生物酶改性玉米面粉及其功能性質(zhì)的研究

張舵，江成英，賈世明，閆公敬，宋明洋，李冠龍，易春霞，李俊眾

生物酶改性玉米面粉及其功能性質(zhì)的研究

張舵1,2，江成英1，賈世明1，閆公敬1，宋明洋1，李冠龍1，易春霞1，李俊眾1

（1.齊齊哈爾大學(xué) 食品與生物工程學(xué)院，黑龍江 齊齊哈爾 161006；2.黑龍江省普通高校齊齊哈爾大學(xué)農(nóng)產(chǎn)品加工重點實驗室，黑龍江 齊齊哈爾 161006）

研究采用轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶對玉米面粉進行酶解改性處理，探討了酶的添加量、酶解溫度、酶解時間等因素對玉米面粉改性處理的最佳工藝條件，研究證實，最佳酶解改性條件為轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶添加量0.8%（w/w），酶解時間2h，酶解溫度為50℃。對酶解改性玉米面粉的持水性、濕潤性、黏度、乳化性及乳化穩(wěn)定性、吸水量和流變學(xué)特性等理化功能性質(zhì)進行了研究，結(jié)果顯示，酶解改性后玉米面粉的持水性、濕潤性和黏度都有明顯提升；乳化性及乳化穩(wěn)定性沒有明顯改善；吸水量增大、流變學(xué)特性變化曲線趨于穩(wěn)定。

轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶；玉米面粉；改性；功能性質(zhì)

玉米主食產(chǎn)品因口感粗糙、適口性差，食后易產(chǎn)生胃酸，營養(yǎng)物質(zhì)較難吸收等原因?qū)е庐a(chǎn)品品種少、大眾接受度較低，玉米蛋白的濕潤性、黏度、持水性及乳化性等功能性質(zhì)較差，影響其在人體中的消化吸收及在食品中的應(yīng)用。酶催化蛋白質(zhì)交聯(lián)技術(shù)已得到廣泛應(yīng)用[1-5]。轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶是一種安全的生物酶交聯(lián)劑，可以催化蛋白交聯(lián)，改變蛋白質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)，改善蛋白質(zhì)的某些功能性質(zhì)[6-11]。本文利用轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶對玉米蛋白酶解改性，通過玉米蛋白功能特性的改變，提高玉米食品的適口性和營養(yǎng)吸收率，為開發(fā)綠色健康的玉米主食產(chǎn)品，增加玉米產(chǎn)品的附加值，優(yōu)化玉米產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，延長玉米產(chǎn)業(yè)鏈提供一定的參考依據(jù)。

1 實驗材料與方法

1.1 實驗試劑與材料

玉米面粉、小麥面粉，購自當(dāng)?shù)爻?；轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶，購自天津酶制劑廠。

1.2 實驗儀器與設(shè)備

智能水浴鍋，常州市榮華儀器制造有限公司；離心機，上海京工實業(yè)有限公司；分析天平，莆田市亞太計量器有限公司；pH計，梅特勒-托利多儀器有限公司；電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱：蘇州江東精密儀器有限公司；電熱恒溫水浴鍋：上海一恒科學(xué)儀器有限公司；離心機，上海京工實業(yè)有限公司；電磁爐，廣州美的集團生活電器制造有限公司；均質(zhì)機，上海申鹿均質(zhì)機有限公司；粉質(zhì)儀，北京東孚久恒儀器技術(shù)有限公司；NDJ-79型旋轉(zhuǎn)式黏度計，上海軒澄儀器有限公司；隔水式恒溫培養(yǎng)箱，北京市永光明醫(yī)療儀器廠；磁力攪拌器，天津市歐諾儀器儀表有限公司；高壓蒸汽滅菌鍋，山東龍口復(fù)興制造機械廠；冰箱，青島海爾股份有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 玉米面粉的酶解改性

1.3.1.1 酶解改性方法

稱取一定量玉米面粉，加入適量滅菌蒸餾水，攪拌均勻，調(diào)溶液pH至6.0，加適量轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶（TGase），恒溫水浴振蕩一定時間，酶解改性，滅酶，離心分離，除上清液，烘干。

