凍藏對面團(tuán)中面筋蛋白分子結(jié)構(gòu) 及功能特性影響的研究進(jìn)展

鄒 敏,楊潤強(qiáng),顧振新,王 沛

(南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院,江蘇南京 210095)

冷凍面團(tuán)技術(shù)起源于20世紀(jì)50年代,其標(biāo)準(zhǔn)化、方便化等諸多優(yōu)越性推動(dòng)了烘焙行業(yè)品牌連鎖經(jīng)營模式的快速發(fā)展[1],這是實(shí)現(xiàn)主食工業(yè)化生產(chǎn)的重要途徑之一。冷凍面團(tuán)具有降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量、極大方便消費(fèi)者等優(yōu)點(diǎn),其應(yīng)用范圍非常廣泛,除可用于面包生產(chǎn)外,還可應(yīng)用于加工生產(chǎn)具有中國特色的饅頭、包子和餃子等速食食品[2]。但是由冷凍面團(tuán)生產(chǎn)出的面包、饅頭等發(fā)酵產(chǎn)品的醒發(fā)時(shí)間延長、體積變小、貨架期縮短的不足之處也逐漸顯現(xiàn)[3]。

面團(tuán)品質(zhì)劣變是縮短冷凍面團(tuán)貨架期的主要原因。這主要是因?yàn)樵诶鋬銎陂g,面團(tuán)的組分(面筋蛋白、酵母、水分、淀粉)會(huì)逐漸劣變。主要有三個(gè)方面:面團(tuán)中的水分在冷凍過程中凍結(jié)形成冰晶,溫度波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致冰晶發(fā)生重結(jié)晶,隨著冰晶體積增大破壞了面筋的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[4],面團(tuán)的筋力逐步損失,面團(tuán)持氣力下降[5-6];在凍藏過程中,酵母細(xì)胞內(nèi)的水會(huì)形成冰晶,冰晶體積增大會(huì)造成酵母細(xì)胞損傷、破裂,使其存活率和產(chǎn)氣性都大大下降[7],最終導(dǎo)致產(chǎn)品體積變小、質(zhì)量變差[8];冷凍會(huì)影響淀粉的老化,由冷凍面團(tuán)生產(chǎn)的產(chǎn)品老化速度會(huì)加快,使產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)、口感等變差[9]。

諸多研究報(bào)道指出,冷凍面團(tuán)品質(zhì)下降的主要原因是面筋蛋白在凍藏過程中品質(zhì)發(fā)生劣變。因此,研究面筋蛋白的品質(zhì)在凍藏過程中發(fā)生的變化能夠完善冷凍面團(tuán)品質(zhì)劣變機(jī)理,同時(shí)為改善冷凍面團(tuán)品質(zhì)提供理論依據(jù)[1]。本文綜述了凍藏過程中面筋蛋白的分子組成、空間結(jié)構(gòu)和功能特性等方面的變化。

1 小麥面筋蛋白的分類和結(jié)構(gòu)

水洗去淀粉顆粒和水溶性部分后得到小麥面筋蛋白。根據(jù)洗滌的徹底性,干物質(zhì)中含有75%～85%的蛋白質(zhì)、5%～10%的脂質(zhì)以及少量的淀粉和非碳水化合物。一般而言,面筋指的是蛋白質(zhì),其品質(zhì)主要決定了面團(tuán)的強(qiáng)度和粘彈性,對面制品食用品質(zhì)起到關(guān)鍵作用[10]。面筋蛋白含有多種蛋白質(zhì)成分,它們以單體存在或者通過鏈間SS鍵形成寡聚物或聚合體。其氨基酸組成中,含有大量的谷氨酰胺和脯氨酸及非極性氨基酸,帶電的氨基酸含量低。天然面筋蛋白的分子量范圍為3×104～1×107Da[11]。

