陰離子對(duì)面條水分分布、蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)和微觀結(jié)構(gòu)的影響

桂 俊，陸啟玉

在面條制作過程中通常會(huì)添加一定比例的鹽來改善面條品質(zhì)。添加食鹽一般是通過溶于和面用水來實(shí)現(xiàn)的，鹽溶于和面水后會(huì)解離為陰、陽離子。Zhang 等[1]和王冠岳等[2]認(rèn)為鈉鹽溶于水中解離為陰、陽離子后會(huì)對(duì)面條中的蛋白質(zhì)和淀粉組分產(chǎn)生影響。Tuhumury 等[3]發(fā)現(xiàn)陰離子鹽通過直接與特定氨基酸殘基相互作用而影響面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)形成。Wang 等[4]發(fā)現(xiàn)F-、SO42-能顯著降低淀粉的膨脹度、粒徑和透明度，NO3-、SCN-能顯著提高上述特性。鹽對(duì)面條品質(zhì)的影響與鹽中離子對(duì)淀粉和面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)的作用相關(guān)。水對(duì)食品體系的原料、產(chǎn)品特性等影響占支配地位[5]。食品中水分的變化會(huì)顯著改變食品的結(jié)構(gòu)和組織狀態(tài)，并影響食品的微觀構(gòu)成，如面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)形成等[6]。王世新等[7]和崔麗琴等[8]認(rèn)為在面團(tuán)形成過程中，面團(tuán)水分含量與面粉成團(tuán)后本身蛋白質(zhì)的性質(zhì)緊密相關(guān)，對(duì)面制品的結(jié)構(gòu)、物化性質(zhì)等有很大的影響，并且加水量對(duì)小麥面團(tuán)面筋蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)影響顯著。本文采用低場(chǎng)核磁共振儀（LF-NMR）、傅里葉紅外變換光譜儀（FTIR）、掃描電子顯微鏡（SEM）研究陰離子對(duì)面條中水分分布狀態(tài)、蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)及微觀結(jié)構(gòu)變化的影響，以期為研究陰離子對(duì)面條的影響機(jī)理提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

金苑特一粉，河南金苑糧油有限公司；氯化鈉，天津市天力化學(xué)試劑有限公司；碳酸氫鈉、碳酸鈉，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司；磷酸二氫鈉，洛陽昊華化學(xué)試劑有限公司。所用試劑均為國產(chǎn)分析純級(jí)。

1.2 儀器與設(shè)備

冷凍干燥機(jī)（LGJ-10），四環(huán)福瑞科儀科技發(fā)展有限公司；傅里葉變換光譜儀（IRPrestige-21），日本島津公司；圓形驗(yàn)粉篩（JJSY30x8），上海嘉定糧油儀器有限公司；核磁共振儀（Micro MR-CIL），蘇州紐邁電子科技有限公司；和面機(jī)（CSB5）、面條機(jī)（JMTD168/140），北京東孚久恒儀器技術(shù)有限公司；掃描電子顯微鏡（Quanta-200），荷蘭FEI 公司。

1.3 方法

1.3.1 面條制作 參照GB/T 35875-2018 《糧油檢驗(yàn) 小麥粉面條加工品質(zhì)評(píng)價(jià)》，并略有改動(dòng)。分別 稱 取0.00，0.10，0.15，0.20，0.25，0.30 mmol/g 的NaCl、NaHCO3、NaH2PO4，溶解于34 mL 去離子水中，取Na2CO3濃度為其它離子濃度的一半（在相同陽離子濃度下，比較不同陰離子）。將上述鹽溶液和100 g 小麥粉加入和面機(jī)混合15 min，室溫放置熟化30 min，用面條機(jī)3.00 mm 壓輥間距壓延2次，每次遞減0.5 mm 壓延2 次，最后在1.00 mm輥間距壓延2 次，切成2.00 mm 寬面條，備用。

1.3.2 面條中水分分布的測(cè)定 取1.3.1 節(jié)制備的面條10 根，剪下2 cm（0.8 g），用核磁專用膜將其完全包裹，放入核磁專用管底部，置永久磁場(chǎng)中心位置的射頻線圈中心，用CPMG 脈沖序列掃描，測(cè)定樣品的自旋-自旋弛豫時(shí)間。每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)定3 次，結(jié)果用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

參數(shù)設(shè)置：TD（采樣點(diǎn)數(shù)）=40 000；SW（采樣頻率）=200 kHz；TW（采樣間隔時(shí)間）=1 000 ms；NS（累加次數(shù)）=4；TE（回波時(shí)間）=0.100 ms；NECH（回波個(gè)數(shù)）=2 000。

