添加劑對組織化小麥蛋白結(jié)構(gòu)的影響

楊 文 秦新生 馬葉勝 郭文杰 姜紹通,3 鄭 志,3

(合肥工業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院1，合肥 230009)(安徽瑞福祥食品有限公司2，亳州 236800)(安徽農(nóng)產(chǎn)品精深加工省級實驗室3，合肥 230009)

添加劑對組織化小麥蛋白結(jié)構(gòu)的影響

楊 文1秦新生1馬葉勝2郭文杰2姜紹通1,3鄭 志1,3

(合肥工業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院1，合肥 230009)(安徽瑞福祥食品有限公司2，亳州 236800)(安徽農(nóng)產(chǎn)品精深加工省級實驗室3，合肥 230009)

以小麥蛋白為原料，研究不同食品添加劑對雙螺桿擠壓組織化小麥蛋白質(zhì)構(gòu)特性的影響。結(jié)果表明，三聚磷酸鈉對組織化小麥蛋白的黏著性、彈性有著顯著性影響(P<0.05)；L-抗壞血酸鈉對擠壓產(chǎn)品的硬度、咀嚼度有顯著性影響(P<0.05)；碳酸氫鈉可以使產(chǎn)品的硬度、彈性、咀嚼度和恢復(fù)性分別提高33.9%、45.8%、167.8%和39.1%。添加海藻酸鈉后擠壓產(chǎn)品的黏著性提高63.5%，彈性降低29.2%。紅外光譜分析顯示添加碳酸氫鈉可以降低組織化小麥蛋白的β-轉(zhuǎn)角，提高無規(guī)則卷曲、α-螺旋和β-折疊的相對含量；添加海藻酸鈉后蛋白質(zhì)的無規(guī)卷曲相對含量明顯降低。拉曼光譜分析表明L-抗壞血酸鈉和碳酸氫鈉提高了小麥蛋白二硫鍵含量，而三聚磷酸鈉和海藻酸鈉導(dǎo)致二硫鍵含量降低。掃描電鏡結(jié)果顯示，三聚磷酸鈉促使擠壓產(chǎn)品生成片狀結(jié)構(gòu)，L-抗壞血酸鈉能夠顯著提升纖維結(jié)構(gòu)，碳酸氫鈉能夠形成更多更大的氣腔結(jié)構(gòu)，海藻酸鈉能夠使組織化小麥蛋白產(chǎn)品的纖維狀組織結(jié)構(gòu)變得更加緊密。

組織化小麥蛋白 添加劑 質(zhì)構(gòu)特性 二級結(jié)構(gòu) 微觀結(jié)構(gòu)

小麥蛋白是小麥淀粉加工過程中的副產(chǎn)物。全世界小麥蛋白年產(chǎn)量約為60萬噸，但是只有約5%用于食品行業(yè)，造成蛋白質(zhì)資源浪費。蛋白質(zhì)組織化加工是通過加熱、加壓、成型、冷卻等機械或化學(xué)方法改變蛋白質(zhì)的組織結(jié)構(gòu)，使蛋白質(zhì)分子間形成有序的組織結(jié)構(gòu)，在原料內(nèi)部膨化和外部環(huán)境影響下凝固，形成的纖維狀結(jié)構(gòu)蛋白[1]。制備組織化蛋白主要采用螺桿擠壓法實現(xiàn)，與傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝相比，具有設(shè)備占地面積小、能耗低、生產(chǎn)效率高、操作簡單等優(yōu)點[2]。目前，國內(nèi)外關(guān)于組織化蛋白的研究主要集中在大豆[3]、玉米[4]、豌豆[5]等蛋白物料，而針對小麥蛋白組織化加工的研究較少，且以工藝參數(shù)對組織化小麥蛋白質(zhì)構(gòu)特性和組織化度的影響研究為主。

