巰基、二硫鍵對面團流變學(xué)特性的影響

李翠翠，閆慧麗，劉紫鵬

（1 南陽理工學(xué)院張仲景康養(yǎng)與食品學(xué)院 河南南陽473000 2 河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院 鄭州450001）

小麥研磨成粉后被廣泛用于面條、饅頭、面包等主食面制品和蛋糕、餅干、點心等休閑零食的加工，面粉加工性能好壞直接影響面制食品的品質(zhì)和產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)[1]。而將小麥粉和水揉合后洗掉碳水化合物等物質(zhì)得到的面筋蛋白，能形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[2]，從而賦予面團獨特的黏彈性和延展性[3-5]?？v觀近年來的研究不難發(fā)現(xiàn)，面筋蛋白的數(shù)量和質(zhì)量直接決定面粉的質(zhì)量和用途[6]，而圍繞面筋蛋白和面粉的研究也是層出不窮。比如粗蛋白含量分別為14.7%，12.9%及11.1%的3 種小麥粉，其面團穩(wěn)定時間和粉質(zhì)質(zhì)量指數(shù)依次上升[7]。付苗苗等[8]認為，添加面筋蛋白可有效改善小麥粉面團的各項粉質(zhì)指標。此外，還有學(xué)者采用小規(guī)模技術(shù)考察了α-，β-，γ-，ω-醇溶蛋白和總醇溶蛋白的作用后指出，醇溶蛋白分子質(zhì)量大小與面包高度關(guān)系較大，醇溶蛋白對面團流變學(xué)性質(zhì)的影響主要是其疏水性[9]。Barak 等[10-11]研究發(fā)現(xiàn)，醇溶蛋白、麥谷蛋白比值與穩(wěn)定時間、形成時間、面筋指數(shù)和蛋白質(zhì)含量呈負相關(guān)關(guān)系。

對蛋白質(zhì)而言，巰基主要存在于半胱氨酸殘基中，其性質(zhì)非?；顫?，能參與多種化學(xué)反應(yīng)[12]。共價的SS 鍵則能將同一條肽鏈上不同部位或者不同肽鏈上的氨基酸殘基聚攏，而迅速折疊的肽鏈連接之后可形成相對較穩(wěn)定的空間拓撲結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可有效維持蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)[13]。SS 鍵的形成通常有兩種途徑，第1 種為SH 氧化，即蛋白質(zhì)中的2 個半胱氨酸殘基的側(cè)鏈SH 可通過氧化反應(yīng)形成SS 鍵，并伴隨半胱氨酸殘基變?yōu)殡装彼釟埢鵞14]。第2 種為SH-SS 的交換反應(yīng)，即游離SH中的陰離子S-對SS 鍵中的S 原子進行親核質(zhì)子攻擊，原來的SS 鍵遭破壞的同時形成新的SS 鍵和游離SH。目前研究較多也較深入的是它們對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響，而很少開展后續(xù)的應(yīng)用工作。比如，Schofield 等[15]圍繞溫度條件研究蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化，發(fā)現(xiàn)低水平熱處理溫度下，蛋白質(zhì)通過SS鍵發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，而高水平熱處理溫度（超過150℃）下，蛋白質(zhì)降解生成多肽。麥谷蛋白亞基的游離SH 在55 ℃時發(fā)生氧化反應(yīng)并生成SS 鍵，交聯(lián)聚合作用使麥谷蛋白分子質(zhì)量變大。而小分子的醇溶蛋白在高于90 ℃條件下發(fā)生SH-SS 的交換反應(yīng)，在120 ℃時才聚合形成麥谷蛋白的結(jié)構(gòu)[16-17]。也有一些學(xué)者以面粉為對象，考察蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)特點的變化。如Jazaeri 等[18]比較了強筋粉和弱筋粉所制面團中化學(xué)鍵的形成，前者更易形成SS 鍵，后者主要是疏水作用。Hu 等[19]用170 ℃的熱蒸汽處理面粉，總SH 對高溫不敏感，含量無顯著改變，而游離SH 含量下降顯著，且這一效果對含水量高的面粉更明顯。然而，這些研究都是將面粉整體作為處理對象，處理手段對面粉中的各組分影響很大，考察的巰基、二硫鍵可能來自于面筋蛋白、色素和維生素等，這不適用于單純研究面筋蛋白的作用。

