巰基、二硫鍵變化對(duì)面片色澤和質(zhì)構(gòu)影響研究

李翠翠 陸啟玉 李永麗 閆慧麗 劉紫鵬

(河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院1，鄭州 450001) (南陽理工學(xué)院生物與化學(xué)工程學(xué)院2，南陽 473000) (雙匯集團(tuán)技術(shù)中心3，漯河 462000)

蛋白質(zhì)與小麥粉及其制品色澤、質(zhì)構(gòu)的關(guān)系十分密切。王培慧[1]研究發(fā)現(xiàn)，在0.01水平上小麥粉中粗蛋白含量與L*值呈顯著負(fù)相關(guān)，與b*值呈顯著正相關(guān)。張影全等[2]的研究結(jié)果則是小麥粉色澤、濕面筋及籽粒蛋白含量對(duì)面條色澤影響更大。Jin等[3]認(rèn)為，麥谷蛋白亞基等位基因Glu-A3b能貢獻(xiàn)中國鮮濕白鹽面條更好的色澤。中筋粉所制面塊油炸后氣孔密集均勻，色澤更佳[4]。但對(duì)粗纖維含量較高的燕麥面條而言，添加不同比例的谷朊粉對(duì)生、熟燕麥面條的色澤并無顯著影響[5]。多酚氧化酶含量及活性、制粉工藝、儲(chǔ)藏環(huán)境等也會(huì)改變面條色澤[6,7]。另外，冷凍后的面片色澤指標(biāo)a*與質(zhì)構(gòu)參數(shù)延展性呈極顯著正相關(guān)，L*與面片的強(qiáng)韌性呈顯著負(fù)相關(guān)[1]。

對(duì)小麥面筋蛋白而言，維持其分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定最重要的基團(tuán)是二硫鍵(SS)及其與巰基(SH)的交換反應(yīng)[8]，因?yàn)楣矁r(jià)的SS鍵可將同一條肽鏈不同部位或者不同條肽鏈的氨基酸殘基聚攏起來，迅速折疊的肽鏈連接起來就會(huì)形成較穩(wěn)定的空間拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這是構(gòu)建面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)[9]。圍繞面筋蛋白SH、SS鍵展開的研究很多，比如Schofield等[10]考察了熱處理對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響，當(dāng)處理溫度較低時(shí)，蛋白質(zhì)能形成SS鍵而交聯(lián)，當(dāng)溫度高于150 ℃時(shí)，則蛋白質(zhì)降解為多肽。Lagrain等[11-12]則認(rèn)為，麥谷蛋白亞基中游離SH在55 ℃時(shí)會(huì)氧化生成SS鍵，交聯(lián)聚合作用可使提高麥谷蛋白的分子質(zhì)量，醇溶蛋白在超過90 ℃時(shí)發(fā)生SH和SS鍵的交換反應(yīng)，120 ℃時(shí)才會(huì)聚合形成麥谷蛋白的結(jié)構(gòu)。Hu等[13]采用170 ℃的熱蒸汽處理小麥粉，樣品的總SH并無顯著改變，游離SH含量顯著下降，且小麥粉含水量越高，效果就越明顯。亞硫酸鈉(Na2SO3)常作為還原劑、護(hù)色劑、防腐保鮮劑、漂白劑等廣泛應(yīng)用在食品行業(yè)[14]。它能和蛋白質(zhì)發(fā)生作用，使麥谷蛋白、醇溶蛋白的分子間和分子內(nèi)SS斷裂并形成游離SH，從而改變蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的黏彈性與交聯(lián)度[15-16]。在蛋白質(zhì)領(lǐng)域，Na2SO3在抑制酶活性[17-18]、對(duì)蛋白質(zhì)改性等[19-20]方面應(yīng)用最多，如張淑芬等[21]在酶解面筋蛋白前先用Na2SO3(濃度為0.8 mg/g)預(yù)處理，能顯著改善面筋蛋白的結(jié)構(gòu)和溶解度、乳化性和起泡性。