Osborne[12]提出了小麥面筋蛋白的分類方法,即根據(jù)面筋蛋白在70%乙醇水溶液中的溶解度差異分為醇溶性的醇溶蛋白和醇不溶性的谷蛋白[1,13]。醇溶蛋白和谷蛋白的比例約為1∶1,兩者相互交聯(lián)形成面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(圖1),同時(shí)它們是面筋蛋白流變學(xué)特性和面制品品質(zhì)的主要決定因素[14]。麥谷蛋白的分子量分布比較寬,它是由多肽鏈通過二硫鍵結(jié)合形成的大分子,主要賦予面筋蛋白彈性,決定面筋蛋白彈性性能的主要因素是谷蛋白分子鏈中的一些重復(fù)單元(富含脯氨酸、谷氨酸、結(jié)氨酸和賴氨酸)[15-16]。醇溶蛋白是由疏水性多肽通過分子內(nèi)的二硫鍵形成的單鏈,賦予面筋蛋白粘性[17]。

圖1 面筋模型結(jié)構(gòu)示意圖[18]Fig.1 Schematic diagram of gluten model structure[18]

1.1 醇溶蛋白

大多數(shù)醇溶蛋白為單體蛋白,結(jié)構(gòu)緊密呈球狀(圖2),其分子內(nèi)無鏈外SS鍵[19],分子量為30～80 kDa,根據(jù)其在低pH條件下電泳遷移率的不同可分為α-醇溶蛋白、β-醇溶蛋白、γ-醇溶蛋白和ω-醇溶蛋白四種類型[20]。ω-醇溶蛋白含有大量的谷氨酰胺、脯氨酸、苯丙氨酸(合計(jì)占氨基酸組成的80%)和極少量的含硫氨基酸,被稱為貧硫醇溶蛋白。相反,α-醇溶蛋白、β-醇溶蛋白、γ-醇溶蛋白含有少量的谷氨酰胺、脯氨酸、苯丙氨酸和大量的含硫氨基酸,被稱為富硫醇溶蛋白[13]。

圖2 谷蛋白和醇溶蛋白結(jié)構(gòu)示意圖[18]Fig.2 Schematic diagrams of glutenin and gliadin structure[18]

醇溶蛋白有兩個(gè)不同的結(jié)構(gòu)域:氮(N)端結(jié)構(gòu)域和碳(C)端結(jié)構(gòu)域(圖3)。其中α-、β-、γ-三種醇溶蛋白結(jié)構(gòu)相近,均有重復(fù)N端區(qū)域和非重復(fù)C端區(qū)域,肽鏈上存在3～4個(gè)分子內(nèi)二硫鍵[21],分子量為30～45 kDa。α-醇溶蛋白的N段和C段幾乎等長,N端結(jié)構(gòu)域由兩段重復(fù)的氨基酸序列(PGGPT和PGPGPPP)組成,α-醇溶蛋白重復(fù)域主要為β-轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu),但β-轉(zhuǎn)角在肽鏈上分布不規(guī)則,不能形成β-螺旋,因而無彈性,在溶液中呈棍棒狀[21]。ω-醇溶蛋白結(jié)構(gòu)特殊,以一個(gè)肽段單元(PGGPPPGG)為主要重復(fù)區(qū)域,該肽段單元無半胱氨酸殘基,主要通過谷氨酰胺殘基上氫鍵與其它亞基或蛋白質(zhì)進(jìn)行結(jié)合,其分子量較大,為65～80 kDa[22]。ω-醇溶蛋白中β-轉(zhuǎn)角雖在整個(gè)肽鏈上分布較為規(guī)則,但由于分子缺乏半胱氨酸,肽鏈間不能交聯(lián)形成彈性化合物[23]。

圖3 醇溶蛋白的一級(jí)結(jié)構(gòu)示意圖[24]Fig.3 Schematic representation of primary structure of gliadin[24]

