小麥麩皮對面團及面筋蛋白特性的影響

安兆鵬，王然，趙文哲，黃蓮燕，張小爽，張慧娟，王靜

（北京工商大學(xué)，北京食品營養(yǎng)與人類健康高精尖創(chuàng)新中心，北京市食品添加劑工程技術(shù)研究中心，北京100048）

小麥?zhǔn)俏覈饕募Z食作物之一，年產(chǎn)量約1.1億噸。麩皮是小麥制粉的主要副產(chǎn)物，我國每年約有2 000萬噸小麥麩皮資源，85%以上用于飼料、傳統(tǒng)釀造業(yè)[1]。小麥麩皮中含有豐富的膳食纖維、蛋白質(zhì)、植酸、維生素、礦物質(zhì)。

麩皮特有的生理保健功能越來越受到人們的重視[2]。研究表明，便秘患者補充適量的含有麩皮的全谷物，可以緩解便秘發(fā)病癥狀[3-4]。膳食纖維能夠減少大部分結(jié)腸癌的發(fā)生[5-6]。日常飲食中多食用膳食纖維有利于血糖的控制[7]。目前，多數(shù)面粉廠家都是直接將麩皮賣給飼料廠，很少用于深加工和再利用[8]。并且，近年來我國居民膳食日趨精細化，日膳食纖維攝入量不足的趨勢逐年增加，生活習(xí)性的改變及工作壓力的增大，導(dǎo)致一些慢性病如肥胖、便秘、結(jié)腸癌、心血管疾病發(fā)病率升高。因此我們提倡每日補充一定量的膳食纖維，均衡營養(yǎng)。小麥麩皮是一個很好的選擇，傳統(tǒng)的面食是膳食纖維的最佳載體[9]。但是目前的研究表明，添加麩皮后面團的流變學(xué)特性及面制品品質(zhì)會降低，小麥麩皮水不溶戊聚糖對面團特性有明顯的弱化作用[10]；隨著小麥麩皮的添加比例增加面粉的品質(zhì)呈現(xiàn)出劣變趨勢。饅頭的比容、感官評分等品質(zhì)指標(biāo)與小麥麩皮添加量呈負相關(guān)[11]；而目前關(guān)于麩皮物質(zhì)如何影響面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)的機制尚未明確。

本試驗選用小麥麩皮分別以0%、5%、10%、15%、20%的添加量添加到小麥粉中，通過Mixolab谷物綜合測定儀、傅里葉紅外光譜（fourier transform infrared spectrometer，F(xiàn)TIR）、掃描電子顯微鏡（scanningelectron microscope，SEM）等儀器來探究不同添加量對面團流變學(xué)特性及面筋蛋白結(jié)構(gòu)的影響，以期為麩皮的添加對面制品的改良提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

小麥麩皮：河北熱河有限公司提供；金沙河富強高筋小麥粉：當(dāng)?shù)爻小?/p>

異丙醇、丙酮、冰醋酸、無水乙醇、Tris-Hcl緩沖液、5，5-二硫代（二硝基苯甲酸）（Ellman's試劑）、二硫糖醇（dithiothreitol，DTE）（均為分析純）：北京半夏科技有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

FW-100高速萬能粉碎機：北京中興偉業(yè)儀器有限公司；FDV-氣引式超細粉碎機：佑崎有限公司；JA5003電子天平：上海精密科學(xué)儀器有限公司；HM730和面機：青島漢商電氣有限公司；Mixolab谷物綜合特性測定儀、Mixolab混合實驗儀：法國Chopin儀器公司；Anton Paar MCR 302動態(tài)流變儀：奧地利安東帕有限公司；Free ZoneR真空冷凍干燥機：美國LABCONCO公司；Nicolet6700傅立葉葉紅外光譜Nicolet6700：賽默飛世爾科技有限公司；Nova Nano SEM 450掃描電子顯微鏡：美國FEI公司。