1.3.3 FTIR 測(cè)定面條中蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu) 取1.3.1節(jié)制作好的面條煮制最佳蒸煮時(shí)間，然后放入冷凍干燥機(jī)干燥，用研缽研磨，過100 目篩，分裝，備用。將樣品與烘干的溴化鉀按質(zhì)量比1∶100 加入研缽混合研磨均勻，用紅外壓片機(jī)壓成均勻透明薄片，放入紅外測(cè)定樣品室，在波段400～4 000 cm-1范圍紅外掃描，掃描32 次，分辨率4.0。采用Peakfit v4.12 對(duì)所得譜圖進(jìn)行基線校正、二階導(dǎo)

數(shù)擬合，得到面筋蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)含量（%）。

1.3.4 面條微觀結(jié)構(gòu)的測(cè)定 將1.3.1 節(jié)制備的面條冷凍干燥后，截?cái)酁殚L(zhǎng)度約4 mm，一端自然斷裂，一端用刀片修整成平面并固定在掃描電鏡載物臺(tái)上，自然斷裂面朝上。先噴金處理，后用掃描電鏡觀察、拍照。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 24.0、Origin 9.1 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性分析和繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 4 種陰離子對(duì)面條中水分分布的影響

表1和表2列出用LF-NMR 測(cè)定的面條中水分分布狀態(tài)。LF-NMR 被用于測(cè)定物料的水分含量、狀態(tài)、分布，是檢測(cè)食品體系中水分狀態(tài)及其分布的關(guān)鍵技術(shù)[9-12]。經(jīng)LF-NMR 測(cè)定的面條T2反演譜圖出現(xiàn)3 個(gè)較為明顯的波峰，按照大小分別記為T21、T22、T23（T21

表1 陰離子對(duì)面條水分橫向弛豫時(shí)間的影響Table 1 The influence of anions on the lateral relaxation time of noodle moisture

表2 陰離子對(duì)面條中水分峰面積的影響Table 2 The influence of anions on the peak area of water in noodles

2.2 4 種陰離子對(duì)面筋蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)的影響

圖1顯示面條的傅里葉紅外光譜圖。傅里葉紅外光譜酰胺Ⅰ帶（1 600～1 700 cm-1）對(duì)蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)變化敏感，吸收強(qiáng)度大，被認(rèn)為對(duì)其結(jié)構(gòu)研究最有價(jià)值[21-23]。酰胺Ⅰ帶是C=O 伸縮振動(dòng)及其與NH 彎曲振動(dòng)、C-N 伸縮振動(dòng)的偶合，而伸縮振動(dòng)頻率取決于C=O 和NH 之間的氫鍵性質(zhì)，即特征振動(dòng)頻率反映蛋白質(zhì)或多肽的特定二級(jí)結(jié)構(gòu)，因此酰胺Ⅰ帶能夠反映蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)[24]。對(duì)酰胺一帶進(jìn)行基線校正，二階導(dǎo)數(shù)擬合，得到各特征峰，其中1 613～1 640/1 670～1 690 cm-1為β-折疊的特征吸收，1 640～1 650 cm-1為無規(guī)則卷曲的特征吸收，1 650～1 660 cm-1為α-螺旋結(jié)構(gòu)的特征吸收，1 660～1 670/1 690～1 700 cm-1為β-轉(zhuǎn)角的特征吸收[7，25]。

由圖1可知，不同陰離子的添加對(duì)面條FTIR譜圖的出峰位置和走勢(shì)基本沒影響，說明添加陰離子未改變面條的特定基團(tuán)，而是改變了表3中蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的含量。這與劉瑞莉等[26]研究結(jié)果一致。

圖1 面筋蛋白傅里葉紅外光譜特征曲線Fig.1 The characteristic curve of gluten protein Fourier infrared spectrum

