螺旋藻粉對面團流變性質及面筋結構的影響

李 平，呂瑩果,2,*，李雪琴,2，陳 潔,2

（1.河南工業(yè)大學糧油食品學院，河南 鄭州 450001；2.河南省面制主食工程技術研究中心，河南 鄭州 450001）

螺旋藻是一種高營養(yǎng)密度食品原料，其干粉蛋白質質量分數為50%～70%，糖類質量分數為10%～23%，脂類質量分數為6%～13%，并含有豐富的鈣、鐵、鋅、鈉等礦物質和微量元素、維生素和生物活性物質，被稱為21世紀最具營養(yǎng)價值的食物之一，也是“植物基蛋白”的優(yōu)秀來源[1]。螺旋藻粉作為食品配料在面制品中具有提高營養(yǎng)價值、增色、抗氧化、抗癌、降血糖、降血脂等功效[2]，其應用不僅符合健康理念而且滿足低碳、環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的消費需求。

已有將螺旋藻在面制品中應用以提高其營養(yǎng)價值的研究。王宏[3]將螺旋藻粉添加到面粉中，制作出營養(yǎng)健康的螺旋藻饅頭；Mostolizadeh等[4]在意大利面的制作中添加螺旋藻粉，增加了意大利面的必需氨基酸和不飽和脂肪酸含量。Ahin[5]在餅干中加入螺旋藻，發(fā)現(xiàn)餅干的蛋白質含量增加，營養(yǎng)價值提高。螺旋藻不僅能夠改善面制品的營養(yǎng)價值，還會影響面制品的加工特性與質構品質。Shahsavani等[6]將螺旋藻添加到面條中，發(fā)現(xiàn)隨著螺旋藻的添加，面條的吸水性增加，面條的拉伸強度增強，硬度降低，黏彈性得到改善；Zouari等[7]在制作意大利面時加入螺旋藻，由于面條面筋結構的強化，使意大利面的硬度增加，蒸煮損失下降。Shobha等[8]指出，在無麩質面條中添加螺旋藻粉有助于形成淀粉分散較好的蛋白質基質，同時螺旋藻粉具有吸收水的能力，并將其保持在蛋白質-淀粉網絡中，從而使面條具有較高的膨脹指數。面團的流變學特性、面筋蛋白組成和網絡結構等對面制品的加工和品質有重要影響，Uribe-Wandurrage等[9]測定了螺旋藻粉對面團動態(tài)流變學特性的影響，發(fā)現(xiàn)螺旋藻粉增大了面團的硬度，增大了面團的儲存模量（G′），降低了面團的損耗模量（G″），顯著降低了面團tanδ。Montevecchi等[10]的研究表明，螺旋藻粉增大了半全麥粉面團的吸水率和韌性，面團的面筋含量下降，可擴展性顯著降低。

目前相關研究主要集中在探討螺旋藻粉對面制品的營養(yǎng)、感官及質構品質的影響，關于螺旋藻粉對面團流變性質和面筋結構的影響研究不全面，理論機制研究缺失。因此，本實驗重點研究螺旋藻粉對小麥粉揉混特性、拉伸特性的影響，并通過面團微觀結構觀察、面筋蛋白傅里葉變換紅外光譜和十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳（sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis，SDS-PAGE）分析，探討螺旋藻粉對面團流變學特性和面筋結構的影響，以期為螺旋藻粉在面制品中的應用提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

香滿園特一粉 益海嘉里（鄭州）食品工業(yè)有限 公司；螺旋藻粉（80 目）鄂托克旗德榮藻業(yè)有限責任公司；亮綠、四甲基乙二胺（tetramethylethylenediamine，TEMED）、2-硝基苯甲酸（2-nitrobenzoic acid，DTNB）（均為分析純）上海麥克林生化科技有限公司；碘、碘化鉀（均為分析純）山東佰仟化工有限公司；溴化鉀（光譜純）上海展云化工有限公司；考馬斯亮藍（分析純）上海華碩精細化工有限公司；丙烯酰胺（分析純）、甲叉雙丙烯酰胺（分析純）、Tris（分析純）、溴酚藍、甘氨酸、過硫氨酸（分析純）、脲（分析純）天津科密歐化學試劑有限公司；低分子質量蛋白Marker 北京索萊寶科技有限 公司；SDS（分析純）天津市凱通化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

