茶多酚對(duì)面包紋理結(jié)構(gòu)的影響

廖珺，王燁軍，蘇有健，張永利，孫宇龍，方雅各

（安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所，安徽 黃山 245000）

面包是歷史悠久、消費(fèi)量較多的一類烘焙食品[1]。隨著生活水平提高，開發(fā)具有個(gè)性化營(yíng)養(yǎng)功能的面包已成為研究熱點(diǎn)[2]。茶葉具有獨(dú)特的保健功效和風(fēng)味，利用其制作的茶面包，備受消費(fèi)者的青睞[3-4]。茶多酚是茶葉中主要的活性成分[5]，研究表明，它會(huì)影響面包的品質(zhì)[6-7]，延長(zhǎng)其保質(zhì)期[8-9]。

在面包的評(píng)價(jià)體系中，內(nèi)部紋理結(jié)構(gòu)是評(píng)判其品質(zhì)優(yōu)劣的重要指標(biāo)[10]，也是面包的特有屬性之一[11]，除了能直觀地評(píng)價(jià)面包切片的氣孔數(shù)量、大小、形狀等外觀特征，還能間接地反映面包的質(zhì)地、口感等信息[12-13]。面包內(nèi)部紋理結(jié)構(gòu)是由面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)所決定的，而蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)又是決定面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵因素[14-15]。已有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，在面包加工中茶多酚會(huì)與面筋蛋白相互作用，形成氫鍵等非共價(jià)作用力[16-17]，但是關(guān)于茶多酚如何影響面包蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)和面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響面包內(nèi)部紋理結(jié)構(gòu)的研究鮮有報(bào)道。

本試驗(yàn)在加工面包時(shí)添加茶多酚，對(duì)不同茶多酚添加量面包紋理結(jié)構(gòu)的感官性狀及面包芯氣孔特性進(jìn)行分析，考察不同茶多酚添加量對(duì)面包微觀結(jié)構(gòu)和蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的影響，以期從表觀和微觀兩個(gè)角度探討茶多酚對(duì)面包內(nèi)部紋理結(jié)構(gòu)的影響，為茶多酚在面包品質(zhì)改良中的應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

茶多酚（食品級(jí)，多酚含量99.0%，含水量4.9%）：南京綠意生物科技有限公司；面包粉（蛋白含量15.2%、濕面筋含量40.1%、面筋指數(shù)81.7%）：濰坊風(fēng)箏面粉有限責(zé)任公司；高活性干酵母：安琪酵母有限公司；黃油、白砂糖、食鹽：市售；溴化鉀（分析純）：國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

電熱食品烘爐（YXE-6）：佛山市萬鋒廚具有限公司；發(fā)酵箱（PXF-16A）：佛山市明盛電器實(shí)業(yè)有限公司；冷凍干燥機(jī)（DC 801）：日本yamato公司；圖像分析儀（C-Cell）：英國(guó)Calibre圖像處理技術(shù)公司；掃描電子顯微鏡（S-3400N）：日本日立公司；傅里葉變換紅外光譜儀（Nicolet 380）：美國(guó) Nicolet公司。

1.3 方法

1.3.1 茶多酚面包的制作配方及工藝流程

制作配方：面包粉100 g、酵母2 g、黃油10 g、白砂糖16 g、鹽2 g、水65 mL，茶多酚添加量為面包粉質(zhì)量的0%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%。

工藝流程：面包配料混勻攪拌→放置于30℃、濕度75%的環(huán)境下發(fā)酵60 min→整型→溫度38℃、濕度80%條件下醒發(fā)20 min→190℃烘烤20 min→冷卻→成品[18]。

1.3.2 面包紋理結(jié)構(gòu)感官分析

由固定的經(jīng)培訓(xùn)的10名（5名男性、5名女性）感官評(píng)價(jià)人員組成評(píng)價(jià)小組對(duì)面包紋理結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合評(píng)判[19-20]，評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 面包紋理結(jié)構(gòu)感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Table 1 The sensory evaluation standard of bread texture