1.3.1.2 酶解改性單因素實驗

實驗中選取酶的添加量、酶解溫度及酶解時間等作為因素變量，通過感官評價結(jié)果，確定玉米面粉酶解改性的最佳工藝條件。單因素試驗因素水平表見表1。

表1 單因素試驗因素水平表

1.3.1.3 改性工藝流程

玉米面粉→調(diào)pH→酶解→滅酶→冷卻→離心分離→去除上清液→烘干

1.3.2 酶解改性對玉米面粉功能性質(zhì)影響

以小麥面粉作為對照，用TGase對玉米面粉按最佳酶解條件進行改性處理，分別測定未經(jīng)酶解改性的玉米面粉、酶解改性處理后的玉米面粉及小麥面粉的持水性、濕潤性、黏度、乳化性及乳化穩(wěn)定性等性質(zhì)，同時采用粉質(zhì)儀對上述樣品進行了吸水量和流變學(xué)特性的測定。根據(jù)各項測定結(jié)果，對比探討酶解改性對玉米面粉功能性質(zhì)產(chǎn)生的影響。

1.3.2.1 持水性的測定

準(zhǔn)確稱取樣品，分別放入已稱重的離心管中，加蒸餾水，攪拌，使其分散均勻，調(diào)節(jié)溶液pH值為中性，恒溫水浴加熱30min，取出冷卻，以5000r/min速度離心分離，棄去上清液，稱重，計算樣品持水性。

1.3.2.2 濕潤性的測定

在100mL燒杯中倒入80mL蒸餾水，準(zhǔn)確稱取1g樣品倒入燒杯中，觀察樣品的濕潤情況。1.5h后，充分?jǐn)嚢铇悠?min。觀察樣品濕潤性。

1.3.2.3 黏度的測定

將樣品配制成溶液，倒入旋轉(zhuǎn)式黏度計測試容器，測定樣品黏度。

1.3.2.4 乳化性及乳化穩(wěn)定性的測定

準(zhǔn)確稱取0.15g樣品于離心管中，加15mL水?dāng)嚢杈鶆颍偌尤?5mL大豆油，以8000r/min速度均質(zhì)1min，再以1500r/min的轉(zhuǎn)速離心分離5min。分別測量離心管中上層乳濁液的高度和下層液體的高度，計算樣品乳化能力。

取上述乳濁液樣品置于80℃水浴中，保持水平，使油層與水層界限分明，恒溫水浴30min，取出立即冷卻至室溫，以1500r/min轉(zhuǎn)速離心分離5min，測量離心管中上層乳化層保留的高度，計算樣品的乳化穩(wěn)定性。

1.3.2.5 吸水量和流變學(xué)特性的測定

將樣品放入粉質(zhì)儀中，按儀器操作要求加水、攪拌，進行數(shù)據(jù)分析，完成吸水量和流變學(xué)特性的測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 酶解改性對玉米面團品質(zhì)的影響研究

2.1.1 酶解溫度的影響

采用TGase對玉米面粉酶解改性，改變酶解溫度，研究改性后的玉米面粉所制成的面團的品質(zhì)，確定酶的最佳酶解時間。結(jié)果如表2所示。

表2 酶解溫度對玉米面團品質(zhì)的影響

由表2的研究結(jié)果可知，隨著TGase酶解溫度的升高，玉米面團的柔軟度和黏性都在逐漸改善。酶解溫度為50℃時，玉米面團柔軟有一定黏性和彈性。因此玉米面粉的最佳酶解溫度為50℃。

2.1.2 酶解時間的影響

采用TGase在50℃對玉米面粉進行酶解改性，改變酶解時間，研究改性后的玉米面粉所制成的面團的品質(zhì)，確定酶的最佳酶解時間。結(jié)果如表3所示。

表3 酶解時間對玉米面團品質(zhì)的影響

由表3的研究結(jié)果可知，隨著TGase酶解時間的延長，玉米面團的柔軟度和黏性都呈下降趨勢。因此玉米面粉的最佳酶解時間為2h。

2.1.3 酶添加量的影響

采用TGase對玉米面粉進行酶解改性，改變酶的添加量，研究改性后的玉米面粉所制成的面團的品質(zhì)，確定酶的最佳添加量。結(jié)果如表4所示。

表4 酶添加量對玉米面團品質(zhì)的影響

由表4的研究結(jié)果可知，酶的添加量為0.6%時，面團無黏性且松散干硬；酶添加量為0.8%時，玉米面團柔軟且黏性適宜，品質(zhì)最佳；酶添加量增加到1.0%時，面團雖軟但黏性太強。可見TGase的最佳添加量為0.8%。