1.2 谷蛋白

谷蛋白是通過分子間二硫(SS)鍵形成的聚合體蛋白,呈纖維狀(圖2),分子量為100～1000 kDa[25]。谷蛋白在十二烷基磺酸鈉聚丙烯酰胺凝膠電泳(SDS-PAGE)圖譜中分為高分子量麥谷蛋白亞基(HMW-GS)和低分子量麥谷蛋白亞基(LMW-GS)[16,20],HMW-GS與LMW-GS所占比例是決定谷蛋白性能的主要因素,與面團(tuán)強(qiáng)度和面包體積有著重要關(guān)系[21]。

HMW-GS可分為x-和y-兩種類型,分子量分別為80～90 kDa和65～75 kDa,一級(jí)結(jié)構(gòu)一般含有630～830個(gè)氨基酸,由17～20個(gè)多肽亞基構(gòu)成,分子量約為675～880 kDa[23]。其肽鏈可分為三段(圖4):非重復(fù)的N端,非重復(fù)的C端和重復(fù)的中心疏水區(qū)域[21]。其中N端含有80～105個(gè)氨基酸,C端含有42個(gè)氨基酸,兩端含有全部的半胱氨酸殘基,表現(xiàn)出較強(qiáng)親水性,這有利于二硫鍵及首尾相連線狀肽鏈分子形成,多個(gè)亞基通過二硫鍵形成纖維狀谷蛋白分子[26];中心域由富含脯氨酸、谷氨酰胺和甘氨酸等重復(fù)序列的480～700個(gè)氨基酸殘基組成,不含半胱氨酸[21]。N和C末端結(jié)構(gòu)域的二級(jí)結(jié)構(gòu)主要是α-螺旋,而中心域的二級(jí)結(jié)構(gòu)主要為β-轉(zhuǎn)角,多個(gè)β-轉(zhuǎn)角進(jìn)一步形成特殊β-螺旋的超二級(jí)結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)對面團(tuán)的彈性具有一定的貢獻(xiàn)作用[1]。

圖4 谷蛋白的一級(jí)結(jié)構(gòu)示意圖[10]Fig.4 Schematic representation of primary structure of glutenin[10]

LMW-GS可分為B、C和D三種類型,大多數(shù)LMW-GS為B型,分子量為40～50 kDa,C型的分子量為30～40 kDa。由于基因編碼的重疊,B和C型LMW-GS的一、二級(jí)結(jié)構(gòu)與α-和β-型醇溶蛋白較為相似,D型LMW-GS則與ω-醇溶蛋白接近[1]。LMW-GS的N末端區(qū)域中的重復(fù)單元富含谷氨酰胺和脯氨酸,如QQQPPFS[27],該區(qū)域中主要為β-轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu),可進(jìn)一步形成規(guī)則的螺旋結(jié)構(gòu),具有剛性[28];C末端區(qū)域和α/β-醇溶蛋白、γ-醇溶蛋白序列相似,富含α-螺旋結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)較為緊湊[23]。

2 面筋蛋白的分子組成在凍藏過程中變化

面筋蛋白的分子量大小及分布與面團(tuán)的延伸性能和面制品的品質(zhì)有關(guān),而二硫鍵與面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成密切相關(guān)。因此,凍藏過程中面筋蛋白的分子組成變化會(huì)影響冷凍面團(tuán)產(chǎn)品的品質(zhì)。

