γ-聚谷氨酸对面团性质及面条质构特性的影响

李超然，吴 坤，刘燕琪，周玉瑾，李梦琴

(1.河南农业大学食品科学技术学院，河南郑州450002;2.河南农业大学生命科学学院，河南郑州450002)

γ-聚谷氨酸(Poly-γ-glutamic acid，γ-PGA)是一种谷氨酸大分子聚合物，分子量在10～200万，由D-谷氨酸或L-谷氨酸通过α-氨基和γ-羧基形成γ-酰胺键连接而成，其侧链易形成游离羧基，是一种天然阴离子.γ-PGA具有良好的水溶性和生物降解性，且降解产物谷氨酸单体可被人体吸收利用，无毒害作用，在食品领域可作为冰淇淋稳定剂，特殊食品抗冻剂［1］，果蔬保鲜剂;添加于面制品中可防止淀粉老化，改善淀粉结构，保持食品形状［2］;应用于焙烤制品中有利于改善其质构特性［3］;在油炸型面点中可控制油脂摄入和水分损失［4］，改善食品口感，减少苦味物质形成［5］.同时，由于分子量较大且侧链上具有游离的羧基，易产生吸附作用，γ-PGA还能够控制重金属对人类的危害［6，7］，它与钙离子螯合可作为钙离子缓释补充剂［8］，并能促进维生素在小肠中的吸收［9］.γ-PGA是纳豆粘性胶体的主要成分，天然安全，日本已将其列入促进矿物质吸收的保健成份表，其他国家也开展了相关的研究.γ-PGA作为一种新型且具有一定功能性的食品添加剂，国内的应用研究多处于试验室阶段，而将其添加在于面制品中研究面团流变性和制品质构的研究国内尚未见报道.面条制品是中国及亚洲其他国家地区城乡居民的主要食品之一，目前挂面已成为国内产量最大、覆盖面最广的方便食品.本研究选择生物法制备的γ-PGA，以挂面作为γ-PGA添加的载体，研究添加γ-PGA后面团流变性和糊化特性的变化，同时分析其添加对挂面质构特性变化的影响，并对面团流变性、糊化特性及面条质构特性的主要特征指标的关系进行相关性分析，以期为γ-PGA在面制品中的应用提供参考.

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

小麦粉:郑州金苑面粉厂提供;γ-PGA:试验室自制.

1.2 主要试验仪器

B5D双功能搅拌机(广东省番禹市华粤电器厂);101-2AB电热鼓风干燥箱(天津市泰斯特仪器有限公司);DMT-5电动家用面条机(龙口市复兴机械有限公司);程控人工气候箱(上海精宏试验设备有限公司);JFZD型电子式粉质仪(北京东方孚德技术发展中心);JMLD面团拉伸仪(北京东方孚德技术发展中心);Q20差式扫描量热仪(美国TA仪器公司);TA-XA PLUS物性测试仪(英国Stable micro systems公司).

1.3 试验方法

在面粉中分别添加质量分数为 0.05%，0.10%，0.15%，0.20%，0.25% 的 γ -PGA，混匀后备用.

1.3.1 粉质和拉伸曲线测定 参考赵文华等［10］的方法，分别测定5组混合粉和空白面粉的粉质曲线与拉伸曲线.

1.3.2 DSC测定 称取备用样品1.0 g，配制成含水60%的糊状物，混合均匀后取适量于不锈钢坩埚中，使样品均匀平铺在坩埚底部，压样机密封，置于差式扫描量热(Differential scanning calorimetry，DSC)分析仪中.

参数设定:N2气压0.2 MPa，气流量20 mL·min-1，DSC分析仪升温速率5℃· min-1，曲线温度范围为25～100℃，密封空白高压不锈钢坩埚作为对照.

采用TA-Universal-Analysis软件记录和分析吸热曲线上的起始温度(On-set temperature，t0)、峰值温度(Peak maximum temperature，tp)、结束温度(Conclusion temperature，tc)和热焓值(Enthalpy of transition，ΔH).

1.3.3 面条的制作 1)和面:空白面粉和混合粉中均按加水量38%，加盐量2%的比例加入温度为30℃的食盐水，在和面机上搅拌15 min.2)熟化:面絮转移入自封袋中，25℃密闭熟化30 min.3)复合压片:压片过程参考 SB/Tl0137—1993，每辊合片2次，共压过5道辊后切条，控制面条最终厚度为1.0 ～1.2 mm，宽 2.0 mm.4)干燥:三段式干燥法［11］.

