微波功率對(duì)面筋蛋白-淀粉復(fù)合體系功能特性的影響

母夢(mèng)羽，張 霞，賈 峰，王 琦，梁 贏，王金水

河南工業(yè)大學(xué) 生物工程學(xué)院，河南 鄭州 450001

面筋蛋白和淀粉是面粉的主要成分，面粉的質(zhì)量直接影響面制品的品質(zhì)。關(guān)于面粉質(zhì)量的影響因素有很多報(bào)道，已有研究表明，通過(guò)調(diào)整面筋蛋白與淀粉的比例可以改變面粉的筋力，從而達(dá)到專(zhuān)用粉的要求[1-2]。加熱條件對(duì)面粉所形成的凝膠具有很大的影響，過(guò)度加熱會(huì)導(dǎo)致面粉凝膠的弱化和析水[3]。此外，很多面制品如面包、餅干等的加工需要采用較高的加熱溫度以達(dá)到殺菌的目的，但加熱過(guò)程中面粉的色澤和功能特性不穩(wěn)定[4-5]。

面粉色澤是影響面制品品質(zhì)的指標(biāo)，也是衡量面粉加工精度的指標(biāo)。面制品的色澤及穩(wěn)定性是重要的感官評(píng)價(jià)指標(biāo)，在面制品加工品質(zhì)評(píng)分中起著舉足輕重的作用[6]。面粉色澤是消費(fèi)者對(duì)面制品產(chǎn)生的第一感官印象，直接影響面制品的質(zhì)量[7]。面制品的持水能力與其結(jié)合水的能力有關(guān)，可影響其硬度、黏彈性、咀嚼性等，所以持水力對(duì)面制品品質(zhì)具有重要的意義[8-9]。

為明確面制品加工適宜的溫度范圍，以及加熱過(guò)程中不同配比面筋蛋白與淀粉之間的相互作用，作者通過(guò)控制面筋蛋白與淀粉的配比及微波功率，研究不同配比的面筋蛋白和淀粉在微波加熱過(guò)程中的相互作用，以及這種相互作用對(duì)復(fù)合體系凝膠強(qiáng)度、持水特性、色澤等的影響，從而為面筋蛋白和淀粉體系在食品中的應(yīng)用及對(duì)微波加工面制品類(lèi)的品質(zhì)改良奠定理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

面筋蛋白、小麥淀粉：河南棗花面業(yè)有限公司。

二硫蘇糖醇(DTT)、β-巰基乙醇(β-ME)：阿拉丁試劑公司；溴酚藍(lán)、考馬斯亮藍(lán)R250：北京索萊寶公司。

1.2 儀器與設(shè)備

LFP-800 A高速多功能粉碎機(jī)：無(wú)錫機(jī)械制造有限公司；LGJ-10冷凍干燥機(jī)：四環(huán)福瑞科儀科技發(fā)展有限公司；CR-400色度儀：日本柯尼卡美能達(dá)傳感有限公司；164-5050伯樂(lè)電泳儀：美國(guó)伯樂(lè)；WD-9405D脫色搖床：北京生物儀器設(shè)備有限公司；SHJ-6AB磁力攪拌水浴鍋：常州金壇良友儀器公司；X1臺(tái)式離心機(jī)、2000紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)：賽默飛世爾公司；WQF-510傅里葉變換光譜儀：北京瑞麗分析儀器有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 面筋蛋白-淀粉復(fù)合體系的制備

參照高、中、低筋小麥的干面筋含量[10],確定面筋蛋白與淀粉的質(zhì)量比: 高筋粉16∶ 84、中筋粉14∶ 86、低筋粉12∶ 88，將面筋蛋白與小麥淀粉混勻后，各取100 g混合粉，再依次加入80 mL蒸餾水，制成糊狀后，微波加熱5 min，微波功率設(shè)置為120、240、540 W。微波加熱處理后，經(jīng)冷凍干燥磨成粉末狀，過(guò)100目篩后保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3.2 凝膠強(qiáng)度的測(cè)定

參照文獻(xiàn)[11]，稱(chēng)取3 g樣品于平底試管中，用鋁箔紙封口，制備凝膠，每個(gè)樣品做3個(gè)平行樣，進(jìn)行凝膠強(qiáng)度測(cè)試。