目前，大多數(shù)研究多集中在面筋蛋白含量、質(zhì)量、亞基類型等宏觀因素的影響力上，對(duì)面筋蛋白的SH和SS鍵的研究也僅限于面筋蛋白本身的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)變化，鮮有研究建立SH、SS鍵與面片或面條的色澤、質(zhì)構(gòu)之間的相關(guān)關(guān)系。本研究選擇未切條但工藝一致、厚度一樣的面片代替面條進(jìn)行測試，研究不同SH、SS鍵含量對(duì)面片色澤、質(zhì)構(gòu)的影響及其相關(guān)性，為揭示面筋蛋白對(duì)加工性質(zhì)影響以及特定小麥品種培育提供參考。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

谷朊粉；特一粉；無水Na2SO3；其他試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

FW-200高速萬能粉碎機(jī)；LGJ-18C型真空冷凍干燥機(jī)；UV-7504單光束-紫外分光光度計(jì)；JHMZ200和面機(jī)；JMTD168/140實(shí)驗(yàn)面條機(jī)；TA-XT2i質(zhì)構(gòu)儀；WSC-S測色色差計(jì)。

1.3 方法

1.3.1 混合粉的制備及測定

質(zhì)量濃度為15 mg/g的面筋蛋白懸浮液中加入不同量的Na2SO3(添加量分別為0、0.1、0.3、0.5、0.7、1.0、1.5 mg/g 蛋白)，10 000 r/min下均質(zhì)20 s后勻速攪拌20 min，靜置10 min，使Na2SO3和蛋白質(zhì)充分反應(yīng)，用等量蒸餾水反復(fù)洗滌至溶液中不含Na2SO3，樣品冷凍干燥、粉碎過篩。處理后的面筋蛋白按4%的比例加入特一粉混勻，然后置于恒溫恒濕箱中復(fù)水，直至混合粉含水量達(dá)到14%，收集樣品于密封袋中備用，同時(shí)以不添加面筋蛋白的特一粉做空白對(duì)照。依據(jù)Li等[22]的方法測定混粉的游離SH、總SH及SS鍵含量。

1.3.2 面片的制備

100 g混合粉同蒸餾水(添加量為吸水率的一半)用和面機(jī)混合120 s，然后將面絮用四層濕紗布封盆口室溫熟化30 min，通過實(shí)驗(yàn)面條機(jī)壓面(用前清理干凈)，輥間距為2.95 mm壓面1次，三折合片后壓面1次，兩折合片后壓面一次。迅速用四層濕紗布封盆口室溫熟化20 min，隨后調(diào)整輥間距為2.45 mm，壓面3次，調(diào)整輥間距為1.75 mm，并壓面3次，然后調(diào)整輥間距為1 mm，仍然壓面3次，裝入自封袋中備用[23]。

1.3.3 面片色澤的測定

用測色色差計(jì)評(píng)價(jià)色澤，以L*、a*、b*值表示混合粉的色澤變化[24]。

1.3.4 面片的質(zhì)構(gòu)分析

選擇2.95 mm厚的面片，用模具切割成直徑為12 mm左右的圓面片進(jìn)行分析，配套探頭為HDP/TPB。參數(shù)為：測試前和測試時(shí)的速度均為2 mm/s，測試后速度為10 mm/s，突破距離為70 mm，感應(yīng)力為5 g，可得抗張強(qiáng)度和延展性兩個(gè)參數(shù)[25]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2013進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和圖表繪制，數(shù)據(jù)在P<0.05水平上的顯著性采用SPSS 17.0軟件中的Duncan進(jìn)行分析，相關(guān)性分析則采用Pearson相關(guān)系數(shù)以及Two-tailed雙側(cè)顯著性檢驗(yàn)完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 谷朊粉和特一粉成分分析

經(jīng)測定，本研究的谷朊粉蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為77.68%，淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8.71%，灰分和脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為1.48%、0.95%，含水量為11.5%；小麥粉蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9.67%，淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為72.21%，灰分和脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.55%、0.78%，含水量為13.5%。

