巯基、二硫键对面团流变学特性的影响

李翠翠，闫慧丽，刘紫鹏

（1 南阳理工学院张仲景康养与食品学院 河南南阳473000 2 河南工业大学粮油食品学院 郑州450001）

小麦研磨成粉后被广泛用于面条、馒头、面包等主食面制品和蛋糕、饼干、点心等休闲零食的加工，面粉加工性能好坏直接影响面制食品的品质和产业化生产[1]。而将小麦粉和水揉合后洗掉碳水化合物等物质得到的面筋蛋白，能形成三维网络结构[2]，从而赋予面团独特的黏弹性和延展性[3-5]。纵观近年来的研究不难发现，面筋蛋白的数量和质量直接决定面粉的质量和用途[6]，而围绕面筋蛋白和面粉的研究也是层出不穷。比如粗蛋白含量分别为14.7%，12.9%及11.1%的3 种小麦粉，其面团稳定时间和粉质质量指数依次上升[7]。付苗苗等[8]认为，添加面筋蛋白可有效改善小麦粉面团的各项粉质指标。此外，还有学者采用小规模技术考察了α-，β-，γ-，ω-醇溶蛋白和总醇溶蛋白的作用后指出，醇溶蛋白分子质量大小与面包高度关系较大，醇溶蛋白对面团流变学性质的影响主要是其疏水性[9]。Barak 等[10-11]研究发现，醇溶蛋白、麦谷蛋白比值与稳定时间、形成时间、面筋指数和蛋白质含量呈负相关关系。

对蛋白质而言，巯基主要存在于半胱氨酸残基中，其性质非常活泼，能参与多种化学反应[12]。共价的SS 键则能将同一条肽链上不同部位或者不同肽链上的氨基酸残基聚拢，而迅速折叠的肽链连接之后可形成相对较稳定的空间拓扑结构，该结构可有效维持蛋白质的分子结构[13]。SS 键的形成通常有两种途径，第1 种为SH 氧化，即蛋白质中的2 个半胱氨酸残基的侧链SH 可通过氧化反应形成SS 键，并伴随半胱氨酸残基变为胱氨酸残基[14]。第2 种为SH-SS 的交换反应，即游离SH中的阴离子S-对SS 键中的S 原子进行亲核质子攻击，原来的SS 键遭破坏的同时形成新的SS 键和游离SH。目前研究较多也较深入的是它们对蛋白质结构的影响，而很少开展后续的应用工作。比如，Schofield 等[15]围绕温度条件研究蛋白质结构的变化，发现低水平热处理温度下，蛋白质通过SS键发生交联反应，而高水平热处理温度（超过150℃）下，蛋白质降解生成多肽。麦谷蛋白亚基的游离SH 在55 ℃时发生氧化反应并生成SS 键，交联聚合作用使麦谷蛋白分子质量变大。而小分子的醇溶蛋白在高于90 ℃条件下发生SH-SS 的交换反应，在120 ℃时才聚合形成麦谷蛋白的结构[16-17]。也有一些学者以面粉为对象，考察蛋白质结构特点的变化。如Jazaeri 等[18]比较了强筋粉和弱筋粉所制面团中化学键的形成，前者更易形成SS 键，后者主要是疏水作用。Hu 等[19]用170 ℃的热蒸汽处理面粉，总SH 对高温不敏感，含量无显著改变，而游离SH 含量下降显著，且这一效果对含水量高的面粉更明显。然而，这些研究都是将面粉整体作为处理对象，处理手段对面粉中的各组分影响很大，考察的巯基、二硫键可能来自于面筋蛋白、色素和维生素等，这不适用于单纯研究面筋蛋白的作用。

亚硫酸钠（Na2SO3）具有抗氧化、护色、防腐保鲜、漂白等作用被广泛应用在食品工业，而这些应用都是基于它较好的还原效果，它在食品中通常是几种功能共同起作用，因此应用非常广泛[20]。它与蛋白质作用时，可使蛋白质的分子间和分子内SS 键断裂，这会改变蛋白质网络结构的黏弹性与交联度[21-22]。近年来，对Na2SO3应用研究主要集中在钝化生物发酵、水解过程中的酶活性[23-24]，抑制食品中的酶促褐变和非酶褐变[25]，抑制粮谷类储存过程中的腐败菌[26]，改变蛋白质的结构和功能性质等[27-29]，而未见Na2SO3与面粉性质关联的报道。本文先用不同浓度Na2SO3处理面筋蛋白，以4%的比例将面筋蛋白加入面粉中得到含有不同SH、SS 键的混合粉，研究SH、SS 键对面粉流变学性质的影响。