1.3.3 茶多酚面包芯氣孔特性測(cè)定

將同批不同茶多酚添加量（0%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%）的面包于室溫（20℃）下冷卻后，切成約12mm厚的面包片，選取中間兩個(gè)切片的四個(gè)斷面，利用CCell圖像分析儀獲取分辨率為600 dpi圖像，取中心位置10 cm×10 cm的圖像，運(yùn)用image J軟件對(duì)面包的氣孔數(shù)量、表面分率、稠密度、平均半徑進(jìn)行分析[21-22]。

1.3.4 茶多酚面包微觀結(jié)構(gòu)分析

將同批不同茶多酚添加量（0%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%）的面包冷凍干燥后切成小薄塊，用導(dǎo)電膠固定，經(jīng)抽真空、噴金處理后置于掃描電鏡下觀察樣品結(jié)構(gòu)[23-24]。

1.3.5 茶多酚面包蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)分析

圖譜采集：稱取1 mg不同茶多酚添加量面包的凍干粉與150 mg溴化鉀混合均勻，充分研磨后壓片。利用傅里葉變換紅外光譜儀進(jìn)行掃描，設(shè)定掃描波數(shù)譜段范圍 4 000 cm-1～400 cm-1，分辨率 4 cm-1，掃描次數(shù)64次。所有測(cè)量重復(fù)3次[25]。

圖譜處理：利用Peak Fit 4.12軟件對(duì)樣品的紅外譜圖中1 600 cm-1～1 700 cm-1波段進(jìn)行分析，依次進(jìn)行基線校正、縱坐標(biāo)歸一化、Savitsk-Golay函數(shù)平滑、高斯去卷積處理、二階導(dǎo)數(shù)擬合，確定各子峰與各二級(jí)結(jié)構(gòu)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，根據(jù)峰面積計(jì)算出各二級(jí)結(jié)構(gòu)的相對(duì)含量[26-27]。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

所有試驗(yàn)重復(fù)3次，結(jié)果均以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，采用Excel和spss處理數(shù)據(jù)并繪圖，進(jìn)行ANOVA差異顯著性分析，其中P＜0.05表示差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 茶多酚添加量對(duì)面包紋理結(jié)構(gòu)感官評(píng)分的影響

對(duì)不同茶多酚添加量面包的紋理結(jié)構(gòu)進(jìn)行感官審評(píng)，其感官評(píng)分如圖1所示。

圖1 茶多酚添加量對(duì)面包紋理結(jié)構(gòu)感官評(píng)分的影響Fig.1 Effect of tea polyphenols addition on the sensory score of bread texture

由圖1可以看出，面包紋理結(jié)構(gòu)的感官評(píng)分隨著茶多酚添加量的增加呈先上升后下降的趨勢(shì)，當(dāng)茶多酚添加量為0.4%時(shí)，感官評(píng)分最高，面包紋理結(jié)構(gòu)最好。這是因?yàn)樘砑由倭坎瓒喾雍?，面包氣孔開始變得細(xì)密均勻，但當(dāng)茶多酚添加量超過0.6%時(shí)，面包氣孔分布不再均勻且出現(xiàn)了大氣孔，導(dǎo)致感官評(píng)分分值快速下降。

2.2 茶多酚添加量對(duì)面包芯氣孔特性的影響

2.2.1 茶多酚添加量對(duì)面包芯氣孔數(shù)的影響

有研究表明氣孔數(shù)量越多，面包的物理品質(zhì)越好[12]。不同茶多酚添加量面包芯的氣孔數(shù)如圖2所示。

由圖2可知，添加茶多酚后，面包氣孔數(shù)增多，隨著茶多酚添加量的增加，面包氣孔數(shù)先增加后緩慢減少，在茶多酚添加量為0.4%時(shí)最多，為（8 904±24）個(gè)，說明茶多酚的添加在一定程度上改善了面包的物理品質(zhì)。

圖2 茶多酚添加量對(duì)面包芯氣孔數(shù)的影響Fig.2 Effect of tea polyphenols addition on the pore number of bread core