2.1 面筋蛋白分子量的變化

面制品的品質(zhì)受面筋蛋白分子量的大小及其分布的影響。例如,在面團(tuán)的加工過程中,面筋蛋白分子量分布決定面團(tuán)的物理性能。Southan 等[29]報(bào)導(dǎo)了面團(tuán)拉伸強(qiáng)度的大小與分子量高于臨界值(1×106Da)的面筋蛋白含量呈正相關(guān)。在面包的焙烤中,Sapirstein 等[30]發(fā)現(xiàn)面團(tuán)的延展性和面包的體積與面筋蛋白分子量的大小以及分布存在著一定的聯(lián)系。Ribotta 等[31]研究指出,在-18 ℃的凍藏條件下,分子量為 88700～129100 Da的谷蛋白亞基隨著凍藏時(shí)間的延長而明顯降低。Sharadanant 等[32]研究發(fā)現(xiàn),面團(tuán)在經(jīng)過凍融處理后,小分子麥谷蛋白明顯增加。Zhao 等[33]發(fā)現(xiàn)在凍藏過程中面筋蛋白內(nèi)部二硫鍵發(fā)生斷裂,高分子面筋蛋白(105～109Da)發(fā)生解聚,而分子量集中在3×105～4×108Da之間的面筋蛋白分子在反復(fù)凍融后解聚現(xiàn)象更為嚴(yán)重。Wang等[34-36]利用高效液相分子排阻色譜(SE-HPLC)對面筋蛋白分子量進(jìn)行定量分析,發(fā)現(xiàn)凍藏后可溶性蛋白含量明顯增加,并進(jìn)一步驗(yàn)證了麥谷大分子蛋白(GMP)在凍藏過程中發(fā)生解聚造成了面筋蛋白的解聚,并且醇溶蛋白可促進(jìn)GMP的解聚,直接導(dǎo)致面團(tuán)持氣能力下降,面制品感官品質(zhì)下降。

2.2 面筋蛋白游離巰基(SH)變化

二硫(SS)鍵是維持面筋蛋白結(jié)構(gòu)和決定其功能特性的最重要因素之一,對面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的粘彈性至關(guān)重要,也與面制品的加工品質(zhì)關(guān)系密切。SS鍵是由兩個(gè)游離巰基氧化形成,因此游離SH含量的變化是反映SS鍵變化的一個(gè)重要指標(biāo)[37]。趙雷等[38]研究表明,在凍藏過程中,面筋蛋白發(fā)生解聚,SS鍵斷裂形成游離SH,凍藏120 d后,游離SH增加了3.1 μmol/L。造成這種結(jié)果的原因主要有兩方面,一是凍藏會(huì)導(dǎo)致自由水含量降低,誘發(fā)冷凍濃縮效應(yīng),使蛋白質(zhì)分子內(nèi)和分子間二硫鍵交換反應(yīng)機(jī)率增加[39];另外則是在凍藏過程中,冰晶隨凍藏時(shí)間的延長不斷生長或發(fā)生重結(jié)晶,導(dǎo)致蛋白分子內(nèi)外部的二硫鍵部分?jǐn)嗔?、分子?nèi)部的巰基暴露,進(jìn)而致使游離巰基含量增加[40]。Wang 等[1]的研究也發(fā)現(xiàn)凍藏過程中面筋蛋白的SH含量升高,而谷蛋白的SH含量先降低后升高,醇溶蛋白的SH含量無明顯變化,這說明在凍藏過程中,面筋蛋白和谷蛋白的鏈外SS均發(fā)生斷裂,谷蛋白的鏈內(nèi)SS鍵可能也受到凍藏影響,醇溶蛋白的鏈內(nèi)SS鍵在凍藏過程中保持穩(wěn)定。

2.3 面筋蛋白自由氨基的變化

面筋蛋白中含有一定量具有活性的蛋白水解酶,如偶氮酪蛋白酶(azocaseinase)和血紅蛋白酶(haemoglobinase)[41],這些酶會(huì)切斷面筋蛋白的肽鏈從而導(dǎo)致自由氨基含量增加[33]。Zhao等[38]研究發(fā)現(xiàn),面筋蛋白在凍藏120 d期間,自由氨基含量幾乎沒有變化。這說明蛋白水解酶在低溫下被抑制,面筋蛋白不會(huì)發(fā)生水解,肽鏈沒有發(fā)生斷裂。

