麥醇溶蛋白與麥谷蛋白比值對(duì)面團(tuán)特性的影響

徐小青，郭禎祥，郭 嘉

河南工業(yè)大學(xué) 糧油食品學(xué)院，河南 鄭州 450001

小麥蛋白質(zhì)品質(zhì)包括數(shù)量品質(zhì)和質(zhì)量品質(zhì)，其中數(shù)量品質(zhì)指的是小麥粉中的蛋白質(zhì)含量，質(zhì)量品質(zhì)則取決于蛋白質(zhì)組成。小麥制粉后，保留在其中的蛋白質(zhì)主要是面筋蛋白，面筋網(wǎng)絡(luò)是麥谷蛋白(Glu)和麥醇溶蛋白(Gli)互相交聯(lián)共同形成的，兩者共同決定了面團(tuán)的黏彈性，它們是影響面粉加工品質(zhì)的重要因素[1]。我國(guó)原料小麥“硬麥不硬，軟麥不軟”，很難達(dá)到生產(chǎn)專(zhuān)用粉的品質(zhì)要求，除此之外，從面筋蛋白的角度看，小麥粉中的Gli和Glu的比值也直接關(guān)聯(lián)面團(tuán)的加工品質(zhì)，但大多數(shù)研究是通過(guò)改變小麥品種來(lái)調(diào)控兩者比例的，精細(xì)調(diào)控小麥粉中Glu/Gli的研究相對(duì)較少。

本文通過(guò)分離重組的方法，對(duì)面筋蛋白中Gli和Glu按不同比例進(jìn)行重組，同時(shí)不改變重組粉中淀粉和水溶物所占比例，并與原粉復(fù)配，探索m(Glu)/m(Gli)對(duì)小麥粉基本指標(biāo)和面團(tuán)流變學(xué)特性的影響，為饅頭專(zhuān)用小麥粉的改良、制粉工藝的優(yōu)化和優(yōu)質(zhì)小麥的育種提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

河套小麥粉：內(nèi)蒙古恒豐食品工業(yè)(集團(tuán))股份有限公司。無(wú)水乙醇(分析純)：天津市天力化學(xué)試劑有限公司；碘、碘化鉀(分析純)：天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司；蒸餾水：三級(jí)。

1.2 主要儀器與設(shè)備

JY10002電子天平：上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司；Freezone 6 plus型冷凍干燥機(jī)：美國(guó)Labconco有限公司；RE-5205旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器：上海亞榮生化儀器廠；DHG-9023 A電熱鼓風(fēng)干燥箱：精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；HJ-6型磁力攪拌器：金壇市西城新瑞儀器廠；LXJ-IIB型離心機(jī)：上海安亭科學(xué)儀器廠；全自動(dòng)粉質(zhì)儀、電子型拉伸儀：德國(guó)Brabender公司；RVA-TM快速黏度分析儀：瑞典Perten公司。

1.3 方法

1.3.1 小麥粉主要組分的分離提取

1.3.1.1 小麥面筋、淀粉和水溶物的分離提取

將小麥粉置于和面缽中，加入60%蒸餾水，慢速攪拌至面團(tuán)形成，放入裝有2 L的蒸餾水中浸泡20 min，用手揉搓并保持面筋完整，并控制蒸餾水的用量。將洗滌液通過(guò)32 目篩網(wǎng)，將篩上面筋重新加入面團(tuán)，經(jīng)過(guò)一系列蒸餾水揉洗，洗至面筋擠出洗滌液滴加碘液不變藍(lán)為止。用不銹鋼板擠壓面筋至稍有粘板，冷凍干燥，用萬(wàn)能粉碎機(jī)粉碎過(guò)80 目篩，即得小麥面筋蛋白，4 ℃儲(chǔ)存?zhèn)溆谩?/p>