JJ124BC型電子天平 常熟雙杰測試儀器廠；JHMZ200型針式和面機 北京東孚久恒儀器技術有限公司；LHS-100CL型恒溫恒濕培養(yǎng)箱 上海一恒科技儀器有限公司；PHS-25 TA-XT Plus型質構儀 英國Stable Micro System公司；E5型光學顯微鏡 寧波舜宇儀器有限公司；LGJ-10C型真空冷凍干燥機 四環(huán)福瑞科儀科技發(fā)展（北京）有限公司；505SS型揉混儀 美國National公司；THZ-82型水浴振蕩鍋 杭州旌斐儀器科技有限公司；H-1850型離心機 湖南湘儀實驗室儀器開發(fā)有限公司；24EN型垂直電泳 北京市六一儀器廠。

1.3 方法

1.3.1 面粉揉混特性的測定

面粉揉混參數根據AACC 54-40A標準[11]方法進行測定，小麥粉面團記為WF；添加質量分數1%～10%（以混合粉總質量計）螺旋藻粉的面團分別記為S1～S10；螺旋藻粉記為SP。

將樣品倒入揉面缽中，加入適量的蒸餾水，固定揉面缽，利用Mixsmart程序，記錄揉混曲線并計算揉混參數。根據研究需要，選擇測定的參數包括峰值時間、8 min帶寬、峰值曲線面積、右側斜率。

1.3.2 面團、面筋蛋白的制備

稱取100 g特一粉和一定質量螺旋藻粉于針式和面機中，加入適量的蒸餾水和面至其最佳狀態(tài)，形成面團備用。

將制備好的面團手洗得到濕面筋，然后把濕面筋放入速凍機冷凍40 min，速凍好的濕面筋用真空冷凍干燥機干燥48～72 h，得到凍干的面筋蛋白。

1.3.3 面團拉伸特性的測定

將制備好的面團，靜置5 min使其應力松弛后，采用A/KIE拉伸測定標準探頭。參數設定：測前速率2.00 mm/s，測試速率3.30 mm/s，測后速率10.00 mm/s；應變位移100.0 mm；自動引發(fā)，引發(fā)力5.0 g。具體操作：取10 g面團進行拉伸實驗，將準備好的面團放置在模具里，壓成2 mm×60 mm的面團條。取出面團條立即用質構儀進行拉伸實驗，直至將面團條拉斷，重復實驗3 次。

1.3.4 濕面筋含量的測定

參照GB/T 5506.1—2008《小麥和小麥粉 面筋含量 第1部分：手洗法測定濕面筋》測定[12]。按下式計算濕面筋質量分數，結果以每百克含水率為14%的小麥粉面筋含量表示：

式中：m為濕面筋質量/g；m1為每百克小麥粉水 分質量/g；86為換算成14%基準水分試樣的系數；10為試樣質量/g。

1.3.5 面團微觀結構的觀察1.3.5.1 光學顯微鏡觀察

將制備好的面團放入冰箱冷凍2 h，用小刀切出呈現(xiàn)透明狀態(tài)的薄面片，將其展平鋪在載玻片上，用0.1%亮綠水溶液染色1 min，再用Lugol氏碘液（含0.33 g/100 mL I2）和0.67 g/100 mL KI染色1 min[13]。面筋蛋白被亮綠水溶液染成綠色，直鏈淀粉被Lugol氏碘液染成藍色，支鏈淀粉被染成紫色。蓋上蓋玻片，放在顯微鏡下于40 倍物鏡和10 倍目鏡下觀察后拍照。

1.3.5.2 掃描電子顯微鏡觀察

取冷凍干燥后的面團切成表面平整的小面塊，面塊用戊二醛固定48 h，再用鋨酸固定2 h；CO2超臨界點干燥后，將樣品固定在樣品臺上。采用Hitachi IB-5離子鍍膜儀進行噴金處理后，置于S-570掃描電子顯微鏡下放大2000 倍并拍照。

