3種功能性蛋白對(duì)淀粉-面筋重組面團(tuán)流變學(xué)特性及饅頭品質(zhì)的影響

黎 芳 滕文韶 劉 野 丁克芳 羅之綱 李秀婷 朱運(yùn)平*

（1 北京食品營養(yǎng)與人類健康高精尖創(chuàng)新中心（北京工商大學(xué)）北京100048 2 北京市食品添加劑工程技術(shù)研究中心（北京工商大學(xué)）北京100048 3 食品質(zhì)量與安全北京實(shí)驗(yàn)室（北京工商大學(xué)）北京100048 4 北京工商大學(xué)食品與健康學(xué)院 北京100048 5 康師傅控股有限公司 天津201103）

中華傳統(tǒng)面主食作為我國北方廣大地域的傳統(tǒng)主食，已形成具有明顯地域特色和強(qiáng)大生命力的食文化。隨著人們近年對(duì)食品營養(yǎng)健康關(guān)注度的不斷升溫，外添營養(yǎng)物質(zhì)已逐漸成為提升面主食營養(yǎng)功能的重要方式。如面團(tuán)體系中添加菊粉[1]、麩皮[2-3]等膳食纖維，添加馬鈴薯淀粉[4]、玉米淀粉[5]等淀粉類成分以及大豆蛋白、乳清蛋白等蛋白類營養(yǎng)物質(zhì)[6]。這些外添營養(yǎng)物質(zhì)的增加必然引起面團(tuán)形成及發(fā)酵過程，進(jìn)而影響面主食的品質(zhì)。如何調(diào)控面團(tuán)形成及面團(tuán)發(fā)酵過程中體系中物質(zhì)間相互作用，進(jìn)而控制主食質(zhì)構(gòu)、老化及風(fēng)味等品質(zhì)，成為優(yōu)質(zhì)主食品開發(fā)的關(guān)鍵問題之一。

面團(tuán)體系為復(fù)雜的多組分體系。為了探索外添營養(yǎng)物質(zhì)與面團(tuán)關(guān)鍵組分的作用規(guī)律，本研究創(chuàng)新性地以小麥淀粉和面筋蛋白兩種主要成分作為面團(tuán)的骨架成分，按照合適的比例形成重構(gòu)面團(tuán)，選擇大豆蛋白、乳清蛋白、酪蛋白3 種各具自營養(yǎng)特點(diǎn)的蛋白類營養(yǎng)物質(zhì)部分替換面筋蛋白，考察3 種外添蛋白質(zhì)介入后重構(gòu)面團(tuán)的流變學(xué)特性、熱機(jī)械特性以及所形成饅頭的品質(zhì)特征。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

小麥淀粉、大豆分離蛋白、乳清蛋白、干酪素、面筋蛋白，購買于上海源葉生物科技有限公司；高活性干酵母，安琪酵母有限公司；蔗糖，天津市泰鑫和食品有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

質(zhì)構(gòu)儀TMS-Pro，美國FTC 公司；MIXOLAB混合實(shí)驗(yàn)儀，法國肖邦公司；和面機(jī)JHMZ 200，北京東孚久恒儀器技術(shù)有限公司；醒發(fā)箱CF-3500，深圳市愛爾嘉小家電科技有限公司。

1.3 重構(gòu)面粉的制備

小麥淀粉和面筋蛋白按6 ∶1 的比例混合，以此為基準(zhǔn)，分別用大豆蛋白，酪蛋白，乳清蛋白以0%，10%，20%，30%，40%和50%的比例替換面筋蛋白，制成17 種重構(gòu)面粉。以不替換蛋白的基準(zhǔn)面粉為空白對(duì)照。