有研究表明，在植物蛋白擠壓組織化加工過程中，添加劑對組織化產(chǎn)品的品質(zhì)有較大影響[6]。研究采用的添加劑主要有鹽類、乳化劑、酸度調(diào)節(jié)劑等。Camire等[7]發(fā)現(xiàn)氯化鈣可增加大豆組織化蛋白(TSP)的聚集度和表面光滑度；而海藻酸鈉與大豆蛋白結(jié)合，形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，淀粉顆粒與蛋白質(zhì)分子不易脫落，使原料擠壓過程不充分，導(dǎo)致TSP的咀嚼度降低、持水性降低、密度增加。L-半胱氨酸作用于蛋白質(zhì)二硫鍵，組織化度得到改善，Li等[8]研究發(fā)現(xiàn)L-半胱氨酸使組織化小麥蛋白的硬度、咀嚼度增加。在大米擠壓過程中添加磷酸鹽可以顯著影響擠壓產(chǎn)品特性，擠壓產(chǎn)品的膨化度和能耗均降低[9]。董萍等[10]在大豆組織化蛋白中添加了NaCl、碳酸氫鈉和大豆磷脂，產(chǎn)品的咀嚼度、彈性和纖維狀結(jié)構(gòu)得到了提高。三聚磷酸鈉為水分保持劑，可以促進加熱后蛋白質(zhì)凝結(jié)成緊密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，李瑜等[11]發(fā)現(xiàn)引入磷酸根基團后小麥蛋白的溶解度、乳化度及其穩(wěn)定性等都得到了極顯著的改善。張立[12]研究發(fā)現(xiàn)L-抗壞血酸鈉可以使面筋蛋白結(jié)合更加緊密、彈性及綜合強度增加。堿是生產(chǎn)組織化蛋白常用的組織改良劑，馬寧等[13]研究表明添加碳酸鹽使組織化小麥蛋白具有更好的咀嚼性、彈性和纖維狀結(jié)構(gòu)。海藻酸鈉是乳化穩(wěn)定劑、增稠劑，添加可強化面筋的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，同時增強韌性，楊艷[14]研究發(fā)現(xiàn)海藻酸鈉加固了面筋蛋白的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

本試驗以小麥蛋白為原料，采用XT-85型雙螺桿擠壓機，研究三聚磷酸鈉、L-抗壞血酸鈉、碳酸氫鈉等添加劑對對雙螺桿擠壓組織化小麥蛋白質(zhì)構(gòu)特性的影響，探討其作用機制，以期為小麥蛋白擠壓組織化生產(chǎn)和新產(chǎn)品開發(fā)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

小麥蛋白：安徽瑞福祥食品有限公司，蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)76.7%，干基。三聚磷酸鈉、L-抗壞血酸鈉、碳酸氫鈉和海藻酸鈉，均是食品級：河南億航化工產(chǎn)品有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

XT-85型雙螺桿擠壓機：美國Wenger公司，螺桿直徑85 mm，長徑比19.5∶1；TA-XT Plus型物性測試儀：英國Stable Micro System公司；Nicolet 67傅里葉紅外光譜儀：美國Thermo Nicolet公司；HR Evolution顯微共焦激光拉曼光譜儀：法國Horiba Jobin-Yvon公司；JSM-6490LV鎢燈絲掃描電子顯微鏡：日本JEOL公司；Hop-L7高速粉碎機：無錫赫普輕工設(shè)備公司。

1.3 擠壓試驗

原料準(zhǔn)備：根據(jù)各添加劑的單因素試驗結(jié)果和膨化食品國家標(biāo)準(zhǔn)GB 17401—2014，分別向小麥蛋白粉中添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%的三聚磷酸鈉、0.2%的L-抗壞血酸鈉、0.2%的碳酸氫鈉、0.2%的海藻酸鈉，放入混合器中攪拌均勻，制備成4份原料備用。

根據(jù)預(yù)備試驗的結(jié)果，采用統(tǒng)一的擠壓參數(shù)：物料含水率32%，螺桿轉(zhuǎn)速400 r/min，喂料量300 kg/h，4個加熱段溫度分別為40、90、140、110 ℃，?？壮叽? mm×26 mm。擠壓所用的固體原料由固體喂料器定量的加入螺桿中，在正式試驗之前，擠壓機需預(yù)熱到設(shè)定的溫度。當(dāng)加入原料時，要控制好喂料量和加水量，待原料從模頭擠出且擠壓機穩(wěn)定運行一段時間后取樣。擠壓組織化小麥蛋白從模頭切割擠出后，將其放入烘箱中40 ℃干燥90 min，收集不同添加劑下所需的樣品，放入密封袋中保存，用于后期樣品不同性質(zhì)的測定。未添加添加劑的組織化小麥蛋白、添加了三聚磷酸鈉、L-抗壞血酸鈉、碳酸氫鈉和海藻酸鈉的組織化小麥蛋白分別表示為：TWG、TWG-三聚、TWG-L抗、TWG-碳酸、TWG-海藻。取樣分別進行質(zhì)構(gòu)、傅里葉紅外光譜、拉曼光譜、電泳，以及掃描電鏡分析。