1.3 方法

1.3.1 麩皮的制備、小麥粉-麩皮混合粉的制配

面團及面制品的品質(zhì)會受到麩皮粒徑大小的影響，試驗選擇使用中等粒徑（80目）的麩皮來研究小麥麩皮添加量對面團流變學(xué)特性及面筋蛋白結(jié)構(gòu)的影響[3]，采用超微粉碎機對小麥麩皮進行研磨，過80目篩，將未能過篩的小麥麩皮繼續(xù)研磨，直至所有小麥麩皮能夠通過80目篩，將磨碎后的小麥麩皮分別以5%、10%、15%、20%的添加量加入小麥粉中，充分混勻制得不同添加量的小麥麩皮混合粉，未添加小麥麩皮的小麥粉作為空白對照組，在4℃的冰箱中密封保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3.2 面團熱機械學(xué)性質(zhì)的測定

混合實驗儀設(shè)定參數(shù)按照“Chopin+”標(biāo)準(zhǔn)：根據(jù)樣品粉的水分含量，計算樣品粉的重量，使加水后面團總重量為75 g，加入Mixolab混合實驗儀中。將混合粉放入攪拌缽中進行攪拌。首先以達到最佳稠度時最大扭矩（C1）為1.1Nm[12]使面團扭矩達到1.1Nm，混合實驗儀經(jīng)過變溫過程30℃恒溫8min；以4℃/min的速率升溫至90℃，并保持7min；再以4℃/min的速率冷卻至50℃，保持5min。整個過程面團攪拌速度保持在80 r/min。由試驗曲線得到以下參數(shù)：吸水率（mixolab water absorption，MWA）（%），面團形成時間（mixolab developmeht time，MDT）（min），面團穩(wěn)定時間（mixolab stability time，MST）（min），C1-C5 扭矩值，黏度崩解值，回生值等數(shù)據(jù)[13-15]。

1.3.3 面團動態(tài)流變學(xué)特性的測定

參照Moreira等[16]的方法，并做了適當(dāng)調(diào)整：利用Mixolab混合實驗儀得面團，采用動態(tài)流變儀（dynamic rheometer，DHR）測定濕面筋的黏彈性模量。測量參數(shù)為：40mm圓形平板檢測探頭，1mm平行板間距，溫度25℃，應(yīng)力為0.5%，頻率變化范圍為0.01Hz～100Hz，測定儲能模量（G′）、損失模量（G′′）和損耗角正切值（tan δ）隨頻率的變化[12]。

1.3.4 面筋蛋白洗滌

參照Day等[17]的方法稍作修改。稱取100 g樣品粉放入揉面機中，根據(jù)Mixolab測定的吸水率調(diào)整加水量，揉混5min，面團揉好后靜置30min，以便更好地形成面筋蛋白。然后用去離子水洗滌，直至洗出的清水遇碘不變藍色，剩下的便是面筋蛋白。將得到的面筋蛋白立即放入-80℃冰箱中冷凍，隨后用真空冷凍干燥機冷凍干燥48 h～72 h，得到冷凍干燥的面筋蛋白，留一小塊面筋蛋白用于掃描電鏡的測試，其余面筋蛋白均用高速萬能粉碎機粉碎并過80目篩，儲存于4℃冰箱中備用。

1.3.5 熱重分析法對蛋白的熱降解情況進行的分析

參照Nawrocka等[18]的方法，采用熱重分析儀（thermogravimetric analysis，TGA）對添加了不同比例的小麥麩皮的面團中各組分蛋白的熱降解情況進行分析。

稱取約10mg冷凍干燥后的蛋白樣品，置于坩堝中，用惰性氣體氮氣作為保護氣體，升溫速率為10℃/min，從50℃升高溫度至900℃，得到TGA曲線，采用Pyris軟件進行分析，計算各蛋白樣品的熱降解溫度及600℃時的質(zhì)量損失。

1.3.6 游離巰基/總巰基含量的測定

參照Riener等[19-20]的方法并修改，游離巰基含量的測定：取40mg粉碎后面筋蛋白加入5.5mLEllman′s試劑[異丙醇，250mmol/L Tris-HCl緩沖液（pH 8.0），4 g/L 5，5'-二硫代-2-硝基苯甲酸（5∶5∶1，體積比）]，4 800 r/min離心10min，在412 nm下用分光光度計測定吸光度值?？値€基含量的測定：30mg粉碎后面筋蛋白，用二硫糖醇還原（用80mmol/LTris-HCl緩沖液配制40mmol/L的DTE溶液，pH 8.0），60℃反應(yīng)2 h后，加入3mL 100mmol/L的冰醋酸丙酮溶液終止反應(yīng)，4℃條件下6 000 r/min離心10min，沉淀物懸浮于300μL 100mmol/L冰醋酸溶液中，然后再用3mL 100 mmol/L的冰醋酸丙酮溶液洗滌沉淀，離心，重復(fù)3次，沉淀用Ellman′s試劑溶解，412nm處測定吸光度。