亞硫酸鈉（Na2SO3）具有抗氧化、護色、防腐保鮮、漂白等作用被廣泛應(yīng)用在食品工業(yè)，而這些應(yīng)用都是基于它較好的還原效果，它在食品中通常是幾種功能共同起作用，因此應(yīng)用非常廣泛[20]。它與蛋白質(zhì)作用時，可使蛋白質(zhì)的分子間和分子內(nèi)SS 鍵斷裂，這會改變蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的黏彈性與交聯(lián)度[21-22]。近年來，對Na2SO3應(yīng)用研究主要集中在鈍化生物發(fā)酵、水解過程中的酶活性[23-24]，抑制食品中的酶促褐變和非酶褐變[25]，抑制糧谷類儲存過程中的腐敗菌[26]，改變蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能性質(zhì)等[27-29]，而未見Na2SO3與面粉性質(zhì)關(guān)聯(lián)的報道。本文先用不同濃度Na2SO3處理面筋蛋白，以4%的比例將面筋蛋白加入面粉中得到含有不同SH、SS 鍵的混合粉，研究SH、SS 鍵對面粉流變學(xué)性質(zhì)的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

小麥面筋蛋白，購自河南德大食品有限公司，其基本成分為：蛋白質(zhì)77.68%，淀粉8.71%，水分11.50%，粗脂肪0.95%，灰分1.48%；特一粉，購自鄭州金苑面業(yè)有限公司，其基本成分如下：淀粉72.21%，蛋白質(zhì)9.67%，水分13.50%，粗脂肪0.78%，灰分0.55%；無水Na2SO3，購自濟南昌諾生物技術(shù)有限公司；其它試劑均為分析純級。

1.2 儀器與設(shè)備

高速萬能粉碎機，北京中興偉業(yè)儀器有限公司；真空冷凍干燥機，北京四環(huán)科學(xué)儀器廠有限公司；單光束-紫外分光光度計，上海欣茂儀器有限公司；Farinograph E 粉質(zhì)儀，德國Brabender 公司；Extensongraph E 拉伸儀，德國Brabender 公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 粉樣的制備及測定 用Na2SO3預(yù)處理面筋蛋白的步驟見參考文獻[29]。制備面粉樣品方法見參考文獻[30]。特一粉原粉做空白對照，記為A，添加被Na2SO3[添加量依次為0，0.1，0.3，0.5，0.7，1，1.5 mg/（g 蛋白）]處理后的面筋蛋白的面粉分別記為粉樣B，C，D，E，F(xiàn)，G，H。然后參考Hu 等[31]的方法考察粉樣的SH、SS 鍵含量變化。

1.3.2 面團揉混特性測定 參照GB/T14614-2006，采用Brabender 粉質(zhì)儀，按照小麥粉粉質(zhì)特性分析法對混合粉的揉混特性進行測定。

1.3.3 面團延展特性測定 參照GB/T14615-2006，采用Brabender 拉伸儀，按照小麥粉拉伸特性分析法對混合粉的延展特性進行測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所得試驗數(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)顯著性檢驗實現(xiàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 粉樣中SH、SS 鍵含量分析

由圖1可見，空白組A 的游離SH、總SH、SS鍵含量均顯著低于試驗組的。試驗組B～H 各粉樣的游離SH 含量從1.62 μmol/g（粉樣B）不斷上升到3.23 μmol/g （粉樣H），SS 鍵含量則從13.93 μmol/g（粉樣B）不斷下降到12.46 μmol/g（粉樣H），總SH 含量變化不大。由圖2可見，游離SH/SS鍵比值則是空白組A 最小，粉樣H 的最大，各樣品間存在顯著差異。簡言之，面筋蛋白經(jīng)Na2SO3還原后，其SS 鍵部分斷裂并形成游離SH，此種處理方式會顯著改變粉樣的游離SH、SS 鍵含量及兩者之比，對總SH 含量影響不大。