1.4 檢測方法

1.4.1 質(zhì)構(gòu)測定

根據(jù)張汆[15]的方法，在室溫下，將樣品在25 ℃復(fù)水15 min(復(fù)水后樣品含水量達到200%以上)，放篩網(wǎng)瀝干10 min，再將樣品用刀分割成20 mm×20 mm的正方體，然后采用A-XT Plus型質(zhì)構(gòu)儀進行組織化小麥蛋白物性測定。運行模式：TPA模式，P/50探頭，測試前速度1.0 mm/s，測試速度2.0 mm/s，測試后速度2.0 mm/s，下壓程度75%。每個批次樣品至少平行測5次，舍去最大值和最小值，求平均值，得樣品的硬度、彈性、咀嚼度、黏著性等質(zhì)構(gòu)指標(biāo)。

1.4.2 紅外光譜分析

將不同添加劑條件下制備出的試驗樣品分別放入高速粉碎機中進行粉碎，過100目篩后，放入密封袋中密封備用。根據(jù)Kong等[16]的方法，采用Nicolet 67型傅里葉紅外光譜儀對組織化小麥蛋白二級結(jié)構(gòu)進行測定。稱取少許組織化小麥蛋白的樣品粉末，置于紅外燈下充分干燥以除去水分。取少量樣品粉末，放入瑪瑙缽中，加入適量的光譜純KBr粉末，充分混合、研磨，然后將樣品放入模具中，10 kg壓力下壓制成薄片。在恒溫恒濕的條件下，將壓制的薄片放入傅里葉紅外光譜儀中進行掃描測定，波數(shù)范圍為4 000～400 cm-1，分辨率為4 cm-1，信號掃描累次數(shù)64次，得出紅外光譜圖。酰胺Ι帶(1 700～1 600 cm-1)二級結(jié)構(gòu)歸屬見表1。

表1 酰胺Ⅰ帶組分的特征頻率與峰的指認(rèn)[17]

1.4.3 拉曼光譜分析

根據(jù)Tang等[18]的方法，采用HR Evolution顯微共焦激光拉曼光譜儀，波長為632.8 nm的氬氪離子激光器作為激發(fā)光源，激光輸出功率為80 mW, 到達樣品的激光能量大約為3 mW, 聚焦在樣品上的光斑直徑大約為1 μm，采譜范圍為400～700 cm-1和700～1 800 cm-1，并用Labspec 6.0 軟件對試驗結(jié)果進行處理。測定時小心放置各固態(tài)粉末樣品于具有凹槽的顯微鏡載玻片上進行激光聚焦。每次測定掃描次數(shù)為50次，樣品暴露于激光時間為2 s，暴露面積約2 cm-1，得出拉曼光譜圖。

1.4.4 二硫鍵含量檢測

參考Ellman法[19]測定蛋白質(zhì)的巰基和總巰基基團含量，利用游離巰基、總巰基和二硫鍵的關(guān)系計算二硫鍵含量。

巰基含量測定：吸取0.5 mL質(zhì)量濃度為15 mg/mL的樣品溶液，加入2.5 mL Tris-Gly-8MUrea溶液，混勻后加入0.02 mL DTNB溶液，迅速混合后在25 ℃恒溫水浴鍋中反應(yīng)30 min，于412 nm處測定吸光度(A412)，同時測定空白值(以緩沖液代替樣品)。每組試樣平行測定3次，取其平均值。計算公式為：SH/μmol/g=73.53A412×D/C；其中73.53=106/(1.36×104)，1.36×104是Ellman試劑的摩爾消光系數(shù)；A412為412 nm處的吸光度；D為稀釋系數(shù)，此時D=6.04；C為樣品的最終質(zhì)量濃度(mg/mL)。

二硫鍵含量測定：吸取0.2 mL質(zhì)量濃度為15 mg/mL的樣品溶液，加入1.0 mL Tris-Gly-10MUrea溶液，再加0.02 mL β-巰基乙醇，在25 ℃恒溫水浴鍋中保溫1 h后，加入10 mL 12% TCA溶液，繼續(xù)保溫1 h后，樣品在3 000 r/min下離心10 min，沉淀再用12% TCA溶液洗滌并離心，重復(fù)2次，最后在離心殘渣中加入3 mL Tris-Gly-8MUrea溶液溶解，再加入0.03 mL DTNB溶液，迅速混合后在25 ℃下保溫反應(yīng)30 min，于412 nm處測定吸光度值(A412)，同時測定空白值(以緩沖液代替樣品)。每組試樣平行測定3次，取平均值。計算公式：

