掛面在常溫儲(chǔ)藏過程中品質(zhì)及麥谷蛋白化學(xué)特性的變化

張 劍，李雪杰，屈念念，李夢(mèng)琴，趙 陽，溫婭晴，任秀娟，張偉峰

1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州 450002 2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部大宗糧食加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 鄭州 450002

面條是我國北方的傳統(tǒng)食品，距今已有2 000多年的歷史。為了能長期儲(chǔ)藏與方便運(yùn)輸，元朝時(shí)人們將面條脫水干燥，制成生干面條，由于干燥時(shí)常掛于面桿上而被稱為掛面[1]。近年來，掛面在安全、衛(wèi)生和品質(zhì)控制等方面均取得了長足的進(jìn)步，但其產(chǎn)品質(zhì)量還存在較多問題，其中儲(chǔ)藏過程是影響掛面質(zhì)量最重要的因素之一[2]。小麥粉中的蛋白質(zhì)按照特性可以劃分為面筋蛋白和非面筋蛋白，面筋蛋白又常常被稱為儲(chǔ)藏蛋白，占小麥粉蛋白的絕大部分，由醇溶蛋白和麥谷蛋白共同構(gòu)成。很多研究表明[3-5]，因麥谷蛋白組分的變化，包括二級(jí)結(jié)構(gòu)、巰基及二硫鍵含量、聚合物等發(fā)生變化，都會(huì)使蛋白內(nèi)部結(jié)構(gòu)被破壞，從而影響面制品的質(zhì)構(gòu)、蒸煮特性和食用品質(zhì)。Cao等[6]發(fā)現(xiàn)掛面在儲(chǔ)藏過程中，其質(zhì)構(gòu)指標(biāo)下降，面條食用品質(zhì)逐漸降低。嚴(yán)勇強(qiáng)等[7]研究發(fā)現(xiàn)，無論凍藏、冷藏還是常溫保藏，隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的延長，由于微生物的作用與蛋白組分的變化均會(huì)導(dǎo)致面條的表面硬度與色澤發(fā)生劣變。趙雷[8]研究表明，隨著冷凍時(shí)間的延長，面筋蛋白與谷蛋白分子鏈的高度與寬度呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，冷凍超過一定時(shí)間后，會(huì)出現(xiàn)聚集體，從而使分子鏈的寬度顯著增大。楊靜潔等[9]發(fā)現(xiàn)在凍藏過程中，面團(tuán)中的麥谷蛋白大聚體(GMP)含量呈不斷下降趨勢(shì)，而游離巰基含量則呈相反趨勢(shì)。

目前的研究主要集中在凍藏過程中麥谷蛋白發(fā)生解聚及降解等變化從而導(dǎo)致面條品質(zhì)劣變，對(duì)于掛面在常溫儲(chǔ)存過程中蛋白質(zhì)組分，尤其是麥谷蛋白的變化及作用機(jī)理等方面的研究還未見報(bào)道。作者通過測(cè)定常溫儲(chǔ)存過程中掛面的品質(zhì)指標(biāo)以及麥谷蛋白的巰基、二硫鍵、GMP、二級(jí)結(jié)構(gòu)含量和高分子量亞基(HMW-GS)等化學(xué)組分的變化，揭示麥谷蛋白及掛面品質(zhì)的變化規(guī)律，為掛面生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)一步提高提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

鄭麥366(高筋小麥)、AK58(中筋小麥)：河南秋樂科技股份有限公司。

SDS(十二烷基硫酸氫鈉)、Tris-HCl緩沖液：北京索萊寶科技有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

