麥麩酚酸對(duì)面團(tuán)及面筋蛋白理化性質(zhì)的影響

張慧娟，靳程茗，呂世豪，劉書暢，王 靜，3*

（1 中國(guó)-加拿大品營(yíng)養(yǎng)與健康聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室（北京）北京100048 2 北京市食品添加劑工程技術(shù)研究中心（北京工商大學(xué)）北京100048 3 北京工商大學(xué)食品與健康學(xué)院 北京 100048）

全麥?zhǔn)称穼儆谌任锏姆懂?，比精制食品有更大的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，這是由于在麩皮中存在著獨(dú)特的促進(jìn)健康的成分[1-5]，特別是麥麩中的酚酸類物質(zhì)[6]，這些生物化學(xué)物質(zhì)可以提供除基本營(yíng)養(yǎng)之外的健康益處。

酚類化合物至少由一個(gè)酚環(huán)和一個(gè)羥基組成，屬于植物的次生代謝產(chǎn)物[7]。許多研究表明酚類化合物可以用作抗氧化應(yīng)激性疾病的抗氧化劑[8-10]。多酚可分成類黃酮類和非類黃酮類兩大類，類黃酮可分為黃烷醇、黃酮醇、花青素、黃酮、黃烷酮和查耳酮，非類黃酮包含二苯乙烯、酚酸、皂苷和單寧[11]。其中，酚酸是一類特殊的麥麩成分，對(duì)于促進(jìn)胃腸道健康具有重要意義，因此可以作為功能性食品的成分[12]。麥麩中的酚酸由兩大類組成：一類為羥基苯甲酸類如沒(méi)食子酸（Gallic acid，GA）、丁香酸（Syringic acid，SA）和香草酸（Vanillic acid，VA）[13]，另一類為羥基肉桂酸類如對(duì)香豆酸（p-Coumaric acid，p-CA）、咖啡酸（Caffeic acid，CA）和阿魏酸（Ferulic acid，F(xiàn)A）[14-15]。羥基肉桂酸比羥基苯甲酸具有更強(qiáng)的抗氧化活性[8]。

很多研究使用酚類物質(zhì)作為面制品中的強(qiáng)化劑開發(fā)功能性食品，尤其是酚酸。有研究表明，麥麩中存在的酚酸會(huì)對(duì)面團(tuán)和面筋蛋白產(chǎn)生一定的影響[16]。面筋蛋白可以通過(guò)二硫鍵、氫鍵和疏水鍵連接在一起，從而在肽鏈內(nèi)與酚類化合物形成交聯(lián)[17]，進(jìn)而影響面團(tuán)特性。研究表明小麥粉中添加FA 可減少面團(tuán)的混合時(shí)間并最大程度地提高面團(tuán)的混合耐受性，增加面團(tuán)的回生值、吸水率，增加游離巰基含量[18]。向小麥粉中添加CA、FA、SA和GA 會(huì)減少面團(tuán)混合時(shí)間、混合耐受性及對(duì)面團(tuán)延展的最大抵抗力[16，19]。張慧娟等[20]的研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)添加一定量的FA 和CA 時(shí)，會(huì)使得面團(tuán)的穩(wěn)定時(shí)間以及面筋蛋白的熱降解溫度、熱變性溫度和焓變降低，增加面團(tuán)的回生值和面筋蛋白的黏彈性模量，并且隨著添加量的增加微觀結(jié)構(gòu)變得混亂無(wú)序。不難發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)A 作為麥麩中含量最高的一種羥基肉桂酸，能夠改變面團(tuán)和面筋蛋白的性質(zhì)并受到較多的關(guān)注，其次CA 也被廣泛研究。目前對(duì)羥基苯甲酸的研究甚少，并且關(guān)于酚酸對(duì)面團(tuán)和面筋蛋白的研究范圍還不夠全面，不能更好地闡述它們之間的作用。本研究各選擇兩大類中較具代表性的酚酸CA、p-CA、GA、SA 為研究對(duì)象，闡述不同種類的麥麩酚酸對(duì)面團(tuán)和面筋蛋白的影響，為小分子酚酸在面制品中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

高筋小麥粉購(gòu)自金沙河面業(yè)集團(tuán)有限公司，水分含量13.1%，蛋白質(zhì)含量12.2%（N×5.7），脂肪含量2%。

咖啡酸、對(duì)香豆酸、沒(méi)食子酸、丁香酸、甲基硅油，上海麥克林生化科技有限公司，分析純級(jí)；冰醋酸、碘液，北京半夏科技發(fā)展有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

