gòu)和功能性質(zhì)[J].中國(guó)糧油學(xué)報(bào),2003(12): 39-42.

[4]趙新淮, 徐紅華, 姜毓君.食品蛋白質(zhì): 結(jié)構(gòu)、性質(zhì)與功能[M].北京:科學(xué)出版社, 2009: 222-223.

[5]鄭剛, 胡小松, 李全宏, 等.脫脂大豆對(duì)面團(tuán)流變學(xué)特性及用其制成面條品質(zhì)的影響[J].食品科學(xué), 2007, 28(4): 99-102.

[6]劉翀.大豆蛋白分級(jí)分離機(jī)理的研究[D].廣州: 華南理工大學(xué),2009: 12-50.

[7]張雪旺.7S和11S大豆球蛋白的分離及酶解研究[D].南寧: 廣西大學(xué), 2006: 1-5.

[8]UTSUMI S, MARUYAMA N, SATOH R, et al.Structure-function relationships of soybean proteins revealed by using recombinant systems[J].Enzyme and Microbial Technology, 2002, 30: 282-288.

[9]LIU Chun, WANG Xiansheng, MA Hao, et al.Functional properties of protein isolates from soybeans stored under various conditions[J].Food Chemistry, 2008, 111: 29-37.

[10]REN Chengang, TANG Lu, ZHANG Min, et al.Interactions between whey soybean protein (WSP) and beta-conglycinin (7S) during the formation of protein particles at elevated temperatures[J].Food Hydrocolloids, 2009, 23: 936-941.

[11]MILLS E N C, MARIGHETO N A, WELLNER N, et al.Thermally induced structural changes in glycinin, the 11S globulin of soya bean (Glycine max): anin situspectroscopic study[J].Biochimica et Biophysica Acta, 2003, 1648: 105-114.

[12]CHEN Fengliang, WEI Yimin, ZHANG Bo.Chemical cross-linking and molecular aggregation of soybean protein during extrusion cooking at low and high moisture content[J].LWT-Food Science and Technology, 2011, 4: 957-962.

[13]NIELSEN N C.The structure and complexity of the 11S polypeptides in soybeans[J].Journal of the American Oil Chemists’ Society, 1985,62: 1680-1686.

[14]STASWICK P E, HERMODSON M A, NIELSEN N C.Identification of the acidicand basic subunit complexes of glycinin[J].Journal of Biological Chemistry, 1981, 256: 8752-8755.

[15]陶海騰, 齊琳娟, 王步軍.不同省份小麥粉面團(tuán)流變學(xué)特性的分析[J].中國(guó)糧油學(xué)報(bào), 2011, 26(11): 5-8.

[16]石彥國(guó), 鄭佳, 馬永強(qiáng), 等.等電點(diǎn)冷沉法分離大豆11S球蛋白的研究[J].中國(guó)食品學(xué)報(bào), 2010, 10(1): 146-149.

[17]MAFORIMBO E, SKURRAY G, UTHAYAKUMARAN S, et al.Improved functional properties for soy-wheat doughs due to modification of the size distribution of polymeric proteins[J].Journal of Cereal Science, 2006, 43: 223-229.

[18]ARNULPHI S A, LLEON A E.Effect of soybean addition on the rheological properties and bread making quality of wheat flour[J].Journal of the Science of Food and Agriculture, 2005, 85: 1889-1896.

[19]GB/T 5009.5—2010 食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定[S].

[20]PUPPO M C, BEAUMAL V, CHAPLEAU N, et al.Physicochemical and rheological properties of soybean protein emulsions processed with a combined temperature/high-pressure treatment[J].Food Hydrocolloids, 2008, 22: 1079-1089.

[21]NAEEM H A, DARVEY N L, GRAS P, et al.Mixing properties,baking potential and functionality changes in storage proteins during dough development of Triticale wheat flour blends[J].Cereal Chemistry, 2002, 79(3): 332-339.

[22]TANG Chuanhe, MA Chingyung.Effect of high pressure treatment on aggregation and structural properties of soy protein isolate[J].LWTFood Science and Technology, 2009, 42: 606-611.

[23]石彥國(guó).大豆制品工藝學(xué)[M].2版.北京: 中國(guó)輕工業(yè)出版社, 2005: 52-80.