JMTD 168/140試驗(yàn)面條機(jī)：北京東孚久恒儀器技術(shù)有限公司；BPHJS-250A高低溫(交變)濕熱試驗(yàn)箱：上海一恒科技有限公司；HWS-P300C恒溫恒濕培養(yǎng)箱：合肥達(dá)斯卡特生物科技有限公司；S-3400N Ⅱ掃描式電子顯微鏡：日本HITACHI公司；Spectrum GX 傅里葉紅外光譜儀：Perkin Elmer公司；K1301半自動(dòng)定氮儀：上海晟聲自動(dòng)化分析儀器有限公司；DYY-5穩(wěn)壓穩(wěn)流電泳儀：北京市六一儀器廠；LGJ-10D冷凍干燥機(jī)：北京四環(huán)科學(xué)儀器廠有限公司；Neo 1600R高速冷凍離心機(jī)：上海力申科學(xué)儀器有限公司；CS-200色差儀：杭州彩譜科技有限公司；TA-Xtplus質(zhì)構(gòu)儀：英國Stable Micro System公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 原料小麥的處理

以高筋鄭麥366和中筋A(yù)K58兩種小麥為原料，磨粉，除去一皮粉和三心粉，將其余4路面粉混合均勻后放入做好標(biāo)記的無紡布面粉袋中，待其熟化10 d后，制作掛面。鄭麥366小麥粉：水分含量13.25%，蛋白含量13.80%、濕面筋含量32.15%、灰分0.52%；AK58小麥粉：水分含量12.85%，蛋白含量12.10%、濕面筋含量27.63%、灰分0.53%。

1.3.2 掛面的制作與儲(chǔ)藏

參照高飛[10]的方法并稍做修改，工藝流程：小麥粉+33%水+2%食鹽→和面→醒發(fā)→壓延→切條→干燥→包裝→儲(chǔ)存。制成的面條厚0.9 mm、寬2 mm，每200 g掛面用聚乙烯袋包裝并密封，置于恒溫恒濕箱(25 ℃、RH 50%)中儲(chǔ)存，分別在儲(chǔ)存的第0、30、60、90、120、150、180天測(cè)定掛面的品質(zhì)。

1.3.3 掛面色澤的測(cè)定

使用色差儀在掛面的3個(gè)不同位置測(cè)定其亮度(L*)和黃藍(lán)值(b*)，由于紅綠值(a*)的變化較小，故不再進(jìn)行分析。

1.3.4 掛面最佳蒸煮時(shí)間的測(cè)定

參照馬瑞杰[11]的方法測(cè)定掛面的最佳蒸煮時(shí)間。

1.3.5 掛面質(zhì)構(gòu)特性的測(cè)定

采用1.3.4中的方法煮面條，煮好后用漏勺撈出瀝水30 s。參照Ma等[12]的方法，使用質(zhì)構(gòu)儀分別進(jìn)行TPA、剪切、拉伸測(cè)試。

1.3.6 掛面感官評(píng)定

參照SB/T 10137—1993，由10人組成感官評(píng)價(jià)小組對(duì)掛面進(jìn)行感官評(píng)價(jià)。

1.3.7 掛面微觀結(jié)構(gòu)的觀測(cè)

將掛面的斷面固定在樣品臺(tái)上，噴金后放入加速電壓為5 kV的電子顯微鏡內(nèi)掃描，放大至1 000倍進(jìn)行觀察，并選擇清晰的位置拍攝照片。

1.3.8 麥谷蛋白的提取

參考王沛[13]的方法提取麥谷蛋白。

1.3.9 麥谷蛋白中巰基和二硫鍵含量的測(cè)定

參照Li等[14]的方法，采用Ellman’s試劑比色法進(jìn)行測(cè)定。

1.3.10 麥谷蛋白大聚體含量的測(cè)定

參照Turo等[15]的方法測(cè)定麥谷蛋白大聚體含量。

1.3.11 麥谷蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)的測(cè)定

采用Almutawah等[16]的方法對(duì)麥谷蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。

1.3.12 麥谷蛋白十二烷基酰胺凝膠電泳(SDS-PAGE)的測(cè)定

參照Shuaib等[17]的方法，采用5%濃縮膠和12%分離膠對(duì)麥谷蛋白組分進(jìn)行分析。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用SPSS 16.0處理數(shù)據(jù)，采用Origin 8.5、Excel 2016分析和制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 掛面品質(zhì)的變化