2.2 SH、SS 鍵含量對面團揉混特性的影響

揉混特性測定結(jié)果可見表1，空白組A 的吸水率、形成時間、粉質(zhì)質(zhì)量指數(shù)以及穩(wěn)定時間分別為57.7%，1.85 min，61.0，5.15 min。面筋蛋白4%的添加比例會對特一粉的揉混特性有較好的改善作用，可顯著提高混合粉的這4 個指標。粉質(zhì)儀中面粉加水和面繪制的粉質(zhì)曲線可以體現(xiàn)面團的耐揉性和黏彈性[32]，外源添加面筋蛋白后，面團中濕面筋含量升高，吸水率變大，面團網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變得更強，揉混特性就越好。

圖2 粉樣中游離SH/SS 比值的變化Fig.2 The changes of ratio of free SH/SS in flour samples

縱向比較粉樣B～H 發(fā)現(xiàn)，添加的面筋蛋白所用Na2SO3濃度越大，粉樣的吸水率越差，粉質(zhì)質(zhì)量指數(shù)越小，形成時間、穩(wěn)定時間越短，但上述參數(shù)仍高于原粉，各樣品間差異顯著（P＜0.05）。這7個試驗組的淀粉和蛋白質(zhì)含量相同，因此，面團揉混參數(shù)主要與蛋白質(zhì)質(zhì)量有關(guān)，根據(jù)2.1 節(jié)的研究結(jié)果，混粉樣品B～H 中SS 含量逐漸降低，此值越小麥谷蛋白分子間SS 的結(jié)合就越弱，面筋強度也就越低，自然就會導(dǎo)致面筋網(wǎng)絡(luò)對水分、淀粉等物質(zhì)的包裹能力變?nèi)?，制得的面團韌性也就越差。蛋白質(zhì)弱化度是粉質(zhì)曲線峰值與峰值出現(xiàn)后12 min 時譜帶中心線的差值，差值越大，面筋網(wǎng)絡(luò)強度越弱，對機械攪拌的承受能力就越小，面團就更易塌陷而不易成型?？瞻捉M的弱化度為84 FU，介于粉樣C 和D 之間，對粉樣B～H 而言，弱化度顯著增加（P＜0.05），這與其它揉混指標的變化一致。

表1 SH、SS 鍵變化對粉樣揉混特性的影響Table 1 Effects of changes of SH and SS bonds on kneading properties of flour samples

2.3 SH、SS 鍵含量對延展特性的影響

表2為面團延展特性的結(jié)果，可以看出，特一粉的拉伸曲線面積、延伸度均顯著低于添加面筋蛋白的樣品（P＜0.05），最大拉伸阻力也很小，麥谷蛋白和醇溶蛋白形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中含有很多親水基團（如羥基氨基酸、谷氨酰胺等），它們通過氫鍵可把大量的水結(jié)合到網(wǎng)絡(luò)中，提高面筋蛋白的水合能力，故面筋蛋白的加入可有效改善面團的拉伸特性。對全部樣品而言，隨著醒發(fā)時間的延長，面團的延伸度變小，最大拉伸阻力變大，拉伸曲線面積變化趨勢不明顯。