2.2.2 茶多酚添加量對(duì)面包芯氣孔表面分率的影響

氣孔表面分率是指氣孔總表面積與分析圖像面積的比值，氣孔表面分率越大，面包氣孔的界面性質(zhì)越佳[24]。不同茶多酚添加量面包芯的氣孔表面分率如圖3所示。

圖3 茶多酚添加量對(duì)面包芯氣孔表面分率的影響Fig.3 Effect of tea polyphenols addition on the pore surface fraction of bread core

由圖3可知，隨著茶多酚添加量的增加，面包氣孔表面分率呈先上升后降低的趨勢(shì)，在茶多酚添加量為0.4%時(shí)最高，為（37.84±0.14）%；但當(dāng)添加量為 1.0%時(shí)氣孔表面分率小于未加茶多酚的面包。這說明適量的茶多酚可使面包氣孔具有較好的界面性質(zhì)，呈現(xiàn)出穩(wěn)定的狀態(tài)，過量的茶多酚（當(dāng)添加量為1.0%時(shí)）不能改善面包氣孔的界面性質(zhì)。

2.2.3 茶多酚添加量對(duì)面包芯氣孔稠密度的影響

氣孔稠密度是指氣孔個(gè)數(shù)與分析圖像面積的比值，氣孔稠密度越大，面包的持氣和發(fā)酵能力越好[22]。不同茶多酚添加量面包芯的氣孔稠密度如圖4所示。

由圖4可知，添加茶多酚后，面包氣孔稠密度增加，隨著茶多酚添加量的增加，面包氣孔稠密度呈先增加后降低的趨勢(shì)，在茶多酚添加量為0.4%時(shí)最大，為（463.90±12.05）cells/cm2，說明茶多酚能夠增強(qiáng)面包的持氣和發(fā)酵能力。

圖4 茶多酚添加量對(duì)面包芯氣孔稠密度的影響Fig.4 Effect of tea polyphenols addition on the pore density of bread core

2.2.4 茶多酚添加量對(duì)面包芯氣孔平均半徑的影響

有文獻(xiàn)報(bào)道氣孔平均半徑越小，面包結(jié)構(gòu)越細(xì)膩[10]。不同茶多酚添加量面包芯的氣孔平均半徑如圖5所示。

由圖5可看出，添加茶多酚后，面包氣孔平均半徑縮小，隨著茶多酚添加量的增加，面包氣孔平均半徑呈現(xiàn)先縮小后增大的趨勢(shì)；在茶多酚添加量為0.4%時(shí)最小，為（0.16±0.02）mm，說明茶多酚的添加能夠提高面包結(jié)構(gòu)的細(xì)膩度。

圖5 茶多酚添加量對(duì)面包芯氣孔平均半徑的影響Fig.5 Effect of tea polyphenols addition on the pore mean radius of bread core

采用C-Cell圖像分析儀掃描面包芯切片，并利用計(jì)算機(jī)圖像視覺技術(shù)可以相對(duì)準(zhǔn)確且客觀地分析面包芯圖像信息[22]。氣孔表面分率和稠密度越大、氣孔小而密集，表明面包內(nèi)部紋理結(jié)構(gòu)越好[28]，綜合評(píng)價(jià)茶多酚添加量對(duì)面包芯氣孔特性的影響結(jié)果認(rèn)為，面包加工過程中茶多酚添加量在0.4%時(shí)，面包內(nèi)部紋理結(jié)構(gòu)最佳，這與感官評(píng)價(jià)的結(jié)果相符，也證明了圖像分析技術(shù)的可靠性。

2.3 茶多酚添加量對(duì)面包微觀結(jié)構(gòu)的影響

面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是決定面包內(nèi)部紋理結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵因素，當(dāng)添加外源氧化還原劑后，面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)的形成會(huì)受到影響[29]。不同茶多酚添加量面包的微觀結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 茶多酚添加量對(duì)面包微觀結(jié)構(gòu)的變化Fig.6 Changes of bread microstructure with different amounts of tea polyphenols

