增筋剂对小麦面筋蛋白持水力影响研究

琚亚丽，刘国琴*，，阎乃珺，陈 洁

（1.河南工业大学 粮油食品学院，河南 郑州 450001；2.华南理工大学 轻工与食品学院，广东 广州 510640）

0 引言

随着生产技术日益成熟以及人们生活节奏的加快，速冻面团制品如面条、水饺等具有中国传统特色的食品因食用方便，较之油炸方便制品更具营养价值，符合现代快节奏的生活方式，受到广大消费者的青睐.然而冷冻面团在实际生产和低温贮藏过程中易受冰晶影响对面团组织造成机械损伤，破坏面筋网络结构，同时低温条件下酵母发酵力弱，从而导致速冻面制成品抗冻裂能力差，蒸煮品质差，口感下降等问题[1].面粉是速冻面团成品的主要原料，其中湿面筋的含量是影响速冻面团成品的主要因素，含量过低导致承受冰晶应力能力弱，含量过高结构力太强，对口感有不良影响[2].要解决以上问题，可通过适当添加一些食品添加剂来改善.食品增筋剂具有增稠、稳定、胶凝以及保水等特性[3]，进而改善食品外观和口感，其中食用聚丙烯酸钠[4]和土豆淀粉[5]突出的膨胀性、增稠性、保鲜等特性作为面包、面条、火腿肠等的食品胶被广泛应用.聚丙烯酸钠是一类聚阴离子高分子的电解质，可增大面筋蛋白等生物大分子的静电斥力，同时与面筋结构内外渗透压共同作用促进吸水；而改性淀粉具有极其优越的水亲和力，同时淀粉分散于面筋网络结构内部吸水膨胀带动面筋支架扩张，进一步提高面筋持水力.笔者重点研究聚丙烯酸钠和马铃薯醋酸酯淀粉对小麦面筋蛋白的改性效果，初步探索经改性后的小麦面筋蛋白持水力的变化，以期提高小麦面筋蛋白的抗冻能力，减少冷冻面制品的开裂，促进冷冻面制品更快更好地发展.

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

谷朊粉：河南省莲花面粉有限公司；聚丙烯酸钠（简称PAANa）：山东玖龙环保科技公司；马铃薯醋酸酯淀粉：佛山市华昊华丰淀粉有限公司；氢氧化钠、无水碳酸钠、碳酸钾等均为分析纯.

HJ-6 数显恒温磁力搅拌器：金坛市华峰仪器有限公司；AL204 精密电子天平：梅特勒-托利多仪器有限公司；TDL-40B 低速台式大容量离心机：上海安亭科学仪器总厂；DHG-9076A 电热恒温鼓风干燥箱：上海精密实验设备有限公司；旋涡混合器：上海比朗仪器有限公司；722S 分光光度计：上海精密仪器有限公司；DZKW-4 电子恒温水浴锅：北京中兴伟业仪器有限公司；LGJ-18 冷冻干燥机：北京松源华兴科学仪器有限公司.

1.2 方法

1.2.1 小麦面筋蛋白基本品质指标的测定

含水量的测定：烘干法GB/T 5497—1985.

灰分的测定：马弗炉测定法GB/T 5512—2008.

粗脂肪含量的测定：索氏抽提法GB/T 5512—2008.

粗蛋白含量的测定：微量凯氏定氮法GB/T 5511—2008.

1.2.2 改性样品处理

称取5.00 g 谷朊粉，磁力搅拌下缓慢加入到一定量的水溶液中，注意避免结块.按比例加入一定量的盐、碱以及增筋剂后，最终配制成200 mL混合溶液，常温下磁力搅拌反应一定时间后，冷冻干燥即得改性蛋白样品.

1.2.3 小麦面筋蛋白持水力的测定[6]

称取5.00 g 的样品蛋白加入恒重称量后的离心管中，加水溶解，同时不断用玻璃棒搅拌均匀，持续搅拌0.5 h，放入离心机中以4 000 r/min 离心10 min，倒掉上清液，称量离心管和沉淀质量，将数据带入下面公式即得持水力.