135 min ab 122±6 a 136±12 ab 125±6 ab 122±10 b 121±8 ab 128±8 ab 134±6 ab 126±8響影的性特展延樣粉對化變鍵、SS SH 2表Effects of changes of SH and SS on tensile properties of mixed flour samples Table 2 /mm度伸延/BU力阻伸拉大最2/cm積面線曲伸拉樣粉90 min 45 min 135 min 90 min 45 min 135 min 90 min 45 min b 128±10 d 137±8 f 363±18 f 355±7 d 312±13 e 78±2 d 76±11 e 73±4 A a 145±9 a 176±4 a 624±16 a 589±11 a 420±10 a 138±8 a 143±8 a 135±10 B a 142±5 b 158±6 b 588±25 bc 533±15 ab 403±15 bc 114±7 b 124±5 b 118±4 C ab 136±10 b 156±9 b 582±15 b 542±14 bc 390±8 cde 97±6 bc 117±12 b 112±10 D a 144±7 bc 154±8 b 566±26 c 508±11 bc 389±12 b 121±6 bc 116±6 b 111±9 E ab 135±12 bc 153±10 d 486±16 d 469±23 bc 385±20 bcd 105±7 bc 120±6 bc 109±8 F ab 136±4 c 149±11 c 538±23 d 464±18 c 373±13 b 125±20 ab 134±3 cd 100±6 G b 132±13 c 148±10 e 447±16 e 419±14 d 296±5 de 92±10 c 105±3 d 91±4 H）。（P＜0.05異差性著顯有具間據(jù)數(shù)表代母字同不后值數(shù)列一：同注

度伸延1析分性關(guān)相的標指展延和混、揉量含鍵、SS SH樣粉3表，kneading and tensile indicators of flour samples Correlation analysis among the content of SH and SS bonds Table 3 線曲伸拉量質(zhì)質(zhì)粉SH/離游阻伸拉大最度化弱間時定穩(wěn)間時成形率水吸鍵SS SH離游積面數(shù)指值比SS 1 SH離游1-0.186鍵SS 1-0.286 0.993**值比SH/SS離游1 0.028 0.877**0.137率水吸1 0.973**0.106 0.905**0.211間時成形1 0.922**0.913**-0.23 0.986**-0.125間時定穩(wěn)1-0.669-0.376-0.416 0.863**-0.707*0.811*度化弱1-0.411-0.937**0.997**0.980**0.07 0.913**0.176數(shù)指量質(zhì)質(zhì)粉1 0.837**-0.357 0.738*0.849**0.770*0.046 0.791*0.123積面線曲伸拉1 0.856**0.977**-0.511 0.956**0.971**0.952**-0.066 0.954**0.041力阻伸拉大最0.799*0.719*0.742*-0.659 0.782*0.739*0.754*-0.366 0.822*-0.270度伸延。關(guān)相著顯）上側(cè)（雙平水0.05在示表；*關(guān)相著顯極）上側(cè)（雙平水0.01在示表：**注

而縱向比較粉樣B～H 可知，粉樣B 的拉伸性能最好，在45，90，135 min 時拉伸曲線面積分別為135，143，138 cm2，最大拉伸阻力和延伸度也最大，粉樣B 中添加的面筋蛋白沒有被Na2SO3還原，面筋網(wǎng)絡(luò)相對比較致密，黏彈性都較好，因此它的拉伸性好。崔麗琴等[33]認為，小麥粉拉伸曲線面積若低于50 cm2，面制品的烘焙品質(zhì)較差。因此，該混合粉的筋力較強，面團的延展性較好，烘焙質(zhì)量相對較好。其余粉樣拉伸性逐漸變差，粉樣H 的拉伸性能最差，拉伸曲線面積在45，90，135 min 時僅為91，105，92 cm2，但仍好于原特一粉的。添加的面筋蛋白還原程度越高，SS 斷裂越多，延展性越差。