式中：C為待測物濃度，mol/L；A為樣品在412 nm處的吸光度；ε為消光系數(shù)，ε=13 600M-1cm-1；b為比色皿厚度，b=1 cm；S-S 為樣品待測物含量，μmol/g；C1、C2分別為樣品的總巰基和游離巰基濃度，mol/L；V1、V2分別是樣品測定巰基和游離巰基時樣品總體積，mL；M為樣品質(zhì)量，g。

1.3.7 掃描電鏡

將冷凍干燥所得的面筋蛋白用小錘破裂，取其內(nèi)表面進行噴金鍍膜，將處理好的樣品放入電鏡載物腔內(nèi)抽真空，加壓至5 kV，然后分別用從小到大的放大倍數(shù)進行觀察，拍照。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同小麥麩皮添加量對面團熱機械學(xué)特性的影響

圖1是面團的熱機械學(xué)性質(zhì)圖。

圖1 不同小麥麩皮添加量對面團熱機械學(xué)特性的影響Fig.1 Effectof differentwheatbran addition on therm al mechanicalpropertiesofwheat dough

從圖1可以看出添加小麥麩皮之后，面團的熱機械學(xué)性質(zhì)發(fā)生了改變，從圖1可得到表1中的數(shù)據(jù)。小麥麩皮添加量對面團熱機械學(xué)特性的影響見表1。

表1 小麥麩皮添加量對面團熱機械學(xué)特性的影響Table1 Effectsofwheatbran addition on on thermostatically propertiesof dough

由表1可知，小麥麩皮的添加使面團的形成時間增加，可能是小麥麩皮中的膳食纖維和阿拉伯木聚糖凝膠會與面筋蛋白之間競爭吸水，部分水分從小麥面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)遷移到膳食纖維或阿拉伯木聚糖凝膠體系中，導(dǎo)致小麥面筋蛋白形成面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的時間延長[21-23]這說明，加入小麥麩皮后需要更長的穩(wěn)定時間去形成穩(wěn)定的面團。隨著小麥麩皮添加量的增加，吸水率升高，可以提高面團的出品率，這是由于小麥麩皮中具有豐富的膳食纖維[24]。膳食纖維持水性較好，可以相應(yīng)提高面團的吸水率，進而增加面制品的保水性，這也有利于產(chǎn)品的凝固及保鮮，同時可使產(chǎn)品成本降低。小麥麩皮添加量的增加使其黏度崩解值有明顯增大，而黏度崩解值代表面團的糊化穩(wěn)定性，黏度崩解值越小表示面團的糊化穩(wěn)定性越好[25]。淀粉的回生值與面制品的老化有關(guān)，可以看出小麥麩皮添加量增加，面團的回生值有明顯的下降，這表明小麥麩皮的添加可以在一定程度上抑制淀粉的回生。

2.2 不同小麥麩皮添加量對面團動態(tài)流變特性的影響

小麥麩皮添加量對面團儲能模量、損失模量的影響見圖2，麩皮添加量對損耗角正切值的影響見表2。

圖2 小麥麩皮添加量對面團儲能模量、損失模量的影響Fig.2 Effectsofwheatbran addition on storagem odulus，loss m odu lusofwheat flour dough

表2 麩皮添加量對損耗角正切值的影響Table2 Effectsofwheatbran addition on tanδ

儲能模量（G′）又稱為彈性模量，代表的是物質(zhì)的彈性本質(zhì)；損失模量（G′′）又稱為黏性模量，代表的是物質(zhì)的黏性本質(zhì)。當(dāng)材料性質(zhì)類似固體，即其線性范圍內(nèi)的變形是可壓縮和恢復(fù)的，那么彈性模量（G′）會大于黏性模量（G′′）且 tan δ＜1。損耗角正切 tan δ=G′′/G′，表示所測物體中黏性和彈性的比例。若tanδ越小，表明體系的彈性比例越大，流動性越差，體系組分中高聚物數(shù)量越多或聚合度越大[26]。