SH+還原的SS/μmol/g=73.53A412×D/C，SS/μmol/g=(總巰基含量-游離巰基含量)/2

式中：D=15，其余與SH計算公式相同。

1.4.5 電泳分析

參照Steffolani等[20]的方法，對小麥蛋白原料、組織化小麥蛋白和不同添加劑擠壓樣品進行電泳分析。稱取2 mg樣品，溶解于0.5 mL樣品處理液(44.25 mL處理液含23 mL 10%SDS溶液、5 mL β-巰基乙醇、10 mL甘油酸丙三醇和6.25 mL pH為6.8Tris-HCl溶液)中，沸水域中加熱10 min，7 000 r/min離心15 min。5%濃縮膠和12%的分離膠，采用美國Bio-Rad公司PowerPac高壓電泳系統(tǒng)，每條泳道上樣量10 μL，電壓為80 V，電流為60 mA，電泳約3 h。電泳結(jié)束后，考馬斯亮藍R-250(醋酸∶乙醇∶蒸餾水=2∶9∶9V/V)染色50 min，脫色液(醋酸∶甲醇∶蒸餾水=1∶8∶5V/V)脫色。采用凝膠成像系統(tǒng)(美國Bio-Rad公司)采集和分析圖像中各條帶的蛋白質(zhì)分子質(zhì)量。

1.4.6 掃描電鏡分析

將天然狀態(tài)下過100目篩的小麥蛋白原料和擠壓組織化小麥蛋白樣品切成大小為5 mm×5 mm×5 mm的小塊，然后，將其固定在鋁制的載物臺上，2.5 kV，25 mA噴金1.5 min后，采用掃描電子顯微鏡觀察樣品橫切面并拍照。

1.5 數(shù)據(jù)分析

質(zhì)構(gòu)檢測、二硫鍵試驗重復(fù)3次，結(jié)果以平均值表示。數(shù)據(jù)在P<0.05 水平上的顯著性采用SPSS 13.0軟件進行分析；采用Ominic、Peakfit軟件進行圖譜處理；應(yīng)用Origin 9.0軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同添加劑對組織化小麥蛋白質(zhì)構(gòu)的影響

試驗采用了三聚磷酸鈉、L-抗壞血酸鈉、碳酸氫鈉和海藻酸鈉4種添加劑，研究其對組織化小麥蛋白的硬度、黏著性、彈性、咀嚼度和恢復(fù)性等質(zhì)構(gòu)特性的影響，結(jié)果如表2所示。

從表2可以看出，與未添加添加劑的組織化小麥蛋白相比，L-抗壞血酸鈉、碳酸氫鈉和海藻酸鈉能夠顯著的提高TWG的硬度，三聚磷酸鈉對硬度的影響不大；三聚磷酸鈉和海藻酸鈉能夠顯著提升TWG的黏著性，L-抗壞血酸鈉和碳酸氫鈉降低黏著性。4種添加劑中，只有碳酸氫鈉能夠顯著的提升TWG的彈性，原因可能是添加劑在反應(yīng)的過程中生成了CO2；三聚磷酸鈉和海藻酸鈉卻降低TWG的彈性。咀嚼度表示將固體樣品咀嚼成吞咽穩(wěn)定狀態(tài)時所需的能量，其中L-抗壞血酸鈉和碳酸氫鈉對TWG的咀嚼度有著顯著的影響，添加了碳酸氫鈉后TWG的咀嚼度提高了167.8%。研究還發(fā)現(xiàn)，在添加了碳酸氫鈉后，TWG的恢復(fù)性得到了顯著地提高，而其他添加劑對TWG的恢復(fù)性影響不大。

表2 添加劑對TWG質(zhì)構(gòu)特性的影響

注：不同小寫字母表示同一樣品不同添加劑間差異顯著(P<0.05)。

2.2不同添加劑對組織化小麥蛋白二級結(jié)構(gòu)的影響

4種添加劑擠壓樣品得到的紅外光譜圖，利用Omnic軟件確定基線，然后用Peakfit軟件對圖譜進行去卷積和二階導(dǎo)數(shù)擬合處理，不同子峰的相對面積表示各二級結(jié)構(gòu)的含量。

圖1 不同添加劑組織化小麥蛋白樣品的紅外光譜圖

從圖1可以看出，添加了不同添加劑的組織化小麥蛋白樣品的紅外光譜形狀基本一致，在酰胺A帶3 410 cm-1處吸收峰強度存在一定差異，3 410 cm-1處表示C-H反對稱伸縮振動[21]，添加了添加劑后樣品的吸收峰強度都增加了，其中碳酸氫鈉樣品吸收峰強度增加最多，表明擠壓過程氫鍵相互作用越大。

