麦醇溶蛋白与麦谷蛋白比值对面团特性的影响

2020-05-22徐小青郭祯祥

河南工业大学学报（自然科学版） 2020年2期

徐小青，郭祯祥，郭嘉

河南工业大学粮油食品学院，河南郑州 450001

小麦蛋白质品质包括数量品质和质量品质，其中数量品质指的是小麦粉中的蛋白质含量，质量品质则取决于蛋白质组成。小麦制粉后，保留在其中的蛋白质主要是面筋蛋白，面筋网络是麦谷蛋白(Glu)和麦醇溶蛋白(Gli)互相交联共同形成的，两者共同决定了面团的黏弹性，它们是影响面粉加工品质的重要因素[1]。我国原料小麦“硬麦不硬，软麦不软”，很难达到生产专用粉的品质要求，除此之外，从面筋蛋白的角度看，小麦粉中的Gli和Glu的比值也直接关联面团的加工品质，但大多数研究是通过改变小麦品种来调控两者比例的，精细调控小麦粉中Glu/Gli的研究相对较少。

本文通过分离重组的方法，对面筋蛋白中Gli和Glu按不同比例进行重组，同时不改变重组粉中淀粉和水溶物所占比例，并与原粉复配，探索m(Glu)/m(Gli)对小麦粉基本指标和面团流变学特性的影响，为馒头专用小麦粉的改良、制粉工艺的优化和优质小麦的育种提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料

河套小麦粉：内蒙古恒丰食品工业(集团)股份有限公司。无水乙醇(分析纯)：天津市天力化学试剂有限公司；碘、碘化钾(分析纯)：天津市科密欧化学试剂有限公司；蒸馏水：三级。

1.2 主要仪器与设备

JY10002电子天平：上海舜宇恒平科学仪器有限公司；Freezone 6 plus型冷冻干燥机：美国Labconco有限公司；RE-5205旋转蒸发器：上海亚荣生化仪器厂；DHG-9023 A电热鼓风干燥箱：精宏实验设备有限公司；HJ-6型磁力搅拌器：金坛市西城新瑞仪器厂；LXJ-IIB型离心机：上海安亭科学仪器厂；全自动粉质仪、电子型拉伸仪：德国Brabender公司；RVA-TM快速黏度分析仪：瑞典Perten公司。

1.3 方法

1.3.1 小麦粉主要组分的分离提取

1.3.1.1 小麦面筋、淀粉和水溶物的分离提取

将小麦粉置于和面钵中，加入60%蒸馏水，慢速搅拌至面团形成，放入装有2 L的蒸馏水中浸泡20 min，用手揉搓并保持面筋完整，并控制蒸馏水的用量。将洗涤液通过32 目筛网，将筛上面筋重新加入面团，经过一系列蒸馏水揉洗，洗至面筋挤出洗涤液滴加碘液不变蓝为止。用不锈钢板挤压面筋至稍有粘板，冷冻干燥，用万能粉碎机粉碎过80 目筛，即得小麦面筋蛋白，4 ℃储存备用。

将洗涤液收集合并，4 000 r/min离心15 min，收集上层清液，下层淀粉40 ℃鼓风干燥48 h，研磨后过80目筛，即得小麦淀粉，4 ℃储存备用。

合并上层清液，用旋转蒸发仪40 ℃蒸发浓缩，冷冻干燥研磨后过80目筛，即得水溶物，4 ℃储存备用。

1.3.1.2 Gli和Glu的分离提取

两种蛋白的分离参考钟昔阳等[2]的方法，略作修改。将小麦面筋蛋白与65%乙醇按固液比1∶20(g/mL)混合，常温下磁力搅拌2 h使其均匀分散，3 000 r/min离心10 min，收集上层清液。将沉淀再用65%乙醇提取2 h，3 000 r/min离心10 min，均匀合并两次上清液。用旋转蒸发仪40 ℃蒸发浓缩，浓缩液40 ℃鼓风干燥，粉碎后过80目筛，即得Gli，4 ℃储存备用。

下层沉淀物用蒸馏水洗去乙醇，40 ℃鼓风干燥，粉碎后过80 目筛，即得Glu，4 ℃储存备用。

1.3.2 基本参数的测定

水分含量参照GB/T 5009.3—2016进行测定；灰分参照GB/T 5009.4—2016进行测定；粗蛋白含量参照 GB/T 5511—2008进行测定；粗淀粉含量参照GB 5009.9—2016进行测定；粗脂肪含量参照GB 5009.6—2016进行测定；降落数值参照GB/T 10361—2008进行测定；湿面筋含量和面筋指数参照GB/T 5506.2—2008进行测定。

