麥麩酚酸類物質(zhì)對面團(tuán)聚集態(tài)的影響

張慧娟，馮鈺琳，付冰冰，隋 妙，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)研究中心中國-加拿大食品營養(yǎng)與健康聯(lián)合實驗室（北京） 北京100048）

小麥?zhǔn)俏覈闹饕N植農(nóng)作物之一。小麥麩皮作為小麥加工后的主要副產(chǎn)物，含有膳食纖維以及豐富的強抗氧化活性物質(zhì)，具有極高的營養(yǎng)價值[1-3]。然而，麥麩粗糙苦澀的口感使其在食品工業(yè)中的深加工與利用度都受到極大的限制。若能對小麥麩皮進(jìn)行深加工和綜合利用，則會帶來很高的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益[4-5]。

麥麩中的酚酸類物質(zhì)如阿魏酸、咖啡酸、綠原酸、兒茶素等對于人體的健康有很大益處[6-8]，其中阿魏酸（Ferulic acid，F(xiàn)A）與咖啡酸（Caffeic acid，CA）是含量較高的2 類酚酸。FA 具有良好的抗輻射、抗氧化、抗菌、抗病毒和抗癌活性，還具有減緩慢性疾病的生理功效[7]。CA 又名3,4-二羥基肉桂酸，能夠起到收縮增固微血管，促進(jìn)凝血因子發(fā)揮功能的作用，還具有升高白血球和血小板的功效[8]。適量添加酚酸類物質(zhì)可以提升面制品的生理功效。Koh 等[9]研究發(fā)現(xiàn)，將FA 添加到面粉中會影響面團(tuán)的品質(zhì)，使得面團(tuán)的混合耐受性降低。Han等[10]研究表明，添加CA 會使面包體積明顯降低，面團(tuán)的流變學(xué)性質(zhì)也會受到影響。然而，目前關(guān)于不同添加量阿魏酸和咖啡酸對面筋蛋白影響的研究較少。

本文通過向面粉中添加單一的不同劑量的阿魏酸及咖啡酸制成面筋蛋白樣品，對其流變學(xué)、熱穩(wěn)定性、蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)以及微觀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等性質(zhì)進(jìn)行測定，探究阿魏酸和咖啡酸對面團(tuán)及面筋蛋白性質(zhì)的影響，為提高小麥麩皮利用度提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

富強高筋小麥粉，金沙河面業(yè)有限公司；溴化鉀，英國Specac 公司；二甲基硅油，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；阿魏酸、咖啡酸，上海麥克林有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

ME203E 電子天平，美國METTLER TOLEDO公司；HMJ-D3826 和面機(jī)，小熊電器股份有限公司；DHR-2 Discovery HR 流變儀，美國TA 儀器公司；Mixolab 谷物綜合特性測定儀，法國肖邦技術(shù)公司；Free Zone 真空冷凍干燥機(jī)，美國LABCONCO 公司；TGA 8000 熱重分析儀，Perkin Elmer 企業(yè)管理（上海）有限公司；DSC-60 Plus 差示掃描量熱儀，日本島津儀器公司；MA100C-000230V1 水分測定儀，德國sartorius 公司；JSM-6700F 掃描電子顯微鏡，日本電子公司；912A0607傅里葉變換紅外光譜儀，賽默飛世爾科技有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 混合面粉的制備

1）FA 組混合粉的制備 向100 g 高筋小麥面粉中分別添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05%，0.10%，0.15%，0.20%，0.25%的FA。

2）CA 組混合粉的制備 向100 g 高筋小麥面粉中分別添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05%，0.10%，0.15%，0.20%，0.25%的CA。

1.3.2 面筋蛋白的制備 稱取100 g 混合粉及60 g 水放入和面機(jī)中，揉混5 min 后，靜置醒發(fā)30 min，以便于面筋蛋白的形成。用去離子水洗滌，直到洗出的清水遇碘液不變藍(lán)色。將樣品放入-80℃的冰箱中冷凍保存，隨后將冷凍后的面筋蛋白置于凍干機(jī)中冷凍干燥48～72 h，得到凍干的面筋蛋白，磨粉過篩備用。

