食用堿對(duì)蛋白質(zhì)聚集行為及面條品質(zhì)的影響

任佳影，陳 潔，汪 磊

河南工業(yè)大學(xué) 糧油食品學(xué)院，河南 鄭州 450001

面條是我國(guó)居民日常飲食中常見的主食之一，有著悠久的發(fā)展歷史，已經(jīng)形成了具有地域差異性，各具特色的面條文化。面條按加工方式不同分為手工面和機(jī)械制面等；按添加劑不同分為白鹽面(如河南燴面)和黃堿面(如武漢熱干面、四川擔(dān)擔(dān)面)等[1]。目前，我國(guó)市場(chǎng)上有各種各樣的黃堿面條以滿足不同喜好、不同口味的消費(fèi)者，面條在制作過程中加入了食用堿、食用鹽而使其產(chǎn)生了獨(dú)特的風(fēng)味和誘人的黃色[2]，如廣式鮮面條和閩式半熟面條等，深受廣大年輕消費(fèi)者的青睞。

楚炎沛[3]的研究表明堿性鹽能影響終端食品的表觀、蒸煮品質(zhì)，加堿量大的面條呈現(xiàn)較好的色澤。Huang等[4]研究發(fā)現(xiàn)，堿水處理后面條的最佳煮面時(shí)間延長(zhǎng)、切應(yīng)力增大、壓應(yīng)力降低，表明面條硬度增大，但耐嚼性變差。Ross等[5]研究發(fā)現(xiàn)，弱筋面團(tuán)加堿后筋力明顯變強(qiáng)，但筋力較強(qiáng)的面團(tuán)在后來(lái)的醒發(fā)及制作過程中表現(xiàn)較為復(fù)雜，如加堿面條在醒發(fā)后比加鹽面條彈性更好。Rombouts等[6]研究發(fā)現(xiàn)，加堿會(huì)促進(jìn)分子間二硫鍵的形成，使面團(tuán)谷蛋白大聚合體(GMP)的凝膠強(qiáng)度明顯增強(qiáng)。Hatcher等[7]指出，堿性鹽的添加量對(duì)面條的亮度、最大厚度及組織結(jié)構(gòu)都有影響。石林凡等[8]指出，在堿添加量為 0.1%～0.3%時(shí)，包埋淀粉顆粒的蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)最為有序。作者將食用堿添加到小麥粉中，研究不同添加量的食用堿對(duì)面團(tuán)的蛋白質(zhì)特性及面條品質(zhì)的影響，使黃堿面條的生產(chǎn)在理論基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)支撐下更加科學(xué)化、機(jī)械化、連續(xù)化。

1 材料和方法

1.1 原料和試劑

小麥粉(特一粉)：鄭州金苑面業(yè)有限公司；食用堿(食品級(jí))：沈陽(yáng)市蘇家屯區(qū)星火食品廠。脲、鹽酸：洛陽(yáng)昊華化學(xué)試劑有限公司；β-巰基乙醇、十二烷基硫酸鈉(SDS)：天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司；三羥甲基氨基甲烷(Tris)：上海山浦化工有限公司。

1.2 儀器和設(shè)備

B5A多功能攪拌機(jī)：廣州市威力事實(shí)業(yè)有限公司；HMTD-168壓面機(jī)：北京東方孚德儀器技術(shù)有限公司；LC-12 N-50C真空冷凍干燥機(jī)：北京博醫(yī)康實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；TA-XT plus質(zhì)構(gòu)儀：英國(guó)Stable Micro Systems公司；722 s分光光度計(jì)：北京中興偉業(yè)機(jī)械有限公司；Nano Scope IIIa型原子力顯微鏡：上海卓倫微納米設(shè)備有限公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品的制備

面條的制作：稱取100 g特一粉倒入和面機(jī)中，然后稱取1%的食鹽，與食用堿(添加量分別為0、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%)一起溶于適量的水，倒入快速和面機(jī)中，和面時(shí)間為2 min。將和好的面團(tuán)置于醒發(fā)箱中15 min，醒發(fā)后的面帶復(fù)合壓延3次，再連續(xù)壓片至形成1 mm的面帶，最后切成2 mm寬、1 mm厚的面條。

面團(tuán)粉的制備：取一定量醒發(fā)后的面團(tuán)于輥壓機(jī)上復(fù)合壓延3次，調(diào)整壓輥間距將面團(tuán)壓成面帶(2 mm厚)，然后將面帶切成面片(1.5 mm×1.5 mm)，將面片先冷凍2 h，之后抽真空冷凍干燥24 h，最后于磨粉機(jī)中磨碎成粉，使面團(tuán)粉足夠細(xì)(過200目篩)，備用。