持水力（g/g）=[（离心管质量+沉淀质量）－（离心管质量+样品质量）]/样品质量.

2 结果与讨论

2.1 小麦面筋蛋白的理化指标（表1）

表1 小麦面筋蛋白理化指标

2.2 单因素试验结果与分析

单因素试验考察盐配比（m（Na2CO3）∶m（K2CO3））、盐添加量、碱（NaOH）添加量、增筋剂加入量以及搅拌时间对小麦面筋蛋白持水力的影响.

2.2.1 盐配比对小麦面筋蛋白持水力的影响

固定盐（Na2CO3和K2CO3）添加量1.0%，碱添加量0.5%，PAANa 添加量0.01%，马铃薯醋酸酯淀粉添加量0.3%，搅拌时间60 min，改变盐配比，同时不加入增筋剂，其他条件相同，设置对照组.考察两种增筋剂在不同盐配比下对小麦面筋蛋白持水力的影响，结果见图1.

图1 盐配比对小麦面筋蛋白持水力的影响

由图1 可以看出，经增筋剂改性后，小麦面筋蛋白的持水力明显改善；而盐配比对于改性前后小麦面筋蛋白持水力的影响都不十分显著.其中，未改性小麦面筋蛋白的持水力呈现为上升趋势，马铃薯醋酸酯淀粉改性小麦面筋蛋白的持水力基本无变化，PAANa 改性小麦面筋蛋白的持水力呈现略下降趋势.这可能是由于盐可引入部分电荷，使得面筋蛋白网络结构舒展，加盐的小麦面筋蛋白持水力略有增加；而PAANa 为线性高分子聚合物，溶于水后产生大量负电荷，提高静电斥力，同时与渗透压作用协同扩张吸水，但是Na+对PAANa 黏度有负影响，阻碍PAANa 线性分子链的伸张[7]，继而影响小麦蛋白的持水力；马铃薯醋酸酯淀粉极易与水结合，而盐的种类对其性质影响不大[8].

2.2.2 盐添加量对小麦面筋蛋白持水力的影响

固定盐配比m（Na2CO3）∶m（K2CO3）=1∶9，碱添加量0.5%，PAANa 添加量0.01%，马铃薯醋酸酯淀粉添加量0.3%，搅拌时间60 min，改变盐添加量，同时不添加这两种增筋剂，其他条件相同，设置对照组.考察两种增筋剂在不同盐添加量下对小麦面筋蛋白持水力的影响，结果见图2.

图2 盐添加量对小麦面筋蛋白持水力的影响

盐可使面团中的面筋质地变密，锁水能力增加，进而增加面筋的弹性和筋力[9].为适度调整面制品的结构、质地、口感和风味，选定盐在面筋蛋白中的添加量为0.3%～1.0%.由图2 可以看出，添加增筋剂前后，小麦面筋蛋白持水力都随着盐添加量的增加而增加，在盐添加量为1.0%均达到最大值，这可能是由于少量盐的添加引入了适量电荷，促进面筋蛋白亲水性基团外露，持水力增加；当盐添加量大于0.5%之后，经PAANa 改性的小麦面筋蛋白的持水力比马铃薯醋酸酯淀粉改性的小麦面筋蛋白的持水力更好，这可能是由于随着盐添加量的增加，对面筋结构收敛作用凸显出来，同时PAANa 的链条随着盐引入电荷量的增加，促进PAANa 快速充分舒张，促使面筋聚合物周围渗透压增加，吸水能力增强[8-9].

2.2.3 碱添加量对小麦面筋蛋白持水力的影响

固定盐配比m（Na2CO3）∶m（K2CO3）=1∶9，盐添加量1.0%，PAANa 添加量0.01%，马铃薯醋酸酯淀粉添加量0.3%，搅拌时间60 min，改变碱添加量，同时不添加这两种增筋剂，其他条件相同，设置对照组，结果见图3.