1.4 動(dòng)態(tài)流變學(xué)特性分析

采用動(dòng)態(tài)流變儀在振蕩模式下的頻率掃描試驗(yàn)研究替換面筋蛋白后的重構(gòu)面團(tuán)的流變學(xué)特性的影響。測定過程如下：將17 種重構(gòu)面粉混合均勻，然后加水?dāng)嚢瑁?0%加水量，攪拌3 min）。取出面團(tuán)，用塑料膜密封，在室溫下放置15 min，進(jìn)行動(dòng)態(tài)流變儀測定，平板直徑為40 mm，夾縫距離2 mm。將面團(tuán)放在兩塊平板之間靜置30 min，以使殘留的壓力松弛，多余部分刮掉，然后立刻涂上二甲基硅油以防止水分蒸發(fā)。頻率掃描條件：應(yīng)變：0.5%（根據(jù)振幅測定采用0.5%的應(yīng)變以確保在線性粘彈性范圍內(nèi)）；溫度：25 ℃；頻率：0.1～10 Hz。

1.5 熱機(jī)械特性分析

用MIXOLAB 混合實(shí)驗(yàn)儀能夠測量出面團(tuán)在常溫?cái)嚢韬图訜釘嚢柘碌牧髯儗W(xué)特性，不僅能夠測量不同蛋白對(duì)面團(tuán)穩(wěn)定性和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的影響，還能測量出不同蛋白對(duì)淀粉糊化和回生的影響[7]。檢測時(shí)，分別將17 種重構(gòu)面粉放入攪拌缽中進(jìn)行攪拌，其中乳清蛋白在測量40%替換比下的流變數(shù)據(jù)時(shí)，回升值過大，可能會(huì)對(duì)儀器造成傷害，所以沒有測量其50%替換比的數(shù)據(jù)。本試驗(yàn)使用Chopin+標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，被測定的面團(tuán)質(zhì)量為75 g，面團(tuán)的稠度以1.1 Nm 為標(biāo)準(zhǔn)，即面團(tuán)的最大扭矩（峰值）達(dá)到1.1 Nm （±0.05 Nm）。其中，標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)的溫度控制分為以下3 個(gè)過程：（1）恒溫過程：30℃恒溫8 min；（2）升溫過程：以4 ℃/min 的速度升溫到90 ℃，并在90 ℃保持7 min；（3）降溫過程：以4 ℃/min 的速度降溫到50 ℃，并在50 ℃保持5 min，整個(gè)測定過程共45 min[8]。以上試驗(yàn)重復(fù)操作兩次。

試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)曲線如下所示。由試驗(yàn)曲線可得到以下參數(shù)：吸水率（%）即使面團(tuán)產(chǎn)生（1.1 Nm ±0.05 Nm）扭矩所需的加水量；面團(tuán)穩(wěn)定時(shí)間即面團(tuán)所產(chǎn)生的扭矩保持在1.1 Nm 的時(shí)間；C2 用于測定在機(jī)械力和加熱過程中，蛋白質(zhì)弱化特性；C1-C2 表示蛋白弱化特性，其值越大，說明蛋白質(zhì)弱化程度越大；峰值扭矩（C3）即面團(tuán)在加熱階段產(chǎn)生的最大扭矩，用于反映淀粉糊化特性；蒸煮穩(wěn)定性用C4/C3 表示；回生值C5-C4 表示淀粉回生特性，其值越大，表示淀粉越容易回生[9]。

圖1 典型的流變分析儀圖譜Fig.1 Typical thermonmechanical curve from Mixolab

1.6 外添蛋白對(duì)饅頭品質(zhì)的影響

1.6.1 饅頭蒸制方法 基本配方（%，w/w）：面粉100 g，干酵母1 g，蔗糖1 g，按混合實(shí)驗(yàn)儀計(jì)算出的吸水率添加水量。

工藝流程：用36 ℃溫水活化干酵母3 min，首先將混合粉加入攪面機(jī)中，然后將酵母溶液、剩余水加入攪面機(jī)，和面3 min 后，將和好的重構(gòu)面團(tuán)蓋一層濕布常溫下放置10 min。然后手揉面團(tuán)10 min，將揉好的面團(tuán)分成100 g 的小面團(tuán)，搓制成圓柱狀饅頭坯，用容器固定形狀，在36 ℃、相對(duì)濕度75%的條件下醒發(fā)35 min，醒發(fā)完成后將饅頭坯蒸制25 min。蒸好的饅頭在室溫冷卻1 h 后，分別測定各指標(biāo)。