1.3.3 持水能力的測(cè)定

采用Tomotake等[12]的方法測(cè)定樣品的持水能力，計(jì)算公式如下。

持水能力=(W2-W1)/W0，

式中：W0代表干樣品的質(zhì)量；W1是管質(zhì)量加上干燥的樣品質(zhì)量；W2是管質(zhì)量加上沉積物質(zhì)量。

1.3.4 表觀色澤測(cè)定

參考賈祥祥等[13]的方法測(cè)定面筋蛋白-淀粉復(fù)合體系的色澤。L*表示面粉的亮度，L*越大表示顏色越亮；a*表示紅綠度，a*越大表示顏色越紅；b*表示黃藍(lán)度，b*越大表示面粉的黃度越明顯[14]。

1.3.5 醇溶蛋白和麥谷蛋白含量測(cè)定

醇溶蛋白和麥谷蛋白的提取分離參照文獻(xiàn)[15-16]的方法，然后采用考馬斯亮藍(lán)G-250法[17-18]進(jìn)行含量測(cè)定。

1.3.6 蛋白質(zhì)分子量分布分析

根據(jù)《蛋白質(zhì)技術(shù)手冊(cè)》[19]中的SDS-PAGE操作步驟，每孔中各蛋白提取物的上樣量為10 μL，電泳條件設(shè)置為60 V、30 min；120 V、90 min。染色過(guò)夜，再放到脫色搖床上脫色至條帶清晰，拍照保存。

1.3.7 面筋蛋白-淀粉復(fù)合體系中蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)測(cè)定

取適量1.3.1中的備用樣品與105 ℃干燥6 h以上的溴化鉀按質(zhì)量比1∶ 100混合壓片，參考戴意強(qiáng)等[20]的方法做全波段掃描測(cè)定，確定各個(gè)子峰與各二級(jí)結(jié)構(gòu)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，分析酰胺I 帶(1 600～1 700 cm-1)，根據(jù)各子峰所占面積計(jì)算出各部分二級(jí)結(jié)構(gòu)所占的比例。

2 結(jié)果與分析

2.1 微波功率對(duì)面筋蛋白-淀粉復(fù)合體系凝膠強(qiáng)度的影響

為了比較微波功率對(duì)面筋蛋白-淀粉復(fù)合體系凝膠強(qiáng)度的影響以及不同配比的面筋蛋白與淀粉在加熱過(guò)程的相互作用，在不同功率下對(duì)復(fù)合物進(jìn)行微波加熱處理，在其形成凝膠后采用質(zhì)構(gòu)儀測(cè)定凝膠強(qiáng)度，結(jié)果如圖1所示。與微波處理前相比，高筋粉的面筋蛋白-淀粉的凝膠強(qiáng)度隨微波功率的升高先增強(qiáng)后減弱，但仍高于未微波加熱時(shí)的凝膠強(qiáng)度；中筋粉復(fù)合體系的凝膠強(qiáng)度在120 W時(shí)無(wú)明顯變化，240 W時(shí)顯著下降并趨于穩(wěn)定；低筋粉復(fù)合體系的凝膠強(qiáng)度隨微波功率的升高先下降，當(dāng)微波功率升高至540W 時(shí)，其凝膠強(qiáng)度增大但仍低于未微波加熱水平。由圖1可知，高筋粉的面筋蛋白-淀粉復(fù)合體系的凝膠強(qiáng)度受微波功率的影響最大。

注：圖中大寫(xiě)字母A、B、C是高、中、低筋復(fù)合粉體系之間的顯著性分析，小寫(xiě)字母a、b、c是同一配比復(fù)合體系在不同微波功率下的顯著性分析，相同字母間表示無(wú)差異。圖2、圖3同。圖1 微波功率對(duì)面筋蛋白-淀粉體系凝膠強(qiáng)度的影響Fig.1 Influence of microwave power on the gel strength of gluten-starch system