图3 碱添加量对小麦面筋蛋白持水力的影响

由图3 可以看出，在碱添加量0.3%～1.0%范围内，未添加增筋剂时，小麦面筋蛋白的持水力随着碱的加入先增加后趋于稳定，这可能是由于少量碱的加入可促使小麦面筋蛋白微量水解，使其某些卷曲的线性链伸展开来，面筋网络结构舒张，表现为小麦面筋蛋白的持水力都随着碱添加量的增加而增加[9]，当碱添加量超过0.5%后，碱对面筋蛋白起到收敛作用[10]，从而硬化了面筋结构，综合的效果是小麦面筋蛋白的持水力稳定不变；经马铃薯醋酸酯淀粉改性后，小麦面筋蛋白的持水力随着碱的增加而增加，这可能是由于碱可以促进马铃薯醋酸酯淀粉与小麦面筋蛋白粘连，使小麦面筋蛋白的膨胀势增加，从而使得经马铃薯醋酸酯淀粉改性后的小麦面筋蛋白持水力随着碱添加量增加而上升；PAANa 添加后随着碱添加量增加而呈现下降趋势，这可能是由于碱量过多时对PAANa 的黏度有负面影响[8]，在一定程度上抑制了PAANa 对小麦面筋蛋白持水力的增效作用，因此碱不利于PAANa 改性小麦面筋蛋白功能性质的改善.

2.2.4 PAANa 添加量对小麦面筋蛋白持水力的影响

固定盐配比m（Na2CO3）∶m（K2CO3）=1∶9，盐添加量1.0%，碱添加量0.3%，搅拌时间60 min，改变PAANa 添加量.考察不同PAANa 添加量对小麦面筋蛋白持水力的影响，结果见图4.

图4 PAANa 添加量对小麦面筋蛋白持水力的影响

我国PAANa[11]在食品中的最大添加量为0.2%[12]，因此选定PAANa 添加范围在0.005%～0.040%内.由图4 可以看出，小麦面筋蛋白持水力随着PAANa 添加量的增加先增加后减小，PAANa 添加量为0.030%时达到最大值；PAANa 是一种线状、可溶性的高分子化合物，溶于水后，分子中羧基电离后产生大量负电荷，增大了生物大分子聚合物内的静电斥力，同时强大的静电斥力可促使面筋蛋白等生物大分子聚合物的聚合物链伸展，网络结构在静电力和渗透压的作用下不断扩张，带动水分进入面筋蛋白网络结构中，从而提高了面筋蛋白的持水力，所以随着PAANa 的添加，改性后面筋蛋白的持水力上升，但添加量过多改性溶液的整体黏度上升，可能会影响PAANa 的线状链条充分伸展，阻碍到小麦面筋蛋白网络结构的充分伸张，进而影响吸水，整体表现出持水力下降.

2.2.5 马铃薯醋酸酯淀粉添加量对小麦面筋蛋白持水力的影响

固定盐配比m（Na2CO3）∶m（K2CO3）=1∶9，盐添加量1.0%，碱添加量1.0%，搅拌时间60 min，改变马铃薯醋酸酯淀粉添加量，结果见图5.

由图5 可以看出，小麦面筋蛋白持水力随着马铃薯醋酸酯淀粉[13]添加量的增加先增加后减小，马铃薯醋酸酯淀粉添加量为0.45%时达到最大值；由于马铃薯醋酸酯淀粉具有极优越的水结合能力，其适量添加可与小麦面筋蛋白粘连，从而使小麦面筋蛋白的吸水能力增加，但添加量过多可能会使淀粉吸水过分胀大，面筋蛋白网络支架结构被破坏导致持水力下降.

图5 马铃薯醋酸酯淀粉添加量对小麦面筋蛋白持水力的影响

2.2.6 搅拌时间对小麦面筋蛋白持水力的影响

固定盐配比m（Na2CO3）∶m（K2CO3）=1∶9，盐添加量1.0%，碱添加量1.0%，PAANa 添加量0.030%，马铃薯醋酸酯淀粉添加量0.45%，搅拌时间60 min，改变搅拌时间，同时不添加这两种增筋剂，其他条件相同，设置对照组.考察搅拌时间对小麦面筋蛋白持水力的影响，结果见图6.