2.2 SH、SS鍵含量分析

由表1可知，對(duì)照組的游離SH、總SH、SS鍵含量均顯著低于混合粉的(P<0.05)。隨著所用Na2SO3濃度的增大，混合粉的游離SH含量顯著上升，SS鍵含量顯著下降，總SH含量無顯著變化。游離SH/SS比值則是對(duì)照組的最小，Na2SO3濃度為1.5 mg/g 蛋白時(shí)所得混合粉的最大，各組間存在顯著差異(P<0.05)。這說明，Na2SO3作為一種還原劑，能將面筋蛋白的SS鍵部分?jǐn)嗔巡⑿纬捎坞xSH。Na2SO3濃度越大，面筋蛋白中斷裂的SS也就越多，混合粉的SS含量就越小，游離SH變化則與之相反。處理后的面筋蛋白按4%的比例加入特一粉，會(huì)顯著影響特一粉的游離SH、SS鍵含量及二者之比，對(duì)總SH含量影響不大。

表1 混合粉中游離SH、總SH、SS鍵和游離SH/SS比值的變化

Na2SO3濃度/mg/g蛋白游離SH/μmol/g總SH/μmol/gSS鍵/μmol/g游離SH/SS比值對(duì)照1.15±0.05h25.45±0.39b12.15±0.18f0.1±0.01h0.01.62±0.05g30.00±0.37a13.93±0.18a0.12±0.01g0.12.23±0.05f30.42±0.38a13.53±0.17b0.17±0.01f0.32.61±0.05e30.63±0.38a13.26±0.18b0.20±0.01e0.52.76±0.05d30.31±0.38a12.95±0.17c0.21±0.01d0.72.89±0.05c30.28±0.38a12.80±0.18cd0.23±0.01c1.03.12±0.05b30.24±0.37a12.55±0.18de0.25±0.00b1.53.23±0.05a30.27±0.38a12.46±0.18e0.26±0.00a

注：同一列中不同字母代表數(shù)據(jù)間具有顯著性差異(P<0.05)。

2.3 面片色澤變化研究

據(jù)圖1可知，對(duì)照組的L*值最高，a*值和b*值最低，這與Pierre等[26]的研究結(jié)果吻合，即蛋白質(zhì)含量與鮮濕面條L*值顯著負(fù)相關(guān)，與a*值和b*值顯著正相關(guān)，具體的機(jī)制可能是蛋白質(zhì)含量可通過改變面團(tuán)的水分活度而改變多酚氧化酶活性和褐變速率，除此之外，蛋白質(zhì)含量升高就會(huì)導(dǎo)致淀粉的相對(duì)含量降低，更強(qiáng)、更大的面筋網(wǎng)絡(luò)阻礙了淀粉顆粒對(duì)光的反射，致使光的反射率下降，亮度變小。

不同面片的L*值隨時(shí)間增長呈下降趨勢，尤其在前4 h范圍內(nèi)下降速率最大，這與Li等[27]的研究結(jié)果一致。b*值隨時(shí)間增長呈上升趨勢，a*值在0～96 h范圍內(nèi)隨時(shí)間增長呈上升趨勢。這些數(shù)據(jù)說明，隨著濕面片儲(chǔ)藏時(shí)間的延長，顏色會(huì)變暗并向紅、黃色發(fā)展。這主要是面片發(fā)生了褐變反應(yīng)，面片中的酚類物質(zhì)在多酚氧化酶及氧氣的共同作用下生成醌，醌的穩(wěn)定性較差，既可以自身聚合，亦可以與蛋白質(zhì)的活性基團(tuán)(如SH、ε-NH2)反應(yīng)生成黑色、褐色物質(zhì)。不過，a*值在儲(chǔ)存96 h后呈現(xiàn)顯著下降趨勢，即面片色澤向綠色方向發(fā)展，因?yàn)殡S著儲(chǔ)藏時(shí)間的延長，微生物也開始生長，霉菌、酵母菌會(huì)在面片內(nèi)部及表面滋生，導(dǎo)致面片表面出現(xiàn)綠色、紅色斑點(diǎn)。此外，0～24 h時(shí)間內(nèi)的L*值、a*值和b*值變化幅度較大，而后色澤變化越來越小。混合粉中SS鍵含量越低，面片L*值也越低，b*值越高，a*值變化規(guī)律不明顯，這是因?yàn)镾S鍵含量越低，則轉(zhuǎn)化的SH含量就越多，醌類物質(zhì)就能和更多的SH反應(yīng)生成其他物質(zhì)(如蛋白-5-S-巰基丙氨基多巴)，導(dǎo)致面片變暗、變褐。