1.3.3 不同m(Gli)/m(Glu)重组粉的制备

重组粉的配粉方法参考王晶晶[3]的方法，略作修改。根据1.3.2中各个组分的基本参数配置重组粉，重组时微调淀粉和面筋的比例，使重组粉主要成分尽量与原小麦粉相似。重组粉中含有50.00%(以干基计算)的原小麦粉、42.13%的总淀粉、6.00%的重组面筋、1.85%的小麦水溶物，设置11组不同m(Gli)/m(Glu)的重组粉，配粉具体方案如表1所示。

表1 重组粉配粉方案

注：原小麦粉中Gli和Glu的含量(干基)分别为6.32%和4.91%。

1.3.4 糊化特性的测定

参照GB/T 24853—2010测定面粉的糊化特性。

1.3.5 面团流变特性的测定

参照GB/T 14614—2006测定面团粉质特性，参照GB/T 14615—2006测定面团拉伸特性。

1.3.6 数据处理与分析

所有数据采用SPSS 20.0软件处理分析，采用Origin 8.5软件绘图。

2 结果与讨论

2.1 各分离组分基本参数

原小麦粉及分离组分的水分、粗蛋白、粗淀粉和粗脂肪含量如表2所示。

表2 分离组分基本参数

2.2 m(Gli)/m(Glu)对小麦粉基本指标的影响

对不同重组小麦粉的基本指标进行测定，结果如表3所示。由表3可以看出，重组粉中的粗蛋白含量之间没有显著性差异，符合1.3.3中的配粉思路。

表3 重组粉基本指标

注：在同一列不同字母的数值具有显著性差异(P<0.05)，表4、表5、表6同。

降落数值可以用来反映α-淀粉酶的活性，α-淀粉酶活性越高，降落数值越小，这一指标是馒头粉的重要指标，一般要求馒头粉的降落数值大于250 s[4]。由于α-淀粉酶的失活温度相对较高，因此在面团蒸制过程中，它对最终产品品质影响较大，若α-淀粉酶活性较小，淀粉凝胶的黏度过高，面团的持气能力很差，从而使产品外形瘪塌[5]。由表3可以看出，重组粉的降落数值没有随着m(Gli)/m(Glu)变化呈规律性的变化，但都符合馒头粉的适用标准。灰分(干基)也没有明显的规律性变化。

Gli的分子内二硫键使它形成致密的球状结构，而Glu是通过分子间二硫键以大而伸展的缔合分子形式存在，面筋蛋白的形成通过共价键和非共价键的相互作用[6]，相对分子量大的Glu在膨润状态下形成网状结构，Gli分散在巨大的网络结构中，影响小麦粉的功能特性[7]。湿面筋含量和面筋指数在一定程度上反映了小麦粉的品质。图1反映了m(Gli)/m(Glu)对重组粉湿面筋含量和面筋指数的影响，可看出随着m(Gli)/m(Glu)的减小，重组粉中的湿面筋含量呈明显下降的趋势，由34.6%下降至24.2%，而面筋指数的趋势与之相反，即面筋指数随m(Gli)/m(Glu)的减小而增大。这说明了当m(Gli)/m(Glu)减小时，小麦粉形成面筋的能力下降，面筋由松散变紧致，面筋强度逐渐增大。Chaudhary等[8]发现添加了Glu的面团的微观结构存在紧密、牢固而有弹性的面筋蛋白网络，Glu有助于将面筋结构保持在一起，并且影响小麦的加工品质。

图1 m(Gli)/m(Glu)对重组粉湿面筋含量和面筋指数的影响

2.3 m(Gli)/m(Glu)对面粉糊化特性的影响

小麦粉中蛋白质含量较高，所以它们对小麦粉糊化特性的影响不可忽视。关于面筋蛋白与淀粉糊化特性方面的研究表明，面筋蛋白不仅可以通过体系中占有的数量、分子量大小、结构以及与淀粉的相互作用影响小麦粉的糊化特性[9-10]，还可以通过影响热量传递和竞争可利用水分对小麦粉的糊化特性产生影响[11-12]，面筋蛋白添加量升高，使得淀粉糊化体系的峰值黏度、低谷黏度、最终黏度都有极显著的降低，但两者之间的作用机理和规律依旧不明[13]。

表4反映了m(Gli)/m(Glu)对面团糊化特性的影响，其中峰值黏度、最低黏度、最终黏度随着m(Gli)/m(Glu)的减小呈现先上升后下降的趋势；回生值呈现波动性减小，这可能是因为蛋白质和淀粉间的相互作用增强，有助于维持淀粉结构稳定，能够阻碍淀粉分子的重新聚集[14]；糊化温度、衰减值没有倾向性的变化，峰值时间没有显著性差异。有研究发现，添加PG-Glu和PG-Gli降低了淀粉的峰值黏度、破损值、最终黏度和回生值等糊化参数，影响的效果与两种蛋白质的添加水平有关[15]。

