面筋蛋白对馒头加工品质影响的研究进展

◎ 刘思彤，李红民，刘贵巧，王慧珍，宋慧月，张纪英

（河北工程大学，河北 邯郸 056038）

馒头是中国北方传统食品之一，有“中国面包”之称。虽然近几年西方饮食文化输入对中国传统饮食习惯有较大的冲击，但是并未降低人们对馒头的偏爱，反而逐渐流行于中国南方和许多亚洲国家。随着人们对饮食与健康越来越重视，杂粮主食化已成为趋势，馒头产业大有前景[1-2]。

馒头是由小麦粉经过一系列工艺制作而成发酵面制食品，其中小麦粉主要由65%～75%的淀粉、10%～13%的蛋白质以及少量的脂肪和多糖组成。小麦蛋白的80%主要为醇溶蛋白（Gliadin，Gli）和麦谷蛋白（Glutenins，Gls）组成的面筋蛋白[3]。在馒头加工过程中，各种组分及组分间相互作用，发生了复杂的化学、物理变化，这对馒头的品质具有重要的影响[4-5]。

研究显示，馒头加工过程中蛋白网络结构与馒头品质有着密切关系，如面筋蛋白含量在10%～12%的小麦粉适合做硬度较大的北方馒头，而含量在7%～8%的小麦粉适合做软质的广式馒头[6]；Limley等发现小麦粉的蛋白含量、面筋强度与馒头的体积及弹性质构特性呈显著正相关，而面筋蛋白是小麦蛋白中最具独特性的一组蛋白质，对馒头延展性和弹性的贡献具有不可代替的作用[7]。目前，大多数研究集中在馒头的原料[8]、添加剂[9]和加工工艺[10]等方面，虽然已有关于麦谷蛋白和醇溶蛋白含量比值对馒头品质的影响的研究[11-12]，但是报道相对较零散，系统研究麦筋蛋白对馒头品质影响的报道较少。

本文主要介绍了小麦蛋白中面筋蛋白——醇溶蛋白和谷蛋白的研究现状，重点综述了这两种蛋白对馒头加工品质的影响，旨在探析面筋蛋白对馒头加工品质的影响机理，为更好地提高馒头加工品质提供理论基础。

1 小麦蛋白概述

小麦籽粒中含有8%～15%的蛋白，其中10%～15%是白蛋白和球蛋白，85%～90%的是面筋蛋白，面筋蛋白由麦谷蛋白和麦醇溶蛋白组成[13]。

面筋蛋白比例的定量化目前还没有统一标准方法，最常用方法的是用凝胶分离技术和反相高效液相色谱，且这两种方法得出的结果存在差异，但基本上认为麦谷蛋白通常比醇溶蛋白含量多，LMW 亚基比HMW 亚基丰富[14]。Seilmeier 等使用RP-HPLC 方法研究了17 个欧洲小麦品种的蛋白含量，结果表明，面筋蛋白平均约占总蛋白的80%，其中醇溶蛋白和麦谷蛋白分别占面筋蛋白的39%和61%。LMW 亚基和HMW 亚基的比例约为2 ∶1，分别占面筋蛋白总量的41.5%和19.7%。在醇溶蛋白组分中，α-醇溶蛋白（α-Gli）含量最高，其次是γ-醇溶蛋白（γ-Gli）和ω-醇溶蛋白（ω-Gli）[15]。除具有较高比例的HMW 亚基外，和Dupont 等的研究结果基本一致[16]。

根据在水溶液和醇溶液中的溶解性，麦谷蛋白和谷蛋白统称为谷醇溶蛋白，比例约为1 ∶1，共同特点为具有较高含量的谷氨酰胺（38%）和脯氨酸残基（20%），且都几乎不含精氨酸和赖氨酸。麦谷蛋白和醇溶蛋白目前被认为是单一蛋白家族，是小麦的主要储藏蛋白，二者的主要区别是麦谷蛋白能通过分子间二硫键形成麦谷蛋白聚合物[17-18]。

根据分子量分布，麦谷蛋白可进一步分为高分子量亚基的麦谷蛋白（HMW-Glu，70 ～90 kDa）和低分子量亚基的麦谷蛋白（LMW-Glu，20 ～45 kDa）， 含量分别为40%和60%；LWM-Glu 又可分为主要的B 型亚基组和两个次要的C 型和D 型亚基组。其中HMW-Glu 的基因分别位于A1、B1 和D1 染色体长臂上的Glu-A1、Glu-B1 和Glu-D 位置；而LMW-GS 的基因则分别位于A1、B1 和D1 染色体短臂上的Glu-A3、Glu-B3 和Glu-D 位置[19]。