1 材料与方法

1.1 试验材料

小麦面筋蛋白，购自河南德大食品有限公司，其基本成分为：蛋白质77.68%，淀粉8.71%，水分11.50%，粗脂肪0.95%，灰分1.48%；特一粉，购自郑州金苑面业有限公司，其基本成分如下：淀粉72.21%，蛋白质9.67%，水分13.50%，粗脂肪0.78%，灰分0.55%；无水Na2SO3，购自济南昌诺生物技术有限公司；其它试剂均为分析纯级。

1.2 仪器与设备

高速万能粉碎机，北京中兴伟业仪器有限公司；真空冷冻干燥机，北京四环科学仪器厂有限公司；单光束-紫外分光光度计，上海欣茂仪器有限公司；Farinograph E 粉质仪，德国Brabender 公司；Extensongraph E 拉伸仪，德国Brabender 公司。

1.3 试验方法

1.3.1 粉样的制备及测定 用Na2SO3预处理面筋蛋白的步骤见参考文献[29]。制备面粉样品方法见参考文献[30]。特一粉原粉做空白对照，记为A，添加被Na2SO3[添加量依次为0，0.1，0.3，0.5，0.7，1，1.5 mg/（g 蛋白）]处理后的面筋蛋白的面粉分别记为粉样B，C，D，E，F，G，H。然后参考Hu 等[31]的方法考察粉样的SH、SS 键含量变化。

1.3.2 面团揉混特性测定 参照GB/T14614-2006，采用Brabender 粉质仪，按照小麦粉粉质特性分析法对混合粉的揉混特性进行测定。

1.3.3 面团延展特性测定 参照GB/T14615-2006，采用Brabender 拉伸仪，按照小麦粉拉伸特性分析法对混合粉的延展特性进行测定。

1.4 数据处理

所得试验数据在P＜0.05 水平上的显著性采用SPSS 17.0 软件中的Duncan 进行分析，相关性分析则采用Pearson 相关系数以及Two-tailed 双侧显著性检验实现。

2 结果与分析

2.1 粉样中SH、SS 键含量分析

由图1可见，空白组A 的游离SH、总SH、SS键含量均显著低于试验组的。试验组B～H 各粉样的游离SH 含量从1.62 μmol/g（粉样B）不断上升到3.23 μmol/g （粉样H），SS 键含量则从13.93 μmol/g（粉样B）不断下降到12.46 μmol/g（粉样H），总SH 含量变化不大。由图2可见，游离SH/SS键比值则是空白组A 最小，粉样H 的最大，各样品间存在显著差异。简言之，面筋蛋白经Na2SO3还原后，其SS 键部分断裂并形成游离SH，此种处理方式会显著改变粉样的游离SH、SS 键含量及两者之比，对总SH 含量影响不大。

2.2 SH、SS 键含量对面团揉混特性的影响

揉混特性测定结果可见表1，空白组A 的吸水率、形成时间、粉质质量指数以及稳定时间分别为57.7%，1.85 min，61.0，5.15 min。面筋蛋白4%的添加比例会对特一粉的揉混特性有较好的改善作用，可显著提高混合粉的这4 个指标。粉质仪中面粉加水和面绘制的粉质曲线可以体现面团的耐揉性和黏弹性[32]，外源添加面筋蛋白后，面团中湿面筋含量升高，吸水率变大，面团网络结构变得更强，揉混特性就越好。

图2 粉样中游离SH/SS 比值的变化Fig.2 The changes of ratio of free SH/SS in flour samples

纵向比较粉样B～H 发现，添加的面筋蛋白所用Na2SO3浓度越大，粉样的吸水率越差，粉质质量指数越小，形成时间、稳定时间越短，但上述参数仍高于原粉，各样品间差异显著（P＜0.05）。这7个试验组的淀粉和蛋白质含量相同，因此，面团揉混参数主要与蛋白质质量有关，根据2.1 节的研究结果，混粉样品B～H 中SS 含量逐渐降低，此值越小麦谷蛋白分子间SS 的结合就越弱，面筋强度也就越低，自然就会导致面筋网络对水分、淀粉等物质的包裹能力变弱，制得的面团韧性也就越差。蛋白质弱化度是粉质曲线峰值与峰值出现后12 min 时谱带中心线的差值，差值越大，面筋网络强度越弱，对机械搅拌的承受能力就越小，面团就更易塌陷而不易成型。空白组的弱化度为84 FU，介于粉样C 和D 之间，对粉样B～H 而言，弱化度显著增加（P＜0.05），这与其它揉混指标的变化一致。