1.6.2 饅頭品質(zhì)評(píng)定 質(zhì)構(gòu)測定：用參照文獻(xiàn)[10]，將室溫下冷卻1.5 h 的饅頭切成2 cm 厚，長3 cm，寬3 cm 的塊狀樣品，測定饅頭的質(zhì)構(gòu)。使用的探頭為P/35R 型；饅頭的TPA 測試的操作模式：壓力測定；操作類型：TPA；測試前速率：120 mm/s；測試速率：60 mm/s；測試后速率：120 mm/s；壓縮率：50.0%；兩次壓縮之間的時(shí)間間隔：1.0 s。從TPA試驗(yàn)曲線上可得到硬度、咀嚼性、內(nèi)聚性等參數(shù)值。

饅頭感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如表1，參照孫腆等[11]的研究方法，稍作改進(jìn)。

表1 感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Sensory evaluation criteria

1.7 數(shù)據(jù)收集和統(tǒng)計(jì)

試驗(yàn)中測定所得的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)使用EXCEL2013 和SPSS 軟件進(jìn)行分析。制圖軟件為Origin8.0。

2 結(jié)果與分析

2.1 熱機(jī)械特性

由表2可知，3 種外添蛋白會(huì)對(duì)重構(gòu)面團(tuán)的吸水率的影響有顯著差異。含大豆蛋白的重構(gòu)面團(tuán)吸水率增大，且隨著添加量的增大而增加，當(dāng)分別添加50%大豆蛋白時(shí)，可使吸水率達(dá)到68.6%，相比于空白提高了5%，乳清蛋白則相反，吸水率隨著添加量的增大而減小，當(dāng)添加量為50%時(shí)，吸水率下降了8.4%。但是酪蛋白對(duì)重構(gòu)面團(tuán)的吸水率沒有顯著影響。這些差異可歸因于蛋白的來源和特性不同。大豆蛋白具有良好的持水性，故會(huì)使得吸水率增加[12]。另外，3 種外添蛋白都會(huì)對(duì)重構(gòu)面團(tuán)穩(wěn)定性產(chǎn)生怎樣的影響。將面筋蛋白用外源蛋白進(jìn)行替換，隨著添加量的增加，重構(gòu)面團(tuán)的穩(wěn)定時(shí)間增加，其中酪蛋白對(duì)面團(tuán)的穩(wěn)定時(shí)間影響最明顯。酪蛋白易形成膠團(tuán)狀的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在維持穩(wěn)定性方面，k-酪蛋白發(fā)揮著尤為重要的作用[13]。k-酪蛋白為兩性分子，外側(cè)具有親水性質(zhì)，這使得酪蛋白與乳清蛋白一樣對(duì)面團(tuán)在溫度和攪拌下的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度產(chǎn)生良性影響。

此外，還可以觀察到面團(tuán)的弱化度（C2 值和C2-C1 值）。用大豆蛋白替換面筋蛋白到20%比例時(shí)，C2 值下降的最大、C2-C1 弱化值最大。一方面，在20%替換量的比例下，大豆蛋白會(huì)破壞面筋蛋白中的谷蛋白大聚體的結(jié)構(gòu)，對(duì)面團(tuán)產(chǎn)生不良影響[14]。這會(huì)導(dǎo)致面團(tuán)穩(wěn)定時(shí)間增加不大，面筋網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定。另一方面，大豆蛋白又能夠與淀粉或面筋蛋白形成一種穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。當(dāng)替換比繼續(xù)增大，后者發(fā)揮稍強(qiáng)的作用，使面團(tuán)穩(wěn)定時(shí)間增加，也使其弱化值不再顯著增大。另外，大豆蛋白熱不穩(wěn)定性較高[15]，稍高的溫度就會(huì)使大豆蛋白結(jié)構(gòu)改變。因此，弱化值整體升高而穩(wěn)定時(shí)間增加，說明大豆蛋白雖然能使面團(tuán)形成質(zhì)量更好的面筋結(jié)構(gòu)，但這種穩(wěn)定結(jié)構(gòu)容易被溫度或機(jī)械力的作用破壞。相對(duì)于大豆蛋白，乳清蛋白和酪蛋白卻表現(xiàn)出相反的影響，隨著替換比例的增加，C2 值逐漸增加，并且弱化值也隨之減少，說明該面團(tuán)在機(jī)械力和熱作用下，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)比對(duì)照樣品更加穩(wěn)固。正如王巖東等[16]研究添加1%～5%富含大豆乳清蛋白的小麥粉面團(tuán)的穩(wěn)定時(shí)間延長，弱化度降低，因此有助于提高面團(tuán)中面筋的質(zhì)量。