對不同添加劑下所得樣品中蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的相對百分含量進行分析，結(jié)果見圖2。分析可知，在不同添加劑條件下，組織化小麥蛋白的4種二級結(jié)構(gòu)均存在。不同添加劑對組織化產(chǎn)品二級機構(gòu)的相對含量有著不同影響，可以發(fā)現(xiàn)碳酸氫鈉降低蛋白質(zhì)的β-轉(zhuǎn)角，同時提高了無規(guī)卷曲、α-螺旋和β-折疊的相對含量；相對于其他添加劑，在添加了海藻酸鈉后蛋白質(zhì)的無規(guī)卷曲相對含量明顯降低。

圖2 不同添加劑組織化小麥蛋白樣品的二級結(jié)構(gòu)相對質(zhì)量分?jǐn)?shù)

2.3 不同添加劑對組織化小麥蛋白構(gòu)象的影響

拉曼光譜具有操作簡單，所需樣本量小，檢測靈敏度高等特點，是研究分子結(jié)構(gòu)的新手段之一。通過對不同添加劑的組織化小麥蛋白樣品檢測，分析不同添加劑對蛋白構(gòu)象的影響。圖3為不同添加劑組織化小麥蛋白在460～570 cm-1和1 000～1 800 cm-1范圍內(nèi)的拉曼光譜圖。

圖3 不同添加劑紅外各子峰擬合圖

在組織化小麥蛋白形成過程中，二硫鍵與蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性能有密切的關(guān)系，對維持小麥蛋白的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有非常重要的作用。在拉曼光譜中二硫鍵的特征頻率是500～550 cm-1。在 525 cm-1附近的譜帶被指認(rèn)為二硫鍵扭式-扭式-反式構(gòu)象[22]。組織化小麥蛋白產(chǎn)品在拉曼光譜的525 cm-1附近有一個峰顯示(圖4a)，這個譜帶被指認(rèn)為二硫鍵扭式-扭式-反式構(gòu)象，可以發(fā)現(xiàn)4種添加劑對二硫鍵的構(gòu)象沒有影響；拉曼光譜中二硫鍵變化與表3結(jié)果一致，碳酸氫鈉和L-抗壞血酸鈉能夠提高二硫鍵的含量，小麥蛋白分子間交聯(lián)和聚集加強，該結(jié)論與掃描電鏡結(jié)果相符；添加了三聚磷酸鈉后海藻酸鈉后，二硫鍵的含量降低，小麥蛋白結(jié)構(gòu)更加松散。

圖4 不同添加劑組織化小麥蛋白的拉曼光譜圖

TWGTWG-三聚TWG-L抗TWG-碳酸TWG-海藻二硫鍵/μmol/g6．12±0．14c5．36±0．11d7．47±0．16b7．93±0．07a4．89±0．12e

注：不同小寫字母表示不同添加劑間差異顯著(P<0.05)。

酰胺Ι區(qū)的譜帶(1 600～1 700 cm-1)主要是C=O的伸縮振動，另外還有N-H振動、C-C-N振動和C-N伸縮振動[23]。相關(guān)文獻表明，若蛋白中β-折疊含量高則在1 665～1 680 cm-1之間會出現(xiàn)強帶[24]。由圖4b可知，所有樣品的β-折疊含量都比較高，這和紅外光譜的結(jié)果一致，同時添加了碳酸氫鈉的樣品β-折疊相對含量最高。酰胺Ⅲ區(qū)(1 230～1 320 cm-1)附近出現(xiàn)的譜帶能夠反映小麥蛋白的二級機構(gòu)，譜帶來源于肽鍵的N-H面內(nèi)振動和C-N伸縮振動。根據(jù)相關(guān)文獻，若蛋白中β-折疊含量高，則通常在1 235～1 245 cm-1之間有較強的峰[24]。由圖4b可以得知，樣品的β-折疊含量高，并且碳酸氫鈉的β-折疊含量最高。β-折疊是蛋白二級結(jié)構(gòu)中比較穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，小麥蛋白原料在擠壓后β-折疊的相對含量最大，說明在擠壓的劇烈條件下，蛋白的結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定，并且在添加了碳酸氫鈉后，原料反應(yīng)更加充分β-折疊的相對含量最大。

2.4 不同添加劑組織化小麥蛋白亞基的影響

本研究采用SDS-PAGE法分析組織化小麥蛋白添加添加劑后亞基的變化。

注：M：低分子質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)蛋白；1為小麥蛋白；2為TWG；3～6號分別為TWG-三聚、TWG-L抗、TWG-碳酸、TWG-海藻。 圖5 不同添加劑組織化小麥蛋白的SDS-PAGE電泳圖

