γ-聚谷氨酸對面團性質(zhì)及面條質(zhì)構(gòu)特性的影響

李超然，吳 坤，劉燕琪，周玉瑾，李夢琴

(1.河南農(nóng)業(yè)大學食品科學技術(shù)學院，河南鄭州450002;2.河南農(nóng)業(yè)大學生命科學學院，河南鄭州450002)

γ-聚谷氨酸(Poly-γ-glutamic acid，γ-PGA)是一種谷氨酸大分子聚合物，分子量在10～200萬，由D-谷氨酸或L-谷氨酸通過α-氨基和γ-羧基形成γ-酰胺鍵連接而成，其側(cè)鏈易形成游離羧基，是一種天然陰離子.γ-PGA具有良好的水溶性和生物降解性，且降解產(chǎn)物谷氨酸單體可被人體吸收利用，無毒害作用，在食品領(lǐng)域可作為冰淇淋穩(wěn)定劑，特殊食品抗凍劑［1］，果蔬保鮮劑;添加于面制品中可防止淀粉老化，改善淀粉結(jié)構(gòu)，保持食品形狀［2］;應用于焙烤制品中有利于改善其質(zhì)構(gòu)特性［3］;在油炸型面點中可控制油脂攝入和水分損失［4］，改善食品口感，減少苦味物質(zhì)形成［5］.同時，由于分子量較大且側(cè)鏈上具有游離的羧基，易產(chǎn)生吸附作用，γ-PGA還能夠控制重金屬對人類的危害［6，7］，它與鈣離子螯合可作為鈣離子緩釋補充劑［8］，并能促進維生素在小腸中的吸收［9］.γ-PGA是納豆粘性膠體的主要成分，天然安全，日本已將其列入促進礦物質(zhì)吸收的保健成份表，其他國家也開展了相關(guān)的研究.γ-PGA作為一種新型且具有一定功能性的食品添加劑，國內(nèi)的應用研究多處于試驗室階段，而將其添加在于面制品中研究面團流變性和制品質(zhì)構(gòu)的研究國內(nèi)尚未見報道.面條制品是中國及亞洲其他國家地區(qū)城鄉(xiāng)居民的主要食品之一，目前掛面已成為國內(nèi)產(chǎn)量最大、覆蓋面最廣的方便食品.本研究選擇生物法制備的γ-PGA，以掛面作為γ-PGA添加的載體，研究添加γ-PGA后面團流變性和糊化特性的變化，同時分析其添加對掛面質(zhì)構(gòu)特性變化的影響，并對面團流變性、糊化特性及面條質(zhì)構(gòu)特性的主要特征指標的關(guān)系進行相關(guān)性分析，以期為γ-PGA在面制品中的應用提供參考.

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

小麥粉:鄭州金苑面粉廠提供;γ-PGA:試驗室自制.

1.2 主要試驗儀器

B5D雙功能攪拌機(廣東省番禹市華粵電器廠);101-2AB電熱鼓風干燥箱(天津市泰斯特儀器有限公司);DMT-5電動家用面條機(龍口市復興機械有限公司);程控人工氣候箱(上海精宏試驗設備有限公司);JFZD型電子式粉質(zhì)儀(北京東方孚德技術(shù)發(fā)展中心);JMLD面團拉伸儀(北京東方孚德技術(shù)發(fā)展中心);Q20差式掃描量熱儀(美國TA儀器公司);TA-XA PLUS物性測試儀(英國Stable micro systems公司).

1.3 試驗方法

在面粉中分別添加質(zhì)量分數(shù)為 0.05%，0.10%，0.15%，0.20%，0.25% 的 γ -PGA，混勻后備用.

1.3.1 粉質(zhì)和拉伸曲線測定 參考趙文華等［10］的方法，分別測定5組混合粉和空白面粉的粉質(zhì)曲線與拉伸曲線.

1.3.2 DSC測定 稱取備用樣品1.0 g，配制成含水60%的糊狀物，混合均勻后取適量于不銹鋼坩堝中，使樣品均勻平鋪在坩堝底部，壓樣機密封，置于差式掃描量熱(Differential scanning calorimetry，DSC)分析儀中.

參數(shù)設定:N2氣壓0.2 MPa，氣流量20 mL·min-1，DSC分析儀升溫速率5℃· min-1，曲線溫度范圍為25～100℃，密封空白高壓不銹鋼坩堝作為對照.

采用TA-Universal-Analysis軟件記錄和分析吸熱曲線上的起始溫度(On-set temperature，t0)、峰值溫度(Peak maximum temperature，tp)、結(jié)束溫度(Conclusion temperature，tc)和熱焓值(Enthalpy of transition，ΔH).

1.3.3 面條的制作 1)和面:空白面粉和混合粉中均按加水量38%，加鹽量2%的比例加入溫度為30℃的食鹽水，在和面機上攪拌15 min.2)熟化:面絮轉(zhuǎn)移入自封袋中，25℃密閉熟化30 min.3)復合壓片:壓片過程參考 SB/Tl0137—1993，每輥合片2次，共壓過5道輥后切條，控制面條最終厚度為1.0 ～1.2 mm，寬 2.0 mm.4)干燥:三段式干燥法［11］.