1.3.4 面条煮后质构特性测定 面条煮后质构特性测定包括感官评定和质构测试.感官评定方法参考SB/Tl0137—1993，质构测试指标为 TPA、拉伸、剪切，试验方法参考孙彩玲等［12］的研究，TPA选择P50探头测试.

1.4 数据处理

用Excel及SPSS13.0软件进行数据分析，用Excel及Origin8.5作图并进一步分析.

2 结果与分析

2.1 γ-PGA对面团流变性的影响

粉质分析是国际公认的评价面团流变学特性的重要方法，它主要反映面团形成过程中揉混特性，与面团蛋白质含量、沉降值、面包烘焙品质等指标关系显著，面团形成后的流变特性可结合拉伸仪测定.试验测定不同添加量的γ-PGA对面团流变 性的影响，结果见表1和表2.

表1 γ-PGA对面粉粉质特性的影响Table 1 Effect of γ-PGA on the farinography parameters of wheat dough

由表1可以看出，在试验添加范围内，γ-PGA对面粉粉质各指标的影响不大，但添加γ-PGA后粉质特性指标均高于原面粉.各指标中除弱化度外，其他测定值都呈现出先增大后减小的基本趋势，且在添加量为0.15%时弱化度出现最小值，其他指标则为最大值.添加γ-PGA能改善原面粉的粉质特性，增大面团黏度，且添加量为0.15%时面团的耐加工性高.由表2可知，随着添加量的增加，面团的拉伸曲线面积(Tensile curve area，A)、拉伸阻力(Extension resistance，R)、最大拉伸阻力(Maximum resistance，Rm)、拉伸比(R/E)等较空白均有所增加，而延伸度(Extensibility，E)则下降.其中，拉伸曲线面积与拉伸比都有先增大后减小的趋势，且在添加量0.10%时出现最大值，面团的拉伸性能最好.

综上所述，由于γ-PGA易溶于水，形成有粘弹性的弱凝胶，对改善面团流变性起一定作用，面团流变性提高且添加量为0.10% ～0.15%时较好.但整体而言，面团流变学特性变化幅度并不剧烈，这是因为试验范围内添加水平较低(添加量＜0.50%)，对面团流变性的改变不十分明显［3］.

表2 γ-PGA对面团拉伸性能的影响Table 2 Effect of γ-PGA on the tensile properties of wheat dough

2.2 γ-PGA对面团糊化性质的影响

γ-PGA对面团糊化特性的影响见图1.由图1可知，加热过程中伴随有晶体的崩解和玻璃化的转变，温度在66～67℃时，各添加量DSC图谱中均出现了一个大小不同的吸热峰，即淀粉糊化的吸热峰.

表3表明，随γ-PGA添加量增大，面粉糊状物的峰值温度升高，这可能是γ-PGA的多羟基基团与淀粉发生相互交联，阻碍淀粉颗粒吸水膨胀和胶凝化，增大了淀粉的热稳定性［3］.同时，因为添加的γ-PGA能与淀粉竞争性结合自由水，使淀粉可结合的自由水减少，热焓值也较未添加时明显减小，糊化过程中热焓值与面团中淀粉可结合的自由水含量正相关，这与前人研究结果［13］一致.热焓值数据比较可知，添加γ-PGA能明显降低面团中自由水含量，增加面制品的耐贮藏性.热焓值在添加量0.05%时最小，这也与纪蓉等［14］的研究结论吻合，γ-PGA在鱼糜中添加量大约为0.06%时保水性达到最佳效果，和水的结合最牢固，自由水含量下降.

图1 γ-PGA对面粉DSC图谱的影响Fig.1 Effect of γ -PGA on DSC curves of wheat flour

表3 γ-PGA对面粉糊化温度和热焓值的影响Table 3 Effect of γ-PGA on the gelatinization temperature and enthalpy of wheat flour

2.3 γ-PGA对面条质构特性的影响

TPA各参数中，粘性=硬度×凝聚性，咀嚼性=硬度×凝聚性×弹性，且各参数间相关性高，可选取几个来反映面条品质，其中硬度、胶着性和咀嚼性的极差大［15］，能较好表征面条煮后品质特征.不同添加量的γ-PGA对面条煮后质构特性的影响见表4.