由表1可知，兩種掛面的L*隨著常溫儲(chǔ)藏時(shí)間的延長均呈顯著下降趨勢(shì)，這與儲(chǔ)藏過程中掛面的水分含量下降有密切關(guān)系，b*則呈相反的趨勢(shì)，表明儲(chǔ)藏后的掛面與空白組相比，其亮度顯著降低，黃度增加，顏色逐漸變暗、發(fā)黃。另外，當(dāng)儲(chǔ)藏時(shí)間相同時(shí)，AK58掛面的L*大于鄭麥366掛面的，b*則小于鄭麥366掛面的，說明由中筋小麥AK58制作的掛面比高筋小麥鄭麥366制作的掛面白，原因是蛋白質(zhì)含量較高時(shí)，面條亮度降低，色澤暗淡[18]。

表1 常溫儲(chǔ)藏過程中掛面品質(zhì)的變化Table 1 Change of the quality of Chinese dried noodles stored at room temperature

麥谷蛋白各亞基之間通過分子間二硫鍵和次生鍵(如氫鍵和疏水作用)聚集成較大的麥谷蛋白聚合物，進(jìn)而形成具有剛性和彈性的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)是面條產(chǎn)生硬度和彈性的主要原因[19]。隨著掛面儲(chǔ)藏時(shí)間的延長，兩種掛面的硬度、彈性、剪切力和拉斷力均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，原因可能是掛面在常溫儲(chǔ)藏過程中，其面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)遭到破壞，削弱了麥谷蛋白的形成[19]。而掛面的黏附性在儲(chǔ)藏過程中則呈現(xiàn)顯著升高趨勢(shì)，根據(jù)Guo等[20]的研究推測(cè)這是由于面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)受到破壞，包裹淀粉粒更加松散，部分淀粉溶出所致。另外在儲(chǔ)藏時(shí)間相同時(shí)，鄭麥366掛面的硬度、彈性、剪切力和拉斷力均大于AK58掛面，原因是麥谷蛋白含量越高，面條的硬度、彈性和咀嚼性越好[21]。

鄭麥366掛面和AK58掛面的綜合評(píng)分隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的延長均呈現(xiàn)顯著下降趨勢(shì)，說明在儲(chǔ)藏過程中掛面的感官可接受性逐漸降低，這一結(jié)果與常溫儲(chǔ)藏過程中掛面的色澤、質(zhì)構(gòu)特性的變化是一致的。除此之外，由于掛面的水分含量較低，貨架期一般為6～12月，所以在常溫儲(chǔ)藏180 d后，感官評(píng)分仍然保持在80分以上，并且鄭麥366掛面的總評(píng)分要高于AK58掛面。

2.2 掛面微觀結(jié)構(gòu)的變化

面筋蛋白所形成的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使得面條具有較好的彈性，且蛋白質(zhì)含量越高，面條越筋道[22]。由圖1a、1e可以看出，儲(chǔ)藏0 d的鄭麥366掛面和AK58掛面結(jié)構(gòu)完整，蛋白質(zhì)基質(zhì)呈連續(xù)的干泥漿狀包圍在淀粉粒的周圍，基本未發(fā)生任何變形現(xiàn)象，并且鄭麥366掛面中蛋白質(zhì)含量要高于AK58掛面，蛋白質(zhì)與淀粉的結(jié)合也更為緊密。儲(chǔ)藏60 d的掛面面筋結(jié)構(gòu)受到輕微破壞，面筋蛋白膜狀結(jié)構(gòu)出現(xiàn)少許斷裂(圖1b、1f)；由圖1c、1g可知，常溫儲(chǔ)藏120 d后，掛面的面筋蛋白膜狀結(jié)構(gòu)斷裂顯著，淀粉與蛋白質(zhì)、淀粉與淀粉之間連接不再緊密；而儲(chǔ)藏180 d后的掛面，其微觀結(jié)構(gòu)極為松散，存在著明顯的大縫隙，且淀粉顆粒已暴露在蛋白質(zhì)基質(zhì)之外(圖1d、1h)，Mudgil等[19]認(rèn)為這是常溫儲(chǔ)藏掛面的硬度、彈性等品質(zhì)指標(biāo)下降的主要原因。