Mixolab 谷物綜合特性測(cè)定儀，法國(guó)Chopin公司；FreeZone 冷凍干燥機(jī)，美國(guó)Labconco 公司；Brookfield CT3025K 質(zhì)構(gòu)儀，美國(guó)Brookfield 公司；自動(dòng)差示掃描量熱儀DSC-60 Plus，日本島津公司；快速粘度分析儀，瑞典Perten 公司；DHR-2混合型流變儀，美國(guó)TA 儀器公司；TGA 8000 熱重分析儀，鉑金埃爾默股份有限公司；HMJ-D3826和面機(jī)，順德小熊電器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 混合粉的制備 將CA、p-CA、GA、SA 分別以0.05%，0.1%，0.2%，0.3%的添加量添加到高筋小麥粉中，充分混勻，制得混合粉。

1.3.2 面團(tuán)糊化特性 使用快速粘度儀測(cè)定加入25 mL 蒸餾水后混合面粉的糊化特性?；旌戏蹣悠窇腋∮谡麴s水中50 ℃維持1 min，再以12 ℃/min 加熱至95 ℃，隨后保持2.5 min 結(jié)束升溫程序。再以12 ℃/min 冷卻至50 ℃并保持2 min。

1.3.3 面團(tuán)熱機(jī)械學(xué)特性 使用Mixolab 谷物綜合測(cè)定儀測(cè)定面團(tuán)在加熱過(guò)程中蛋白質(zhì)和淀粉的性質(zhì)。試驗(yàn)儀器設(shè)定參數(shù)按照“Chopin+”標(biāo)準(zhǔn)：根據(jù)混合粉水分含量，計(jì)算要稱取的面粉的質(zhì)量，使加水后面團(tuán)總質(zhì)量為75 g。首先使面團(tuán)扭矩達(dá)到1.1 Nm，30 ℃恒溫保持8 min 后以4 ℃/min 的速度升溫至90 ℃，保持7 min，之后以4 ℃/min 的速度冷卻至50 ℃，恒溫保持5 min，整個(gè)過(guò)程面團(tuán)攪拌速度保持在80 r/min。

1.3.4 面筋蛋白的制備 參照Day 等[21]的方法稍作修改。向和面機(jī)中加入100 g 混合粉和60 mL蒸餾水于室溫下和面5 min 得到表面光滑的面團(tuán)，用保鮮膜包裹靜置30 min 醒發(fā)。充分醒發(fā)后的面團(tuán)用蒸餾水洗滌至洗出的清水遇碘不變藍(lán)，得到面筋蛋白樣品，將部分濕面筋取出用于測(cè)定流變學(xué)特性，其余進(jìn)行冷凍干燥，磨碎過(guò)80 目篩后得到面筋蛋白粉末。

1.3.5 面筋蛋白流變學(xué)特性 面筋蛋白的流變學(xué)特性根據(jù)Ma 等[22]的方法稍作修改。將1.3.4 節(jié)中制得的濕面筋的中心部位取3 g 面筋蛋白揉成小球放在流變儀平臺(tái)上，使上下平板間距為2 mm，切去多余的面筋蛋白，蓋上蓋子并在邊緣涂甲基硅油用來(lái)防止面筋蛋白干燥，在流變儀平臺(tái)上放置5 min 以平衡面筋蛋白內(nèi)部結(jié)構(gòu)。測(cè)量參數(shù)為：40 mm 圓形平板檢測(cè)探頭，25 ℃，頻率0.01～10 Hz。

1.3.6 面筋蛋白熱力學(xué)特性 面筋蛋白的熱力學(xué)性質(zhì)通過(guò)熱重分析儀（TGA 8000）和差示掃描量熱儀（DSC-60 Plus）進(jìn)行測(cè)定。根據(jù)Nawrocka等[23]的方法進(jìn)行熱重分析得到TGA 曲線，并用Pyris 軟件分析，檢測(cè)程序?yàn)椋?0 mg 左右面筋蛋白樣品，10 ℃/min 升溫速率，初始溫度為50 ℃，結(jié)束溫度為900 ℃。參考Wang 等[24]的檢測(cè)方法和程序得到樣品的DSC 曲線，檢測(cè)程序?yàn)椋?～3 mg 面筋蛋白樣品，以5 ℃/min 的升溫速率由30 ℃加熱至100 ℃。