1.3.3 面團(tuán)熱機(jī)械學(xué)特性測定 混合實驗儀的設(shè)定參數(shù)需按照“Chopin+”標(biāo)準(zhǔn)：根據(jù)混合面粉的水分含量，稱取面粉與酚酸混合粉放入Mixolab 混合實驗儀的攪拌缽中攪拌測定，使加水后面團(tuán)總質(zhì)量為75 g。首先使面團(tuán)的扭矩達(dá)到1.1 N·m，保持30 ℃恒溫8 min，再以4 ℃/min 的升溫速度使樣品加熱到90 ℃，保持7 min，之后以4 ℃/min 的降溫速度冷卻至50 ℃，恒溫5 min。整個過程面團(tuán)攪拌速度保持在80 r/min。從Mixolab 試驗結(jié)果中可獲得面團(tuán)吸水率、黏度崩解值、C1-C5 扭矩值、面團(tuán)的形成時間、面團(tuán)的穩(wěn)定時間以及回生值等參數(shù)[11-13]。

1.3.4 面筋蛋白動態(tài)流變學(xué)測定 本試驗參照Tuhumury 等[14]的試驗方法稍作修改，將洗滌后的面筋蛋白揉成小球，放于流變儀的底盤中央進(jìn)行應(yīng)力掃描和頻率掃描流變學(xué)試驗，重復(fù)測定3 次。應(yīng)力掃描測量參數(shù)：頻率為1 Hz，應(yīng)力范圍為0.01%～10%。頻率掃描測量參數(shù)為：40 mm 圓形平板，溫度25 ℃，應(yīng)力為0.5%，頻率變化范圍為0.01～100 Hz，測定面筋蛋白的彈性模量（G′）、黏性模量（G′′）和損耗角正切值（tanδ）隨頻率的變化。參考王沛[15]的試驗方法，取10 Hz 時面筋蛋白的損耗角正切值tanδ 繪圖。

1.3.5 面筋蛋白熱力學(xué)性質(zhì)測定 熱重分析（TGA）參照Agnieszka 等[16]的方法稍作修改，稱取10 mg 左右的凍干面筋蛋白升溫至900 ℃，得到TGA 曲線，使用Pyris 軟件進(jìn)行分析，計算出樣品的熱降解溫度（Td）以及到達(dá)600 ℃時樣品的質(zhì)量損失。DSC 檢測方法參考Wang 等[17]的試驗方法進(jìn)行。試驗結(jié)束后得到的熱流變化曲線用TA60 Software Muse 程序計算面筋蛋白的熱變性焓值（△H）和熱變性溫度（Tp）。

1.3.6 傅里葉紅外光譜分析測定面筋蛋白二級結(jié)構(gòu) 將1～2 mg 面筋蛋白樣品及干燥溴化鉀粉末放入研缽，充分研磨混勻?；靹蚝蟮臉悠酚脡浩瑱C(jī)壓片后，使用FTIR 儀器對樣品進(jìn)行測定。試驗參數(shù)為：分辨率4 cm-1，掃描次數(shù)32 次，掃描范圍400～4 000 cm-1，每個樣品重復(fù)測定3 次。試驗得到的光譜用Omnic 軟件和PeakFit v4.12 軟件進(jìn)行分析。對酰胺I 區(qū)（1 600～1 700 cm-1）的吸收峰進(jìn)行基線校正，再進(jìn)行高斯去卷積，最后擬合出結(jié)果的二階導(dǎo)數(shù)，得到擬合出的各個子峰的峰面積百分含量以及各子峰的峰位置，根據(jù)峰位置找到子峰的歸屬后，將其峰面積進(jìn)行加和，得到的即為該二級結(jié)構(gòu)的百分含量[18-19]。

1.3.7 電鏡掃描觀察凍干面筋的微觀結(jié)構(gòu) 參照Gómez 等[20]的方法稍作修改。將凍干面筋蛋白小塊取出用小錘破裂，取其平滑的內(nèi)表面噴金鍍膜。將處理好的樣品立即放入電鏡載物腔內(nèi)，進(jìn)行抽真空處理，加壓至10 kV，放大倍數(shù)200×進(jìn)行觀察，選擇合適的觀察視野進(jìn)行拍照。