2.2 酶解改性對玉米面粉功能性質(zhì)影響的研究

將未經(jīng)改性處理的玉米面粉、最佳酶解條件進行酶解改性處理的玉米面粉及小麥面粉作為樣品，按照節(jié)1.3.2的方法進行了持水性、濕潤性、黏度、乳化性及乳化穩(wěn)定性、吸水量和流變學(xué)特性等功能性質(zhì)的對比研究，探討玉米面粉經(jīng)酶解改性處理后功能性質(zhì)的變化。樣品編號見表5。

表5 樣品編號

2.2.1 持水性的影響結(jié)果

持水性是指食品在加工過程中，保持自身水分的能力和對外部水分的整合能力，按照節(jié)1.3.2.1的方法測定1～3號樣品的持水性，結(jié)果如圖1所示。根據(jù)圖1可知，與未經(jīng)改性的玉米面粉相比，經(jīng)TGase改性處理的玉米面粉，其持水力明顯增大，接近小麥面粉的持水力。產(chǎn)生影響的主要原因是玉米面粉中的蛋白質(zhì)在TGase的作用下，蛋白質(zhì)分子內(nèi)或分子間的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)增強，增大了凝膠的水合作用，使凝膠網(wǎng)絡(luò)中的水分不易析出，增加了蛋白質(zhì)吸水和保水能力，因而玉米面粉的持水力顯著增強。用酶解改性的玉米面粉制作的玉米面團易成團、柔軟、彈性好。

圖1 酶解改性對持水力的影響

2.2.2 濕潤性的影響結(jié)果

濕潤性是指蛋白質(zhì)吸附水分快慢的能力，按照節(jié)1.3.2.2的方法測定1～3號樣品的濕潤性能力，結(jié)果顯示，未經(jīng)酶解處理的玉米面粉樣品顆粒下降速度緩慢，經(jīng)1.5h后，全部沉底，表面無懸浮顆粒，上液澄清。經(jīng)酶解改性處理的玉米面粉下降速度緩慢，經(jīng)1.5h后，表面有少量懸浮顆粒，液體混濁。小麥面粉下降速度緩慢，經(jīng)1.5h后，表面無懸浮顆粒，液體混濁。原因是玉米面粉中含有的玉米醇溶蛋白不溶于水，吸附水的速度較慢。而經(jīng)過酶解改性處理的玉米面粉中的蛋白質(zhì)構(gòu)象在TGase的作用下發(fā)生了改變，使包埋在分子內(nèi)部的親水基團更多地暴露出來，增強了蛋白質(zhì)吸附水分的能力和速度，所以其濕潤性顯著增強，但與小麥面粉相比較，其濕潤性稍差。

2.2.3 黏度的影響結(jié)果

黏度可直接提供食品良好的口感并穩(wěn)定食品中的被分散成分。使用黏度計按照節(jié)1.3.2.3的方法對1～3號樣品進行黏度的測定，結(jié)果如圖2所示。

圖2 酶解改性對黏度的影響

由圖2可見，與未經(jīng)酶解處理的玉米面粉相比，經(jīng)TGase酶解改性后的玉米面粉黏度明顯增大，接近小麥面粉的黏度。影響因素主要是玉米面粉中的蛋白質(zhì)分子在TGase的作用下，發(fā)生了改性，空間結(jié)構(gòu)變?yōu)闊o規(guī)則的散漫狀態(tài)，使分子間摩擦力增大，流動性下降，從而使玉米面粉的黏度增大。用酶解改性的玉米面粉制作的玉米面團柔軟、黏性適宜、彈性好。

2.2.4 乳化性及乳化穩(wěn)定性的影響結(jié)果

乳化性及乳化穩(wěn)定性是對蛋白質(zhì)乳化性能的評價指標(biāo)。按照節(jié)1.3.2.4的方法對1～3號樣品進行乳化性及乳化穩(wěn)定性的測定，結(jié)果如圖3, 4所示。