由圖2可以看出，在小麥麩皮添加量為5%、10%、15%時，儲能模量（G′）和損失模量（G′′）均隨小麥麩皮添加量的升高而升高；在小麥麩皮添加量為20%時，儲能模量（G′）和損耗模量（G′′）因小麥麩皮的添加而降低。隨著麩皮比例的增大，G′與G′′均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。這可能是由于小麥麩皮的少量加入（5%、10%、15%）使得面粉吸水率上升，延長了面團的形成時間，面團筋力受到強化[27]。而繼續(xù)添加小麥麩皮時（20%），彈性模量（G′）與黏性模量（G′′）均降低，可能是因為小麥麩皮添加量過高，面團的吸水率大大提高，反而阻礙了面筋蛋白的正常交聯(lián)反應(yīng)，交聯(lián)密度降低導(dǎo)致儲能模量下降從而使得面團黏彈性降低[28]。

由表2可以看出在頻率為10Hz時，損耗角正切值隨小麥麩皮添加量的增加大致呈現(xiàn)出降低的趨勢，且損耗角正切值（tanδ）均小于1，即所測樣品的G′均大于 G′′。

2.3 不同小麥麩皮添加量對面筋蛋白熱力學(xué)性質(zhì)的影響

不同小麥麩皮添加量對面團質(zhì)量的影響見圖3，麩皮添加量對面筋蛋白熱性質(zhì)的影響見表3。

圖3 不同小麥麩皮添加量對面團質(zhì)量的影響Fig.3 Effectof differentwheatbran addition onweightofwheat dough

表3 麩皮添加量對面筋蛋白熱性質(zhì)的影響Tab le3 Effectofwheatbran addition on thermodynam ic p roperty of gluten protein

從圖3a熱重分析（thermal gravimetric analysis，TGA）曲線上不能明顯的看出具體的裂解溫度。因此，做了圖3b微商熱重法（derivative thermogravim etry，DTG）曲線，DTG曲線是TGA曲線對溫度的一階倒數(shù)，即質(zhì)量變化率（dW/dT）。DTG曲線上出現(xiàn)的峰與TGA曲線上的兩個臺階間質(zhì)量發(fā)生變化的部分相對應(yīng)；峰的面積與樣品對應(yīng)的質(zhì)量變化成正比；峰頂與失重變化速率的最大值相對應(yīng)[29]。圖3b所示為不同小麥麩皮添加量對面筋蛋白DTG曲線的影響。

從表3中可以發(fā)現(xiàn)，對照樣品面筋蛋白的最大失重率發(fā)生318.5℃即面筋蛋白的裂解溫度，當(dāng)小麥麩皮添加量分別達到5%、10%、15%、20%時，裂解溫度分別為 320.56、321.38、323.34、320.71 ℃，由此說明，隨著小麥麩皮添加量的增加，其裂解溫度呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，面筋蛋白的熱穩(wěn)定性呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，15%小麥麩皮添加量時面筋蛋白的裂解溫度最高，熱穩(wěn)定性也最高。

2.4 小麥麩皮添加量對面筋蛋白結(jié)構(gòu)的影響

面筋蛋白是由小麥粉中的蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化而來的，其特性是賦予小麥良好加工品質(zhì)的基礎(chǔ)。按其在不同溶劑中溶解度的不同可將面筋蛋白分為醇溶蛋白和麥谷蛋白[30]。醇溶蛋白是單體蛋白，分子無亞基結(jié)構(gòu)、無肽鏈間二硫鍵，肽鏈依靠氫鍵、疏水鍵及分子內(nèi)二硫鍵連接，構(gòu)成較緊密球形三維結(jié)構(gòu)，占面筋蛋白的30%～40%，能夠賦予面筋蛋白彈性；麥谷蛋白是一種非均質(zhì)大聚合體，由17種～20種不同亞基組成，亞基靠分子內(nèi)和分子間二硫鍵連接呈纖維狀，占面筋蛋白的40%～50%，能夠賦予面筋蛋白黏性[31-32]。麥谷蛋白和麥醇溶蛋白之間通過二硫鍵、氫鍵及疏水相互作用形成具有特殊黏彈性質(zhì)的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，賦予小麥面團特殊的流變學(xué)特性[33-34]。因此二硫鍵是面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中重要的化學(xué)鍵，對維持面筋蛋白的穩(wěn)定及面團的流變學(xué)性質(zhì)有著非常重要的作用。不同麩皮添加量面筋蛋白巰基/二硫鍵含量見表4。