2.2 微波功率對(duì)面筋蛋白-淀粉復(fù)合體系持水能力的影響

3種配比的面筋蛋白-淀粉復(fù)合體系在不同微波功率處理下的持水能力的變化見(jiàn)圖2。從圖2可知，與微波處理前相比，微波處理后，同一配比的面筋蛋白-淀粉復(fù)合體系持水能力增強(qiáng)。當(dāng)微波功率為540 W時(shí)，高筋粉的持水能力增強(qiáng)趨緩，中筋粉的持水能力開(kāi)始下降，低筋粉的持水能力繼續(xù)增強(qiáng)。原因可能是一定程度的加熱使體系中的面筋蛋白分子結(jié)構(gòu)展開(kāi)，形成松散的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)而截留更多的水分子，持水能力提高，但隨著微波功率的進(jìn)一步增加，復(fù)合體系中面筋蛋白分子進(jìn)一步展開(kāi)，暴露出更多的疏水區(qū)域，導(dǎo)致親和水的能力減弱。

圖2 微波功率對(duì)面筋蛋白-淀粉復(fù)合體系持水能力的影響Fig.2 Influence of microwave power on water holding capacity of gluten protein-starch composite system

2.3 微波功率對(duì)面筋蛋白-淀粉復(fù)合體系色澤的影響

由表1可知，與空白對(duì)照相比，微波加熱降低了面筋蛋白-淀粉體系的亮度，這與文獻(xiàn)[21-22]的結(jié)論一致。高筋粉和中筋粉復(fù)合體系的亮度隨微波功率的增加而下降，低筋粉復(fù)合體系的亮度先下降，功率增大到240 W時(shí)再上升，但仍低于未經(jīng)微波加熱時(shí)的亮度。高筋粉和低筋粉復(fù)合體系的a*先降低，功率達(dá)到240 W時(shí)再升高，中筋粉的a*則呈現(xiàn)出先升高后下降再升高的趨勢(shì)，這可能是微波過(guò)度加熱所導(dǎo)致。3種配比粉復(fù)合體系的b*均表現(xiàn)為先降低，功率達(dá)到240 W時(shí)b*再升高且高于未微波加熱水平。

表1 微波功率對(duì)面筋蛋白-淀粉體系色澤的影響Table 1 Influence of microwave power on the color of gluten-starch system

2.4 微波功率對(duì)面筋蛋白-淀粉復(fù)合體系中醇溶蛋白和麥谷蛋白含量的影響

小麥粉中醇溶蛋白和麥谷蛋白的含量與比例對(duì)面筋強(qiáng)度及面制食品的品質(zhì)有很大的影響[23]。圖3是3種配比的面筋蛋白-淀粉復(fù)合體系中醇溶蛋白和麥谷蛋白在不同微波功率下的含量。由圖3可以看出：同一微波功率下，醇溶蛋白和麥谷蛋白的含量均表現(xiàn)為高筋粉>中筋粉>低筋粉；相同配比下麥谷蛋白含量隨微波功率的增大先增加后減少，醇溶蛋白相應(yīng)地先減少后增加。

圖3 微波功率對(duì)面筋蛋白-淀粉體系中醇溶蛋白和麥谷蛋白含量的影響Fig.3 Influence of microwave power on the gliadin and glutenin content in the gluten-starch system

2.5 面筋蛋白-淀粉復(fù)合體系中蛋白質(zhì)的分子量分布

不同功率微波加熱后的面筋蛋白-淀粉經(jīng)DTT和β-ME處理后，蛋白質(zhì)被分離成不同分子量的亞基,通過(guò)SDS-PAGE后，按分子量大小從上到下分布在凝膠圖譜上。從凝膠掃描圖(圖4)可以看出，可提取蛋白的亞基在微波加熱過(guò)程中發(fā)生了變化，同一微波功率下，可提取性蛋白含量的高低為高筋粉>中筋粉>低筋粉，配比相同時(shí)隨微波功率的增大高分子質(zhì)量麥谷蛋白亞基含量(HMW-GS 100 kDa附近條帶)先增多后減少，低分子質(zhì)量麥谷蛋白亞基含量(LMW-GS 35 kDa附近條帶)先減少后增多。這可能是由于低分子量麥谷蛋白在一定微波功率下先聚合成高分子量蛋白，后經(jīng)過(guò)度微波加熱破壞，導(dǎo)致蛋白降解所造成的。

注：M泳道代表標(biāo)準(zhǔn)蛋白，1-4、5-8、9-12分別代表高筋、中筋、低筋配比的面筋蛋白-淀粉在微波功率為0、120、240、540 W條件處理的樣品。圖4 微波功率對(duì)面筋蛋白-淀粉復(fù)合體系中蛋白質(zhì)分子量分布的影響Fig.4 Influence of microwave power on the molecular weight distribution of protein in gluten-starch composite system