圖1 常溫儲(chǔ)藏過程中掛面的微觀結(jié)構(gòu)Fig.1 Microstructure images of Chinese dried noodles stored at room temperature

2.3 麥谷蛋白巰基和二硫鍵含量的變化

二硫鍵是維持蛋白質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)和生物學(xué)功能的重要組成部分，當(dāng)二硫鍵被還原成游離巰基基團(tuán)時(shí)，不僅會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，還可能使其失去部分原有的生物功能[23]。由表2可知，兩種不同筋力的掛面在常溫儲(chǔ)存過程中，隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的延長，兩種掛面中的麥谷蛋白游離巰基均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，而二硫鍵含量則呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。當(dāng)儲(chǔ)藏180 d時(shí)，鄭麥366掛面和AK58掛面中的麥谷蛋白游離巰基含量分別上升了1.30、1.18 μmol/g，二硫鍵含量分別下降了4.35、3.71 μmol/g，原因是掛面在儲(chǔ)藏過程中其麥谷蛋白中的二硫鍵斷裂形成游離巰基，從而引起蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化[24]。

表2 掛面在常溫儲(chǔ)藏過程中麥谷蛋白游離巰基和二硫鍵含量的變化Table 2 Change of free SH content and SS content for glutenin in Chinese dried noodles stored at room temperature

2.4 麥谷蛋白大聚體含量的變化

麥谷蛋白大聚體是大量的麥谷蛋白和少量的醇溶蛋白組合的聚集體，可作為表征蛋白品質(zhì)的主要指標(biāo)之一[25]。從圖2可以看出，兩種掛面中的麥谷蛋白大聚體含量隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的延長均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。當(dāng)儲(chǔ)藏180 d時(shí)，鄭麥366和AK58掛面中麥谷蛋白大聚體含量分別由7.40 g/100 g和6.10 g/100 g下降至5.60 g/100 g和4.40 g/100 g，表明掛面在常溫儲(chǔ)藏過程中，麥谷蛋白大聚體逐漸發(fā)生降解，由于麥谷蛋白大聚體主要依靠二硫鍵保持大分子結(jié)構(gòu)，并且與面團(tuán)的彈性和硬度息息相關(guān)，因此二硫鍵含量的減少導(dǎo)致了麥谷蛋白大聚體發(fā)生解聚，從而使蛋白品質(zhì)降低，最終影響面制品的食用品質(zhì)[25]。

注：不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。圖2 掛面在常溫儲(chǔ)藏過程中麥谷蛋白大聚體含量的變化Fig.2 Change of GMP content in Chinese dried noodles stored at room temperature

2.5 麥谷蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)的變化

蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)對(duì)蛋白質(zhì)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成具有非常重要的影響，利用傅里葉變換紅外光譜儀對(duì)麥谷蛋白的二級(jí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，如圖3所示。圖3a和圖3b分別為鄭麥366掛面和AK58掛面在常溫儲(chǔ)存過程中麥谷蛋白在4 00～4 000 cm-1波段的紅外光譜圖。其中1 600～1 700 cm-1為蛋白質(zhì)的去卷積酰胺I帶特征吸收頻率區(qū)，反映蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)中α-螺旋(1 650～1 658 cm-1)、β-折疊(1 610～1 640 cm-1)、β-轉(zhuǎn)角(1 660～1 700 cm-1)和無規(guī)則卷曲(1 640～1 650 cm-1)的分布[26]，通過對(duì)應(yīng)的峰面積占總峰面積的百分比來定量分析得到麥谷蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)的相對(duì)含量，結(jié)果見表3。

圖3 掛面在常溫儲(chǔ)藏過程中麥谷蛋白的紅外圖譜Fig.3 FTIR spectra for glutenin in Chinese dried noodles stored at room temperature

表3 掛面在常溫儲(chǔ)藏過程中麥谷蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)的變化Table 3 Change of secondary structure for glutenin in Chinese dried noodles stored at room temperature