1.3.4 面條煮后質(zhì)構(gòu)特性測定 面條煮后質(zhì)構(gòu)特性測定包括感官評定和質(zhì)構(gòu)測試.感官評定方法參考SB/Tl0137—1993，質(zhì)構(gòu)測試指標為 TPA、拉伸、剪切，試驗方法參考孫彩玲等［12］的研究，TPA選擇P50探頭測試.

1.4 數(shù)據(jù)處理

用Excel及SPSS13.0軟件進行數(shù)據(jù)分析，用Excel及Origin8.5作圖并進一步分析.

2 結(jié)果與分析

2.1 γ-PGA對面團流變性的影響

粉質(zhì)分析是國際公認的評價面團流變學特性的重要方法，它主要反映面團形成過程中揉混特性，與面團蛋白質(zhì)含量、沉降值、面包烘焙品質(zhì)等指標關(guān)系顯著，面團形成后的流變特性可結(jié)合拉伸儀測定.試驗測定不同添加量的γ-PGA對面團流變 性的影響，結(jié)果見表1和表2.

表1 γ-PGA對面粉粉質(zhì)特性的影響Table 1 Effect of γ-PGA on the farinography parameters of wheat dough

由表1可以看出，在試驗添加范圍內(nèi)，γ-PGA對面粉粉質(zhì)各指標的影響不大，但添加γ-PGA后粉質(zhì)特性指標均高于原面粉.各指標中除弱化度外，其他測定值都呈現(xiàn)出先增大后減小的基本趨勢，且在添加量為0.15%時弱化度出現(xiàn)最小值，其他指標則為最大值.添加γ-PGA能改善原面粉的粉質(zhì)特性，增大面團黏度，且添加量為0.15%時面團的耐加工性高.由表2可知，隨著添加量的增加，面團的拉伸曲線面積(Tensile curve area，A)、拉伸阻力(Extension resistance，R)、最大拉伸阻力(Maximum resistance，Rm)、拉伸比(R/E)等較空白均有所增加，而延伸度(Extensibility，E)則下降.其中，拉伸曲線面積與拉伸比都有先增大后減小的趨勢，且在添加量0.10%時出現(xiàn)最大值，面團的拉伸性能最好.

綜上所述，由于γ-PGA易溶于水，形成有粘彈性的弱凝膠，對改善面團流變性起一定作用，面團流變性提高且添加量為0.10% ～0.15%時較好.但整體而言，面團流變學特性變化幅度并不劇烈，這是因為試驗范圍內(nèi)添加水平較低(添加量＜0.50%)，對面團流變性的改變不十分明顯［3］.

表2 γ-PGA對面團拉伸性能的影響Table 2 Effect of γ-PGA on the tensile properties of wheat dough

2.2 γ-PGA對面團糊化性質(zhì)的影響

γ-PGA對面團糊化特性的影響見圖1.由圖1可知，加熱過程中伴隨有晶體的崩解和玻璃化的轉(zhuǎn)變，溫度在66～67℃時，各添加量DSC圖譜中均出現(xiàn)了一個大小不同的吸熱峰，即淀粉糊化的吸熱峰.

表3表明，隨γ-PGA添加量增大，面粉糊狀物的峰值溫度升高，這可能是γ-PGA的多羥基基團與淀粉發(fā)生相互交聯(lián)，阻礙淀粉顆粒吸水膨脹和膠凝化，增大了淀粉的熱穩(wěn)定性［3］.同時，因為添加的γ-PGA能與淀粉競爭性結(jié)合自由水，使淀粉可結(jié)合的自由水減少，熱焓值也較未添加時明顯減小，糊化過程中熱焓值與面團中淀粉可結(jié)合的自由水含量正相關(guān)，這與前人研究結(jié)果［13］一致.熱焓值數(shù)據(jù)比較可知，添加γ-PGA能明顯降低面團中自由水含量，增加面制品的耐貯藏性.熱焓值在添加量0.05%時最小，這也與紀蓉等［14］的研究結(jié)論吻合，γ-PGA在魚糜中添加量大約為0.06%時保水性達到最佳效果，和水的結(jié)合最牢固，自由水含量下降.

圖1 γ-PGA對面粉DSC圖譜的影響Fig.1 Effect of γ -PGA on DSC curves of wheat flour

表3 γ-PGA對面粉糊化溫度和熱焓值的影響Table 3 Effect of γ-PGA on the gelatinization temperature and enthalpy of wheat flour

2.3 γ-PGA對面條質(zhì)構(gòu)特性的影響

TPA各參數(shù)中，粘性=硬度×凝聚性，咀嚼性=硬度×凝聚性×彈性，且各參數(shù)間相關(guān)性高，可選取幾個來反映面條品質(zhì)，其中硬度、膠著性和咀嚼性的極差大［15］，能較好表征面條煮后品質(zhì)特征.不同添加量的γ-PGA對面條煮后質(zhì)構(gòu)特性的影響見表4.