1.3.2 蛋白質(zhì)分子間作用力的測(cè)定

參考文獻(xiàn)[9-10]的方法。利用面團(tuán)在不同還原性溶劑中溶解性的不同，對(duì)含堿面團(tuán)中蛋白質(zhì)分子力的變化進(jìn)行測(cè)定。疏水性相互作用：0.03 mol/L pH 8.0 的 Tris-HCl含1% SDS；氫鍵：0.03 mol/L pH 8.0的 Tris-HCl 含6 mol/L尿素；二硫鍵：0.03 mol/L pH 8.0 的 Tris-HCl 含2%β-巰基乙醇；疏水性相互作用與二硫鍵：0.03 mol/L pH 8.0 的 Tris-HCl含1% SDS 和2%β-巰基乙醇；氫鍵與疏水性相互作用：0.03 mol/L pH 8.0 的 Tris-HCl含6 mol/L尿素和1% SDS。

參考馬磊[11]的方法并作改動(dòng)。稱取0.3 g 面團(tuán)粉樣品溶解于5 mL上述溶液中，4 000 r/min 離心10 min，取2 mL 上清液加入2 mL 20%三氯乙酸，靜置30 min后4 000 r/min 離心10 min，用0.5 mol/L的NaOH將沉淀溶解。使用雙縮脲法測(cè)定蛋白質(zhì)含量，分子間作用力以0.5 mol/L的NaOH提取的蛋白質(zhì)含量表示，每個(gè)梯度的樣品做3個(gè)平行重復(fù)，取平均值。

1.3.3 麥谷蛋白大聚體含量測(cè)定

取500 mg凍干面團(tuán)樣品加入10 mL 1.5%的SDS溶液，振蕩混勻，30 ℃恒溫振蕩1 h，25 ℃ 9 000g離心20 min，棄上清液，采用凱氏定氮儀測(cè)定沉淀中的蛋白質(zhì)含量，所得的結(jié)果乘以特定的轉(zhuǎn)換因子(F=5.7)作為GMP的近似含量[12]。

1.3.4 面筋蛋白質(zhì)形貌觀察

參考Guo等[13]的方法，將面筋蛋白溶解于 0.05 mol/L 的乙酸溶液中配制成質(zhì)量濃度為 0.01 μg/mL的蛋白溶液。取 10 μL 溶液滴到新鮮的云母片上，快速風(fēng)干后用原子力顯微鏡對(duì)面筋蛋白質(zhì)形貌進(jìn)行觀察。

1.3.5 面條蒸煮特性的測(cè)定

參考楊玉玲等[14]的方法對(duì)面條的吸水率和蒸煮損失率進(jìn)行測(cè)定，每個(gè)樣品平行測(cè)定3 次。

1.3.6 面條質(zhì)構(gòu)特性的測(cè)定

取10根22 cm的面條放入500 mL的沸水鍋中，煮至最佳蒸煮時(shí)間后撈出，過涼水30 s后撈出，瀝干面條表面的水分。在載物臺(tái)上平行放置3根面條，采用P/35 mm探頭測(cè)定分析，測(cè)前速度3.0 mm/s，測(cè)中和測(cè)后速度1.0 mm/s，應(yīng)變位移75%，引發(fā)力5.0 g。平行測(cè)定10次，取平均值。

1.3.7 面條感官評(píng)價(jià)

參考GB/T 13868中的感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)并略做調(diào)整，見表1。每個(gè)樣品感官評(píng)價(jià)兩次。

表1 堿面條感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用Excel 2016、Origin 8.5制作圖表，并用SPSS 21.0 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性差異分析(P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 蛋白質(zhì)分子間作用力

氫鍵是穩(wěn)定面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)間作用力[15]，二硫鍵通過蛋白質(zhì)分子中的半胱氨酸殘基相互連接[16]，谷氨酰胺側(cè)鏈與相鄰多肽鏈的肽骨架上的酰胺基團(tuán)發(fā)生分子間二硫鍵和氫鍵相互作用，形成一個(gè)相互連接的支鏈網(wǎng)絡(luò)，對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)具有重要影響。表2為食用堿不同添加量對(duì)面團(tuán)中蛋白質(zhì)分子間作用力的影響。由表2可知，疏水相互作用力>氫鍵>疏水+氫鍵>疏水+二硫鍵>二硫鍵。當(dāng)食用堿添加量為0%～0.2%時(shí)，能顯著降低疏水性相互作用力、疏水+二硫鍵以及疏水+氫鍵，增大氫鍵及二硫鍵，堿量在0.2%～0.4%時(shí)變化不顯著。疏水相互作用是阻礙面團(tuán)吸水的主要原因[10]，隨著堿量的增加，面團(tuán)中的蛋白質(zhì)分子逐漸吸水形成面筋網(wǎng)絡(luò)，因此疏水相互作用的形成條件變?nèi)?，疏水性相互作用逐漸降低。