1.3.6 面團中游離巰基含量的測定

參考石長碩[14]的方法，先用0.2 mol/L Tris-Gly緩沖溶液（pH 8.0，含有8 mol/L尿素、1% SDS、3 mmol/L乙二胺四乙酸）將-半胱氨酸配成2 mmol/L的標準溶液，然后將標準溶液梯度稀釋為0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06 mmol/L。分別取4 mL稀釋后的標準溶液加入0.1 mL 10 mmol/L DTNB溶液，混勻后在室溫下顯色20 min，在412 nm波長處測定溶液的吸光度，繪制標準曲線。

參考Chan等[15]的方法并進行適當修改。稱取不同螺旋藻粉添加量的凍干面團樣品400 mg溶于10 mL 0.2 mol/L Tris-Gly緩沖溶液中，渦旋振蕩5 min后，5000 r/min離心15 min。取4 mL上清液，加入0.1 mL 10 mmol/L DTNB溶液，混和均勻，顯色20 min，在412 nm波長處測定吸光度，并通過L-半胱氨酸標準曲線計算溶液中游離巰基含量。按下式計算面團中游離巰基含量：

式中：n為根據標準曲線計算出的溶液中游離巰基含量/（μmol/mL）；c為樣品質量濃度/（g/mL）。

1.3.7 面團中二硫鍵含量的測定

參考Chan等[15]的方法并進行適當修改。取1.3.6節(jié) 中離心后的上清液1 mL，加入0.1 mLβ-巰基乙醇和4 mL 0.2 mol/L Tris-Gly緩沖溶液，混勻后在室溫下靜置1 h，加入10 mL 12%三氯乙酸溶液，混勻靜置1 h后，4500 r/min離心15 min。倒掉上清液，加入5 mL 12%三氯乙酸溶液洗滌沉淀2 次，然后在沉淀中加入10 mL 0.2 mol/L Tris-Gly緩沖溶液，復溶后加入0.1 mL 10 mmol/L DTNB，顯色20 min，測定412 nm波長處的吸光度，通過L-半胱氨酸標準曲線計算溶液中總巰基含量。按下式計算面團中總巰基含量：

式中：n為根據標準曲線計算出的溶液中巰基含 量/（μmol/mL）；c為樣品質量濃度/（g/mL）；V1為上清液體積/mL；V2為沉淀復溶后體積/mL。

按下式計算面團中二硫鍵含量：

1.3.8 SDS-PAGE分析

稱取5 mg面筋蛋白或螺旋藻粉樣品，溶于1 mL樣品緩沖液中，振蕩使其充分溶解后，煮沸5 min，10000 r/min離心5 min。利用垂直PAGE進行分析，分離膠12%，濃縮膠5%，上樣量10 μL；設置初始電壓為80 V，待其將進入分離膠時調至120 V，離底部1 cm左右時停止電泳。染色脫色處理后，使用Quantit One軟件對圖像進行分析。

1.3.9 傅里葉變換紅外光譜分析

將制備好的面筋蛋白冷凍干燥后磨粉，過80 目篩，稱取1～2 mg樣品和干燥后的溴化鉀100 mg于研缽中，充分研磨均勻，壓片。然后將制得的均勻透明薄片轉移到傅里葉變換紅外光譜儀中進行全波段（4000～400 cm-1）掃描，掃描次數為32 次。用Peakfit 4.12 軟件對1700～1600 cm-1吸收峰處圖譜依次進行基線校正、高斯去卷積和二階導數擬合，分析面筋蛋白的二級結構。

1.4 數據處理

數據采用SPSS 22.0軟件進行統(tǒng)計分析，采用Waller-Duncan多重比較，P＜0.05，差異顯著。用Origin 2021軟件繪制圖形。

2 結果與分析

2.1 螺旋藻粉對面粉揉混特性的影響

揉混參數主要反映面團在揉混、攪拌過程中的面團塑性、彈性和黏性特征，特別是中線峰值處的指標與加工品質密切相關，是面團流變學特性的重要參數[16]。由圖1可知，添加螺旋藻粉后面團的揉混曲線有明顯的變化，添加量高于8%后，面團的耐揉性質明顯降低（圖1A10、A11）。