1.3.7 面筋蛋白微觀結(jié)構(gòu)的測(cè)定 面筋蛋白的微觀結(jié)構(gòu)用掃描電子顯微鏡進(jìn)行觀察，取冷凍干燥的面筋蛋白小塊進(jìn)行噴金鍍膜。隨后將處理好的樣品立即放入電鏡載物腔內(nèi)抽真空，加壓至5 kV，選擇合適的放大倍數(shù)進(jìn)行觀察。

1.4 數(shù)據(jù)分析

所有試驗(yàn)重復(fù)3 次，試驗(yàn)數(shù)據(jù)用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差（x±s）來(lái)表示。采用SPSS Statistics 25 軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 CA、p-CA、GA、SA 對(duì)面團(tuán)糊化特性的影響

添加CA、p-CA、GA、SA 對(duì)混合粉糊化特性的影響見表1。峰值黏度可以衡量淀粉溶脹能力，發(fā)生在膨脹和聚合物浸出之間的平衡點(diǎn)[25]。衰減值與面團(tuán)的彈性、光滑性呈正相關(guān)關(guān)系，與淀粉顆粒的穩(wěn)定性、抗剪切力和耐攪拌力呈負(fù)相關(guān)關(guān)系?；厣的芊磻?yīng)淀粉的老化程度，回生值越高，淀粉越容易老化[26]。

表1 CA、p-CA、GA、SA 對(duì)面團(tuán)糊化特性的影響Table 1 Effects of CA，p-CA，GA and SA on the pasting properties of dough

p-CA 僅在添加量為0.1%時(shí)顯著增加了面團(tuán)的峰值黏度、最低黏度和終止黏度，顯著增長(zhǎng)（P<0.05）了6.62%，7.96%和5.42%，表明淀粉黏度升高。GA 雖沒(méi)有顯著改變（P>0.05）淀粉的黏度，但降低了回生值，抑制了淀粉的老化。面團(tuán)峰值黏度、最低黏度和終止黏度隨著CA 和SA 添加量的增加而降低，說(shuō)明糊化黏度降低，可能是由于CA和SA 破壞了變性蛋白質(zhì)與淀粉顆粒之間的分子間氫鍵[27-28]，從而降低了黏度。CA 在所有的添加量下均會(huì)使衰減值和回生值降低，說(shuō)明直鏈淀粉含量上升，淀粉顆粒更加穩(wěn)定且抑制了淀粉的老化。添加SA 時(shí)，面團(tuán)的衰減值呈現(xiàn)先降低后增加的趨勢(shì)，表明SA 在一定程度上能增強(qiáng)面團(tuán)的彈性和表面光滑性。綜上所述，羥基苯甲酸GA 和SA 能夠降低衰減值和回生值，由于苯甲酸側(cè)鏈具有雙鍵，能夠通過(guò)自由基機(jī)制與面團(tuán)相互作用[29]，這可能賦予了它們穩(wěn)定淀粉顆粒的能力。羥基肉桂酸CA和p-CA 具有不同的效果，可能與羥基含量不同有關(guān)。

2.2 CA、p-CA、GA、SA 對(duì)面團(tuán)熱機(jī)械學(xué)性質(zhì)的影響

Mixolab 可測(cè)量面團(tuán)的熱機(jī)械學(xué)特性，其具體參數(shù)及含義如表2 所示。添加CA、p-CA、GA、SA后對(duì)面團(tuán)熱機(jī)械學(xué)特性的影響見表3。CA、p-CA、GA、SA 在所有的添加量下均能顯著增加面團(tuán)的吸水率，且與添加量有一定的正相關(guān)關(guān)系。添加CA、p-CA、GA、SA 后面團(tuán)的穩(wěn)定時(shí)間顯著降低（P<0.05），因?yàn)榉铀釋?duì)二硫鍵的強(qiáng)還原作用，所以面團(tuán)在達(dá)到最佳攪拌時(shí)間后崩潰，穩(wěn)定性下降。黏度崩解值代表面團(tuán)的糊化穩(wěn)定性，添加CA、p-CA、GA、SA 后黏度崩解值沒(méi)有顯著性差異（P>0.05），表明都具有良好的糊化穩(wěn)定性，淀粉破損程度變化不大?；厣捣从沉嗣鎴F(tuán)中糊化后的淀粉分子重新排列并重結(jié)晶的現(xiàn)象，添加CA、p-CA、GA、SA 后回生值均隨著添加量的增加而增加，表明4種酚酸的加入在一定程度上促進(jìn)了淀粉分子的重新排列，使淀粉糊凝膠程度增高。綜上所述，添加羥基肉桂酸和羥基苯甲酸均會(huì)對(duì)面團(tuán)的熱機(jī)械學(xué)特性產(chǎn)生不利影響。

