牛奶對(duì)小麥特二粉面筋聚集特性及顯微結(jié)構(gòu)的影響

喬志航，趙龍?jiān)?，王如?mèng)，王雍清，馬金婷，王杭，李海峰，王金水，賈峰

（河南工業(yè)大學(xué)生物工程學(xué)院，河南 鄭州 450001）

特二粉面團(tuán)形成的面筋筋力適中，適合制作饅頭和面條等主食[1-2]，但其面團(tuán)形成的面筋筋力制作面包時(shí)需要添加改良劑[3]，制作餅干時(shí)需要較低筋力的面粉[4]。牛奶中富含多種蛋白質(zhì)及人體必需的8 種氨基酸，其中一些活性成分對(duì)人體免疫調(diào)節(jié)和慢性基礎(chǔ)病預(yù)防具有重要作用[5-6]，能抑制血管緊張素轉(zhuǎn)化酶降低血壓[7]、降低心血管疾病等。另外，大多數(shù)動(dòng)物乳汁均含有可對(duì)抗多種微生物的乳鐵蛋白，具有消除疲勞、提高體能的功效[8]；Hu 等[9]研究發(fā)現(xiàn)，硫酸乙酰肝素蛋白多糖作為SARS-CoV-2 的一個(gè)附著因子，乳鐵蛋白可以結(jié)合該多糖，從而阻斷病毒附著到宿主細(xì)胞，對(duì)病毒具有一定的預(yù)防和抑制作用；在烘焙食品中，乳清可強(qiáng)化營(yíng)養(yǎng)、改善風(fēng)味及品質(zhì)[10]。研究表明，牛奶添加到面粉中可提高面筋的硬度，尤其是低筋粉的面筋硬度，并有助于提高面筋的黏彈性，特別是面筋的黏性[11]。Zhou 等[12]研究發(fā)現(xiàn)乳清蛋白會(huì)顯著影響面團(tuán)的結(jié)構(gòu)和面包的質(zhì)量。將牛奶中呈膠體狀球形結(jié)構(gòu)的酪蛋白及牛奶蛋白衍生的活性肽加入到特二粉中，它們可以在水合作用下參與面團(tuán)面筋的形成[13]。同時(shí)，牛奶的增加可引起面筋聚集特性的改變及面團(tuán)的形成，進(jìn)而影響面制品的品質(zhì)。

面粉面團(tuán)的特性常見的采用吹泡儀、粉質(zhì)儀和拉伸儀檢測(cè)面團(tuán)的流變學(xué)特性等指標(biāo)反映面粉的品質(zhì)[14-15]；或者采用質(zhì)構(gòu)儀等檢測(cè)面團(tuán)的質(zhì)構(gòu)特性指標(biāo)反映面團(tuán)的特性反映面粉的品質(zhì)[16-20]。這些儀器一般需要200～300 g 面粉，或者檢測(cè)操作比較繁瑣用時(shí)較長(zhǎng)，不利于快速檢測(cè)。目前，面筋聚集儀原理是利用高剪切力快速形成面筋網(wǎng)格結(jié)構(gòu)并迅速破壞[21]，一般需要面粉8～10 g，測(cè)試時(shí)間3～5 min，樣本用量較少，可快速分析小麥面筋聚集特性[21]，其主要包括峰值時(shí)間（peak maximum time，PMT）、峰值扭矩（Brabender equivalents maximum，BEM）與能量面積等指標(biāo)，可間接反映面筋的品質(zhì)特征[22]，也可間接評(píng)價(jià)面團(tuán)的品質(zhì)[5-7]。綜上所述，小麥粉面筋蛋白聚集特性可作為快速評(píng)價(jià)面團(tuán)品質(zhì)的一個(gè)間接指標(biāo)[23]，也可作為間接反映面條和饅頭等最終產(chǎn)品的加工特性和食用品質(zhì)的指標(biāo)。