表1 SH、SS 键变化对粉样揉混特性的影响Table 1 Effects of changes of SH and SS bonds on kneading properties of flour samples

2.3 SH、SS 键含量对延展特性的影响

表2为面团延展特性的结果，可以看出，特一粉的拉伸曲线面积、延伸度均显著低于添加面筋蛋白的样品（P＜0.05），最大拉伸阻力也很小，麦谷蛋白和醇溶蛋白形成的网络结构中含有很多亲水基团（如羟基氨基酸、谷氨酰胺等），它们通过氢键可把大量的水结合到网络中，提高面筋蛋白的水合能力，故面筋蛋白的加入可有效改善面团的拉伸特性。对全部样品而言，随着醒发时间的延长，面团的延伸度变小，最大拉伸阻力变大，拉伸曲线面积变化趋势不明显。

135 min ab 122±6 a 136±12 ab 125±6 ab 122±10 b 121±8 ab 128±8 ab 134±6 ab 126±8响影的性特展延样粉对化变键、SS SH 2表Effects of changes of SH and SS on tensile properties of mixed flour samples Table 2 /mm度伸延/BU力阻伸拉大最2/cm积面线曲伸拉样粉90 min 45 min 135 min 90 min 45 min 135 min 90 min 45 min b 128±10 d 137±8 f 363±18 f 355±7 d 312±13 e 78±2 d 76±11 e 73±4 A a 145±9 a 176±4 a 624±16 a 589±11 a 420±10 a 138±8 a 143±8 a 135±10 B a 142±5 b 158±6 b 588±25 bc 533±15 ab 403±15 bc 114±7 b 124±5 b 118±4 C ab 136±10 b 156±9 b 582±15 b 542±14 bc 390±8 cde 97±6 bc 117±12 b 112±10 D a 144±7 bc 154±8 b 566±26 c 508±11 bc 389±12 b 121±6 bc 116±6 b 111±9 E ab 135±12 bc 153±10 d 486±16 d 469±23 bc 385±20 bcd 105±7 bc 120±6 bc 109±8 F ab 136±4 c 149±11 c 538±23 d 464±18 c 373±13 b 125±20 ab 134±3 cd 100±6 G b 132±13 c 148±10 e 447±16 e 419±14 d 296±5 de 92±10 c 105±3 d 91±4 H）。（P＜0.05异差性著显有具间据数表代母字同不后值数列一：同注

度伸延1析分性关相的标指展延和混、揉量含键、SS SH样粉3表，kneading and tensile indicators of flour samples Correlation analysis among the content of SH and SS bonds Table 3 线曲伸拉量质质粉SH/离游阻伸拉大最度化弱间时定稳间时成形率水吸键SS SH离游积面数指值比SS 1 SH离游1-0.186键SS 1-0.286 0.993**值比SH/SS离游1 0.028 0.877**0.137率水吸1 0.973**0.106 0.905**0.211间时成形1 0.922**0.913**-0.23 0.986**-0.125间时定稳1-0.669-0.376-0.416 0.863**-0.707*0.811*度化弱1-0.411-0.937**0.997**0.980**0.07 0.913**0.176数指量质质粉1 0.837**-0.357 0.738*0.849**0.770*0.046 0.791*0.123积面线曲伸拉1 0.856**0.977**-0.511 0.956**0.971**0.952**-0.066 0.954**0.041力阻伸拉大最0.799*0.719*0.742*-0.659 0.782*0.739*0.754*-0.366 0.822*-0.270度伸延。关相著显）上侧（双平水0.05在示表；*关相著显极）上侧（双平水0.01在示表：**注