醇溶蛋白可根据分子量分为单体（30 ～60 kDa）和聚合物（＞20 MDa），醇溶蛋白单体根据在低pH值条件下的电泳迁移率，可分为α、β、γ 和ω 麦谷蛋白，半胱氨酸含量分别为7 个、6.5 个、1 个和1个，比例分别为25%、30%、30%和15%[20]。通过比较氨基酸序列，麦谷蛋白和醇溶蛋白可分为3 类面筋蛋白，如图1 所示，HWM-Glu 和ω-Glu 形成不同的组，HWM 组合缺乏半胱氨酸称为贫硫醇溶谷蛋白；α/β-Gli 和LWM-Glu 的B 型亚基称为富硫醇溶谷蛋白；最后是由α-/γ-Gli 和ω-Gli 形成LWM-Glu 的C型和D 型亚基[13]。

图1 小麦面筋蛋白的分类和命名图

面筋是由小麦粉制成的面团经过洗涤以除去淀粉以及其他颗粒状和可溶性物质后残留的黏性物质。以干重计，它包含约75%的蛋白质，其余大部分为残留的淀粉和脂质。分离的面筋还包含少量其他蛋白质，这些蛋白质可能与面筋蛋白质物理相关或被困在蛋白质网络中，对馒头加工的品质具有重要的影响。

2 面筋蛋白对馒头品质的影响

适当水和机械能的输入能使小麦面粉形成具有黏弹性的面团。在混合过程中，面筋蛋白与水结合，并通过相互作用形成具有独特的黏弹性特性面筋蛋白网络；面筋蛋白对面团的黏聚性和弹性以及面团的延展性具有决定性作用，其中氢键在面筋蛋白网络结构的稳定中起着重要作用。

在众多模型中，Belton 提出的理论模型认可程度较高，其理论指出面筋蛋白网结构主要由环形和链式结构组成，蛋白序列的相互作用主要依靠谷氨酰胺通过链间氢键形成的链式结构维持，环形结构主要由只与水作用的单链氨基酸形成；醇溶蛋白在这过程中主要起到增塑作用，对面团的黏度具有重要的影响，因此麦谷蛋白和醇溶蛋白的比例也影响着面团黏度和弹性之间的平衡[21]。

2.1 面筋蛋白含量对馒头品质的影响

通常小麦蛋白含量在10%～11%，即含有中到高强度面筋的面粉适合做馒头，过高或过低面筋含量则影响馒头的外观、质地和食用的品质[22-23]。研究显示，馒头的质量与面筋蛋白含量显著相关，但是有关面筋与馒头品质之间的相关性报道并不一致。这可能是因为除了麦谷蛋白，小麦淀粉也对馒头品质有着很大的影响[24]。ZHU Yue 等[11]研究显示，随着面筋蛋白含量的增加，馒头的色泽由变深变黄，体积收缩，硬度和咀嚼度随之下降，馒头的网络结构变得致密多孔，同时还能有效得控制水分迁移而抑制淀粉糊化。Jekle 等[25]也发现类似的研究结果，随着面筋蛋白比例的增加，阻止了水的扩散，并延迟了糊化作用，降低了糊化程度。XU Fen 等[26]研究同样显示随着面筋蛋白比例的增加，馒头的糊化温度随着面筋比例的增加而显着增加，面筋蛋白包裹在马铃薯淀粉颗粒周围，形成了水扩散屏障，淀粉颗粒对面筋网络具有稀释作用。GAO Xin 等[27]深入研究了淀粉与面筋蛋白的相互作用，提出了A/Lunity（A 型淀粉颗粒含量除以面筋网络的空隙率）和B-A/Lunity（B-A 型淀粉颗粒比除以空隙率）来表征不同大小的淀粉颗粒与面团中面筋蛋白网络的相互作用程度，结果表明，由于淀粉颗粒与面筋的密切相互作用，随着B-A/Lacunity 的增加，面团的稳定时间增加，面团具有较大的稳定性，应用A/Lunity 和B-A/Lunity 作为新的指标，进一步阐明淀粉与面筋之间的精确影响，可以更好地评价面团的性能。