從圖5還原SDS-PAGE電泳圖可以發(fā)現(xiàn)，擠壓過后，未添加和添加了添加劑的樣品在濃縮膠頂端出現(xiàn)了顏色較深的條帶，表明有大分子聚合物滯留在濃縮膠；但是并未有亞基條帶消失，且未出現(xiàn)新的亞基條帶。綜合以上現(xiàn)象可以知道：小麥蛋白在擠壓后并沒有發(fā)生亞基的裂解，而是發(fā)生了聚集、交聯(lián)等變性反應(yīng)，生成了分子質(zhì)量較大的聚合物[25]；在添加了三聚磷酸鈉、L-抗壞血酸鈉、碳酸氫鈉和海藻酸鈉4種添加劑后，對蛋白亞基影響較小，也形成了較大的聚合物。在這些聚合物中，較大的不能穿過濃縮膠進入分離膠，在濃縮膠的頂端聚集。并且在還原SDS-PAGE電泳中，SDS和β-巰基乙醇可以將非共價鍵和二硫鍵裂解，所以這些聚合物可能是以酰胺鍵的形式聚合[13]。

2.5 掃描電子分析

為進一步了解不同添加劑的組織化小麥蛋白在微觀組織結(jié)構(gòu)方面的變化，分別選取添加了不同添加劑的組織化產(chǎn)品樣品，采用掃描電鏡對其內(nèi)部橫切面進行觀察，結(jié)果如圖6。

圖6 不同添加劑組織化小麥蛋白的掃描電鏡圖

從圖6a中可以看出，小麥蛋白在天然狀態(tài)下以無規(guī)則的散亂狀顆粒存在，在高溫、高壓、高剪切力作用下形成熔融狀態(tài)的小麥蛋白，然后經(jīng)過冷卻模頭形成如圖6b中呈現(xiàn)出纖維化絲狀結(jié)構(gòu)的組織化小麥蛋白產(chǎn)品。圖6c表明在添加了三聚磷酸鈉后，組織化產(chǎn)品的微觀結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)了更多片狀的結(jié)構(gòu)，在組織化產(chǎn)品復(fù)水后也可以發(fā)現(xiàn)這個現(xiàn)象。從圖6d中發(fā)現(xiàn)，在添加了L-抗壞血酸鈉后，組織化小麥蛋白的纖維結(jié)構(gòu)更加明顯，同時絲狀的走向也更明顯。圖6e則顯示出碳酸氫鈉對組織化產(chǎn)品的微觀結(jié)構(gòu)影響比較大，可能是碳酸氫鈉在擠壓的過程中產(chǎn)生了CO2，使得組織化產(chǎn)品的多孔結(jié)構(gòu)更加明顯。由圖6f可以發(fā)現(xiàn)，作為乳化劑的海藻酸鈉使得組織化小麥蛋白產(chǎn)品的纖維狀組織結(jié)構(gòu)變得更加緊密，氣腔數(shù)量減少、體積變小。

3 結(jié)論

通過雙螺桿擠壓組織化小麥蛋白，研究不同添加劑對組織化小麥蛋白質(zhì)構(gòu)特性、二級結(jié)構(gòu)、蛋白亞基和微觀結(jié)構(gòu)的影響，研究表明：

3.1 三聚磷酸鈉與組織化小麥蛋白的黏著性和彈性呈顯著正相關(guān)；L-抗壞血酸鈉與擠壓產(chǎn)品的硬度和咀嚼度呈顯著正相關(guān)；碳酸氫鈉與硬度、彈性、咀嚼度和恢復(fù)性呈極大正相關(guān)；海藻酸鈉與擠壓產(chǎn)品的黏著性呈顯著正相關(guān)，與彈性呈顯著負(fù)相關(guān)。

3.2 添加劑并未造成組織化小麥蛋白二級結(jié)構(gòu)的完全破壞，而是部分α-螺旋、β-折疊、無規(guī)則卷曲轉(zhuǎn)化成了較穩(wěn)定的β-轉(zhuǎn)角。

3.3 三聚磷酸鈉促使擠壓產(chǎn)品生成片狀結(jié)構(gòu)，L-抗壞血酸鈉能夠顯著提升纖維結(jié)構(gòu)，碳酸氫鈉能夠形成更多更大的氣腔結(jié)構(gòu)，海藻酸鈉能夠使組織化小麥蛋白產(chǎn)品的纖維狀組織結(jié)構(gòu)變得更加緊密。