學(xué)者為了更系統(tǒng)地表述色澤而用L*-a*-b*的最終值表示色澤好壞，值越大，色澤越好[28]。表2列出了生面片L*-a*-b*值的變化，在不發(fā)生變質(zhì)的前提下，面片色澤都是隨著放置時(shí)間的延長變差，而隨混合粉中SS鍵的減少，所制面片的色澤顯著變差(P﹤0.05)，說明混合粉SS鍵含量影響其制品的色澤品質(zhì)。

圖1 混合粉中SH、SS鍵含量對(duì)面片色澤的影響

表3為鮮切面片在最佳蒸煮時(shí)間下水煮后的色澤變化結(jié)果。生面片的L*值、a*值、b*值的變化范圍分別為63.28～66.06、-3.23～-2.1和12.33～13.53。整體來說，熟面片的L*、a*、b*值均變小，降幅分別為4.36%～12.27%、1.05%～3.66%，4.03%～6.21%，即面片亮度會(huì)變暗，紅、黃度降低，面片的色澤向綠、藍(lán)方向轉(zhuǎn)變，整體色澤變淺。分析其原因：(1)面片水煮后，氣體受熱溢出，淀粉顆粒吸水膨脹，同時(shí)發(fā)生糊化作用，淀粉粒的構(gòu)象發(fā)生變化，無序化程度增加，透光率變大；(2)麥谷蛋白受熱發(fā)生聚合變性，形成麥谷蛋白大聚體，面筋網(wǎng)絡(luò)變得更牢固，對(duì)淀粉等其他組分的束縛更緊，改變了光反射的程度；(3)其中的葉黃素酯、類胡蘿卜素受熱更易氧化，所含不飽和共軛雙鍵變成飽和鍵，導(dǎo)致面片黃度指數(shù)下降；(4)高溫也會(huì)導(dǎo)致面片中的多酚氧化酶失活而有效阻止酶促反應(yīng)的進(jìn)行。對(duì)照組的L*值顯著高于添加面筋蛋白組的(P<0.05)，這是由于添加的面筋蛋白使面片網(wǎng)絡(luò)更致密，色澤變暗。但混合粉所制熟面片的L*、a*、b*值無明顯變化規(guī)律，即SS鍵含量對(duì)熟面片的色澤無顯著影響。這可能是對(duì)煮后面片色澤的影響因素較多，各種因素交互作用，掩蓋了SS鍵的影響。此外，從混合粉到熟面片，中間經(jīng)歷了多個(gè)工藝，每個(gè)工藝都會(huì)影響SS鍵的含量，因此，系統(tǒng)考察混合粉到熟面片各工藝點(diǎn)SS鍵變化與熟面片色澤的關(guān)系可能更好。也有可能是各樣品混合粉中SS鍵含量梯度還不夠大，不足以反應(yīng)其對(duì)色澤的影響。