表2 食用堿對(duì)面團(tuán)中蛋白質(zhì)分子間作用力的影響

2.2 麥谷蛋白大聚體含量

食用堿對(duì)麥谷蛋白大聚體含量的影響見圖1，隨著食用堿添加量的增加，麥谷蛋白大聚體含量呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，此結(jié)果與陳月華[17]的研究結(jié)論一致。食用堿的添加增強(qiáng)了蛋白質(zhì)分子間作用力，使二硫鍵含量增加，蛋白質(zhì)分子之間結(jié)合更加緊密，從而形成麥谷蛋白大聚體，已有研究證明麥谷蛋白大聚體是通過分子間二硫鍵頭尾相連的方式形成骨架，在面筋網(wǎng)絡(luò)形成過程中至關(guān)重要，其支撐整個(gè)面筋網(wǎng)絡(luò)[18]，這與表2 中二硫鍵含量的變化一致。

注：用Duncan法進(jìn)行多重比較，不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，圖3、圖4同。

2.3 食用堿對(duì)蛋白質(zhì)形態(tài)的影響

原子力顯微鏡可以表征蛋白質(zhì)分子三級(jí)立體結(jié)構(gòu)，分辨率很高[19-21]。圖2顯示了用原子力顯微鏡表征加堿量為0%(對(duì)照組)和0.2%時(shí)小麥面筋蛋白聚集體的細(xì)微表觀形貌。由圖2(A)發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)分子完全塌陷，較平整地位于云母基底，說明不加堿的小麥面筋蛋白分子鏈纏繞程度低，表面疏水性較高，導(dǎo)致其與云母分子有很強(qiáng)的親和力?？赡艿脑蚴堑鞍追肿又g的靜電排斥力使蛋白質(zhì)分子伸展松散，蛋白質(zhì)聚集體含量少且分布不均勻[22]。當(dāng)加入食用堿后小麥面筋蛋白分子鏈纏繞程度增強(qiáng)，形成凹凸不平的球狀立體形貌，形成了蛋白質(zhì)大聚體，與對(duì)照組有明顯差異，如圖2(B)所示，網(wǎng)絡(luò)狀分子浮于云母基底上，表明蛋白質(zhì)分子之間的相互作用增強(qiáng)，與云母基底相互作用減弱[23]。這是因?yàn)槎蜴I含量的增加導(dǎo)致蛋白質(zhì)分子聚集，此結(jié)果與麥谷蛋白大聚體含量(圖 1)和蛋白質(zhì)分子間作用力(表2)的結(jié)果相吻合，說明食用堿的添加使面筋網(wǎng)絡(luò)增強(qiáng)。

注：A為對(duì)照組；B為堿添加量0.2%的小麥面筋蛋白聚集體；C、D分別為A、B的三維立體圖。

2.4 食用堿對(duì)面條蒸煮特性的影響

食用堿對(duì)面條蒸煮特性的影響見圖3，當(dāng)堿添加量小于0.2%時(shí)可顯著增加面條的吸水率，當(dāng)堿添加量大于0.2%時(shí)吸水率顯著下降。這是由于堿能促進(jìn)蛋白質(zhì)面筋網(wǎng)絡(luò)的形成，在煮面時(shí)面筋網(wǎng)絡(luò)吸水膨脹，當(dāng)堿添加量為0.2%時(shí)吸水率最高，隨著堿添加量的增加，煮面水的pH值增大，這可能會(huì)使淀粉流失，弱化了煮制后面條的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使吸水率下降。在加熱條件下，食用堿的添加使淀粉流失增大，蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)破損降解，從而導(dǎo)致面條的蒸煮損失率增加[24]。淀粉的流失會(huì)使煮制時(shí)面條的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變得疏松，掉出一部分網(wǎng)絡(luò)碎片，所以面條的蒸煮損失率呈逐漸上升趨勢(shì)。

圖3 食用堿對(duì)面條蒸煮特性的影響

2.5 食用堿對(duì)面條質(zhì)構(gòu)特性的影響

采用質(zhì)構(gòu)儀對(duì)食用堿不同添加量制作的面條進(jìn)行TPA測(cè)試，結(jié)果如圖4所示，硬度以及咀嚼度在堿添加量小于0.2%時(shí)呈顯著上升趨勢(shì)，大于0.2%時(shí)上升但不顯著；食用堿對(duì)彈性沒有顯著影響。這可能是由于隨著堿的添加，蛋白質(zhì)面筋網(wǎng)絡(luò)與水分結(jié)合程度高，此時(shí)形成的面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加緊密，因此硬度上升。咀嚼度是一個(gè)綜合指標(biāo)，它是硬度、黏聚性和彈性三者的乘積。