表4 重组粉糊化特性

2.4 m(Gli)/m(Glu)对面团粉质特性的影响

面团的粉质特性是评价小麦粉品质的重要指标，试验中由于改变了小麦粉中Gli和Glu的比值，其粉质特性也有很大的改变。如表5所示，列出了不同m(Gli)/m(Glu)面粉的吸水率、面团形成时间、面团稳定时间、弱化度以及粉质质量指数等指标。

面团的吸水率与小麦粉的蛋白质含量、破损淀粉含量等因素息息相关，它能很大程度上影响馒头等面制品品质。提高小麦粉的吸水率，可以缓解馒头老化现象，从而延长馒头的保质期。由表5可以看出，重组粉的吸水率没有明显的变化，这说明m(Gli)/m(Glu)对吸水率没有规律性的影响，这与司学芝等[16]发现添加Glu、Gli和谷朊粉后，对面粉的吸水率没有明显影响的结果相似。但Sissons等[17]却发现添加Gli的弱筋粗粉的吸水率显著降低。

面团形成时间反映的是面团的面筋网络结构充分形成所需要的时间。从表5可以看出，减小重组粉中的m(Gli)/m(Glu)，面团形成时间呈先增大后减小的趋势，当m(Gli)/m(Glu)为1.20时达到最大峰值，形成时间为6.69 min。这一结论表明，在一定范围内降低小麦粉中的m(Gli)/m(Glu)，能提高面粉中面筋网络结构的形成时间。

表5 面团粉质特性

面团稳定时间反映了面团形成过程中面团的抗剪切力，小麦粉中Glu的二硫键越牢固，面团的抗剪切能力越强，面团稳定时间也越长。稳定时间都随着m(Gli)/m(Glu)的降低先增加后减少，当m(Gli)/m(Glu)为0.83时，面团稳定时间达到最大值14.77 min，当m(Gli)/m(Glu)继续降低，面团的稳定时间开始下降。

面团的弱化度是反映面筋结构的强度及面团耐机械力强弱的指标，弱化度越大，面团易变软发黏，不适宜加工。由表5可以看出，随着m(Gli)/m(Glu)的减小，弱化度先显著性减小，而后趋于平稳。

综合表5可知，降低小麦粉的m(Gli)/m(Glu)，在一定程度上可以提高小麦粉面团的形成时间和稳定时间，并显著降低面团的弱化度，但如果两者比值过低，则对面团有不良影响。这与Dangi等[18]的研究结果一致，他们指出将C306和PBW550的Glu掺入原小麦粉中可提高面团形成时间和稳定时间。这可能是由于高比例的Glu在面团中形成了广泛的分子间二硫键，整合了较大的聚合物，形成了强大而致密的面筋网络结构，导致稳定性增加[19-20]。

2.5 m(Gli)/m(Glu)对面团拉伸特性的影响

面团的拉伸特性表征面团的延伸性、可塑性、强度及筋度。拉伸曲线面积表示拉伸面团时所需要的总能量，拉伸曲线的面积越大，能量就越大；拉伸阻力表示面团的筋力强弱，最大拉伸阻力表明面团的韧性大小，一定的拉伸阻力可以维持面团的体积，使面团保持一定量的二氧化碳气体，可用来评价面团发酵性能的优劣；延伸度与面团形成、发酵过程中的气泡增大以及发酵面食体积增大等有关；拉伸比例可以综合反映面团延展度和抗延展性。

表6反映了m(Gli)/m(Glu)对面团拉伸特性的影响。由表6可以看出，m(Gli)/m(Glu)变化使面团的拉伸特性呈现显著改变。在3个醒面时间中，随着m(Gli)/m(Glu)的减小，拉伸曲线面积先增大后减小。在醒面时间为45 min和90 min时，最大拉伸阻力随着m(Gli)/m(Glu)的减小呈增大趋势，但是醒面时间延长至135 min时，最大拉伸阻力呈先增大后减小的趋势，当m(Gli)/m(Glu)为0.56时，最大拉伸阻力达到最大值458 BU。随着m(Gli)/m(Glu)的下降，面团的延伸度也呈现下降的趋势。拉伸比例在醒面时间为45 min和90 min时，随着m(Gli)/m(Glu)的减小呈增大趋势，而时间延长至135 min，拉伸比例达到最大值后又呈现减小的趋势。