[1]陳鋒亮, 魏益民, 張波, 等. 植物蛋白原料體系影響擠壓組織化研究進展[J]. 中國糧油學(xué)報, 2012, 27(4):110-113

Chen F L, Wei Y M, Zhang B,et al. Research advances in effects of vegetable protein material systems on extrusion texturization [J] . Journal of the Chinese Cereals and Oils Association, 2012, 27(4): 110-113

[2]高揚, 解鐵民, 李哲濱, 等. 植物蛋白高水分?jǐn)D壓組織化技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展[J]. 中國糧油學(xué)報, 2012, 27(8): 124-128

Gao Y, Xie T M, Li Z B, et al.The current situation and development of vegetable protein's high moisture extrusion technology organization[J]. Journal of the Chinese Cereals and Oils Association, 2012, 27(8): 124-128

[3]張波, 董玲, 魏益民, 等. 大豆理化特性與擠壓組織化產(chǎn)品特性的關(guān)系[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2009, 42(11): 4012-4018

Zhang B, Dong L, Wei Y M, et al.Relationship between extrudate texturization properties and physicochemical properties of soybeans[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2009, 42(11): 4012-4018

[4]叢崇, 呂呈蔚, 樊紅秀, 等. 響應(yīng)面試驗優(yōu)化玉米淀粉擠出-酶解復(fù)合法糖化工藝[J]. 食品科學(xué), 2015, 36(18): 33-40

Cong C, Lu C Y, Fan H X, et al.Response surface optimization of saccharification process for liquefied corn starch by simultaneous extrusion and enzymatic hydrolysis[J]. Food Science, 2015, 36(18): 33-40

[5]Singh B, Sekhon K S, Singh N. Effects of moisture, temperature and level of pea grits on extrusion behaviour and product characteristics of rice[J]. Food Chemistry, 2007, 100(1): 198-202

[6]李誠. 小麥蛋白雙螺桿擠壓組織化工藝及機理研究[D]. 合肥：合肥工業(yè)大學(xué), 2015

Li C. Effects of twin-screw extrusion on the process and mechanism of wheat gluten[D].Hefei: Hefei University of Technology, 2015

[7]Camire M E, Camire A, Krumhar K. Chemical and nutritional changes in foods during extrusion[J]. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 1990, 29(1): 35-57

[8]Li M, Lee T C. Effect of cysteine on the functional properties and microstructures of wheat flour extrudates[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 1996, 44(7): 1871-1880

[9]Badding-Smithey S L, Huff H E, Hsieh F, et al. Processing parameters and product properties of extruded beef with nonmeat cereal binders[J]. LWT-Food Science and Technology, 1995, 28(4):386-394

[10]董萍，馮敘橋，李寶華，等. 大豆組織蛋白品質(zhì)的配方改進[J]. 大豆科學(xué), 2013, 32(3): 406-409

Dong P, Feng X Q, Li B H, et al. Formula optimization to improve quality of textured soy protein[J]. Soybean Science and Technology, 2013, 32(3): 406-409

[11]李瑜, 尹春明, 周瑞寶. 三聚磷酸鈉改性小麥面筋蛋白研究[J]. 糧食與油脂, 2002(2): 4-5

Li Y, Yin C M, Zhou R B.Studies on wheat gluten modified by sodium tripolyphosphate[J]. Cereals and Oils, 2002(2): 4-5

[12]張立. 單寧酸對面包烘焙品質(zhì)影響及其作用機理研究[D].武漢: 華中科技大學(xué), 2010

Zhang L. Effects of tannic acid on baking quality and mechanism of bread[D]. Wuhan: Huazhong University of Science and Technology, 2010

[13]馬寧, 郭曉娜, 彭偉, 等. 擠壓組織化對小麥面筋蛋白結(jié)構(gòu)影響的研究[J]. 中國糧油學(xué)報, 2013, 28(1):60-64

Ma N, Guo X N,Peng W, et al. Study on the influence of textured extrusion on the structure of wheat gluten protein[J]. Journal of the Chinese Cereals and Oils Association, 2013, 28(1): 60-64

[14]楊艷. 海藻酸鈉對燕麥粉質(zhì)特性及其面團質(zhì)構(gòu)的影響[D].濟南: 山東輕工業(yè)學(xué)院, 2010

Yang Y.Effects of sodium alginate on oat flour properties and dough texture[D]. Jinan:Shandong Polytechnic University, 2010

[15]張汆. 花生蛋白擠壓組織化技術(shù)及其機理研究[D] .楊凌: 西北農(nóng)林科技大學(xué), 2007

Zhang M.Effects of extrusion on the process and mechanism of peanut protein[D] .Yangling: Northwest A and F University, 2007