通過(guò)分析添加牛奶對(duì)特二粉面團(tuán)特性的影響，能夠擴(kuò)展其面粉的適用范圍，提高其面粉的應(yīng)用價(jià)值。但是，目前研究牛奶對(duì)其面筋聚集特性的研究較少。因此，本試驗(yàn)探究不同牛奶添加量對(duì)小麥特二粉面筋聚集特性的影響，以及面筋聚集過(guò)程中的濕面筋含量、蛋白含量及面筋顯微結(jié)構(gòu)的變化，以期為提高小麥粉面團(tuán)特性與面制品質(zhì)量提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

特制二等小麥粉（特二粉）（能量：1 508 kJ/100 g，蛋白質(zhì)：12.2 g/100 g，脂肪：1.6 g/100 g，碳水化合物：73.0 g/100 g）：五得利面粉集團(tuán)有限公司；純牛奶：山東省濟(jì)南伊利乳業(yè)有限責(zé)任公司；無(wú)碘食鹽（NaCl）：中鹽皓龍有限責(zé)任公司；乙醇：上海信帆生物科技有限公司；十二烷基硫酸鈉（sodium dodecyl sulfate，SDS）：南京森貝伽生物科技有限公司；碘化鉀：北京百奧萊博科技有限公司。所用試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

GlutoPeak 面筋聚集儀：德國(guó)布拉本德公司；Nikon E200MV 顯微鏡：南京尼康江南光學(xué)儀器有限公司；MX-E 固定混勻儀、D1524R 高速離心機(jī)：大龍興創(chuàng)實(shí)驗(yàn)儀器北京股份公司；FA1104N 電子天平：上海精密科學(xué)儀器有限公司；Nano Drop2000 超微量紫外分光光度計(jì)：賽默飛世爾科技有限責(zé)任公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 特二粉面團(tuán)面筋聚集特性參數(shù)的測(cè)定

面筋聚集儀采用水粉比為9∶8（mL/g），溶液為9 mL，特二粉為8 g，將牛奶分別按照0、1、2、3、4 mL 添加到面粉中，加水時(shí)將牛奶中的水分抵消以保持不同處理的水分含量在9 mL，混合攪拌7 次左右，再進(jìn)行面筋聚集檢測(cè)。根據(jù)預(yù)試驗(yàn)選取添加1 mL 牛奶進(jìn)行面筋聚集過(guò)程、面筋含量、蛋白質(zhì)組分含量及顯微結(jié)構(gòu)分析。面筋聚集儀檢測(cè)條件：溫度設(shè)定為25 ℃，測(cè)定時(shí)長(zhǎng)為300 s，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為2 500 r/min 時(shí)，分別記錄峰值時(shí)間（PMT）、峰值扭矩（BEM）、啟動(dòng)能量（S1）、穩(wěn)定能量（S2）和聚集能量（S3）。

1.3.2 面筋聚集過(guò)程5 個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的選取

根據(jù)面筋聚集過(guò)程中扭矩和時(shí)間的變化情況見圖1，分別選取以下5 個(gè)典型的點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)：A 點(diǎn)為扭矩的上升期與平穩(wěn)期的交點(diǎn)；B 點(diǎn)為扭矩的平穩(wěn)期與快速上升期的交點(diǎn)；C 點(diǎn)為扭矩的快速上升期與快速下降期的交點(diǎn)；D 點(diǎn)為扭矩的快速下降期與緩慢平衡期的交點(diǎn)；E 點(diǎn)是最終達(dá)到平衡期的終點(diǎn)。能量根據(jù)聚集特性，又分為三部分：?jiǎn)?dòng)能量（S1）是零點(diǎn)到A 點(diǎn)所需要的能量；穩(wěn)定能量（S2）是A 點(diǎn)到B 點(diǎn)所需要的能量；聚集能量（S3）是B 點(diǎn)到C 點(diǎn)后15 s 處所需要的能量。