將洗滌液收集合并，4 000 r/min離心15 min，收集上層清液，下層淀粉40 ℃鼓風(fēng)干燥48 h，研磨后過(guò)80目篩，即得小麥淀粉，4 ℃儲(chǔ)存?zhèn)溆谩?/p>

合并上層清液，用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀40 ℃蒸發(fā)濃縮，冷凍干燥研磨后過(guò)80目篩，即得水溶物，4 ℃儲(chǔ)存?zhèn)溆谩?/p>

1.3.1.2 Gli和Glu的分離提取

兩種蛋白的分離參考鐘昔陽(yáng)等[2]的方法，略作修改。將小麥面筋蛋白與65%乙醇按固液比1∶20(g/mL)混合，常溫下磁力攪拌2 h使其均勻分散，3 000 r/min離心10 min，收集上層清液。將沉淀再用65%乙醇提取2 h，3 000 r/min離心10 min，均勻合并兩次上清液。用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀40 ℃蒸發(fā)濃縮，濃縮液40 ℃鼓風(fēng)干燥，粉碎后過(guò)80目篩，即得Gli，4 ℃儲(chǔ)存?zhèn)溆谩?/p>

下層沉淀物用蒸餾水洗去乙醇，40 ℃鼓風(fēng)干燥，粉碎后過(guò)80 目篩，即得Glu，4 ℃儲(chǔ)存?zhèn)溆谩?/p>

1.3.2 基本參數(shù)的測(cè)定

水分含量參照GB/T 5009.3—2016進(jìn)行測(cè)定；灰分參照GB/T 5009.4—2016進(jìn)行測(cè)定；粗蛋白含量參照 GB/T 5511—2008進(jìn)行測(cè)定；粗淀粉含量參照GB 5009.9—2016進(jìn)行測(cè)定；粗脂肪含量參照GB 5009.6—2016進(jìn)行測(cè)定；降落數(shù)值參照GB/T 10361—2008進(jìn)行測(cè)定；濕面筋含量和面筋指數(shù)參照GB/T 5506.2—2008進(jìn)行測(cè)定。

1.3.3 不同m(Gli)/m(Glu)重組粉的制備

重組粉的配粉方法參考王晶晶[3]的方法，略作修改。根據(jù)1.3.2中各個(gè)組分的基本參數(shù)配置重組粉，重組時(shí)微調(diào)淀粉和面筋的比例，使重組粉主要成分盡量與原小麥粉相似。重組粉中含有50.00%(以干基計(jì)算)的原小麥粉、42.13%的總淀粉、6.00%的重組面筋、1.85%的小麥水溶物，設(shè)置11組不同m(Gli)/m(Glu)的重組粉，配粉具體方案如表1所示。

表1 重組粉配粉方案

注：原小麥粉中Gli和Glu的含量(干基)分別為6.32%和4.91%。

1.3.4 糊化特性的測(cè)定

參照GB/T 24853—2010測(cè)定面粉的糊化特性。

1.3.5 面團(tuán)流變特性的測(cè)定

參照GB/T 14614—2006測(cè)定面團(tuán)粉質(zhì)特性，參照GB/T 14615—2006測(cè)定面團(tuán)拉伸特性。

1.3.6 數(shù)據(jù)處理與分析

所有數(shù)據(jù)采用SPSS 20.0軟件處理分析，采用Origin 8.5軟件繪圖。

2 結(jié)果與討論

2.1 各分離組分基本參數(shù)

原小麥粉及分離組分的水分、粗蛋白、粗淀粉和粗脂肪含量如表2所示。

表2 分離組分基本參數(shù)

2.2 m(Gli)/m(Glu)對(duì)小麥粉基本指標(biāo)的影響

對(duì)不同重組小麥粉的基本指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果如表3所示。由表3可以看出，重組粉中的粗蛋白含量之間沒(méi)有顯著性差異，符合1.3.3中的配粉思路。

表3 重組粉基本指標(biāo)