2 結(jié)果與分析

2.1 FA 和CA 添加量對混合面團(tuán)熱機(jī)械學(xué)特性的影響

Mixolab 混合實驗儀可以同時測定面團(tuán)的粉質(zhì)特性及淀粉的糊化特性[21-22]。由表1可知，與對照組相比，添加FA 后對面團(tuán)的吸水率、形成時間及黏度崩解值無顯著影響。然而FA 的添加顯著降低了面團(tuán)的穩(wěn)定時間，這可能是由于FA 的添加對于面團(tuán)中二硫鍵有還原作用，可以使得面團(tuán)在達(dá)到最佳的攪拌時間后崩潰，降低其穩(wěn)定性。隨著FA 添加量的增加，面團(tuán)的穩(wěn)定時間逐漸降低。FA 的添加還顯著升高了面團(tuán)的回生值?；厣当硎镜矸酆笥隼涑霈F(xiàn)淀粉分子重新排列并重結(jié)晶的現(xiàn)象，在宏觀上表現(xiàn)為淀粉糊凝膠化[23]。當(dāng)添加不同添加量的FA 后，面團(tuán)回生值顯著升高，表明添加FA 后，面團(tuán)的淀粉糊凝膠化程度變高，分子排列較有序。從表2可以看出，與對照組相比，添加不同濃度的CA 對面團(tuán)的吸水率、形成時間及黏度崩解值無明顯影響，而CA 的添加顯著縮短了面團(tuán)的穩(wěn)定時間，隨添加量的升高，面團(tuán)的穩(wěn)定性越差。CA 的添加也顯著升高了面團(tuán)的回生值，淀粉糊凝膠化程度變高，分子排列有序。

綜上所述，添加酚酸使得面團(tuán)的穩(wěn)定時間縮短，穩(wěn)定性被破壞，且隨著酚酸添加量的增加，穩(wěn)定性逐漸降低，這與Jackson 等[24]的研究結(jié)果一致。而添加酚酸會使面團(tuán)的回生值升高，表明FA和CA 會影響淀粉分子的晶體結(jié)構(gòu)，使得淀粉糊凝膠化程度變高，分子的排列變得較為有序，與王紅娜等[25]的研究結(jié)果一致。

表1 FA 對面團(tuán)熱機(jī)械學(xué)特性的影響Table 1 Effect of FA on thermomechanical properties of dough

表2 CA 對面團(tuán)熱機(jī)械學(xué)特性的影響Table 2 Effect of CA on thermomechanical properties of dough

2.2 FA 和CA 添加量對面筋蛋白動態(tài)流變學(xué)特性的影響

面制品的品質(zhì)與面團(tuán)的流變特性有很大關(guān)聯(lián)，而面團(tuán)中的面筋蛋白對于面團(tuán)的流變特性起決定因素。采用動態(tài)流變儀可以測出面筋蛋白的彈性模量（G′）以及黏性模量（G′′）隨掃描頻率變化而變化的具體情況，以此推測某些物質(zhì)在分子結(jié)構(gòu)方面的信息[26]。圖1、圖2分別表示添加不同含量的FA 和CA 后，面筋蛋白的彈性模量（G′）、黏性模量（G′′）的頻率掃描曲線圖。由圖1可得，F(xiàn)A 及CA 組面筋蛋白的黏彈性模量均隨掃描頻率的增加而增大。當(dāng)FA 添加量為0.20%和0.25%時，面筋蛋白的黏彈性模量略微高于對照組，而當(dāng)添加量小于0.20%時，黏彈性模量略低于對照組；當(dāng)CA 的添加量為0.15%，0.20%，0.25%時，面筋蛋白的黏彈性模量略高于對照組，而當(dāng)添加量小于0.15%時，面筋蛋白的黏彈性模量略低于對照組。這樣的結(jié)果可能是由于添加量太小而并未明顯影響面筋蛋白的黏彈性模量，對此可以進(jìn)行做后續(xù)試驗探究其原因。損耗角正切值tanδ 為G′′與的G′比值。tanδ 可以反映物料的黏彈性特征，體現(xiàn)樣品的理化性質(zhì)接近于固體還是液體，當(dāng)tanδ＜1 時表示樣品的品質(zhì)接近于固體，而當(dāng)tanδ＞1 則表示樣品的性質(zhì)近似流體[27]。tanδ 的變化可以表現(xiàn)出樣品聚合度的變化，當(dāng)tanδ 降低時，表示樣品聚合度增大，反之樣品的聚合度減小[9]。如圖3所示，本試驗所有試驗組的彈性模量（G′）均大于黏性模量（G′′），即面筋蛋白的tanδ 均小于1，說明面筋蛋白具有類似固體的性質(zhì)，與Khatkar 等[28]的試驗結(jié)果相同。而相比于對照組，F(xiàn)A 和CA 的添加對于面筋蛋白的tanδ 無明顯影響。