2.4 面筋蛋白亞基的變化

范鵬輝[16]對面筋蛋白進(jìn)行十二烷基磺酸鈉聚丙烯酰胺凝膠電泳(SDS-PAGE)發(fā)現(xiàn),隨著凍藏時(shí)間的延長,麥谷蛋白和醇溶蛋白亞基的分子量大小和分布均未發(fā)生明顯變化,表明凍藏時(shí)間對亞基無明顯影響,亞基結(jié)構(gòu)在凍藏過程中未遭到破壞。汪星星等[41]也發(fā)現(xiàn)凍融過程中面筋蛋白的各亞基無明顯變化。Wang 等[34]發(fā)現(xiàn)恒溫凍藏后的谷蛋白和醇溶蛋白各亞基含量基本保持不變,醇溶蛋白各亞基無共價(jià)聚集行為。

3 面筋蛋白的空間結(jié)構(gòu)在凍藏過程中的變化

在凍藏過程中,由于水分的遷移及冰晶的重結(jié)晶會(huì)使面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[42]、二級(jí)結(jié)構(gòu)、疏水性等發(fā)生變化,誘導(dǎo)冷凍面團(tuán)品質(zhì)的劣變。

3.1 面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的變化

潘振興等[43]通過掃描電鏡(SEM)觀察冷凍面團(tuán)中面筋蛋白的結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn),面筋蛋白以膜狀形態(tài)存在,構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),淀粉顆粒為圓球形,被包裹在面筋膜中,支撐網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在未凍藏的面筋蛋白的顯微結(jié)構(gòu)圖片中可以看到淀粉顆粒被緊密鑲嵌在面筋膜中,面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)均勻,而面筋蛋白在凍藏后面筋膜變薄,淀粉顆粒暴露在面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)之外,出現(xiàn)空洞,面筋結(jié)構(gòu)嚴(yán)重破壞[43]。Esselink 等[44]觀察凍藏6周后的面團(tuán)結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn),面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯的斷裂,并且和淀粉顆粒分離。而這種現(xiàn)象的主要原因歸咎于冰的重結(jié)晶現(xiàn)象。馮俊敏等[45]和Gelinas 等[6]的研究也證實(shí)了以上結(jié)論,冰晶的重結(jié)晶會(huì)導(dǎo)致面筋蛋白結(jié)構(gòu)的弱化。Kontogiorgos等[46]結(jié)合SEM和透射電子顯微鏡(TEM)觀察了面筋蛋白的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),在掃描電鏡下,低倍鏡觀察到液氮速凍的水合面筋蛋白結(jié)構(gòu)是均勻的,而凍藏30 d后,面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)被均勻且不規(guī)則的空隙包圍。在透射電子顯微鏡下觀察到,這些不規(guī)則的空隙主要被冰晶所填充。面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)劣變由主要是因?yàn)閮蓚€(gè)機(jī)制[46]:冰晶在毛細(xì)管內(nèi)生長以及毛細(xì)管外大尺寸冰晶的持續(xù)生長。

3.2 面筋蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)的變化

劉國琴等[47]發(fā)現(xiàn)面筋蛋白的二級(jí)結(jié)構(gòu)主要由無規(guī)則卷曲和β-折疊組成,在凍融凍藏模式下,當(dāng)凍藏時(shí)間達(dá)到60 d時(shí),面筋蛋白的二級(jí)結(jié)構(gòu)變化顯著;而在恒溫凍藏模式下,凍藏時(shí)間達(dá)到90 d時(shí),其二級(jí)結(jié)構(gòu)才發(fā)生變化。Wang 等[48]研究了凍藏60 d期間面筋蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)的變化,發(fā)現(xiàn)三種蛋白的二級(jí)結(jié)構(gòu)均有α-螺旋、反向平行β-折疊、分子間β-折疊、β-折疊和β-轉(zhuǎn)角五種類型。反向平行β-折疊、α-螺旋和β-轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)對凍藏較為敏感,在凍藏后三種蛋白的α-螺旋結(jié)構(gòu)含量均減小;反向平行β-折疊和β-轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)的含量增大,這說明α-螺旋結(jié)構(gòu)受凍藏影響部分轉(zhuǎn)變?yōu)榱撕髢煞N結(jié)構(gòu)。這種變化主要是由于凍藏導(dǎo)致面筋蛋白中水合環(huán)境發(fā)生改變,自由水的減少、冰晶生長產(chǎn)生的機(jī)械力等使維持α-螺旋的氫鍵斷裂、螺旋結(jié)構(gòu)被破壞[40],蛋白分子發(fā)生重排以達(dá)到能量最低來保持相對穩(wěn)定狀態(tài)。Meziani等[49]發(fā)現(xiàn)面團(tuán)凍藏的前四周,β-折疊的含量稍有增加,β-轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)的含量基本不變。Georget和Belton等[50]提出β-折疊含量的增加可能是因?yàn)樾碌摩?折疊結(jié)構(gòu)的形成和一些氫鍵較弱的結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變。

