谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶對青稞面團質(zhì)構(gòu)特性和流變特性的影響

尹賀偉，趙喆，潘利敏

（鄭州商業(yè)技師學(xué)院，河南 鄭州 450000）

目前主要通過添加改良劑，如乳化劑、親水膠體、變性淀粉和酶等，對青稞無麩質(zhì)面團進行品質(zhì)改善。谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶作為一種催化酰基轉(zhuǎn)移反應(yīng)的酶，能催化蛋白質(zhì)分子內(nèi)和分子間交聯(lián)以及蛋白質(zhì)和氨基酸之間的交聯(lián)，進而改變蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能特性[9-10]。有研究將谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶用于改善全麥面團結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶誘導(dǎo)蛋白質(zhì)分子交聯(lián)形成大的蛋白聚集體，面團的微觀結(jié)構(gòu)緊密連接[11]。同時，研究發(fā)現(xiàn)谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶的添加能夠催化燕麥蛋白質(zhì)的交聯(lián)，明顯影響無麩質(zhì)燕麥面團的流變特性[12]。彭飛等[13]研究發(fā)現(xiàn)在燕麥中添加谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶可改善燕麥全粉面條的蒸煮品質(zhì)。然而，谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶在青稞面團中的作用鮮見報道。

因此，本文主要將不同比例的谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶添加至青稞全粉中，研究谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶對青稞全粉面團質(zhì)構(gòu)特性、流變特性和青稞全粉凝膠強度的影響，明確谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶對青稞全粉面團品質(zhì)的改善效果，以期為青稞無麩質(zhì)產(chǎn)品的開發(fā)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

青稞全粉（淀粉73.2%、水分11.3%、蛋白質(zhì)9.1%、脂肪1.5%）：青海新綠康食品有限責(zé)任公司；谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶（2 210 U/g）：河南三化生物科技有限公司；二甲基硅油（分析純）：天津市凱通化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

MUM54A00針式和面機：羅伯特·博世有限公司；NMI20低場核磁共振儀：蘇州紐邁電子科技有限公司；HAAKEMars40高級旋轉(zhuǎn)流變儀：賽默飛世爾科技有限公司；TA-XT2i Plus質(zhì)構(gòu)儀：英國Stable Micro System公司；RVA-TecMaster快速黏度分析儀：瑞典Perten公司。

1.3 青稞面團的制備

將谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶添加到青稞全粉中，添加量分別為 0、0.6、1.2、1.8、2.4、3.0 U/g（按青稞全粉質(zhì)量計），混合均勻后備用。稱取100 g上述混合粉，加入75%水，和面機調(diào)至1檔攪拌1 min，然后調(diào)至4檔和面4 min，混合均勻至面團表面光滑，將面團用保鮮膜包裹，25℃靜置45 min后用于后續(xù)測定。

1.4 青稞面團質(zhì)構(gòu)特性的測定

參考陳前等[14]的方法并稍作修改。取靜置好的青稞面團20 g制成2 cm×2 cm×2 cm的小塊，使用質(zhì)構(gòu)儀對面團進行全質(zhì)構(gòu)測試（texture profile analysis，TPA），每組樣品測試5個面團。測定參數(shù)：探頭P/36R，測前、測中、測后速率分別為3.0、1.0 mm/s和1.0 mm/s，壓縮形變比例為50%，觸發(fā)力為5 g，2次壓縮時間間隔5.0 s，測定硬度、彈性、咀嚼性和內(nèi)聚性對青稞面團的質(zhì)構(gòu)特性進行評價。

1.5 青稞面團動態(tài)流變特性測定

取5 g靜置好的青稞面團搓圓后放置到流變儀測試圓盤中間進行測定。測試探頭選擇P35/Ti，兩平行板的間距為2 mm，刮去多余樣品，在夾具邊緣涂二甲基硅油，防止水分揮發(fā)，啟動測試程序。頻率變化范圍為0.1 Hz～10.0 Hz，溫度為25℃，應(yīng)變?yōu)?.1%。獲得面團的儲能模量 G′、損耗模量 G″和損耗因子 tanδ（G″/G′）隨頻率變化的曲線。