當(dāng)?shù)鞍姿幁h(huán)境發(fā)生變化時(shí)，從能量的角度分析，蛋白會(huì)發(fā)生折疊或展開重排等構(gòu)象變化以達(dá)到能量最低來保持相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)。由圖3和表3可知，隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的延長，鄭麥366掛面和AK58掛面的麥谷蛋白β-折疊均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，分別由35.76%和35.78%降至34.94%和34.69%，根據(jù)Zhang等[27]的研究可推測(cè)這是蛋白分子鍵斷裂所致。而無規(guī)則卷曲、α-螺旋和β-轉(zhuǎn)角與空白組相比則呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，原因可能是掛面在儲(chǔ)藏過程中，麥谷蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)非共價(jià)鍵系統(tǒng)被破壞，少量有序的片段轉(zhuǎn)變成了無序的β-轉(zhuǎn)角和無規(guī)則卷曲，蛋白質(zhì)分子的蛋白構(gòu)象變得混亂，蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)被破壞，使得掛面煮后的品質(zhì)指標(biāo)下降，這與前面常溫儲(chǔ)藏過程中掛面品質(zhì)以及微觀結(jié)構(gòu)的變化結(jié)果相一致[28]。

2.6 麥谷蛋白SDS-PAGE的變化

麥谷蛋白中的高分子量亞基(HMW-GS)對(duì)面制品的加工及食用品質(zhì)具有重要的作用，主要表現(xiàn)在影響面團(tuán)的韌性方面，其含量越高，面團(tuán)韌性就越強(qiáng)[29]。SDS-PAGE是在SDS陰離子去污劑以及還原劑的作用下，通過破壞蛋白質(zhì)亞基的非共價(jià)鍵，使單個(gè)亞基解離出來。由圖4可知，在常溫儲(chǔ)藏過程中，隨著儲(chǔ)存時(shí)間的延長，兩種掛面中麥谷蛋白的條帶數(shù)目減少，顏色變淺，尤其是當(dāng)兩種掛面的儲(chǔ)存時(shí)間達(dá)到180 d時(shí)，變化最為顯著，表明麥谷蛋白中的高分子量亞基隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的延長逐漸發(fā)生了降解，根據(jù)Hu等[30]的研究可推測(cè)出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是二硫鍵發(fā)生了斷裂，使HMW-GS發(fā)生解聚，從而引起掛面的韌性下降，食用口感不佳。

注：M是分子量標(biāo)準(zhǔn)；A1—A7分別是儲(chǔ)藏第0、30、60、90、120、150和180天的鄭麥366掛面中提取的麥谷蛋白；B1—B7分別儲(chǔ)藏第0、30、60、90、120、150和180天的AK58掛面中提取的麥谷蛋白。圖4 掛面在常溫儲(chǔ)藏過程中麥谷蛋白的電泳圖Fig.4 SDS-PAGE of glutenin in Chinese dried noodles stored at room temperature

3 結(jié)論

隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的延長，鄭麥366和AK58掛面的質(zhì)構(gòu)特性和感官評(píng)分逐漸降低，微觀結(jié)構(gòu)變得越來越松散，面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)受到破壞；掛面中的麥谷蛋白游離巰基呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，二硫鍵含量逐漸下降，麥谷蛋白大聚體發(fā)生解聚，二級(jí)結(jié)構(gòu)含量變化顯著，蛋白構(gòu)象變得混亂，SDS-PAGE條帶數(shù)目減少，顏色變淺，高分子量亞基發(fā)生解聚。綜上，麥谷蛋白的這些變化與常溫儲(chǔ)藏過程中掛面品質(zhì)的下降具有密切的關(guān)系，從蛋白角度解釋了面制品在儲(chǔ)藏期間食用品質(zhì)降低的原因，為后續(xù)探討掛面品質(zhì)的影響因素提供了理論依據(jù)，也為常溫儲(chǔ)藏過程中麥谷蛋白變化的研究奠定了基礎(chǔ)。目前的研究仍處于初級(jí)階段，后續(xù)還需要通過測(cè)定麥谷蛋白解聚程度、分子鏈結(jié)構(gòu)及分子形貌等的變化情況進(jìn)一步確定掛面在常溫儲(chǔ)存過程中麥谷蛋白變化的機(jī)理，并分析對(duì)面條品質(zhì)造成的影響。