3.3 面筋蛋白疏水性的變化

疏水相互作用是維持蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的主要作用力之一,它對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和蛋白質(zhì)的功能特性具有重要作用[51]。Wang等[48]研究發(fā)現(xiàn),凍藏后面筋蛋白、谷蛋白和醇溶蛋白的分子構(gòu)象發(fā)生重排,分子表面的疏水位點(diǎn)暴露增加,從而導(dǎo)致蛋白水合能力下降,凍藏是通過誘發(fā)醇溶蛋白和谷蛋白疏水位點(diǎn)的暴露來使面筋蛋白疏水性增加。劉國琴等[52]研究發(fā)現(xiàn)面筋蛋白的表面疏水性隨著溫度波動(dòng)次數(shù)、凍藏時(shí)間和凍藏循環(huán)次數(shù)的增加而增加,推測是在凍藏過程中冰晶不斷生長,大冰晶破壞面筋蛋白的結(jié)構(gòu),進(jìn)而導(dǎo)致面筋蛋白的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,面筋蛋白表面暴露的疏水基團(tuán)增多,其表面疏水性增強(qiáng)。范鵬輝等[16]研究發(fā)現(xiàn),在凍藏60 d的過程中,面筋蛋白的表面疏水指數(shù)隨著凍藏時(shí)間的延長而逐漸下降。這可能是由于面筋蛋白分子部分發(fā)生聚集,致使面筋蛋白表面的疏水基團(tuán)被掩埋,表面疏水性降低[53]。

4 面筋蛋白的功能特性在凍藏過程中的變化

4.1 面筋蛋白起泡性的變化

起泡性是小麥面筋蛋白的一個(gè)重要的功能特性,直接影響面團(tuán)在醒發(fā)和初期烘烤過程中氣泡的分布。分布均勻、穩(wěn)定的氣泡不僅可使發(fā)酵面制品的質(zhì)地松軟和潤滑,還可提高風(fēng)味物質(zhì)的分散性,使面制品的口感變得更佳。蛋白質(zhì)的起泡性取決于蛋白質(zhì)的分子組成和結(jié)構(gòu)特征,同時(shí)受外界環(huán)境的影響,如溫度、pH、鹽濃度、壓力等[54]。面筋蛋白冷凍后,蛋白分子的結(jié)構(gòu)伸展松散,有些側(cè)鏈基團(tuán),如羥基、酚基、羧基暴露出來,蛋白質(zhì)活性中心的各個(gè)基團(tuán)相互分散,氫鍵、疏水作用力等次級(jí)鍵被破壞,蛋白質(zhì)空間構(gòu)型可能發(fā)生解體,球狀蛋白質(zhì)失去了天然蛋白質(zhì)的結(jié)晶能力,水化膜被破壞,面筋蛋白的起泡性隨冷凍時(shí)間的增加不斷降低[55]。Wang等[56]研究發(fā)現(xiàn),凍藏45 d后,醇溶蛋白的起泡體積降低了26.18%,起泡性能發(fā)生劣變。這表明面筋蛋白的起泡性主要由醇溶蛋白決定。