圖3 酶解改性對乳化性的影響

圖4 酶解改性對乳化穩(wěn)定性的影響

由圖3和圖4可知，未經(jīng)酶解改性的玉米面粉比小麥面粉的乳化性及乳化穩(wěn)定性低很多。TGase改性后的玉米面粉乳化性及乳化穩(wěn)定性變化不明顯?？梢?，酶解改性對玉米面粉的乳化性和乳化穩(wěn)定性沒有發(fā)生太大的作用。

2.2.5 吸水量和流變學(xué)特性的影響結(jié)果

按照節(jié)1.3.2.5的方法測定1～3號樣品的吸水量和流變學(xué)特性，結(jié)果如圖5～7所示。

圖5 未經(jīng)改性的玉米面粉圖譜

圖6 酶解改性的玉米面粉圖譜

由圖5可知，玉米面粉中醇溶蛋白不溶于水，因此面粉的吸水量較小，當(dāng)阻力增大時，圖中的曲線變化不平穩(wěn)，面團稠度無法上升因而無法形成穩(wěn)定的面團。從圖6可以看出，玉米面粉經(jīng)酶解改性后，其蛋白質(zhì)的肽鍵和氨基酸側(cè)鏈與水分子間的作用力增大，增強了蛋白質(zhì)-水及蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)之間的相互作用，面粉的吸水量增大，且黏聚性也增大，所以2min以后其稠度變化曲線逐漸趨于平穩(wěn)。圖7顯示了小麥粉面粉的吸水量明顯很大，且稠度隨阻力的增大也不斷的增大，呈平穩(wěn)上升趨勢。

圖7 小麥面粉圖譜

3 結(jié)論

采用轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶對玉米面粉進行改性處理，研究了改性處理的最佳工藝條件。對比研究了改性處理的玉米面粉其持水性、濕潤性、黏度、乳化性及乳化穩(wěn)定性等性質(zhì)的變化，同時采用粉質(zhì)儀研究了吸水量和流變學(xué)特性變化。研究結(jié)果顯示，酶解改性對玉米面粉的功能性質(zhì)產(chǎn)生了一定的影響，其持水性、濕潤性和黏度都有明顯提升，但乳化性及乳化穩(wěn)定性沒有太大的改善，吸水量和流變學(xué)特性的測試結(jié)果顯示，酶解改性的玉米面粉形成面團的品質(zhì)較好。研究成果對玉米主食產(chǎn)品的改良有一定的參考價值。

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Study on biological enzymatic modification of corn flour and its functional properties

ZHANG Duo1,2，JIANG Cheng-ying1，JIA Shi-ming1，YAN Gong-jing1，SONG Ming-yang1，LI Guan-long1，YI Chun-xia1，LI Jun-zhong1

(1.College of Food and Bioengineering, Qiqihar University, Heilongjiang Qiqihar 161006,China;2.Key Laboratory of Processing Agricultural Products of Heilongjiang Province,Qiqihar University, Heilongjiang Qiqihar 161006,China)

In this paper, transglutaminase was used to modify corn flour by enzymolysis. The optimum conditions of enzyme dosage, enzymolysis temperature and time were discussed. The results showed that the optimum conditions were transglutaminase dosage 0.8%（w/w）, time 2h and temperature 50℃. The physicochemical properties such as water holding capacity, wettability, viscosity, emulsifying property, emulsifying stability, water absorption and rheological properties of enzymolysis modified corn flour were studied, respectively. The results showed that the water holding capacity, wettability and viscosity of enzymolysis modified corn flour were significantly improved. The emulsifying property and emulsifying stability were not significantly improved. The curve of rheological properties tends to be stable as the increase of water absorption.

transglutaminase; corn flour; modification; functional nature

2022-03-16

黑龍江省高教強省優(yōu)勢特色學(xué)科（糧頭食尾）科研項目（LTSW201721）；黑龍江省屬高等學(xué)?；究蒲袠I(yè)務(wù)費科研項目（植物性食品加工技術(shù)特色學(xué)科專項）（YSTSXK201831）；黑龍江省省屬高等學(xué)?；究蒲袠I(yè)務(wù)費科研項目（135409326）

張舵（1966-），女，黑龍江齊齊哈爾人，碩士，教授，主要從事植物油脂與蛋白工程的研究，zhangduo1966@126.com。

TS213.4

A

1007-984X(2022)05-0079-05