圖1 添加螺旋藻粉的面粉揉混圖Fig.1 Mixographs of wheat flour with Spirulina powder

由表1可知，添加螺旋藻粉之后，面團的加水量和峰值時間增大。峰值時間代表了面團形成所需要的攪拌時間，此時的面團流動性最小、可塑性最大，通常面團和面時間越長，耐揉性越好[17]。添加螺旋藻粉后面團峰值時間增大，可能是由于螺旋藻中的多糖、膳食纖維和面筋蛋白、淀粉顆粒競爭吸收水分，從而提高了吸水量，降低了淀粉顆粒和面筋蛋白的吸水速度，增加了和面時間。壇紫菜與螺旋藻同屬于可食用藻類，師文濤[18]研究發(fā)現(xiàn)，面團的形成時間隨著壇紫菜粉的增加呈上升趨勢，推測其中豐富的膳食纖維與面團面筋蛋白競爭水分，與本研究結論相同。另外，小麥粉中的蛋白質含量也會影響揉混曲線的峰值時間[19-20]，趙惠賢等[21]指出，形成面團的峰值時間和面粉的蛋白質含量顯著正相關，蛋白質含量越高，峰值時間越長。螺旋藻中蛋白質含量豐富，添加到小麥粉后使其總體蛋白質含量提高，從而也可能提高峰值時間。8 min帶寬能夠反映面團的面筋強度和黏度，帶越寬，表示面筋的強度越強，面團的黏度越小[22-23]。由表1可知，隨著螺旋藻粉的添加，8 min帶寬整體呈下降趨勢，說明螺旋藻粉降低了面團的強度和黏度。但添加量為3%～4%時，8 min帶寬有小幅度升高，說明此時螺旋藻粉在面團中混合均勻，交聯(lián)性較好。峰值曲線面積是形成面團所需要做功的一個量度[16]。添加螺旋藻粉后，峰值曲線面積呈增加趨勢，可能是因為添加螺旋藻粉后，面團硬度增加，增大了面團攪拌時的阻力。右側斜率一般是指峰值時間后1 min曲線的斜率，其絕對值越小，面粉的耐揉性越好[24]。由表1可知，隨著螺旋藻粉的添加，右側斜率的絕對值整體呈增大趨勢，說明螺旋藻粉的加入使面團體系不穩(wěn)定，耐揉性變差。

從揉混性質來看，螺旋藻粉的添加總體上提高了面團的吸水率、面團形成時間和峰值曲線面積，形成面團所需的能量增加，從揉混數據來看，少量添加螺旋藻粉能增強面團耐揉強度，但添加量較高時面團的耐揉性變差。

2.2 螺旋藻粉對面團拉伸特性的影響

面團拉伸特性是指面團受力后發(fā)生形變，外力消失后，面團表現(xiàn)出的彈性和可塑性[25]。拉斷力可以反映面團的強度，拉斷距離可以反映面團的延展性和可 塑性[26]。由圖2可知，添加螺旋藻粉后，面團的拉斷力增加，拉斷距離降低。此結果表明螺旋藻粉的添加增強了面團強度，增大了面團被拉斷所需要的阻力，這和揉混特性中螺旋藻粉的加入增大了峰值曲線面積的結果一致，這可能是因為螺旋藻粉中的膳食纖維吸水后發(fā)生膨脹，填充在面團的面筋網絡中，增加了面團的強度[27]；同時，螺旋藻粉的加入阻礙了面團面筋網絡結構的形成，蛋白分子間的作用力降低，使面團的延展性降低，拉斷距離降低。田海娟等[28]的研究表明，紫蘇葉中膳食纖維含量較高，會增大面團的拉斷阻力，降低面團的延展度，與本研究結果一致。張月巧等[29]指出，香菇粉阻塞了面筋網絡結構，使面團變硬，導致面團的拉斷阻力變大，延伸度變小。

圖2 螺旋藻粉添加量對面團拉伸性能的影響Fig.2 Effect of Spirulina powder addition on tensile properties of dough