2.4 SH、SS 鍵變化與面粉流變學(xué)參數(shù)的相關(guān)性分析

由表3可見，粉樣中游離SH、游離SH/SS 比值與面團弱化度分別呈顯著（r=0.811）和極顯著正相關(guān)（r=0.863），SS 鍵含量與吸水率（r=0.877）、形成時間（r=0.905）、穩(wěn)定時間（r=0.986）、粉質(zhì)質(zhì)量指數(shù)（r=0.913）、最大拉伸阻力（r=0.954）呈極顯著正相關(guān)，與拉伸曲線面積（r=0.791）和延伸度（r=0.822）呈顯著正相關(guān)，和面團弱化度呈顯著負相關(guān)（r=-0.707）。吸水率與形成時間（r=0.973）、穩(wěn)定時間（r=0.913）、粉質(zhì)質(zhì)量指數(shù)（r=0.980）、最大拉伸阻力（r=0.952）呈極顯著正相關(guān)，與拉伸曲線面積（r=0.770）和延伸度（r=0.754）呈顯著正相關(guān)。形成時間與穩(wěn)定時間（r=0.922）、粉質(zhì)質(zhì)量指數(shù)（r=0.997）、拉伸曲線面積（r=0.849）、最大拉伸阻力（r=0.971）呈極顯著正相關(guān)，與延伸度呈顯著正相關(guān)（r=0.739）。穩(wěn)定時間與粉質(zhì)質(zhì)量指數(shù)（r=-0.937）呈極顯著負相關(guān)，與最大拉伸阻力（r=0.956）呈極顯著正相關(guān)，與拉伸曲線面積和延伸度呈顯著正相關(guān)。粉質(zhì)質(zhì)量指數(shù)與拉伸曲線面積（r=0.837）和最大拉伸阻力（r=0.977）呈極顯著正相關(guān)，與延伸度呈顯著正相關(guān)。拉伸曲線面積與最大拉伸阻力、延伸度呈極顯著、顯著正相關(guān)，最大拉伸阻力與延伸度呈顯著正相關(guān)。

可見，游離SH/SS 比值主要受游離SH 的影響，SS 鍵含量變化對其幾乎無影響，曾有研究認為，用蛋白酶改性處理小麥面筋蛋白后的游離SH/SS 比值對面筋蛋白功能性質(zhì)的改善可能存在更直接的影響[34]，然而，本試驗結(jié)果說明，用游離SH/SS 比值來表述混合粉面團的揉混延展參數(shù)的關(guān)系并無太大意義，SS 鍵含量與面團的揉混、延展指標的相關(guān)性較顯著，即SS 鍵含量的提高可顯著改善面團的流變學(xué)性質(zhì)。

3 結(jié)論

本文采用粉質(zhì)儀、拉伸儀測定了混合粉的揉混、延展參數(shù)，對比分析了粉樣中SH、SS 鍵的變化與揉混、延展特性之間的相關(guān)關(guān)系。面筋蛋白會對特一粉的粉質(zhì)特性有較好的改善作用，隨著粉樣中SS 鍵含量的降低，面團的吸水率變差，粉質(zhì)質(zhì)量指數(shù)變小，形成時間、穩(wěn)定時間變短，但上述參數(shù)仍高于原特一粉的，各粉樣間差異顯著（P＜0.05）。對8 組樣品而言，隨著醒發(fā)時間的延長，面團的延伸度變小，最大拉伸阻力變大，拉伸曲線面積變化趨勢不明顯。而比較粉樣B～H 可知，粉樣B 的拉伸性能最好，最大拉伸阻力和延伸度也最大，這表示該粉樣的筋力較強，面團的延展性較好。其余粉樣拉伸性依次變差，粉樣H 的拉伸性能最差，但仍好于特一粉原粉?？瞻捉MA 的拉斷力和拉伸距離顯著低于粉樣B～H（P＜0.05），樣品B～H 的這2 個參數(shù)均隨著面粉中SS 鍵含量的減小而下降，且差異顯著。對各主要指標進行相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，用游離SH/SS 比值來表述混粉面團的流變學(xué)參數(shù)的關(guān)系無太大意義，SS 鍵含量與面團揉混、延展指標的相關(guān)性較顯著。SS 鍵含量與吸水率、形成時間、粉質(zhì)質(zhì)量指數(shù)、穩(wěn)定時間、最大拉伸阻力呈極顯著正相關(guān)，與延伸度、拉伸曲線面積呈顯著正相關(guān)關(guān)系，與面團弱化度呈現(xiàn)顯著負相關(guān)關(guān)系。本研究為后續(xù)二硫鍵和面條品質(zhì)的關(guān)系探討和作用機理提供了理論依據(jù)，也拓寬了面筋蛋白在食品加工中的應(yīng)用。