1.6 青稞面團蠕變-恢復(fù)特性測定

取5 g靜置好的青稞面團搓圓后放置到流變儀測試圓盤中間進行測定。測試探頭選擇P35/Ti，兩平行板的間距為2 mm，刮去多余樣品，在夾具邊緣涂二甲基硅油，防止水分揮發(fā)，啟動測試程序。恒定應(yīng)力50 Pa掃描150 s后，撤掉應(yīng)力觀察300 s內(nèi)樣品的應(yīng)力恢復(fù)。

觀察組的手術(shù)時間為（9.38±3.75）min，短于對照組的（15.40±4.32）min，術(shù)中出血量為（7.30±3.72）ml，少于對照組（25.43±14.29）ml，差異均具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。

1.7 青稞粉凝膠質(zhì)構(gòu)分析

將谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶添加到青稞全粉中，添加量分別達到 0、0.6、1.2、1.8、2.4、3.0 U/g（按青稞全粉質(zhì)量計），混合均勻備用。每份樣品精確稱取3 g置于預(yù)先加入25 g蒸餾水的快速黏度測定儀（rapid viscosity analyzer，RVA）測量鋁桶內(nèi)，上下攪拌10次使懸浮液分散均勻，上機測試。RVA測試程序：960 r/min攪拌10 s，然后維持轉(zhuǎn)速160 r/min至試驗結(jié)束；在50℃條件下保持10 s，然后以12℃/min勻速升溫至95℃，在95℃保持150 s；以12℃/min勻速降溫至50℃，在50℃維持120 s制備凝膠樣品。將形成的凝膠樣品在鋁桶中振蕩2次使其表面平整，然后將鋁桶于4℃儲藏12 h后置于測試探頭（P/0.5）正下方，進行凝膠穿刺測試，每組樣品測試5次。測試參數(shù)：測前、測中、測后速率分別為3.0、1.0 mm/s和 1.0 mm/s，壓縮形變比例為 50%，觸發(fā)力為5 g。以壓縮形變比例50%的受力表征凝膠強度（g）。

1.8 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

每個試驗做至少3個重復(fù)，結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。使用Excel對數(shù)據(jù)進行整理，Origin 8.5軟件作圖，SPSS 20.0進行ANOVA差異分析，顯著性水平為p＜0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶添加量對青稞面團質(zhì)構(gòu)特性的影響

表1為谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶添加量對青稞面團質(zhì)構(gòu)特性的影響。

表1 谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶添加量對青稞面團質(zhì)構(gòu)特性的影響Table 1 Effects of transglutaminase supplementation on texture characteristics of highland barley dough

如表1所示，隨著谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶添加量的增加，青稞面團的硬度、彈性、咀嚼性和內(nèi)聚性均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。當(dāng)谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶添加量達到2.4 U/g時，青稞面團的硬度、彈性、咀嚼性和內(nèi)聚性均達到最大值，分別達到 769.47 g、0.22、39.41 g和 0.243。這可能是由于谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶催化青稞蛋白形成分子內(nèi)或分子間交聯(lián)，形成能夠穩(wěn)定面團內(nèi)部結(jié)構(gòu)、類似面筋網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，使得青稞面團內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定，從而使面團強度增加。谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶用于全麥面團體系的研究指出，谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶的加入使得面團微觀結(jié)構(gòu)的連續(xù)性增加，面筋交聯(lián)緊密，并且小分子蛋白質(zhì)相互交聯(lián)、聚集形成大的聚集體[11]。當(dāng)谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶添加量在0～1.2 U/g時，面團的硬度、彈性和內(nèi)聚性無顯著差異（p＞0.05）。當(dāng)谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶添加量增加至3.0 U/g時，青稞面團的硬度、彈性、咀嚼性和內(nèi)聚性反而降低。這表明過量添加谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶時，易造成蛋白質(zhì)過度交聯(lián)及聚集，反而不利于面團形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，面團加工性能變差。因此，適當(dāng)控制谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶的添加對蛋白質(zhì)的交聯(lián)和面團內(nèi)部穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的形成至關(guān)重要。