2.3 螺旋藻粉對面團濕面筋含量的影響

面粉揉混特性和面團流變學性質的變化可能與面筋蛋白的含量和強度有關[30]。由圖3可知，添加螺旋藻粉后，混粉面團濕面筋含量顯著降低（P＜0.05），添加量高于6%后濕面筋含量下降趨勢愈發(fā)迅速。直觀來看，這是因為螺旋藻粉取代了部分小麥粉，能夠形成濕面筋的麥谷蛋白和麥醇溶蛋白含量降低。為了進一步說明螺旋藻粉添加對面筋形成的影響，將混粉面團的濕面筋含量與除去螺旋藻粉的小麥粉面團（即100%、98%、96%、94%、92%、90%小麥粉）的濕面筋含量對比，發(fā)現(xiàn)當螺旋藻粉的添加量為2%和4%時，混粉面團濕面筋含量相對于98%和96%的純小麥粉面團，濕面筋含量并沒有顯著降低，說明螺旋藻粉添加量為2%和4%時，其對面筋蛋白形成的負面影響較小。但當螺旋藻粉的添加量達到6%和8%時，混粉面團濕面筋含量明顯低于小麥粉面團的濕面筋含量，這表明面團濕面筋含量的區(qū)別不僅在于面筋蛋白數量，螺旋藻粉添加量過多，會破壞麥醇溶蛋白和麥谷蛋白之間的交聯(lián)，阻礙面筋的形成，還可能會導致部分面筋蛋白無法與其他面筋蛋白相互作用，在沖洗過程中被沖去，從而使混粉濕面筋含量顯著下降。添加8%、10%螺旋藻粉的面團基本洗不出面筋，說明該添加量條件下小麥面筋蛋白難以形成完整的面筋網絡，因此后續(xù)實驗將螺旋藻粉的最高添加量限定在8%以下，在面筋蛋白的研究中螺旋藻粉的最高添加量為6%。

圖3 添加螺旋藻粉對面團濕面筋含量的影響Fig.3 Effect of Spirulina powder on wet gluten content of dough

2.4 螺旋藻粉對面團微觀結構的影響

面團是由面筋蛋白網絡和鑲嵌在面筋蛋白中的淀粉顆粒組成的系統(tǒng)[31]。為了直觀觀察螺旋藻粉對面筋網絡和面團結構的影響，分別使用光學顯微鏡和掃描電鏡觀察面團的微觀結構。由于螺旋藻粉本身為綠色，面筋蛋白染色后也呈綠色，為了區(qū)分兩者，分別對面團進行僅將淀粉顆粒染色和淀粉、蛋白同時染色兩種處理方式進行對照。

由圖4可明顯觀察到，在僅將淀粉顆粒染色的面團中，淀粉顆粒呈紫色，螺旋藻粉呈淺綠色，隨著螺旋藻粉添加量的增加，面團體系中的淀粉濃度被明顯稀釋，這也證實了螺旋藻粉中的淀粉含量較少。對面團的淀粉和蛋白均進行了染色處理后，淀粉顆粒呈紫色，面筋蛋白呈深綠色，螺旋藻粉呈淺綠色，但多被深綠色的面筋蛋白包裹和覆蓋。染色照片可以清晰看到不添加螺旋藻粉的小麥粉面團有完整連續(xù)的綠色面筋網絡，淀粉顆粒均勻分布于面筋網絡之間，從掃描電子顯微圖也可以看到淀粉顆粒鑲嵌于面筋網絡之中。當螺旋藻粉添加量為2%、4%時，從光學顯微圖可以看到綠色的面筋網絡有序性變差，但更加連續(xù)和明顯，包裹住了大部分的淀粉顆粒（圖4B2、B3）。面團的掃描電子顯微圖顯示蛋白質形成網絡黏結交聯(lián)狀態(tài)，面團內部的結構緊密均勻，淀粉顆粒被面筋蛋白緊緊包裹和覆蓋。當螺旋藻粉的添加量為6%、8%時，光學顯微圖顯示面筋蛋白網絡結構不再連續(xù)，被破壞成“節(jié)狀”，部分淀粉顆粒重新顯露出來（圖4B4、B5），掃描電子顯微圖也顯示出面筋蛋白網絡不再完整，脆弱的面筋結構不能完全包裹住淀粉顆粒，甚至出現(xiàn)大量的空洞（圖4C中紅圈標注）?？赡苁且驗殡S著螺旋藻粉的增多，面筋蛋白質被稀釋，影響了面筋網絡結構的完整性，因此出現(xiàn)裂縫。同時，面團微觀結構觀察結果很好地解釋了適量的螺旋藻粉添加提高了面團的強度，而過量的螺旋藻粉使面團和面筋的結構遭到破壞，從而對面團的流變學性質產生不利影響。這也解釋了螺旋藻粉添加量高于6%的面團在揉混測試中右側斜率和8 min帶寬降低，濕面筋含量顯著下降以及面團拉伸特性變差的現(xiàn)象。