圖1 面筋聚集過(guò)程5 個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的選取Fig.1 Selection of five key points in gluten aggregation process

1.3.3 特二粉面團(tuán)濕、干面筋含量的測(cè)定

面筋聚集過(guò)程中分別取A～E 點(diǎn)5 個(gè)點(diǎn)檢測(cè)濕面筋和干面筋含量。濕面筋含量檢測(cè)參考GB/T 5506.2—2008《小麥和小麥粉面筋含量第2 部分：儀器法測(cè)定濕面筋》。濕面筋和干面筋含量計(jì)算公式如下。

式中：S 為濕面筋含量，%；G 為干面筋含量，%；M0為特二粉質(zhì)量，g；M1為水的質(zhì)量，g；M2為濕面筋質(zhì)量，g；M3為取樣面團(tuán)質(zhì)量，g；M4為干面筋質(zhì)量，g。

1.3.4 特二粉面團(tuán)蛋白質(zhì)組分含量的測(cè)定

小麥面團(tuán)中水溶蛋白、鹽溶蛋白、醇溶蛋白、SDS可溶性麥谷蛋白的提取、檢測(cè)與含量計(jì)算參考賈峰等[1]的方法進(jìn)行。其中，SDS 可溶性麥谷蛋白為表述方便，以下簡(jiǎn)稱麥谷蛋白。

1.3.5 特二粉面筋聚集過(guò)程中面團(tuán)顯微結(jié)構(gòu)觀察

選取A～E 點(diǎn)的面團(tuán)樣品，制成顯微觀察玻片，使用顯微鏡分別觀察40×、100×、400×下的面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及淀粉顆粒的分布情況。

1.3.6 淀粉顆粒直徑的檢測(cè)

分別選取A～E 點(diǎn)處400×的面團(tuán)樣品顯微照片，利用顯微鏡的軟件ISCapture，使用測(cè)量線檢測(cè)淀粉顆粒直徑，每個(gè)圖片中淀粉顆粒從大到小取6～10 個(gè)進(jìn)行直徑測(cè)量，計(jì)算平均值。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)最少進(jìn)行3 次重復(fù)。結(jié)果采用Microsoft Excel 2019 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)算平均值；使用CORREL 函數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析。采用SPSS 27.0 的Duncan's multiple range test 進(jìn)行顯著性分析，顯著性水平為P<0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 牛奶對(duì)面筋聚集特性的影響

牛奶對(duì)特二粉面筋聚集特性過(guò)程中的變化如圖2所示。

圖2 牛奶對(duì)面筋聚集特性的影響Fig.2 Effect of milk on the aggregation characteristics

由圖2 可知，添加牛奶組與對(duì)照組比較發(fā)現(xiàn)，添加了牛奶可使面筋聚集特性更加穩(wěn)定，這是由于酪蛋白容易形成膠團(tuán)狀的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，且在維持穩(wěn)定方面，k-酪蛋白發(fā)揮著由為重要的作用[24]。隨著牛奶添加量的增加，峰值扭矩呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，峰值時(shí)間則呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。添加牛奶可以加快面筋聚集的形成過(guò)程，同時(shí)也可以使面筋強(qiáng)度得到加強(qiáng)。推測(cè)可能是牛奶中的蛋白質(zhì)與醇溶蛋白和麥谷蛋白通過(guò)H 鍵和范德華力以及共價(jià)鍵等其他靜電相互作用的協(xié)同作用，有利于面筋的形成[13]。

2.1.1 牛奶對(duì)面筋聚集特性PMT 的影響

牛奶對(duì)特二粉面筋聚集特性PMT 的影響如圖3所示。

圖3 牛奶對(duì)特二粉面筋聚集特性PMT 的影響Fig.3 Effect of milk on PMT in aggregation characteristics of gluten of second-grade wheat flour