2.2 谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶添加量對青稞面團動態(tài)流變特性的影響

圖1為不同谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶添加量的青稞面團頻率掃描曲線，顯示了添加谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶后青稞面團體系的動態(tài)黏彈行為。儲能模量G′代表樣品在經(jīng)過形變后能恢復(fù)的能量，表示彈性本質(zhì)。損耗模量G″代表樣品在經(jīng)過形變后所消耗的能量，表示黏性本質(zhì)；tanδ越大說明材料的黏性越大，tanδ越小說明樣品彈性越大[15]。

圖1 不同谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶添加量的青稞面團頻率掃描曲線Fig.1 Frequency scanning curve of highland barley dough under different transglutaminase supplemental levels

由圖1可以看出，G′和G″隨著頻率的增加而增加，且面團的 G′大于 G″（tanδ＜1），表明青稞面團表現(xiàn)為半固體偏彈性性質(zhì)。谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶的添加使得青稞面團的黏彈特性發(fā)生明顯變化。隨著谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶添加量的增加，青稞面團的G′和G″逐漸增加，tanδ先減小后增大。其中，谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶添加量為2.4 U/g時，青稞面團的G′和G″最大，tanδ較小。這些結(jié)果表明在此添加量下，青稞面團的彈性特性最強，谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶的添加增強了面團的彈性，提供了面團的流動性和延伸所需要的黏結(jié)力。未添加谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶的面團彈性和黏性最差，表明面團缺乏彈性和面團延伸所需的黏結(jié)力。

所有的模量符合冪律方程，將數(shù)據(jù)中的G′隨頻率的變化規(guī)律用冪律方程擬合[16]，方程擬合結(jié)果見表2。

表2 不同谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶添加量的青稞面團頻率掃描數(shù)據(jù)擬合結(jié)果Table 2 Frequency scanning data fitting results of highland barley dough with different transglutaminase addition levels

K值表示面團強度，K值越大，面團強度越高；z值反映面團中分子相互作用的類型，z=0表示具有穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的共價鍵，而z＞0表示具有不穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的物理鍵[17]。由表2可知，與未添加谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶的面團相比，谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶的添加增加了面團的K值，說明面團的強度更高，面團的內(nèi)部結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定。谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶的添加量達到2.4 U/g時，K值達到最大值5.037×105。所有樣品的 z值范圍為0.139 3～0.157 6，說明青稞面團體系中具有低穩(wěn)定性的共價鍵。與未添加谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶的面團相比，谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶的添加減小了面團的z值，說明添加谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶的青稞面團在形成過程中有更多穩(wěn)定內(nèi)部結(jié)構(gòu)的共價鍵參與，這主要由于谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶催化青稞蛋白形成分子內(nèi)或分子間交聯(lián)，使得青稞面團內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定。

2.3 谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶添加量對青稞面團蠕變-恢復(fù)特性的影響

圖2為青稞面團蠕變-恢復(fù)曲線，表3為蠕變-恢復(fù)的特征參數(shù)。面團作為典型的高分子聚合物組成的復(fù)雜體系，在恒定壓力下內(nèi)部的分子鏈鏈段運動產(chǎn)生較大形變量，發(fā)生蠕變，隨后在恒定壓力撤除后發(fā)生瞬時彈性恢復(fù)和延遲彈性恢復(fù)[18]。

圖2 不同谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶添加量的青稞面團蠕變-恢復(fù)特性曲線Fig.2 Creep-recovery characteristic curve of highland barley dough under different transglutaminase supplemental levels

表3 不同谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶添加量的青稞面團蠕變-恢復(fù)數(shù)據(jù)擬合結(jié)果Table 3 Creep recovery data fitting results of highland barley dough with different transglutaminase addition levels