4.2 面筋蛋白流變特性的變化

面筋蛋白對面團(tuán)流變學(xué)性能起主要貢獻(xiàn),同時(shí)影響著最終產(chǎn)品的食用品質(zhì)。通常,醇溶蛋白賦予面筋延展性和粘性,而谷蛋白賦予其強(qiáng)度和彈性[17]。Jia等[57]研究了面筋蛋白的流變學(xué)性能在凍藏前后的變化。發(fā)現(xiàn)與新鮮面筋蛋白相比,凍藏后面筋蛋白的粘性模量(G″)、彈性模量(G′)及損耗角(tanδ)均顯著性下降,并且凍藏時(shí)間越長,其粘彈性越低。Xuan[58]和Ribotta[59]等的研究也得到相似的結(jié)果。Wang等[34]研究發(fā)現(xiàn),凍藏后面筋蛋白和谷蛋白的粘彈性下降,醇溶蛋白的粘彈性無明顯變化,其指出谷蛋白流變參數(shù)降低可能是造成面筋蛋白粘彈性的損失的主要原因。諸多研究表明,面筋蛋白粘彈性的退化主要是由冰晶對面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)造成的機(jī)械損傷、谷蛋白聚集體的解聚以及面筋蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)的變化共同作用所致。

4.3 面筋蛋白熱特性的變化

面筋蛋白的熱特性主要反映面筋蛋白的結(jié)構(gòu)在加熱過程中的變化。熱變性過程可看成是溫度的動(dòng)態(tài)函數(shù),蛋白質(zhì)吸收熱量后,分子內(nèi)的次級(jí)鍵被破壞,多肽鏈被打開,蛋白分子從原來的有序狀態(tài)變?yōu)闊o序狀態(tài)[60]。Xuan等[58]研究了凍藏60 d的面筋蛋白的熱穩(wěn)定性變化,發(fā)現(xiàn)天然面筋蛋白的變性溫度(Tp)為52.95 ℃,凍藏60 d后,變性溫度增至60.35 ℃。Wang等[48]的研究也有相似的結(jié)果。這說明經(jīng)過凍藏后面筋蛋白的低溫?zé)岱€(wěn)定性提高。有研究報(bào)道,疏水相互作用是影響蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)定性的重要因素,蛋白質(zhì)的熱變性溫度會(huì)隨著疏水性的增加而增加,并且蛋白質(zhì)的熱變性溫度也會(huì)因聚合交聯(lián)程度的加劇而提高[61]。

5 總結(jié)與展望

目前,凍藏對面筋蛋白的分子組成、空間結(jié)構(gòu)和功能特性等的影響研究較為深入,完善了冷凍面團(tuán)在凍藏階段的劣變機(jī)理。面筋蛋白的品質(zhì)劣變雖源于凍藏,且經(jīng)凍藏的面筋蛋白品質(zhì)不穩(wěn)定,但在熟制階段其品質(zhì)的可調(diào)性依然很強(qiáng)。這是因?yàn)樵谑熘齐A段,面筋蛋白的分子鏈先展開,其中的氫鍵、離子鍵等非共價(jià)相互作用被破壞,面筋蛋白結(jié)構(gòu)變得松散,隨后谷蛋白與谷蛋白發(fā)生聚集,再與醇溶蛋白發(fā)生聚集形成穩(wěn)定的面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),這對最終產(chǎn)品體積及質(zhì)構(gòu)的定型起主導(dǎo)作用[62]。已有的研究雖然闡明了凍藏階段面筋蛋白的品質(zhì)劣變機(jī)制,但對熟制階段凍藏面筋蛋白在熱聚集作用下的品質(zhì)變化缺乏系統(tǒng)和深入研究。因此,今后需系統(tǒng)研究凍藏面筋蛋白的結(jié)構(gòu)和功能特性在加熱過程中的動(dòng)態(tài)變化,進(jìn)而從整個(gè)加工過程完善面筋蛋白劣變機(jī)制,并為有效調(diào)控冷凍面團(tuán)品質(zhì)提供理論依據(jù)。