2.6 面筋蛋白-淀粉復(fù)合體系中蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)

蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)中的α-螺旋、β-折疊、β-轉(zhuǎn)角和無(wú)規(guī)則卷曲在酰胺I 帶都有特定的吸收頻率，不同譜峰對(duì)應(yīng)的面筋蛋白-淀粉復(fù)合體系中的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)不同，酰胺I帶各子峰位置對(duì)應(yīng)的二級(jí)結(jié)構(gòu)劃分：1 600～1 637 cm-1和1 682～1 700 cm-1為β-折疊；1 637～1 645 cm-1為無(wú)規(guī)則卷曲；1 646～1 664 cm-1為α-螺旋；1 665～1 681 cm-1為β-轉(zhuǎn)角[24]。圖5為不同配比的面筋蛋白-淀粉復(fù)合體系在不同微波功率處理下的紅外光譜圖，紅外光譜反映了各個(gè)配比粉的肽鏈結(jié)構(gòu)變化。圖6為不同微波功率對(duì)面筋蛋白-淀粉復(fù)合體系中蛋白質(zhì)α-螺旋、β-折疊、β-轉(zhuǎn)角和無(wú)規(guī)卷曲含量的影響。由圖6可知，與未經(jīng)微波處理的面筋蛋白-淀粉復(fù)合體系的二級(jí)結(jié)構(gòu)相比，隨微波功率的增大高筋配比的面筋蛋白-淀粉體系的α-螺旋和β-折疊的含量均增加，而無(wú)規(guī)則卷曲含量減少；中筋和低筋配比的面筋蛋白-淀粉體系的β-折疊含量減少，無(wú)規(guī)則卷曲含量增加。這可能是因?yàn)槲⒉訜崽幚砜梢酝ㄟ^(guò)改變氫鍵位置，將α-螺旋、β-折疊、β-轉(zhuǎn)角、無(wú)規(guī)則卷曲4種結(jié)構(gòu)相互轉(zhuǎn)化。

圖6 不同微波功率下面筋蛋白-淀粉復(fù)合體系中蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的分布Fig.6 Distribution of different secondary structures in gluten-starchcomposite system under different microwave powers

3 結(jié)論

面筋蛋白與小麥淀粉的配比和微波功率對(duì)復(fù)合體系的凝膠強(qiáng)度、持水特性有顯著影響，通過(guò)色澤、可提取醇溶蛋白和麥谷蛋白含量、分子量分布、二級(jí)結(jié)構(gòu)的測(cè)定進(jìn)一步探究了形成差異的機(jī)理，并且測(cè)定結(jié)果相互印證。其中高筋配比的面筋蛋白-淀粉體系受微波功率的影響最大，隨微波功率的增大，高筋粉復(fù)合體系的凝膠強(qiáng)度先增強(qiáng)，當(dāng)功率達(dá)到540 W時(shí)再減弱，低筋粉復(fù)合體系的凝膠強(qiáng)度則呈現(xiàn)相反趨勢(shì)。高筋粉復(fù)合體系和低筋粉復(fù)合體系的持水能力均增強(qiáng)，中筋粉復(fù)合體系的持水能力先增強(qiáng)，當(dāng)功率達(dá)到540 W時(shí)再下降。高筋粉和中筋粉的亮度均降低，高筋粉和低筋粉的a*和b*先降低，240 W時(shí)再升高。麥谷蛋白含量隨微波功率的增大先增加后減少，醇溶蛋白含量相應(yīng)地先減少后增加；SDS-PAGE圖譜顯示隨微波功率的增大高分子質(zhì)量的麥谷蛋白亞基含量減少，低分子質(zhì)量的麥谷蛋白亞基含量增多；根據(jù)傅里葉紅外光譜分析，不同功率的微波加熱導(dǎo)致了不同程度的氫鍵位置的改變，進(jìn)而影響了面筋蛋白-淀粉體系中蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)含量。研究揭示了不同配比的小麥淀粉和面筋蛋白在微波加熱條件下的相互作用，從而為面筋蛋白-淀粉體系在食品中的應(yīng)用及對(duì)微波加工面制品的品質(zhì)改良奠定了理論基礎(chǔ)。