注：在同一列不同字母的數(shù)值具有顯著性差異(P<0.05)，表4、表5、表6同。

降落數(shù)值可以用來(lái)反映α-淀粉酶的活性，α-淀粉酶活性越高，降落數(shù)值越小，這一指標(biāo)是饅頭粉的重要指標(biāo)，一般要求饅頭粉的降落數(shù)值大于250 s[4]。由于α-淀粉酶的失活溫度相對(duì)較高，因此在面團(tuán)蒸制過(guò)程中，它對(duì)最終產(chǎn)品品質(zhì)影響較大，若α-淀粉酶活性較小，淀粉凝膠的黏度過(guò)高，面團(tuán)的持氣能力很差，從而使產(chǎn)品外形癟塌[5]。由表3可以看出，重組粉的降落數(shù)值沒(méi)有隨著m(Gli)/m(Glu)變化呈規(guī)律性的變化，但都符合饅頭粉的適用標(biāo)準(zhǔn)?；曳?干基)也沒(méi)有明顯的規(guī)律性變化。

Gli的分子內(nèi)二硫鍵使它形成致密的球狀結(jié)構(gòu)，而Glu是通過(guò)分子間二硫鍵以大而伸展的締合分子形式存在，面筋蛋白的形成通過(guò)共價(jià)鍵和非共價(jià)鍵的相互作用[6]，相對(duì)分子量大的Glu在膨潤(rùn)狀態(tài)下形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，Gli分散在巨大的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，影響小麥粉的功能特性[7]。濕面筋含量和面筋指數(shù)在一定程度上反映了小麥粉的品質(zhì)。圖1反映了m(Gli)/m(Glu)對(duì)重組粉濕面筋含量和面筋指數(shù)的影響，可看出隨著m(Gli)/m(Glu)的減小，重組粉中的濕面筋含量呈明顯下降的趨勢(shì)，由34.6%下降至24.2%，而面筋指數(shù)的趨勢(shì)與之相反，即面筋指數(shù)隨m(Gli)/m(Glu)的減小而增大。這說(shuō)明了當(dāng)m(Gli)/m(Glu)減小時(shí)，小麥粉形成面筋的能力下降，面筋由松散變緊致，面筋強(qiáng)度逐漸增大。Chaudhary等[8]發(fā)現(xiàn)添加了Glu的面團(tuán)的微觀結(jié)構(gòu)存在緊密、牢固而有彈性的面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)，Glu有助于將面筋結(jié)構(gòu)保持在一起，并且影響小麥的加工品質(zhì)。

圖1 m(Gli)/m(Glu)對(duì)重組粉濕面筋含量和面筋指數(shù)的影響

2.3 m(Gli)/m(Glu)對(duì)面粉糊化特性的影響

小麥粉中蛋白質(zhì)含量較高，所以它們對(duì)小麥粉糊化特性的影響不可忽視。關(guān)于面筋蛋白與淀粉糊化特性方面的研究表明，面筋蛋白不僅可以通過(guò)體系中占有的數(shù)量、分子量大小、結(jié)構(gòu)以及與淀粉的相互作用影響小麥粉的糊化特性[9-10]，還可以通過(guò)影響熱量傳遞和競(jìng)爭(zhēng)可利用水分對(duì)小麥粉的糊化特性產(chǎn)生影響[11-12]，面筋蛋白添加量升高，使得淀粉糊化體系的峰值黏度、低谷黏度、最終黏度都有極顯著的降低，但兩者之間的作用機(jī)理和規(guī)律依舊不明[13]。

表4反映了m(Gli)/m(Glu)對(duì)面團(tuán)糊化特性的影響，其中峰值黏度、最低黏度、最終黏度隨著m(Gli)/m(Glu)的減小呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)；回生值呈現(xiàn)波動(dòng)性減小，這可能是因?yàn)榈鞍踪|(zhì)和淀粉間的相互作用增強(qiáng)，有助于維持淀粉結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，能夠阻礙淀粉分子的重新聚集[14]；糊化溫度、衰減值沒(méi)有傾向性的變化，峰值時(shí)間沒(méi)有顯著性差異。有研究發(fā)現(xiàn)，添加PG-Glu和PG-Gli降低了淀粉的峰值黏度、破損值、最終黏度和回生值等糊化參數(shù)，影響的效果與兩種蛋白質(zhì)的添加水平有關(guān)[15]。