而纵向比较粉样B～H 可知，粉样B 的拉伸性能最好，在45，90，135 min 时拉伸曲线面积分别为135，143，138 cm2，最大拉伸阻力和延伸度也最大，粉样B 中添加的面筋蛋白没有被Na2SO3还原，面筋网络相对比较致密，黏弹性都较好，因此它的拉伸性好。崔丽琴等[33]认为，小麦粉拉伸曲线面积若低于50 cm2，面制品的烘焙品质较差。因此，该混合粉的筋力较强，面团的延展性较好，烘焙质量相对较好。其余粉样拉伸性逐渐变差，粉样H 的拉伸性能最差，拉伸曲线面积在45，90，135 min 时仅为91，105，92 cm2，但仍好于原特一粉的。添加的面筋蛋白还原程度越高，SS 断裂越多，延展性越差。

2.4 SH、SS 键变化与面粉流变学参数的相关性分析

由表3可见，粉样中游离SH、游离SH/SS 比值与面团弱化度分别呈显著（r=0.811）和极显著正相关（r=0.863），SS 键含量与吸水率（r=0.877）、形成时间（r=0.905）、稳定时间（r=0.986）、粉质质量指数（r=0.913）、最大拉伸阻力（r=0.954）呈极显著正相关，与拉伸曲线面积（r=0.791）和延伸度（r=0.822）呈显著正相关，和面团弱化度呈显著负相关（r=-0.707）。吸水率与形成时间（r=0.973）、稳定时间（r=0.913）、粉质质量指数（r=0.980）、最大拉伸阻力（r=0.952）呈极显著正相关，与拉伸曲线面积（r=0.770）和延伸度（r=0.754）呈显著正相关。形成时间与稳定时间（r=0.922）、粉质质量指数（r=0.997）、拉伸曲线面积（r=0.849）、最大拉伸阻力（r=0.971）呈极显著正相关，与延伸度呈显著正相关（r=0.739）。稳定时间与粉质质量指数（r=-0.937）呈极显著负相关，与最大拉伸阻力（r=0.956）呈极显著正相关，与拉伸曲线面积和延伸度呈显著正相关。粉质质量指数与拉伸曲线面积（r=0.837）和最大拉伸阻力（r=0.977）呈极显著正相关，与延伸度呈显著正相关。拉伸曲线面积与最大拉伸阻力、延伸度呈极显著、显著正相关，最大拉伸阻力与延伸度呈显著正相关。

可见，游离SH/SS 比值主要受游离SH 的影响，SS 键含量变化对其几乎无影响，曾有研究认为，用蛋白酶改性处理小麦面筋蛋白后的游离SH/SS 比值对面筋蛋白功能性质的改善可能存在更直接的影响[34]，然而，本试验结果说明，用游离SH/SS 比值来表述混合粉面团的揉混延展参数的关系并无太大意义，SS 键含量与面团的揉混、延展指标的相关性较显著，即SS 键含量的提高可显著改善面团的流变学性质。

3 结论

本文采用粉质仪、拉伸仪测定了混合粉的揉混、延展参数，对比分析了粉样中SH、SS 键的变化与揉混、延展特性之间的相关关系。面筋蛋白会对特一粉的粉质特性有较好的改善作用，随着粉样中SS 键含量的降低，面团的吸水率变差，粉质质量指数变小，形成时间、稳定时间变短，但上述参数仍高于原特一粉的，各粉样间差异显著（P＜0.05）。对8 组样品而言，随着醒发时间的延长，面团的延伸度变小，最大拉伸阻力变大，拉伸曲线面积变化趋势不明显。而比较粉样B～H 可知，粉样B 的拉伸性能最好，最大拉伸阻力和延伸度也最大，这表示该粉样的筋力较强，面团的延展性较好。其余粉样拉伸性依次变差，粉样H 的拉伸性能最差，但仍好于特一粉原粉。空白组A 的拉断力和拉伸距离显著低于粉样B～H（P＜0.05），样品B～H 的这2 个参数均随着面粉中SS 键含量的减小而下降，且差异显著。对各主要指标进行相关性分析发现，用游离SH/SS 比值来表述混粉面团的流变学参数的关系无太大意义，SS 键含量与面团揉混、延展指标的相关性较显著。SS 键含量与吸水率、形成时间、粉质质量指数、稳定时间、最大拉伸阻力呈极显著正相关，与延伸度、拉伸曲线面积呈显著正相关关系，与面团弱化度呈现显著负相关关系。本研究为后续二硫键和面条品质的关系探讨和作用机理提供了理论依据，也拓宽了面筋蛋白在食品加工中的应用。