图6 搅拌时间对小麦面筋蛋白持水力的影响

由图6 可以看出，添加两种增筋剂后，小麦面筋蛋白的持水力都有所提高，其中添加PAANa 后小麦面筋蛋白的持水力最好；当搅拌时间为60 min 时，改性前后小麦面筋蛋白的持水力都已达到最大值.搅拌时间过长，面筋网络结构可能会遭受破坏，导致持水力下降.综合经济效益，以搅拌时间60 min 为最佳.

2.3 正交试验结果与分析

2.3.1 PAANa 改性小麦面筋蛋白的正交试验结果与分析

通过上述单因素试验，可以看出盐添加量（m（Na2CO3）∶m（K2CO3）=1∶9）、碱添加量、PAANa 添加量和搅拌时间对PAANa 改性后小麦面筋蛋白持水力的影响较大，因此设计了正交试验，结果如表2所示.

表2 PAANa 改性小麦面筋蛋白的正交试验结果

由表2 中的极差R 可知，影响PAANa 改性小麦面筋蛋白的主次因素依次为A＞B＞C＞D，即：PAANa 添加量＞碱的添加量＞盐的添加量＞搅拌时间.正交试验结果的极差分析还可以得出PAANa改性小麦面筋蛋白的最佳工艺条件为A3B1C3D2，即PAANa 添加量为0.03%，碱添加量为0.4%，盐添加量为1.0%，磁力搅拌时间为40 min.

2.3.2 马铃薯醋酸酯淀粉改性小麦面筋蛋白的正交试验结果与分析

通过上述单因素试验，可以看出盐添加量（m（Na2CO3）∶m（K2CO3）=9∶1）、碱添加量、马铃薯醋酸酯淀粉添加量和搅拌时间对马铃薯醋酸酯淀粉改性小麦面筋蛋白的影响作用较大，因此设计了正交试验，结果如表3 所示.

由表3 中的极差R 可知，影响马铃薯醋酸酯淀粉改性小麦面筋蛋白的主次因素依次为A＞D＞C＞B，即马铃薯醋酸酯淀粉添加量＞搅拌时间＞碱添加量＞盐添加量.正交试验结果的极差分析还可以得出马铃薯醋酸酯淀粉改性小麦面筋蛋白持水力的最佳工艺条件为A2B2C3D1，即马铃薯醋酸酯淀粉添加量为0.45%，盐添加量为1.0%，碱添加量为1.0%，磁力搅拌时间为60 min.

4 结论

通过单因素试验和正交试验分析结果可得出：PAANa 改性小麦面筋蛋白的最佳工艺条件为盐配比m（Na2CO3）∶m（K2CO3）=1∶9，盐添加量1.0%，碱（NaOH）添加量0.4%，PAANa 添加量0.03%，磁力搅拌时间为40 min，此时经PAANa 改性后小麦面筋蛋白的持水性达到5.230 g/g，是未改性小麦面筋蛋白持水力的3.2 倍.

表3 马铃薯醋酸酯淀粉改性小麦面筋蛋白的正交试验结果

马铃薯醋酸酯淀粉改性小麦面筋蛋白的最佳工艺条件为盐配比m（Na2CO3）∶m（K2CO3）=9∶1，盐添加量1.0%，碱（NaOH）添加量1.0%，马铃薯醋酸酯淀粉添加量0.45%，磁力搅拌时间60 min，此时经马铃薯醋酸酯淀粉改性后小麦面筋蛋白的持水性达到3.699 g/g，是未改性小麦面筋蛋白持水力的2.24 倍.

在最优改性工艺条件下，经PAANa 改性小麦面筋蛋白持水力是经醋酸酯变性马铃薯醋酸酯淀粉改性后小麦面筋蛋白持水力的1.41 倍.

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