表2 混合粉中SH、SS鍵含量對(duì)生面片L*-a*-b*結(jié)果的影響

注：同一列中不同字母代表數(shù)據(jù)間具有顯著性差異(P<0.05)，下同。

表3 混合粉中SH、SS鍵含量對(duì)煮后面片L*、a*、b*值的影響

2.4 面片的質(zhì)構(gòu)變化

由表4可知，對(duì)照組的抗張強(qiáng)度顯著低于混合粉所制面片的(P﹤0.05)，延展性顯著高于混合粉所制面片的(P﹤0.05)，這與班福進(jìn)等[29]的研究結(jié)果一致，面筋蛋白含量與質(zhì)構(gòu)實(shí)驗(yàn)時(shí)穿破面片所做的功呈正相關(guān)。Na2SO3濃度為0 mg/g pro時(shí)所制面片的抗張強(qiáng)度最大，然后隨混合粉中SS鍵含量的減少，面片的抗張強(qiáng)度也逐步降低，各混合樣品間差異顯著(P﹤0.05)。抗張強(qiáng)度代表面筋的拉伸強(qiáng)度，也叫韌性，面筋越多，筋力就越強(qiáng)。根據(jù)前人的報(bào)道，餃子皮的強(qiáng)韌性與小麥粉粉質(zhì)指數(shù)和面筋蛋白中的SS含量呈極顯著正相關(guān)[30]，Na2SO3濃度為0 mg/g pro時(shí)所制面片的延展性在混合粉樣品中最高，Na2SO3濃度為1.5 mg/g pro時(shí)所制面片的延展性最低，而其余5組面片間無明顯差異(P﹤0.05)。單分子醇溶蛋白可通過非共價(jià)相互作用形成不穩(wěn)定的體系，貢獻(xiàn)延展性[31]，上述結(jié)果可能是較高的Na2SO3濃度對(duì)醇溶蛋白的共價(jià)SS有影響，進(jìn)而改變體系中非共價(jià)鍵的相互作用所致。總之，優(yōu)質(zhì)的面片應(yīng)具有良好的抗張強(qiáng)度和延展性，因此不難看出，Na2SO3濃度為0 mg/g pro時(shí)所制面片的質(zhì)量最好。

表4 面片抗張強(qiáng)度和延展性的變化

2.5 各主要參數(shù)的相關(guān)性分析

由表5可知，混合粉中游離SH含量、游離SH/SS比值均與生面片的L*極顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.975，r=-0.957)，與a*呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(r均為0.976)，與b*呈顯著正相關(guān)關(guān)系(r=0.788，r=0.812)，但與熟面片的色澤指標(biāo)無顯著相關(guān)性。混合粉中SS含量與其他色澤指標(biāo)相關(guān)性不顯著。表6則顯示，游離SH含量、游離SH/SS比值與生面片的延展性分別呈極顯著和顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.871，r=-0.822)，SS鍵含量與生面片的抗張強(qiáng)度極顯著正相關(guān)(r=0.949)。

表5 混合粉中SH、SS鍵含量與所制面片色澤指標(biāo)的相關(guān)性分析

注：**表示在0.01水平(雙側(cè))上極顯著相關(guān)，*表示在0.05水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)，下同。

表6 混合粉中SH、SS鍵含量與所制面片質(zhì)構(gòu)參數(shù)的相關(guān)性分析

3 結(jié)論

將處理的面筋蛋白加入特一粉會(huì)顯著影響特一粉的游離SH、SS含量及二者之比，對(duì)總SH含量影響不大。隨混合粉中SS鍵的減少，生面片L*值顯著降低，b*值顯著升高，a*值變化規(guī)律不明顯，生面片整體色澤顯著變差，熟面片的色澤無顯著變化；面片的抗張強(qiáng)度逐步降低且差異顯著，延展性變化無明顯規(guī)律。相關(guān)性分析表明，混合粉中游離SH含量、游離SH/SS比值均與生面片的L*呈極顯著負(fù)相關(guān)，和a*極顯著正相關(guān)，與b*顯著正相關(guān)，但與熟面片的色澤指標(biāo)無顯著相關(guān)性，SS鍵含量與色澤指標(biāo)相關(guān)性不顯著。游離SH含量、游離SH/SS比值與生面片的延展性分別呈極顯著和顯著負(fù)相關(guān)，SS鍵含量與生面片的抗張強(qiáng)度極顯著正相關(guān)。