表2 Mixolab 混合實(shí)驗(yàn)儀的參數(shù)及含義[30]Table 2 Parameter and meaning of Mixolab mixing experimental instrument[30]

表3 CA、p-CA、GA、SA 對(duì)面團(tuán)熱機(jī)械學(xué)特性的影響Table 3 Effects of CA，p-CA，GA and SA on the thermal mechanical properties of dough

2.3 CA、p-CA、GA、SA 對(duì)面筋蛋白動(dòng)態(tài)流變特性的影響

對(duì)制備的面筋蛋白樣品進(jìn)行動(dòng)態(tài)振蕩流變學(xué)測(cè)量，結(jié)果如圖1 和圖2 所示。tanδ=G″/G′，代表樣品中高聚物的變化趨勢(shì)和化合物的聚合程度。從圖1 可以看出，所有面筋蛋白樣品的彈性模量均大于黏性模量，說(shuō)明tanδ 均小于1，具有類似固體的性質(zhì)。總體上CA、p-CA、GA、SA 組的面筋蛋白均表現(xiàn)出明顯更高的G′和G″，表明添加4 種酚酸后的面筋蛋白具有更大的黏彈性。然而當(dāng)CA和SA 的添加量為0.05%時(shí)，G′和G″在部分或全部頻率下低于對(duì)照組，說(shuō)明低添加量的CA 和SA降低了面筋蛋白的黏彈性?？赡苁荂A 和SA 的羥基更多，增加了與面筋蛋白的結(jié)合度，從而增加了面筋蛋白的黏彈性。然而低劑量的酚酸與面筋蛋白的結(jié)合能力較弱，因此增加程度不明顯。

圖1 CA、p-CA、GA、SA 對(duì)面筋蛋白彈性模量（a、c）與黏性模量（b、d）的影響Fig.1 Effects of CA，p-CA，GA，SA on the elasticity modulus（a，c）and viscous modulus（b，d）of gluten proteins

圖2 CA、p-CA、GA、SA 對(duì)面筋蛋白tanδ 的影響Fig.2 Effects of CA，p-CA，GA，SA on the tanδ value of gluten proteins

當(dāng)tanδ 降低，表明樣品組分中高聚物的含量增加或者化合物的聚合度增大。從圖2 可以看出，多數(shù)情況下的tanδ 值均低于對(duì)照組，表明面筋蛋白中高聚物含量增加，固體性質(zhì)增強(qiáng)。據(jù)2.2 節(jié)可知，面團(tuán)的穩(wěn)定時(shí)間有所降低，同樣表明酚酸參與了面筋蛋白在解聚-重聚的過(guò)程，促進(jìn)面筋蛋白的聚集。綜上所述，羥基苯甲酸和羥基肉桂酸均具有增加面筋蛋白黏彈性和高聚物含量的能力。

2.4 CA、p-CA、GA、SA 對(duì)面筋蛋白熱力學(xué)性質(zhì)的影響

面筋蛋白樣品的DSC 和TGA 分析結(jié)果分別如圖3 和圖4 所示。由表4 可知，當(dāng)添加p-CA時(shí)，面筋蛋白的熱降解溫度（Td）值與對(duì)照組相比降低，而隨著添加量的增加，降低程度有所緩解，說(shuō)明對(duì)香豆酸在一定程度上可以增加面筋蛋白的熱穩(wěn)定性。而添加CA、GA 后，面筋蛋白的Td值與對(duì)照組相比均顯著升高（P<0.05），且隨著添加量的增加而增大。添加SA 后，隨著添加量增加，面筋蛋白的Td值呈現(xiàn)先降低后增加的趨勢(shì)，說(shuō)明小劑量的丁香酸有增強(qiáng)面筋蛋白熱穩(wěn)定性的作用。質(zhì)量損失率可以反映面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的變化，質(zhì)量損失率越低表示面筋網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)更加致密有序。與對(duì)照組相比，SA 組面筋蛋白質(zhì)量損失率只有在添加量為0.3%時(shí)顯著降低（P<0.05），說(shuō)明高劑量的丁香酸能使面筋網(wǎng)絡(luò)更緊密。添加GA、p-CA 和CA 后面筋蛋白的質(zhì)量損失率與對(duì)照組相比均增加，說(shuō)明面筋蛋白的結(jié)構(gòu)更加松散無(wú)序。