目前，關(guān)于添加各種添加劑如親水膠體、酶制劑等可改變淀粉糊化特性的研究報(bào)道已有很多[17-19]，但蛋白質(zhì)對(duì)此特性的影響，尤其是部分替換面筋蛋白的研究幾乎沒有。本試驗(yàn)通過Mixolab 對(duì)重構(gòu)面團(tuán)中淀粉成分的理化特性包括峰值扭矩C3、蒸煮穩(wěn)定性C4/C3、回生值C5-C4 等進(jìn)行分析，可觀察到添加不同外源蛋白對(duì)重構(gòu)面團(tuán)這一特性的影響。其中，大豆蛋白對(duì)溫度和機(jī)械力作用下的重構(gòu)面團(tuán)總體特性影響最大，其次是酪蛋白和乳清蛋白。大豆蛋白使得峰值扭矩C3 顯著（P＜0.05）增加，且隨著添加量的增大而增大，這可能歸因于大豆蛋白-面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在機(jī)械力和熱力作用下較不穩(wěn)定，釋放出被包裹的淀粉顆粒，致使分散游離的淀粉增多，進(jìn)而導(dǎo)致糊化特性的增強(qiáng)[20]。同樣的趨勢發(fā)生在乳清蛋白對(duì)重構(gòu)面團(tuán)峰值扭矩的影響，而酪蛋白則會(huì)使峰值扭矩下降。另外，大豆蛋白可以顯著提高面團(tuán)的蒸煮穩(wěn)定性，但是乳清蛋白和酪蛋白對(duì)蒸煮穩(wěn)定性無顯著影響。王鳳等[6]研究者報(bào)道：在含有蛋清蛋白和大豆蛋白的小麥面團(tuán)中同樣觀察到峰值扭矩的增加，但二者都對(duì)蒸煮穩(wěn)定性無顯著影響。3 種外源蛋白都對(duì)面團(tuán)的回生值產(chǎn)生顯著影響，大豆蛋白會(huì)使得回生值有較大程度的減小，而乳清蛋白和酪蛋白則使得回生值有顯著的增加。該結(jié)論與余丹丹等[21]研究一致，這主要?dú)w因于不同來源蛋白質(zhì)的特性差異，乳清蛋白在常溫下不容易聚合，但在高溫下容易結(jié)膠，而使得冷卻時(shí)黏度增加；王曉艷等[22]的研究結(jié)果則不同，其研究發(fā)現(xiàn)，添加大豆粉會(huì)使得小麥面團(tuán)回生值增大，其原因可能是大豆粉中油脂成分對(duì)直鏈淀粉老化產(chǎn)生影響。這種差異可能是由于外添蛋白的加工工藝和組成成分不同所造成的。

表2 3 種外添蛋白對(duì)重構(gòu)面團(tuán)蛋白組分熱機(jī)械學(xué)特性的影響Table 2 Effects of different addition levels of extrogenous proteins on thermomechanical properties of reconstruct dough determined by Mixolab