圖1 FA 和CA 對面筋蛋白彈性模量的影響Fig.1 Effect of FA and CA on the elastic modulus of gluten

圖2 FA 和CA 對面筋蛋白黏性模量的影響Fig.2 Effect of FA and CA on viscous modulus of gluten

圖3 FA 和CA 對面筋蛋白tanδ 的影響Fig.3 Effect of FA and CA on tanδ of gluten

2.3 FA 和CA 添加量對面筋蛋白熱力學(xué)性質(zhì)的影響

表3和表4是添加FA 和CA 對面筋蛋白熱力學(xué)性質(zhì)影響情況的結(jié)果。圖4為熱重分析的結(jié)果，其中a 和b 分別代表面筋蛋白的TGA 和DTG圖。由圖可知，與對照組相比，添加FA 和CA 后，熱降解溫度（Td）顯著下降，而600 ℃時的熱損失率顯著增高，均在添加量為0.25%時達(dá)到了最大值（FA 為74.15%±0.04%，CA 為74.79%±0.48%），說明添加FA 和CA 會使面筋蛋白原有的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，變得越來越松散，緊密度降低。從圖5可以看出，隨著FA 與CA 添加量的升高，面筋蛋白的熱變性焓值（ΔH）、熱變性溫度（Tp）均降低，在FA與CA 的添加量為25%時，面筋蛋白的熱變性焓值（ΔH）分別達(dá)到最小值，分別為（129.16±1.31）J/g和 （148.60±0.69）J/g，Tp分別為 （61.80±0.57），（55.38±0.95）℃。熱變性溫度（Tp）是用于評價材料的分子流動性和水化程度的重要指標(biāo)，熱變性溫度降低意味著材料發(fā)生解聚[18，29]。結(jié)果可以證明，加入FA 和CA 使得面筋蛋白的空間結(jié)構(gòu)變得松散無序。在DSC 結(jié)果中，熱變性焓值（ΔH）反映了材料的親水性與疏水性，從結(jié)果可以看出，隨著FA 和CA 添加量的增加，ΔH 顯著降低，表明面筋蛋白的疏水性逐漸下降，這可能是由于面筋蛋白內(nèi)部的水分競爭導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)展開，即FA 和CA 的添加量會顯著影響面筋蛋白的結(jié)構(gòu)。

圖4 FA 和CA 對面筋蛋白熱力學(xué)性質(zhì)的影響Fig.4 Effects of FA and CA on the thermodynamic properties of gluten

圖5 FA 和CA 對面筋蛋白DSC 的影響Fig.5 Effect of FA and CA on DSC of gluten

表3 FA 對面筋蛋白熱力學(xué)性質(zhì)的影響Table 3 Effect of FA on thermodynamic properties of gluten

（續(xù)表3）

表4 CA 對面筋蛋白熱力學(xué)性質(zhì)的影響Table 4 Effect of CA on thermodynamic properties of gluten protein