由圖2和表3可知，與未添加谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶的面團相比，谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶的添加降低了青稞面團的形變，谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶催化青稞蛋白質(zhì)形成分子內(nèi)或分子間交聯(lián)，使得青稞面團內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定。未添加谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶的青稞面團的形變最為劇烈，蠕變最大柔量Jmax為6.10×10-5Pa-1，而谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶添加量為2.4 U/g的青稞面團形變最小，Jmax為4.48×10-5Pa-1。該變化趨勢表明谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶添加量為2.4 U/g時的青稞面團抵抗外界形變的能力最強。在黏彈性恢復(fù)階段，面團的恢復(fù)特性差異與面團的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)[14]。谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶添加量為2.4 U/g的青稞面團松弛后的形變量最接近初始狀態(tài)，彈性可恢復(fù)率Je/Jmax值達到69.82%，表明此添加量下形成的面團內(nèi)部的分子鏈鏈段交聯(lián)更為緊密，面團具有最好的恢復(fù)力。零剪切黏度η0表示給面團施加固定應(yīng)力下面團的抗流動性，谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶添加量為2.4 U/g的青稞面團的η0值高于其余面團，表明此時面團的抗流動性更強。而谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶添加量為3.0 U/g時，彈性可恢復(fù)率Je/Jmax值達到62.98%，蠕變最大柔量Jmax為5.52×10-5Pa-1，青稞面團的抗形變能力反而減弱，這表明過量添加谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶反而不利于面團形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。上述結(jié)果與青稞面團質(zhì)構(gòu)特性以及頻率掃描測定結(jié)果一致，表明添加2.4 U/g的谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶對青稞面團內(nèi)部有良好的改善作用。

2.4 谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶添加量對青稞粉凝膠強度的影響

不同添加量谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶的青稞粉凝膠強度結(jié)果如圖3所示。

圖3 不同谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶添加量的青稞粉的凝膠強度Fig.3 Gel strength of highland barley flour with different transglutaminase supplemental levels

糊化后青稞粉中淀粉分子在儲藏過程中發(fā)生重排，通過氫鍵重新形成雙螺旋結(jié)構(gòu)，淀粉回生形成凝膠[19]。由圖3可知，谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶的添加影響了青稞粉凝膠的強度。與未添加谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶的面團相比，添加谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶使青稞粉凝膠的強度降低，且降低幅度具有酶添加量依賴性。當(dāng)酶添加量為0.6 U/g時，凝膠強度顯著低于未添加酶樣品（p＜0.05），表明少量的酶可對青稞粉凝膠強度產(chǎn)生顯著影響。當(dāng)酶添加量為2.4 U/g時，凝膠強度達到最小值。凝膠強度主要與凝膠化時滲出的直鏈淀粉分子形成的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有關(guān)[20]。谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶的添加加強了青稞蛋白質(zhì)分子內(nèi)或分子間的交聯(lián)，這可能會阻礙滲出的直鏈淀粉分子間發(fā)生有序的重排，進而對形成的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響。

3 結(jié)論

谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶能增加青稞面團的硬度、彈性、咀嚼性和內(nèi)聚性，并且提供面團延伸所需要的黏結(jié)力，使得青稞面團內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定。蠕變-恢復(fù)特性表明，谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶的添加使得青稞面團抵抗外界形變的能力變強并且面團的恢復(fù)力變好。同時，谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶的添加使得青稞粉凝膠的強度降低，且降低幅度具有酶添加量依賴性。當(dāng)谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶添加量為2.4 U/g時，青稞面團的硬度、彈性、咀嚼性和內(nèi)聚性均達到最大值，并且青稞面團抵抗外界形變的能力最強，松弛后的形變量也最接近初始的狀態(tài)，彈性可恢復(fù)率Je/Jmax值達到69.82%，表明2.4 U/g的谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶添加量對青稞面團內(nèi)部有良好的改善作用。