表4 重組粉糊化特性

2.4 m(Gli)/m(Glu)對(duì)面團(tuán)粉質(zhì)特性的影響

面團(tuán)的粉質(zhì)特性是評(píng)價(jià)小麥粉品質(zhì)的重要指標(biāo)，試驗(yàn)中由于改變了小麥粉中Gli和Glu的比值，其粉質(zhì)特性也有很大的改變。如表5所示，列出了不同m(Gli)/m(Glu)面粉的吸水率、面團(tuán)形成時(shí)間、面團(tuán)穩(wěn)定時(shí)間、弱化度以及粉質(zhì)質(zhì)量指數(shù)等指標(biāo)。

面團(tuán)的吸水率與小麥粉的蛋白質(zhì)含量、破損淀粉含量等因素息息相關(guān)，它能很大程度上影響?zhàn)z頭等面制品品質(zhì)。提高小麥粉的吸水率，可以緩解饅頭老化現(xiàn)象，從而延長(zhǎng)饅頭的保質(zhì)期。由表5可以看出，重組粉的吸水率沒(méi)有明顯的變化，這說(shuō)明m(Gli)/m(Glu)對(duì)吸水率沒(méi)有規(guī)律性的影響，這與司學(xué)芝等[16]發(fā)現(xiàn)添加Glu、Gli和谷朊粉后，對(duì)面粉的吸水率沒(méi)有明顯影響的結(jié)果相似。但Sissons等[17]卻發(fā)現(xiàn)添加Gli的弱筋粗粉的吸水率顯著降低。

面團(tuán)形成時(shí)間反映的是面團(tuán)的面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)充分形成所需要的時(shí)間。從表5可以看出，減小重組粉中的m(Gli)/m(Glu)，面團(tuán)形成時(shí)間呈先增大后減小的趨勢(shì)，當(dāng)m(Gli)/m(Glu)為1.20時(shí)達(dá)到最大峰值，形成時(shí)間為6.69 min。這一結(jié)論表明，在一定范圍內(nèi)降低小麥粉中的m(Gli)/m(Glu)，能提高面粉中面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成時(shí)間。

表5 面團(tuán)粉質(zhì)特性

面團(tuán)穩(wěn)定時(shí)間反映了面團(tuán)形成過(guò)程中面團(tuán)的抗剪切力，小麥粉中Glu的二硫鍵越牢固，面團(tuán)的抗剪切能力越強(qiáng)，面團(tuán)穩(wěn)定時(shí)間也越長(zhǎng)。穩(wěn)定時(shí)間都隨著m(Gli)/m(Glu)的降低先增加后減少，當(dāng)m(Gli)/m(Glu)為0.83時(shí)，面團(tuán)穩(wěn)定時(shí)間達(dá)到最大值14.77 min，當(dāng)m(Gli)/m(Glu)繼續(xù)降低，面團(tuán)的穩(wěn)定時(shí)間開(kāi)始下降。

面團(tuán)的弱化度是反映面筋結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度及面團(tuán)耐機(jī)械力強(qiáng)弱的指標(biāo)，弱化度越大，面團(tuán)易變軟發(fā)黏，不適宜加工。由表5可以看出，隨著m(Gli)/m(Glu)的減小，弱化度先顯著性減小，而后趨于平穩(wěn)。