表3列出添加陰離子對(duì)面筋蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)的影響。面筋蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)以β-折疊為主，這與黃蓮燕等[27]研究結(jié)果一致。由表3可知添加不同濃度的Cl-對(duì)面筋蛋白的β-折疊、無規(guī)則卷曲、α-螺旋、β-轉(zhuǎn)角影響不顯著。添加不同濃度的H2PO4-使得面筋蛋白的β-折疊和無規(guī)則卷曲含量呈先升高后降低的趨勢(shì)，α-螺旋含量逐漸降低，對(duì)β-轉(zhuǎn)角無影響。添加不同濃度的HCO3-使面筋蛋白的β-折疊和β-轉(zhuǎn)角逐漸升高，α-螺旋逐漸降低，無規(guī)則卷曲影響不顯著。與空白相比，添加CO32-提高了面筋蛋白的β-折疊，降低了面筋蛋白的α-螺旋和無規(guī)則卷曲。在0.25 mmol/g 和0.30 mmol/g濃度時(shí)，與Cl-、H2PO4-相比，HCO3-、CO32-能顯著提高面筋蛋白的β-折疊和β-轉(zhuǎn)角的含量，降低面筋蛋白的α-螺旋和無規(guī)則卷曲含量。Li 等[28]發(fā)現(xiàn)堿性面條中β-轉(zhuǎn)角含量增加，α-螺旋含量減少，是因?yàn)闅滏I順序發(fā)生變化。Wang 等[29]研究發(fā)現(xiàn)堿增加面筋蛋白的分子間β-折疊與堿和蛋白相互作用的能力有關(guān)。HCO3-、CO32-對(duì)蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)的改變很有可能是因HCO3-、CO32-與蛋白質(zhì)的相互作用改變了氫鍵順序所致。Singh 等[30]發(fā)現(xiàn)施加外部電場(chǎng)應(yīng)力影響蛋白質(zhì)的氫鍵模式，從而導(dǎo)致分子內(nèi)氫鍵結(jié)合的反平行β-折疊聚集體的出現(xiàn)。電場(chǎng)對(duì)蛋白構(gòu)象的改變很可能與離子所帶電荷對(duì)蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)的影響原因一致。

表3 陰離子對(duì)面筋蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)的影響Table 3 The influence of anions on the secondary structure of gluten protein

2.3 4 種陰離子對(duì)面條微觀結(jié)構(gòu)的影響

面條品質(zhì)與其內(nèi)部結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，而通過對(duì)面團(tuán)充分地機(jī)械攪拌和碾壓，面團(tuán)中的麥谷蛋白和醇溶蛋白在二硫鍵和分子間的相互作用力的綜合效應(yīng)下，形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)將淀粉顆粒包裹起來[31]。觀察面條的微觀結(jié)構(gòu)有助于了解陰離子對(duì)面條中面筋蛋白和淀粉的影響。圖2顯示添加0.20 mmol/g 陰離子的面條的微觀結(jié)構(gòu)圖（放大倍數(shù)3 000 倍）。與空白相比，添加Cl-、H2PO4-使面條內(nèi)部面筋蛋白吸水更加均勻，形成較為緊密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，連續(xù)的面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更好地包裹淀粉顆粒，增加了蛋白質(zhì)與淀粉結(jié)合的緊密程度。添加HCO3-、CO32-使淀粉顆粒裸露在外，面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)松散，出現(xiàn)較多空洞現(xiàn)象。Hu 等[32]發(fā)現(xiàn)隨著氯化鈉含量的增加，面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)越來越密集，當(dāng)含鹽量為3%時(shí)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)開始出現(xiàn)孔洞，淀粉顆粒暴露。Li 等[28]發(fā)現(xiàn)添加NaCl 的面條面筋蛋白與淀粉之間的連接更加緊密，添加K2CO3的面條表面粗超，有凹陷。這與本文研究結(jié)果類似，Cl-使面條微觀結(jié)構(gòu)更加緊密，HCO3-、CO32-使淀粉裸露，面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)松散。

圖2 添加0.20 mmol/g 陰離子對(duì)面條微觀結(jié)構(gòu)的影響Fig.2 The effect of adding 0.20 mmol/g anion on the microstructure of noodles

3 結(jié)論

添加陰離子對(duì)面條中水分分布、蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)及微觀結(jié)構(gòu)均有顯著影響。添加Cl-的面條中弱結(jié)合水為水分存在的主要形式，其次是深層結(jié)合水，自由水含量最少。添加H2PO4-、HCO3-、CO32-使面條中深層結(jié)合水含量升高，弱結(jié)合水含量降低。通過FTIR 可知在0.25 mmol/g 和0.30 mmol/g 時(shí)，與Cl-、H2PO4-相比，HCO3-、CO32-能顯著提高面筋蛋白的β-折疊和β-轉(zhuǎn)角的含量，降低面筋蛋白的α-螺旋和無規(guī)則卷曲的含量。SEM 表明：與空白相比，添加Cl-、H2PO4-使面條內(nèi)部面筋蛋白吸水更加均勻，形成較為致密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；添加HCO3-、CO32-使淀粉顆粒裸露在外，面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)松散，出現(xiàn)較多空洞現(xiàn)象。陰離子對(duì)面條中水分、蛋白和微觀結(jié)構(gòu)的影響為后續(xù)研究離子對(duì)面筋蛋白巰基二硫鍵和淀粉粒度、糊化、老化等特性奠定基礎(chǔ)。