由圖3 可知，當(dāng)未添加牛奶時(shí)，面筋聚集特性PMT值最大為87.50 s；當(dāng)添加1 mL 牛奶時(shí)，PMT 值相比對(duì)照組縮短了14.50 s，下降比例為16.57%；隨著牛奶添加量的增加，PMT 值呈線性下降，牛奶添加量與PMT值之間的關(guān)系符合負(fù)相關(guān)關(guān)系y=-10.85x+96.05（R2=0.985）。推測(cè)牛奶中酪蛋白具有的膠束作用提高了面粉中面筋蛋白的面筋聚集速度，使PMT 下降[25]。

2.1.2 牛奶對(duì)面筋聚集特性BEM 的影響

牛奶對(duì)特二粉面筋聚集特性BEM 的影響如圖4所示。

圖4 牛奶對(duì)特二粉面筋聚集特性BEM 的影響Fig.4 Effect of milk on the BEM in aggregation characteristics of gluten of second-grade wheat flour

由圖4 可知，牛奶添加量為0 mL 時(shí)，面筋聚集特性BEM 值最小，為46.50 BU；當(dāng)牛奶添加量為1 mL時(shí)，BEM 值隨之增加，牛奶添加量與BEM 值之間的關(guān)系符合正相關(guān)關(guān)系y=4.15x+42.25（R2=0.976）。推測(cè)牛奶中的乳清蛋白逐漸凝膠化，強(qiáng)化了與面粉中面筋蛋白結(jié)合的力量，增大面筋聚集的扭矩值[26-27]。

2.1.3 牛奶對(duì)面筋聚集特性中能量的影響

牛奶對(duì)特二粉面筋聚集特性中能量的影響如表1所示。

表1 牛奶對(duì)面筋聚集過(guò)程中能量的影響Table 1 Effect of milk on the energy during gluten aggregation

由表1 可以看出，牛奶添加量為0 mL 時(shí)，能量面積S1有最小值73.20 cm2；牛奶添加量為4 mL 時(shí)，能量面積S1有最大值為122.15 cm2，S1與牛奶添加量呈正相關(guān)。牛奶添加量為1 mL 時(shí)，能量面積S2有最大值616.05 cm2，牛奶添加量為4 mL 時(shí)，能量面積S2有最小值112.95 cm2，S2與牛奶添加量呈負(fù)相關(guān)。牛奶添加量為4 mL 時(shí)，能量面積S3達(dá)到最大值1 638.60 cm2，未添加牛奶時(shí)，能量面積S3有最小值1 204.00 cm2，S3與牛奶添加量呈正相關(guān)。

2.2 牛奶對(duì)干、濕面筋含量及蛋白含量的影響

牛奶對(duì)干、濕面筋含量及蛋白含量的影響如表2所示。

由表2 可以看出，牛奶組和對(duì)照組在A 點(diǎn)時(shí)濕面筋含量分別為9.18%和11.59%，B 點(diǎn)時(shí)均達(dá)到最高值，分別為14.20%和20.56%。B 點(diǎn)之后的濕面筋含量開始急劇下降；添加牛奶的C、D 兩點(diǎn)能夠洗出少量的濕面筋，原因可能是牛奶中酪蛋白膠束之間具有相互作用[25]，增加了面筋蛋白之間的相互作用力，雖然面筋的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)非常脆弱，但尚可洗出一部分面筋。牛奶組和對(duì)照組在A 點(diǎn)時(shí)干面筋含量分別為3.03%和4.11%，B點(diǎn)時(shí)均達(dá)到最高值，分別為4.93%和5.10%。結(jié)果表明，添加牛奶可提高面團(tuán)中濕面筋的含量。