表4 γ-PGA對面條質(zhì)構(gòu)特性的影響Table 4 Effect of γ-PGA on the texture of noodles

如表4所示，γ-PGA添加0.05%時，最大剪切力變化不大(111.8 ～112.0 g)，硬度、膠著性、咀嚼性和拉斷力測定值都明顯下降，隨γ-PGA添加量增多，測定值又逐漸上升.

TPA測試中硬度、膠著性和咀嚼性與面條的筋道性呈高度正相關(guān)(P＜0.01)，γ-PGA少量添加時由于其親水基團與水分結(jié)合及羥基與淀粉等的部分交聯(lián)，影響淀粉-蛋白質(zhì)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的緊密程度，筋道性下降，隨著添加量增大，內(nèi)部作用更加復雜，γ-PGA吸水形成凝膠可能對測定值的回升起到一定作用.剪切試驗中最大剪切力反映面條的堅實度和面條的抗變形能力，而拉伸試驗中拉斷力是拉斷面條所需要的破斷力，反映面條對拉伸的最大抵抗能力，即面條的彈性.剪切力值逐漸增大，表明加入γ-PGA后面條的內(nèi)部更加堅實，這與有關(guān)SEM觀察結(jié)果一致，添加γ-PGA后，面制品內(nèi)部氣孔多而密［4］，組織細密有序，整體抗形變能力提升.對孔洞結(jié)構(gòu)進行更進一步微型觀察，發(fā)現(xiàn)添加γ-PGA后內(nèi)部形成的氣孔壁薄，表面較平滑，壁薄的淀粉膠凝化作用更徹底［3］，可能會對彈性造成影響，本試驗拉斷力在添加量0.05%后呈現(xiàn)逐漸上升趨勢.

感官評定結(jié)果顯示，符合大眾口味的面條一般要求勁道爽滑，過硬或過粘的面條會降低消費者接受程度，以感官評定分數(shù)為主，結(jié)合質(zhì)構(gòu)測試結(jié)果，γ-PGA在面條的最適添加量為0.10%.

2.4 γ-PGA添加量、面團特性與面條質(zhì)構(gòu)主要指標相關(guān)性分析

γ-PGA的添加使面團的流變學特性、糊化特性及面條的品質(zhì)均發(fā)生了不同程度的變化，對試驗主要評價指標建立相關(guān)性，分析γ-PGA添加量、面團流變學、熱力學主要評價指標與面條品質(zhì)的關(guān)系，相關(guān)性分析見表5.表5表明，最大剪切力與添加量顯著正相關(guān)(P＜0.05);面團吸水率與最大剪切力顯著正相關(guān)(P＜0.05)，穩(wěn)定時間與拉伸比顯著正相關(guān)(P＜0.05)，與峰值溫度極顯著正相關(guān)(P＜0.01);拉伸試驗的拉伸比與糊化特性測試中的峰值溫度顯著正相關(guān)(P＜0.05);面粉熱焓值與質(zhì)構(gòu)測試中膠著性顯著正相關(guān)(P＜0.05).

同類性質(zhì)測定中，不同指標彼此間多有顯著相關(guān)性，如吸水率與穩(wěn)定時間(P＜0.05)，硬度與拉斷力(P＜0.01)等.分析結(jié)果還表明，能影響并反映γ-PGA面條部分品質(zhì)特征的是γ-PGA添加量、粉質(zhì)測定中的吸水率和糊化特性中的熱焓值變化.

3 結(jié)論

1)添加γ-PGA后，測得的面團流變性各項指標均優(yōu)于空白值，添加量為0.10% ～0.15%時流變性較好.添加γ-PGA使淀粉糊化的峰值溫度升高，熱穩(wěn)定性增大，且熱焓值明顯降低，添加0.05%值最小.

表5 γ-PGA添加量團及試驗主要參數(shù)相關(guān)性Table 5 The relation of γ-PGA content and main experimental parameters

2)對面條質(zhì)構(gòu)特性測定結(jié)果表明，適量添加γ-PGA可改善面條的筋道性，提高面條堅實度和彈性，最適添加量為0.10%.相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，最大剪切力與γ-PGA添加量和吸水率均顯著正相關(guān)(P＜0.05);穩(wěn)定時間與峰值溫度極顯著正相關(guān)(P＜0.01);拉伸比與穩(wěn)定時間和峰值溫度均顯著正相關(guān)(P＜0.05);熱焓值與膠著性顯著正相關(guān)(P＜0.05).能影響并反映γ-PGA面條部分品質(zhì)特征的是γ-PGA添加量、面團吸水率和面粉熱焓值變化.

3)本試驗對添加γ-PGA后面團的流變學、糊化性質(zhì)和γ-PGA面條的質(zhì)構(gòu)特性的變化做了初步探討，并對主要指標進行相關(guān)性分析，以期為γ-PGA在面制品中的應用提供參考，但γ-PGA對面團和面制品產(chǎn)生影響的具體作用機理有待進一步研究.

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