綜合表5可知，降低小麥粉的m(Gli)/m(Glu)，在一定程度上可以提高小麥粉面團(tuán)的形成時(shí)間和穩(wěn)定時(shí)間，并顯著降低面團(tuán)的弱化度，但如果兩者比值過(guò)低，則對(duì)面團(tuán)有不良影響。這與Dangi等[18]的研究結(jié)果一致，他們指出將C306和PBW550的Glu摻入原小麥粉中可提高面團(tuán)形成時(shí)間和穩(wěn)定時(shí)間。這可能是由于高比例的Glu在面團(tuán)中形成了廣泛的分子間二硫鍵，整合了較大的聚合物，形成了強(qiáng)大而致密的面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致穩(wěn)定性增加[19-20]。

2.5 m(Gli)/m(Glu)對(duì)面團(tuán)拉伸特性的影響

面團(tuán)的拉伸特性表征面團(tuán)的延伸性、可塑性、強(qiáng)度及筋度。拉伸曲線面積表示拉伸面團(tuán)時(shí)所需要的總能量，拉伸曲線的面積越大，能量就越大；拉伸阻力表示面團(tuán)的筋力強(qiáng)弱，最大拉伸阻力表明面團(tuán)的韌性大小，一定的拉伸阻力可以維持面團(tuán)的體積，使面團(tuán)保持一定量的二氧化碳?xì)怏w，可用來(lái)評(píng)價(jià)面團(tuán)發(fā)酵性能的優(yōu)劣；延伸度與面團(tuán)形成、發(fā)酵過(guò)程中的氣泡增大以及發(fā)酵面食體積增大等有關(guān)；拉伸比例可以綜合反映面團(tuán)延展度和抗延展性。

表6反映了m(Gli)/m(Glu)對(duì)面團(tuán)拉伸特性的影響。由表6可以看出，m(Gli)/m(Glu)變化使面團(tuán)的拉伸特性呈現(xiàn)顯著改變。在3個(gè)醒面時(shí)間中，隨著m(Gli)/m(Glu)的減小，拉伸曲線面積先增大后減小。在醒面時(shí)間為45 min和90 min時(shí)，最大拉伸阻力隨著m(Gli)/m(Glu)的減小呈增大趨勢(shì)，但是醒面時(shí)間延長(zhǎng)至135 min時(shí)，最大拉伸阻力呈先增大后減小的趨勢(shì)，當(dāng)m(Gli)/m(Glu)為0.56時(shí)，最大拉伸阻力達(dá)到最大值458 BU。隨著m(Gli)/m(Glu)的下降，面團(tuán)的延伸度也呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。拉伸比例在醒面時(shí)間為45 min和90 min時(shí)，隨著m(Gli)/m(Glu)的減小呈增大趨勢(shì)，而時(shí)間延長(zhǎng)至135 min，拉伸比例達(dá)到最大值后又呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)。

3 結(jié)論

隨著m(Gli)/m(Glu)的減小，重組粉中的濕面筋含量呈明顯下降的趨勢(shì)，而面筋指數(shù)有上升趨勢(shì)；降落數(shù)值沒(méi)有呈規(guī)律性的變化。

面團(tuán)的峰值黏度、最低黏度、最終黏度隨著m(Gli)/m(Glu)的減小呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，回生值呈現(xiàn)波動(dòng)性減小，糊化溫度、衰減值沒(méi)有趨勢(shì)性變化。該現(xiàn)象表明減小m(Gli)/m(Glu)可提高淀粉的穩(wěn)定性和抗老化能力。

表6 面團(tuán)拉伸特性

重組粉的面團(tuán)形成時(shí)間和穩(wěn)定時(shí)間先增加后減小，而弱化度都隨著m(Gli)/m(Glu)的減小而減小，這表示Glu比例的提高增加了小麥粉的面筋結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和耐攪拌性能。

隨著重組粉中m(Gli)/m(Glu)的減小，拉伸曲線面積呈現(xiàn)先增大后減小的變化；延伸度呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)；醒面時(shí)間為45 min和90 min時(shí)，最大拉伸阻力和拉伸比例都增大，135 min時(shí)，兩者達(dá)到最大值后緩慢減小。