2.2 重構(gòu)面團(tuán)流變學(xué)特性

2.2.1 大豆蛋白對(duì)重構(gòu)面團(tuán)流變特性的影響 如圖2所示，大豆蛋白的替換比例小于20%時(shí)，重構(gòu)面團(tuán)黏彈性變化不大，替換比例達(dá)到30%后，面團(tuán)彈性模量和黏性模型大幅增加。正如2.1 節(jié)結(jié)果所示，可能是由于大豆蛋白吸水能力比面筋蛋白更強(qiáng)，因而在相同加水量和其它參數(shù)保持不變的條件下，大豆蛋白添加量越多，面團(tuán)的黏彈性增強(qiáng)。該研究結(jié)果與Dogan 等[23]研究一致，他們發(fā)現(xiàn)大豆蛋白能夠使玉米小麥糊黏性增加。

圖2 大豆蛋白對(duì)重構(gòu)面團(tuán)動(dòng)態(tài)流變學(xué)特性G′和G″的影響Fig.2 Effects of soy protein on rheological properties G′ and G″ of reconstruct dough

2.2.2 酪蛋白對(duì)重構(gòu)面團(tuán)流變特性的影響 如圖3所示，隨著酪蛋白替換比例的增加，彈性模量和黏性模量均上升，但增加的幅度不如大豆蛋白明顯。由2.1 節(jié)的結(jié)果可知，酪蛋白對(duì)體系吸水率的影響不大，酪蛋白對(duì)體系彈性模量的增加可能是其形成膠團(tuán)狀的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的原因。

圖3 酪蛋白對(duì)重構(gòu)面團(tuán)動(dòng)態(tài)流變學(xué)特性G′和G″的影響Fig.3 Effects of casein on G′ and G″ of reconstructed dough

2.2.3 乳清蛋白對(duì)重構(gòu)面團(tuán)流變特性的影響 如圖4所示，相對(duì)于大豆蛋白和酪蛋白，乳清蛋白對(duì)面團(tuán)的黏性模量和彈性模量影響較小，但其影響趨勢相同。其可能的原因是乳清蛋白水中溶解性好，其天然構(gòu)象不會(huì)結(jié)合大量的水[24]，因此乳清蛋白對(duì)體系吸水率的影響不大，進(jìn)而對(duì)流變學(xué)特性的影響沒有大豆蛋白和酪蛋白顯著。

2.3 饅頭品質(zhì)

2.3.1 3種外添蛋白對(duì)饅頭質(zhì)構(gòu)的影響 根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，在一定范圍內(nèi)，硬度和咀嚼性越小，面團(tuán)越柔軟[25]。饅頭的內(nèi)聚性與饅頭的持氣性正相關(guān)，內(nèi)聚性過小，饅頭的持氣性不好，口感粗糙[26]。饅頭的粘附性與饅頭的粘牙口感及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的持水性有關(guān)[27]。

如表3所示，隨著大豆蛋白替換比例增加，饅頭的硬度和咀嚼性都增加。說明大豆蛋白在饅頭成形過程中形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)沒有面筋蛋白那么緊密，致使饅頭內(nèi)部總的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較渙散，饅頭質(zhì)地也因此變硬。內(nèi)聚性呈現(xiàn)減小的趨勢，可能是大豆蛋白加入后，形成的面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)持氣性不好，導(dǎo)致饅頭品質(zhì)下降。梁靈等[28]研究發(fā)現(xiàn)大豆蛋白添加量增加導(dǎo)致饅頭的內(nèi)聚性變小，并且咀嚼性變大，與本研究結(jié)果一致。大豆蛋白的替換增加了饅頭的彈性，但是不同比例的大豆蛋白對(duì)彈性沒有顯著性影響。

圖4 乳清蛋白對(duì)重構(gòu)面團(tuán)動(dòng)態(tài)流變學(xué)特性G′和G″的影響Fig.4 Effects of whey protein on rheological properties G′ and G″ of reconstruct dough

酪蛋白的加入，致使饅頭的硬度和咀嚼性都增加，顯著高于對(duì)照組。隨著酪蛋白替換量增加，酪蛋白可能與面筋蛋白、淀粉和水分結(jié)合成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。但形成的這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)卻對(duì)成品沒有正向的影響，說明酪蛋白的加入使得饅頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度發(fā)生改變，使饅頭品質(zhì)變差。