圖4 食用堿對(duì)面條質(zhì)構(gòu)特性的影響

2.6 食用堿對(duì)面條感官評(píng)價(jià)的影響

對(duì)食用堿不同添加量制作的面條進(jìn)行感官評(píng)價(jià)，結(jié)果如表3 所示。添加食用堿能使面條色澤評(píng)分顯著降低，這是由于面條中含有黃酮類物質(zhì)，中性條件下穩(wěn)定，在堿性條件下顯黃色。面條的適口性評(píng)分先上升后下降但不顯著，面條的適口性反映面條的軟硬程度，在堿添加量0.2%時(shí)達(dá)到最大，與面條質(zhì)構(gòu)特性的硬度有聯(lián)系，由于堿能促進(jìn)蛋白質(zhì)面筋網(wǎng)絡(luò)的形成，提高面條的筋力，故適口性上升。面條的韌性評(píng)分先上升后下降但不顯著，面條的韌性反映面條的彈性，韌性上升可能與濕面筋含量、二硫鍵含量的增加有關(guān)。當(dāng)堿添加量大于0.2%時(shí)會(huì)顯著降低面條的食味，使其產(chǎn)生一定的異味(堿味兒)。綜合分析，堿添加量為0.2%時(shí)面條口感最佳。

表3 食用堿不同添加量的面條的感官評(píng)價(jià)

2.7 相關(guān)性分析

蛋白質(zhì)性質(zhì)與面條品質(zhì)特性的相關(guān)性如表4所示，疏水相互作用力與面條的蒸煮損失率(r=-0.995)、硬度(r=-0.997)、咀嚼性(r=-0.987)呈極顯著負(fù)相關(guān)，與彈性(r=-0.937)呈顯著負(fù)相關(guān)；氫鍵與蒸煮損失率(r=0.975)呈極顯著正相關(guān)，與硬度(r=0.957)、彈性(r=0.950)、咀嚼性(r=0.939)呈顯著正相關(guān)；二硫鍵與蒸煮損失率(r=0.987)、硬度(r=0.998)、咀嚼性(r=0.984)呈極顯著正相關(guān)，與彈性(r=0.910)呈顯著正相關(guān)；麥谷蛋白大聚體與蒸煮損失率(r=0.970)、硬度(r=0.988)、咀嚼性(r=0.982)呈極顯著正相關(guān)。從以上分析可以看出， 面條的蒸煮損失率、硬度、彈性、咀嚼性與蛋白質(zhì)特性(疏水相互作用、氫鍵、二硫鍵)之間有顯著相關(guān)性。以蛋白質(zhì)特性為自變量，以面條蒸煮損失率和質(zhì)構(gòu)特性(硬度、彈性、咀嚼性)為因變量進(jìn)行逐步回歸分析，結(jié)果如表5所示,各回歸方程均達(dá)到顯著水平，表明疏水相互作用、二硫鍵含量可以表征堿面條的品質(zhì)變化。

表4 蛋白質(zhì)性質(zhì)與面條品質(zhì)特性的相關(guān)性分析

表5 蛋白質(zhì)性質(zhì)與面條品質(zhì)特性的回歸分析

3 結(jié)論

食用堿的添加可促進(jìn)面團(tuán)中的游離巰基轉(zhuǎn)換為二硫鍵，同時(shí)促進(jìn)氫鍵的生成，減弱疏水性相互作用，蛋白質(zhì)分子之間結(jié)合更緊密，形成大分子蛋白質(zhì)聚集體，分子鏈纏繞程度增強(qiáng)，形成凹凸不平的球狀立體形貌，使面條的硬度、咀嚼度呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)。雖然隨著食用堿的添加面團(tuán)的筋力逐漸增強(qiáng)，但過高的添加量會(huì)使得面團(tuán)過硬，加工性能變差。結(jié)合感官評(píng)價(jià)，由于堿添加過多會(huì)使面條產(chǎn)生異味(堿味兒)，同時(shí)色澤過黃、過暗，適口性降低，因此最適的堿添加量為0.2%。綜上所述，對(duì)添加食用堿的小麥粉面條進(jìn)行蛋白質(zhì)、面條品質(zhì)特性的測(cè)試，可以對(duì)鮮濕堿面的品質(zhì)做出較為可靠的預(yù)測(cè)。