表4 γ-PGA对面条质构特性的影响Table 4 Effect of γ-PGA on the texture of noodles

如表4所示，γ-PGA添加0.05%时，最大剪切力变化不大(111.8 ～112.0 g)，硬度、胶着性、咀嚼性和拉断力测定值都明显下降，随γ-PGA添加量增多，测定值又逐渐上升.

TPA测试中硬度、胶着性和咀嚼性与面条的筋道性呈高度正相关(P＜0.01)，γ-PGA少量添加时由于其亲水基团与水分结合及羟基与淀粉等的部分交联，影响淀粉-蛋白质网络结构的紧密程度，筋道性下降，随着添加量增大，内部作用更加复杂，γ-PGA吸水形成凝胶可能对测定值的回升起到一定作用.剪切试验中最大剪切力反映面条的坚实度和面条的抗变形能力，而拉伸试验中拉断力是拉断面条所需要的破断力，反映面条对拉伸的最大抵抗能力，即面条的弹性.剪切力值逐渐增大，表明加入γ-PGA后面条的内部更加坚实，这与有关SEM观察结果一致，添加γ-PGA后，面制品内部气孔多而密［4］，组织细密有序，整体抗形变能力提升.对孔洞结构进行更进一步微型观察，发现添加γ-PGA后内部形成的气孔壁薄，表面较平滑，壁薄的淀粉胶凝化作用更彻底［3］，可能会对弹性造成影响，本试验拉断力在添加量0.05%后呈现逐渐上升趋势.

感官评定结果显示，符合大众口味的面条一般要求劲道爽滑，过硬或过粘的面条会降低消费者接受程度，以感官评定分数为主，结合质构测试结果，γ-PGA在面条的最适添加量为0.10%.

2.4 γ-PGA添加量、面团特性与面条质构主要指标相关性分析

γ-PGA的添加使面团的流变学特性、糊化特性及面条的品质均发生了不同程度的变化，对试验主要评价指标建立相关性，分析γ-PGA添加量、面团流变学、热力学主要评价指标与面条品质的关系，相关性分析见表5.表5表明，最大剪切力与添加量显著正相关(P＜0.05);面团吸水率与最大剪切力显著正相关(P＜0.05)，稳定时间与拉伸比显著正相关(P＜0.05)，与峰值温度极显著正相关(P＜0.01);拉伸试验的拉伸比与糊化特性测试中的峰值温度显著正相关(P＜0.05);面粉热焓值与质构测试中胶着性显著正相关(P＜0.05).

同类性质测定中，不同指标彼此间多有显著相关性，如吸水率与稳定时间(P＜0.05)，硬度与拉断力(P＜0.01)等.分析结果还表明，能影响并反映γ-PGA面条部分品质特征的是γ-PGA添加量、粉质测定中的吸水率和糊化特性中的热焓值变化.

3 结论

1)添加γ-PGA后，测得的面团流变性各项指标均优于空白值，添加量为0.10% ～0.15%时流变性较好.添加γ-PGA使淀粉糊化的峰值温度升高，热稳定性增大，且热焓值明显降低，添加0.05%值最小.

表5 γ-PGA添加量团及试验主要参数相关性Table 5 The relation of γ-PGA content and main experimental parameters

2)对面条质构特性测定结果表明，适量添加γ-PGA可改善面条的筋道性，提高面条坚实度和弹性，最适添加量为0.10%.相关性分析发现，最大剪切力与γ-PGA添加量和吸水率均显著正相关(P＜0.05);稳定时间与峰值温度极显著正相关(P＜0.01);拉伸比与稳定时间和峰值温度均显著正相关(P＜0.05);热焓值与胶着性显著正相关(P＜0.05).能影响并反映γ-PGA面条部分品质特征的是γ-PGA添加量、面团吸水率和面粉热焓值变化.

3)本试验对添加γ-PGA后面团的流变学、糊化性质和γ-PGA面条的质构特性的变化做了初步探讨，并对主要指标进行相关性分析，以期为γ-PGA在面制品中的应用提供参考，但γ-PGA对面团和面制品产生影响的具体作用机理有待进一步研究.

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