添加牛奶1 mL 后，水溶蛋白含量呈上升趨勢(shì)，在A 點(diǎn)時(shí)水溶蛋白含量最低，在E 點(diǎn)時(shí)水溶蛋白含量最高；鹽溶蛋白含量變化呈波浪式，先升高后降低再升高再降低，B 點(diǎn)含量最高，C 點(diǎn)最低；醇溶蛋白含量在D 點(diǎn)之前持續(xù)增加，在D 點(diǎn)處達(dá)到最高，之后又降低；麥谷蛋白含量在A 點(diǎn)時(shí)最高，然后逐漸下降，到D 點(diǎn)時(shí)麥谷蛋白含量最低，E 點(diǎn)又升高。添加牛奶使可提取的4 種蛋白質(zhì)含量均有所增加，其中，醇溶蛋白提取總量明顯增加，比對(duì)照組增加2.98 倍，由此表明，添加牛奶能改變蛋白質(zhì)的溶解性。

2.3 牛奶對(duì)面團(tuán)的顯微結(jié)構(gòu)的影響

牛奶對(duì)面團(tuán)的顯微結(jié)構(gòu)的影響如圖5 所示。

圖5 牛奶對(duì)面筋聚集過(guò)程中面團(tuán)顯微結(jié)構(gòu)的影響Fig.5 Effect of milk on dough microstructure during gluten aggregation

由圖5 可以看出，牛奶組A 點(diǎn)處的淀粉顆粒與面筋蛋白分布不均勻，且有部分淀粉顆粒未被面筋蛋白包覆，表明其網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)疏松面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)尚未形成；未添加牛奶時(shí)，淀粉顆粒裸露在面筋結(jié)構(gòu)表面的更多，面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加不明顯；B 點(diǎn)時(shí)面筋蛋白的網(wǎng)狀組織疏松，但淀粉顆粒排列比較均勻，少量的面筋蛋白包住了淀粉，但二者的分布不均衡，只有少量的蛋白質(zhì)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)形成；C 點(diǎn)時(shí)面筋蛋白網(wǎng)格結(jié)構(gòu)成熟緊實(shí)，淀粉顆粒均勻散布面筋蛋白之間，蛋白質(zhì)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)建立；D 點(diǎn)時(shí)蛋白質(zhì)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)沒有明顯的改變，淀粉粒子的分布逐漸分散，部分面筋網(wǎng)絡(luò)開始斷裂，但大部分仍保持完整；在E 點(diǎn)蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)依然完好，淀粉粒子有一定程度的破碎，但分布比較均勻，面筋網(wǎng)絡(luò)視覺上保持良好的狀態(tài)。結(jié)果表明，添加牛奶有利于面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成和面筋蛋白分布更加均勻。

2.4 牛奶對(duì)淀粉顆粒直徑的影響

牛奶對(duì)淀粉顆粒直徑的影響如圖6 所示。

圖6 牛奶對(duì)淀粉顆粒平均直徑的影響Fig.6 Effect of milk on the diameter of starch

由圖6 可以看出，淀粉顆粒的平均直徑總體呈下降的趨勢(shì)，從A 點(diǎn)到B 點(diǎn)淀粉顆粒的平均直徑下降明顯，而B 點(diǎn)到E 點(diǎn)的淀粉顆粒的直徑變化不明顯。添加牛奶處理均比對(duì)照組的淀粉顆粒的平均直徑大，表明牛奶的添加能有效保護(hù)淀粉顆粒的破損，特別是在面筋聚集的初期，可有效減少淀粉顆粒的破損。

3 結(jié)論

結(jié)果表明，隨著牛奶添加量的增加，面筋聚集特性的PMT 逐漸減小，呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，說(shuō)明牛奶的添加加快了面筋的形成，縮短了面筋聚集時(shí)間；BEM 逐漸升高，呈正相關(guān)關(guān)系。S1和S3與牛奶添加量呈正相關(guān)，S2與牛奶添加量呈負(fù)相關(guān)。添加牛奶可增加面團(tuán)中濕面筋的含量并且能提高4 種蛋白可提取的含量，其中，醇溶蛋白的提取總量明顯增加，比對(duì)照組增加2.98 倍。添加牛奶使面筋蛋白與淀粉顆粒分布更均勻，在面筋聚集的初期可有效減少淀粉顆粒的破損。