乳清蛋白影響趨勢和酪蛋白一致。饅頭的硬度、咀嚼性、粘附性增加。饅頭的彈性呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢，添加40%乳清蛋白的饅頭彈性達(dá)到了10.13。乳清蛋白的內(nèi)聚力逐漸減小，持氣能力下降，饅頭品質(zhì)變差，易掉渣。這可能與乳清蛋白自身的特性有關(guān)，其本身持水性較低，使饅頭容易掉渣?？傮w來說，3 種外添蛋白的添加使饅頭品質(zhì)變差，但可以增加饅頭的彈性。

表3 3 種外源蛋白饅頭質(zhì)構(gòu)測量結(jié)果Table 3 Texture measurement about three kinds of protein in steamed bread

2.3.2 外添蛋白對(duì)饅頭感官品質(zhì)的影響 如表4所示，低比例的大豆蛋白的加入使饅頭更具有韌性，咬勁更好。隨著替換比例上升，彈韌性減少，口感松散，易掉渣。同時(shí)外觀漸漸變差，出現(xiàn)結(jié)塊、開裂等現(xiàn)象。色澤也隨之變黃，內(nèi)部結(jié)構(gòu)逐漸變得緊實(shí)，口感變得較為粗糙，粘牙性降低，饅頭品質(zhì)變差。同時(shí)大豆蛋白的加入掩蓋了麥香味，造成風(fēng)味的降低。

隨著乳清蛋白含量的增加，饅頭表皮光滑無缺口。色澤略微變黃，內(nèi)部結(jié)構(gòu)不規(guī)則，孔隙不均，出現(xiàn)大量大孔，彈韌性變差，形成較差的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；口感不粘牙，易碎掉渣，說明乳清蛋白的加入并未完全形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。乳清蛋白有奶香味，10%替換量時(shí)風(fēng)味較好，能增加饅頭的風(fēng)味。

表4 饅頭感官評(píng)價(jià)測量結(jié)果Table 4 Comparison of the sensory evaluation of steamed bread

酪蛋白的添加使饅頭的外觀、色澤、彈韌性、口感和風(fēng)味都逐漸變差，相比另外兩種外添蛋白，10%的替換比例的饅頭各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)更接近對(duì)照組。試驗(yàn)結(jié)果表明用外添蛋白替換面筋蛋白會(huì)使饅頭的品質(zhì)變差，說明外添蛋白不適合用于替換面粉中面筋蛋白，不能形成更具有粘彈性的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

3 結(jié)論

3 種外添蛋白質(zhì)介入對(duì)重構(gòu)面團(tuán)的熱機(jī)械學(xué)特性產(chǎn)生不同程度的影響，大豆蛋白使面團(tuán)的吸水率增大，乳清蛋白會(huì)使吸水率顯著下降，酪蛋白對(duì)吸水率沒有顯著影響。3 種蛋白質(zhì)的添加都可顯著提高面團(tuán)穩(wěn)定時(shí)間，其中酪蛋白影響最大，乳清蛋白影響最小。乳清蛋白和酪蛋白對(duì)面團(tuán)中的淀粉糊化相關(guān)參數(shù)影響較小，大豆蛋白會(huì)對(duì)峰值扭矩C3 和回值產(chǎn)生顯著的影響。3 種外添蛋白質(zhì)介入對(duì)重構(gòu)面團(tuán)動(dòng)態(tài)流變學(xué)參數(shù)有一定的影響，其中大豆蛋白對(duì)面團(tuán)體系彈性模量及黏性模量影響最大，酪蛋白其次，乳清蛋白影響較小。3 種外添蛋白對(duì)饅頭的質(zhì)構(gòu)呈消極影響，但能略微增加饅頭的彈性參數(shù)。在感官方面，3 種蛋白的加入使饅頭感官品質(zhì)下降，乳清蛋白對(duì)饅頭風(fēng)味有積極影響，增加饅頭的奶香味。