圖4 螺旋藻粉添加量對面團微觀結構的影響Fig.4 Effect of Spirulina powder addition on the microstructure of dough

2.5 螺旋藻粉對面團中游離巰基和二硫鍵含量的影響

小麥粉在和面過程中吸收水分，面筋蛋白與水發(fā)生水化作用，游離巰基彼此相互結合形成二硫鍵，或與二硫鍵相互交換[18]。面筋蛋白由麥谷蛋白和麥醇溶蛋白通過二硫鍵交聯(lián)而成，游離巰基和二硫鍵的含量可以反映面筋網絡的形成程度，影響著面制品的品質[32]。由圖5可知，與小麥面團相比，添加螺旋藻粉的面團游離巰基含量增加，二硫鍵含量顯著下降（P＜0.05）。這一方面是因為螺旋藻粉代替了部分小麥粉，面筋蛋白含量減少，另一方面因為螺旋藻粉的添加稀釋了面筋蛋白，阻礙了面筋蛋白二硫鍵的形成。朱璠等[33]研究發(fā)現(xiàn)麩皮膳食纖維使得面團中的二硫鍵含量下降，游離巰基含量增多，也是由于面筋蛋白被相對稀釋，交聯(lián)作用減弱。有研究發(fā)現(xiàn)[34]，面筋蛋白還原程度越高，二硫鍵斷裂越多，面團的延展性越差。本研究結果也解釋了螺旋藻粉添加面團拉斷距離顯著下降的現(xiàn)象。

圖5 面團中游離巰基和二硫鍵含量的變化Fig.5 Changes in contents of free sulfydryl and disulfide bonds in dough

2.6 面筋蛋白的SDS-PAGE分析

根據分子質量大小，麥谷蛋白可以分為高分子質量麥谷蛋白（HMW-GS）（65～90 kDa）和低分子質量麥谷蛋白（LMW-GS）（30～60 kDa），麥醇溶蛋白分子質量多在30～75 kDa之間[35]。為了方便分析，根據麥谷蛋白的分子質量分區(qū)，將蛋白分為高于60 kDa的HMW區(qū)域和30～60 kDa的LMW區(qū)域，如圖6所示。

圖6 面筋蛋白的SDS-PAGE結果Fig.6 SDS-PAGE patterns of gluten proteins in dough with Spirulina powder

螺旋藻是一類蛋白含量較高的原料，其蛋白含量大于60%。由圖6可知，螺旋藻粉的蛋白分子質量在50 kDa以下，Quantity One分析結果顯示分子質量18 kDa的蛋白約占總蛋白的62.69%，其余蛋白主要分布在30～50 kDa之間的低分子質量區(qū)。通過Quantit One對兩個區(qū)域條帶進行定量分析，結果表明相對于小麥面團而言，螺旋藻粉的面團面筋蛋白的高分子質量區(qū)域蛋白含量明顯下降，低分子質量區(qū)域蛋白含量有所增加，添加6%螺旋藻粉的面團面筋蛋白的高分子質量蛋白降低為小麥面團的一半，低分子質量區(qū)域的蛋白含量也稍有下降。說明螺旋藻粉的添加阻礙了高分子質量面筋蛋白的形成，從而阻礙了面筋網絡的擴展并影響面團流變學特性，這一結果與面團揉混特性、濕面筋含量、微觀結構結果一致。