圖4 CA、p-CA、GA、SA 對(duì)面筋蛋白的DSC 曲線的影響Fig.4 Effects of CA，p-CA，GA，SA on the DSC curves of gluten proteins

表4 CA、p-CA、GA、SA 對(duì)面筋蛋白熱力學(xué)性質(zhì)的影響Table 4 Effects of CA，p-CA，GA，SA on the thermodynamic properties of gluten proteins

熱變性溫度（Tp）在一定程度上反映了材料的聚集性。從表4 中可以看出p-CA 組的Tp值與對(duì)照組相比隨著添加量的增大呈現(xiàn)先降低后增加的趨勢(shì)，說(shuō)明p-CA 可以在一定程度上促進(jìn)面筋蛋白的聚集。而添加CA、GA 及SA 后面筋蛋白的Tp降低，表明面筋網(wǎng)絡(luò)的空間結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，面筋強(qiáng)度降低，變得更加松散和無(wú)序，蛋白更容易變性。綜上所述，除p-CA 以外，其余3 種酚酸均能夠增加Td值、降低Tp值，說(shuō)明它們降低了面筋蛋白的熱穩(wěn)定性并使面筋強(qiáng)度減弱。

2.5 CA、p-CA、GA、SA 對(duì)面筋蛋白微觀結(jié)構(gòu)的影響

采用放大300 倍的掃描電鏡觀察面筋蛋白的微觀結(jié)構(gòu)，結(jié)果如圖5 所示。面筋蛋白呈現(xiàn)出三維多孔網(wǎng)絡(luò)狀的結(jié)構(gòu)，其中對(duì)照組面筋蛋白的孔洞致密、邊沿光滑、形狀及分布相對(duì)平均。添加CA、p-CA、GA、SA 后的面筋蛋白原本均勻致密的微觀結(jié)構(gòu)遭到了破壞，并且這種破壞程度隨添加量的增加而增大，表明添加CA、p-CA、GA、SA 會(huì)改變面筋蛋白的結(jié)構(gòu)、降低面筋蛋白的品質(zhì)。在p-CA、SA 添加量較?。?.05%）時(shí)，有助于面筋蛋白維持穩(wěn)定的構(gòu)象。CA、GA 由于其較強(qiáng)的氧化能力會(huì)使得添加量非常小時(shí)仍能導(dǎo)致面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的坍塌破壞。酚酸對(duì)面筋蛋白削弱能力可能是由于它們對(duì)多酚和面筋蛋白相互作用引起的蛋白質(zhì)的收斂作用[31]，后續(xù)可以通過(guò)確定巰基/二硫鍵（SH/SS）交換反應(yīng)、粒徑分布、構(gòu)象、表面疏水性、分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。這與黃蓮燕[32]研究發(fā)現(xiàn)添加阿魏酸的面筋蛋白微觀結(jié)構(gòu)也隨阿魏酸添加量的增加而坍塌得更嚴(yán)重，呈現(xiàn)出混亂的片狀結(jié)構(gòu)的結(jié)果一致。

圖5 CA、p-CA、GA、SA 對(duì)面筋蛋白微觀結(jié)構(gòu)的影響（×300）Fig.5 Effects of CA，p-CA，GA，SA on the microstructures of gluten proteins（×300）

3 結(jié)論

添加CA、p-CA、GA、SA 會(huì)對(duì)面團(tuán)中淀粉的糊化黏度、顆粒穩(wěn)定性和老化有不同程度的影響。酚酸的加入會(huì)加速面團(tuán)的分解，表現(xiàn)為降低淀粉的糊化黏度和顆粒穩(wěn)定性、促進(jìn)淀粉的老化以及增加淀粉糊凝膠程度。對(duì)面團(tuán)的糊化和熱機(jī)械學(xué)特性均有不利影響。4 種酚酸的加入使面筋蛋白具有更大的黏彈性，并增加了高聚物的含量，促進(jìn)了面筋蛋白的聚集。具有降低面筋蛋白熱穩(wěn)定性并減弱面筋強(qiáng)度的能力。對(duì)面筋網(wǎng)絡(luò)的破壞程度均隨著添加量的增加而增大，能改變面筋蛋白的結(jié)構(gòu)并降低其品質(zhì)。本研究明確了CA、p-CA、GA、SA 對(duì)面團(tuán)和面筋蛋白理化性質(zhì)的影響，為酚酸在面制品中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。