2.4 FA 和CA 添加量對面筋蛋白二級結(jié)構(gòu)的影響

表5及表6分別為添加FA 與CA 對面筋蛋白各二級結(jié)構(gòu)對應(yīng)峰面積占總峰面積的百分比。從結(jié)果可以看出，β-折疊是面筋蛋白的主要二級結(jié)構(gòu)，這與Bock 等[18]的研究結(jié)果相同。添加了FA和CA 明顯降低了面筋蛋白的β-折疊含量。據(jù)Ferrer 等[30]的研究表明，面筋蛋白中β-折疊越多，代表面筋蛋白結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定，且面筋蛋白結(jié)構(gòu)的有序性和α-螺旋的含量呈正相關(guān)，本試驗中對照組的β-折疊含量最高，達(dá)到88.58%±0.03%，說明對照組的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)最為穩(wěn)定。而添加FA 和CA后，β-折疊的含量隨添加量的升高逐漸降低，當(dāng)FA 與CA 的添加量為0.25%時，β-折疊的含量分別為81.72%±0.03%，83.23%±0.02%，說明添加FA 和CA 會使面筋蛋白結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性受到破壞，該試驗結(jié)果與面筋蛋白熱力學(xué)性質(zhì)檢測結(jié)果一致。隨著FA 及CA 添加量的增加，α-螺旋的含量逐漸下降，在達(dá)到最高添加量時，添加FA 與CA面筋蛋白α-螺旋結(jié)構(gòu)的含量分別為7.79%±0.04%，6.87%±0.04%，說明添加FA 和CA 降低了面筋蛋白結(jié)構(gòu)的有序性，使面筋蛋白的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)隨添加量的增加而逐漸變得混亂無序。

表5 FA 對面筋蛋白二級結(jié)構(gòu)的影響Table 5 Effect of FA on secondary structure of gluten

表6 CA 對面筋蛋白二級結(jié)構(gòu)的影響Table 6 Effect of CA on secondary structure of gluten

2.5 面筋蛋白微觀結(jié)構(gòu)觀察

通過電鏡掃描可以觀察到面筋蛋白的微觀結(jié)構(gòu)。從圖6可知，對照組的孔洞大小比較均勻整齊，孔洞邊緣較為平滑，面筋蛋白的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有序性較高。隨著FA 和CA 添加量的增加，相比于對照組面筋蛋白的穩(wěn)定性下降，孔洞損壞，邊緣變得粗糙不平整，有些地方結(jié)構(gòu)出現(xiàn)坍塌。分析電鏡掃描的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)A 和CA 的添加對于面筋蛋白的微觀結(jié)構(gòu)具有破壞作用。這一結(jié)果與熱重分析中面筋蛋白在600 ℃時的質(zhì)量損失率升高及面筋蛋白DSC 分析中熱變性溫度（Tp）降低的試驗結(jié)果一致。

圖6 FA 組和CA 組面筋蛋白微觀結(jié)構(gòu)圖Fig.6 Microstructure of gluten protein in group FA and CA

3 結(jié)論

添加FA 和CA 會對面團(tuán)及面筋蛋白的品質(zhì)造成影響。隨著FA 和CA 添加量的增加，面團(tuán)的穩(wěn)定時間逐漸縮短，回生值逐漸升高，F(xiàn)A 和CA使面團(tuán)的穩(wěn)定性及有序性顯著下降。動態(tài)流變學(xué)試驗中所有試驗組的損耗角正切值均小于1，即面筋蛋白具有類似固體的性質(zhì)，添加FA 和CA 后提升了面筋蛋白的黏彈性模量。熱力學(xué)試驗結(jié)果顯示FA 和CA 降低了面筋蛋白的熱降解溫度（Td）、熱變性溫度（Tp）及熱變性焓值（ΔH），在600℃時的熱降解溫度顯著降低。面筋蛋白二級結(jié)構(gòu)檢測結(jié)果表明，面筋蛋白二級結(jié)構(gòu)中β-折疊和α-螺旋含量均下降，即面筋蛋白穩(wěn)定性降低，結(jié)構(gòu)排列變得無序。觀察電鏡掃描結(jié)果可以看出，隨著FA 和CA 添加量的增加，相比于對照組面筋蛋白的穩(wěn)定性下降，孔洞損壞，邊緣變得粗糙不平整，部分結(jié)構(gòu)出現(xiàn)坍塌。