表4 不同麩皮添加量面筋蛋白巰基/二硫鍵含量Table4 Differentbran contentgluten protein contentof thiol/disulfidebond μmol/g

由表4可知，加入小麥麩皮后面筋蛋白的游離巰基含量增加，但總巰基含量顯著降低，添加5%、10%、15%、20%小麥麩皮，面筋蛋白二硫鍵含量與對照組相比分別降低了14.7%、18.1%、21.6%、25.5%。二硫鍵含量的降低表明小麥麩皮的加入阻礙了二硫鍵的形成，面筋蛋白的穩(wěn)定性受到了嚴重的破壞，且隨小麥麩的添加比例的增加，面筋蛋白空間結(jié)構(gòu)破壞程度逐漸增加，這與謝潔等[11]研究結(jié)果相同。

2.5 小麥麩皮添加量對面筋蛋白微觀結(jié)構(gòu)的影響

小麥麩皮添加量對面筋蛋白微觀結(jié)構(gòu)的影響如圖4所示。

添加不同量的小麥麩皮后面筋蛋白的微觀結(jié)構(gòu)明顯不同。由圖4A所示，未添加小麥麩皮的對照組面筋蛋白呈網(wǎng)眼狀緊密相連且蛋白孔洞大小均勻且光滑，這表明小麥粉面筋蛋白結(jié)構(gòu)致密統(tǒng)一，具有較好的穩(wěn)定性。然而添加小麥麩皮后，面筋蛋白的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生了明顯改變；添加5%小麥麩皮后（圖4B）的面筋蛋白網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)較為疏松，孔洞數(shù)量減少，孔洞的大小發(fā)生改變；添加10%小麥麩皮后（圖4C）面筋蛋白空洞出現(xiàn)崩塌，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)遭到破壞；添加15%小麥麩皮后（圖4D）面筋蛋白出現(xiàn)鋸齒狀的邊緣，孔洞的大小也不均勻；添加20%小麥麩皮后（圖4E）面筋蛋白展現(xiàn)出類似纖維狀的結(jié)構(gòu)。面筋蛋白的掃描電鏡圖表明小麥麩皮的加入會破壞面筋蛋白的微觀結(jié)構(gòu)，降低其穩(wěn)定性，且隨小麥麩添加量的增加，面筋蛋白結(jié)構(gòu)破壞程度越顯著。

圖4 小麥麩面筋蛋白掃描電鏡圖Fig.4 Scanning electronm icroscopy ofwheatgluten

3 結(jié)論

本試驗研究結(jié)果表明，將不同量的小麥麩皮添加到小麥粉中會對面團的熱機械學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生很大的影響，面團吸水率增大，利于提高面制品出品率，以及面制品保鮮。隨著小麥麩皮的添加比例增加，對面筋蛋白產(chǎn)生稀釋作用，破壞面團中面筋的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致形成時間、穩(wěn)定時間、黏度崩解值都呈現(xiàn)遞增趨勢，回生值降低，面團品質(zhì)下降。

動態(tài)流變試驗結(jié)果表明，隨著麩皮比例的增大，面粉吸水率上升，延長了面團的形成時間，面團筋力受到強化，小麥面團的黏彈性特性發(fā)生了變化，小麥麩皮比例過高時，面團的吸水率大大提高，反而阻礙了面筋蛋白的正常交聯(lián)反應(yīng)，交聯(lián)密度降低導(dǎo)致儲能模量下降，從而使得面團黏彈性降低。

熱重分析試驗結(jié)果表明，隨著小麥麩皮比例的增大，面筋蛋白的的裂解溫度逐漸升高，熱穩(wěn)定性也逐漸增加。小麥麩皮比例過高時，面筋蛋白的裂解溫度和熱穩(wěn)定性降低。

在今后的研究中，依據(jù)小麥麩皮不同添加量與面團流變學(xué)特性參數(shù)間的相關(guān)性，可以考慮使用面粉品質(zhì)改良劑，對面團的流變學(xué)特性進行改良，從而改善面團品質(zhì)。

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