由圖6可看出未添加茶多酚的面包面筋網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)不明顯，很多淀粉顆粒不均勻地裸露在面筋結(jié)構(gòu)表面。隨著茶多酚添加量的增加，裸露在外面的淀粉顆粒數(shù)量呈現(xiàn)先減少后增多的趨勢(shì)，面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的有序性和緊密度呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)。當(dāng)茶多酚添加量為0.4%時(shí)，面筋網(wǎng)絡(luò)連接最為緊密和有序，能充分地將淀粉顆粒包裹起來，Wang等[16]研究發(fā)現(xiàn)茶多酚的多羥基結(jié)構(gòu)使得其能與面筋蛋白形成氫鍵等非共價(jià)作用力，因此可推測(cè)適量的茶多酚通過非共價(jià)作用改善了面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；但當(dāng)茶多酚添加量大于0.6%時(shí)，開始出現(xiàn)大面積不規(guī)則的孔洞，逐漸有淀粉顆粒裸露在面筋結(jié)構(gòu)表面，這可能是由于茶多酚具有還原性，使面筋蛋白的二硫鍵部分還原成自由巰基，從而減弱了二硫鍵的支撐作用，破壞了面筋網(wǎng)絡(luò)的形成[30]。因此，可推測(cè)在面筋網(wǎng)絡(luò)形成過程中，茶多酚與面筋蛋白形成非共價(jià)作用力對(duì)面筋結(jié)構(gòu)的促進(jìn)作用和其作為還原劑對(duì)面筋結(jié)構(gòu)的削弱作用之間存在動(dòng)態(tài)平衡，該平衡因茶多酚添加量而變化。

2.4 茶多酚添加量對(duì)面包蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的影響

蛋白質(zhì)分子二級(jí)結(jié)構(gòu)的相對(duì)含量決定了面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣[3，23]。蛋白質(zhì)的傅里葉變換紅外光譜圖中一般有酰胺Ⅰ、酰胺Ⅱ和酰胺Ⅲ這3組特征吸收帶，其中酰胺Ⅰ帶（1 600 cm-1～1 700 cm-1）的變化與蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的相對(duì)含量密切相關(guān)，常被運(yùn)用于定量分析蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)[31]。已有研究[23]表明，蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)與各子峰間波數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系為：β-折疊結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)波數(shù)是1 600 cm-1～1 640 cm-1，無規(guī)則卷曲結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)波數(shù)是1 640cm-1～1650cm-1，α-螺旋結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)波數(shù)是 1650cm-1～1 660cm-1，β-轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)波數(shù)是 1660cm-1～1700cm-1。不同茶多酚添加量面包的紅外光譜圖如圖7所示。利用Peak Fit 4.12軟件對(duì)圖7中酰胺I帶進(jìn)行分析，結(jié)果如表2所示。

圖7 不同茶多酚添加量面包的紅外光譜圖Fig.7 Infrared spectrum of bread with different amounts of tea polyphenols

表2 茶多酚添加量對(duì)面包蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的影響Table 2 Effect of tea polyphenols addition on the secondary structure of bread protein