2.7 螺旋藻粉對面筋蛋白二級結構的影響

由圖7可知，添加螺旋藻粉后，面筋蛋白的紅外光譜圖與原小麥粉面團面筋蛋白大致相似，但整體上降低了面筋蛋白的譜圖強度，包括3323 cm-1處羥基的伸縮振動峰[36]、1652 cm-1處羰基的伸縮振動峰[37]、1539 cm-1處—NH的彎曲振動峰以及1360～1320 cm-1處C—N的伸縮振動峰[38]，這些都是蛋白質酰胺結構的組成部分。未添加螺旋藻粉時，蛋白質通過谷氨酰胺的殘基相互作用形成酰胺鍵，肽鏈之間通過氫鍵連接，添加螺旋藻粉后，促進水與氨基酸、肽鏈、面筋蛋白等競爭分子間、分子內的—OH、C＝O、—NH等位點的結合，減弱了谷氨酰胺殘基以及肽鏈氫鍵之間的相互作用，導致肽鏈之間因分子間作用力減弱而伸直，面筋蛋白的無序結構增多，從而破壞了面筋蛋白結構[39]。在1500～1400 cm-1區(qū)間的吸收峰表示糖類C—H 彎曲振動，與其他樣品相比，添加6%螺旋藻粉的面團面筋蛋白出現(xiàn)較明顯的吸收峰，可能是螺旋藻粉中獨有的多糖成分的吸收峰[40]。

圖7 面筋蛋白的傅里葉變換紅外光譜圖Fig.7 FTIR spectra of gluten proteins in dough with Spirulina powder

紅外圖譜中，酰胺I帶（1700～1600 cm-1）為C＝O、C—N的伸縮振動、N—H彎曲振動的偶合，包含了蛋白質二級結構信息，常用于蛋白質二級結構的分 析[37]。此光譜區(qū)域中，1665～1652 cm-1為α-螺旋結構，1640～1610 cm-1和1700～1685 cm-1為β-折疊結構，1682～1665 cm-1為β-轉角結構，1652～1644 cm-1為無規(guī)卷曲結構[41]。α-螺旋結構依靠鏈內的氫鍵保持穩(wěn)定，β-折疊由兩條及以上伸展的多肽鏈依靠鏈間的氫鍵相連，β-折疊結構比α-螺旋更加穩(wěn)定[42]。通常認為β-折疊和α-螺旋屬于蛋白質的有序結構，β-轉角和無規(guī)卷曲屬于無序結構[43]。根據紅外光譜圖，利用Peakfit軟件對酰胺I帶進行處理和分析，得到不同樣品的二級結構相對含量。由圖8可知，與小麥粉面筋蛋白相比，隨著螺旋藻粉添加量的增加，面筋蛋白中α-螺旋和β-折疊相對含量降低，說明螺旋藻粉的添加可能破壞了多肽鏈鏈間的氫鍵。β-轉角和無規(guī)卷曲相對含量升高?？傮w來講，添加螺旋藻粉后，面筋蛋白中有序結構降低，無序結構增多的現(xiàn)象明顯，這可與面筋網絡顯微圖互相印證。

圖8 面筋蛋白二級結構的相對含量變化Fig.8 Changes in relative content of secondary structure in gluten proteins

2.8 螺旋藻粉在面筋形成中的作用模型假設

綜合以上實驗結果及現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)在小麥粉面團中少量添加螺旋藻粉能提高面團的強度，這可能是由于螺旋藻粉中的膳食纖維吸水后填充在面團的面筋網絡中，強化了面筋蛋白網絡的黏結狀態(tài)，提高了面團強度；但添加較多的螺旋藻粉時，會阻礙面筋蛋白的交聯(lián)，從而弱化面筋，減少面筋蛋白的有序結構，使面團的流變學性質劣變。其作用模型假設如圖9所示。

3 結論

研究了螺旋藻粉對小麥粉面團揉混特性、拉伸特性、面團濕面筋含量、微觀結構、面筋蛋白的二級結構以及面筋蛋白亞基組成的影響。結果發(fā)現(xiàn)少量螺旋藻粉的添加總體上提高了面團的吸水率、面團形成時間和峰值曲線面積，形成面團所需的能量增加，面筋強度增強，面團延展性降低，但添加量較高時面團的耐揉性變差。螺旋粉添加量高于6%時，面團游離巰基含量顯著增加，二硫鍵含量顯著下降，濕面筋含量顯著下降，面筋網絡破壞嚴重，面筋蛋白中HMW-GS含量降低；LMWGS含量增加，同時面筋蛋白中有序結構降低，無序結構增多。推測面團中少量添加螺旋藻粉，其膳食纖維吸水后填充在面團的面筋網絡中，增強了面團強度，隨著但螺旋藻粉添加量的提高，面筋蛋白的交聯(lián)受到阻礙，從而弱化面筋，導致面團流變學性質發(fā)生劣變。