[16]Kong J, Yu S. Fourier transform infrared spectroscopic analysis of protein secondary structures [J]. Acta Biochim.Biophys.Sinica. 2007,39 (8), 549-559

[17]康立寧. 大豆蛋白高水分?jǐn)D壓組織化技術(shù)和機理研究[D].西安: 西北農(nóng)林科技大學(xué), 2007

Kang L N. Study on high moisture extrusion microstructure technology and mechanism of soybean protein[D].Xi′an: Northwest A and F University, 2007

[18]Tang C H, Ma C Y. Heat-induced modifications in the functional and structural properties of vicilin-rich protein isolate from kidney (Phaseolus vulgaris,L.) bean[J]. Food Chemistry, 2009, 115(3): 859-866

[19]Fischer T. Effect of extrusion cooking on protein modification in wheat flour[J]. European Food Research and Technology, 2004, 218(2): 128-132

[20]Steffolani M E, Ribotta P D, Perez G T, et al. Effect of glucose oxidase, transglutaminase, and pentosanase on wheat proteins: Relationship with dough properties and bread-making quality[J]. Journal of Cereal Science, 2010, 51(3): 366-373

[21]Li-Chan E, Nakai S, Hirotsuka M. Raman spectroscopy as a probe of protein structure in food systems[M]. Protein Structure-Function Relationships in Foods, 1994: 163-197

[22]Liao L, Zhao M, Ren J, et al. Effect of acetic acid deamidation-induced modification on functional and nutritional properties and conformation of wheat gluten[J]. Journal of the Science of Food and Agriculture, 2009, 90(3): 409-17

[23]Marti A, Seetharaman K, Pagani M A. Rice-based pasta: A comparison between conventional pasta-making and extrusion-cooking[J]. Journal of Cereal Science, 2010, 52(3): 404-409

[24]張莉莉. 高溫(100～120 ℃)處理對魚糜及其復(fù)合凝膠熱穩(wěn)定性的影響[D] .青島: 中國海洋大學(xué), 2013

Zhang L L.Effects of high-temperature (100～120 ℃) treatment on the thermal stability of surimi and plural gels[D] .Qingdao: Ocean University of China,2013

[25]陳鋒亮. 植物蛋白擠壓組織化過程中水分的作用[D].北京: 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院, 2010

Chen F L.Effect of moisture in the process of plant protein extrusion[D]. Beijing: Chinese Academy of Agricultural Sciences, 2010.

Effect of Different Additives on Structure of Texturized Wheat Gluten

Yang Wen1Qin Xinsheng1Ma Yesheng2Guo Wenjie2Jiang Shaotong1,3Zheng Zhi1,3

(School of Food Science and Engineering, Hefei University of Technology1, Hefei 230009)(Anhui Ruifuxiang Food Co., Ltd2, Bozhou 236800)(Key Laboratory for Agriculture Products Processing of Anhui Province3, Hefei 230009)

To investigate the effect of different additives on the texture properties and structure of texturized wheat gluten (TWG), wheat gluten was used as raw material and then prepared by a twin screw extruder. The Results showed that the adhesiveness and springiness of TWG were significantly (P<0.05) affected by the sodium tripolyphosphate (ST).L-ascorbic acid sodium salt (LAS) displayed a dramatical (P<0.05) effect on the hardness and chewiness of TWG. Sodium bicarbonate (SB) addition caused significant increase of hardness, springiness, chewiness and resilience of TWG by 33.9%, 45.8%, 167.8%, and 39.1%, respectively. Moreover, the addition of sodium alginates (SA) to TWG increased the adhesiveness of samples by 63.5%, but decreased the springiness by 29.2%. Infrared spectroscopic analysis revealed that SB addition increased the relative content of random coil, α-helix and β-sheet structure, while β-turn structure reduced; SA addition decreased the relative content of random coil structure. Raman spectroscopy showed that LAS and SB could increase the content of disulfide bonds, while ST and SA inhibited the formation of disulfide bonds. Scanning electron microscopy (SEM) showed that ST could induce TWG formed a more sheet-like structure; LAS could significantly improve the fibrous structure; SB could form more pore structure; SA could make the fibrous structure more, smooth of TWG.

texturized wheat gluten, additives, texture properties, secondary structure, micro structure

TS234

A

1003-0174(2017)10-0001-08

863計劃(2013AA100201)，安徽省科技攻關(guān)(130103 1031)

2016-09-12

楊文，男，1990年出生，碩士，糧食、油脂及植物蛋白工程

鄭志，男，1971年出生，教授，農(nóng)產(chǎn)品加工及貯藏工程