由表2可知，面包蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)主要以β-折疊為主[32]，且茶多酚的添加改變了β-折疊的含量，由于茶多酚與面筋蛋白在非共價(jià)相互作用下形成了較多的氫鍵，而氫鍵能夠誘導(dǎo)蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)中的β-折疊構(gòu)象含量的增加[33]，因此，茶多酚的添加導(dǎo)致β-折疊含量的增加。在蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)中，β-折疊和α-螺旋構(gòu)象與無規(guī)則卷曲和β-轉(zhuǎn)角構(gòu)象相比更加穩(wěn)定有序，蛋白質(zhì)分子的β-折疊和α-螺旋含量的升高及無規(guī)則卷曲和β-轉(zhuǎn)角含量的降低意味著蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)由松散無序向穩(wěn)定有序轉(zhuǎn)變[25-26]。與未添加茶多酚的面包相比，茶多酚面包蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)中β-折疊和α-螺旋含量變多，無規(guī)則卷曲和β-轉(zhuǎn)角含量減少，說明茶多酚的添加導(dǎo)致面包蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，部分無規(guī)則卷曲和β-轉(zhuǎn)角構(gòu)象向β-折疊和α-螺旋構(gòu)象轉(zhuǎn)變，從而促使二級(jí)結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定有序，其原因可能是茶多酚與蛋白質(zhì)發(fā)生非共價(jià)交聯(lián)作用，增強(qiáng)了蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和有序性[29]。隨著茶多酚添加量的增加，β-折疊和α-螺旋的含量呈現(xiàn)先增大后減少的趨勢(shì)，而無規(guī)則卷曲和β-轉(zhuǎn)角的含量呈現(xiàn)先減少后增大的趨勢(shì)；當(dāng)添加量為0.4%時(shí)，β-折疊和α-螺旋的含量最高，而無規(guī)則卷曲和β-轉(zhuǎn)角的含量最低；這表明不同添加量的茶多酚對(duì)蛋白質(zhì)的交聯(lián)作用程度導(dǎo)致了蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生不同的變化，適量的茶多酚可促進(jìn)與蛋白質(zhì)間的交聯(lián)作用，導(dǎo)致部分無規(guī)則卷曲和β-轉(zhuǎn)角構(gòu)象向β-折疊和α-螺旋構(gòu)象轉(zhuǎn)變，從而使蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)變得穩(wěn)定有序；而由于過量的茶多酚對(duì)維持蛋白質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的二硫鍵的還原作用占主導(dǎo)，抑制了蛋白質(zhì)分子間的聚集，從而導(dǎo)致無規(guī)則卷曲和β-轉(zhuǎn)角的含量增加，β-折疊和α-螺旋的含量減少，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)逐漸由穩(wěn)定有序向松散無序轉(zhuǎn)變。張海華等[29]和段云龍[30]的研究也得到了相似的結(jié)果，同時(shí)也從蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)角度解釋了適量茶多酚可改善面包內(nèi)部紋理結(jié)構(gòu)的原因。

3 結(jié)論

本試驗(yàn)先表觀后微觀地研究了不同茶多酚添加量對(duì)面包紋理結(jié)構(gòu)的影響。從表觀角度上，發(fā)現(xiàn)當(dāng)茶多酚添加量為0.4%時(shí)，面包內(nèi)部紋理結(jié)構(gòu)最佳，感官評(píng)分最高，氣孔表面分率和稠密度最大且氣孔小而密集。當(dāng)添加量超過0.6%時(shí)，面包氣孔分布不再均勻且出現(xiàn)了大氣孔，導(dǎo)致內(nèi)部紋理結(jié)構(gòu)逐漸變差。從微觀層面上，發(fā)現(xiàn)當(dāng)茶多酚添加量小于0.4%時(shí)可誘導(dǎo)部分無規(guī)則卷曲和β-轉(zhuǎn)角構(gòu)象向β-折疊和α-螺旋構(gòu)象轉(zhuǎn)變，促使二級(jí)結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定有序，增強(qiáng)面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的有序性和緊密度；當(dāng)添加量為0.4%時(shí)，二級(jí)結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定，面筋網(wǎng)絡(luò)連接最為緊密有序；而當(dāng)添加量大于0.4%時(shí)無規(guī)則卷曲和β-轉(zhuǎn)角的含量逐步增加，β-折疊和α-螺旋的含量逐步減少，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)逐漸轉(zhuǎn)為松散無序，面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)開始出現(xiàn)大面積不規(guī)則的孔洞，漸漸有淀粉顆粒裸露在面筋結(jié)構(gòu)表面。

綜上，在面包加工過程中，添加適量的茶多酚可增加面包蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)中β-折疊和α-螺旋的含量，促進(jìn)了面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成，使得面包內(nèi)部紋理結(jié)構(gòu)得到改善。此研究為茶多酚在面包中的應(yīng)用乃至茶類面包的開發(fā)提供了理論支持。