2.2 醇溶蛋白对馒头品质的影响

醇溶蛋白是由疏水性多肽通过分子内的二硫键形成的单链蛋白，其分子量相对较低对面团稳定性和馒头质地有重要影响[28-29]。于国利等[30-31]研究显示不同的醇溶蛋白组分（Gli8、Gli9、Gli10、Gli11 和Gli15）对馒头品质特性有不同的影响，总体上，均能使疏水性增加，氢键有所减少，但对二硫键影响较小。醇溶蛋白能降低馒头的弹性、回复性和黏附性，其中Gli8、Gli9、Gli10 组分对馒头的硬度、咀嚼性有增强作用，Gli8 对馒头质构、感官评分和比容有较大影响。Khatkar 等[32]研究显示随着醇溶蛋白含量的增加（5%～10%），面团的峰值高度减小，表明面团强度有所降低；此外，面团稳定性也从3.20 降至1.40，面筋的热稳定性降低；随着面筋中醇溶蛋白占比的增加，面筋结构的紧密度大大降低，从而导致形成了更开放的弱面筋网络。

2.3 麦谷蛋白对馒头品质的影响

研究显示，麦谷蛋白是由通过链间二硫键交联高分子量和低分子量亚基形成的大分子聚合物，而醇溶蛋白的分子量较小，只能形成分子内二硫键和非共价键。醇溶蛋白有助于面团增黏，而麦谷蛋白则有助于增强面团弹性，因此，研究认为醇溶蛋白和麦谷蛋白对改善面团的黏性和弹性至关重要，而麦谷蛋白大分子聚合物是小麦品质的关键，且与馒头体积和面团延展性密切相关。此外，许多研究报道了麦谷蛋白对优质面包质地影响中的重要作用[33]。麦谷蛋白可分为高分子量（HMW-Glu）和低分子量（LMW-Glu）亚基，其中HMW-Glu 构成线性链和蛋白质网络结构，而LMW-Glu 线性链分支形成簇和聚集体结构。已有研究显示HMW-Glu 和LMW-Glu 的组成差异引起了麦谷蛋白聚合物的结构和性质的变化而导致了烘烤质量的改变，认为HMW-Glu 与面团的强度和弹性有关[34]。例如，ZHANG Yingjun 等[35]研究发现小麦中HMW-Glu 亚基的缺失显著降低了面团强度和面包烘烤质量。有研究显示LMW-Glu 的Glu-A3 b 亚基对沉降量和沉降指数具有积极影响，而Glu-B3 g 等位基因则对沉降量和面筋强度具有更积极的影响[36]。HMWGlu 被认为是调节面团流变特性的主要成分，其Bx7亚基可改善小麦的品质和面团的流变学性质[37]。据报道，与正常的Bx7 亚基相比，小麦近等基因系的Bx7 OE 亚基在面筋二级结构中产生的β-结构含量增加，并且与面团流变特性有关。此外，二级结构预测表明，β-结构含量较高的HMW-Glu 可能有助于形成更好的面筋结构；而更长的重复结构域可以产生更多的β-转角结构，从而改善面团的弹性[38]。

2.4 麦谷蛋白/醇溶蛋白比值对馒头品质的影响

淀粉糊化还受多糖、盐和面筋含量以及醇溶蛋白和麦谷蛋白比例的影响，LI Yi 等[39]研究了醇溶蛋白/麦谷蛋白比值对小麦淀粉糊化、热学和结构特性的影响，结果显示，随着Gli/Glu 比值的减小，焓变和降解温度略有增加。对于所有不同的Gli/Glu比值的样品，在1 022 cm-1处的光谱强度随着淀粉糊化而增加后减少，Gli/Glu 比值对加热过程中淀粉颗粒的无定形和结晶区域的形成有重要影响。通过研究面筋蛋白质成分的变化及其对淀粉的热学性质和分子结构的影响，优化蛋白质成分的比例、控制淀粉和面粉的结构特征以及掺混对获得理想品质的馒头有所帮助。徐小青等[12]研究结果显示，随着Gli/Glu 比值的减小，重组粉中的湿面筋含量下降，面筋指数上升，面团形成时间和稳定时间先增加后减小；拉伸面积先增后减，延伸度减小。Barak 等[40]研究结果显示，Gli/Glu 比值对面团稳定性、面团发育时间、峰值黏度、面包比容和面包糠硬度有明显影响，但较高的Gli/Glu 比值对面包的体积和面包糠的坚硬度有不利影响，表明了平衡两个面筋子组分对于提高面包质量的重要性。

3 结语

目前，大量关于面筋蛋白对馒头加工质量影响的研究主要集中在原料性状研究和筛选领域，已经发现小麦籽粒的HMW-Glu 在决定流变面团特性和最终用途特性方面起着关键作用，且谷氨酰胺侧链介导的链间二硫键和氢键对于稳定面筋结构至关重要。在加工过程中面筋蛋白及其组分如何影响馒头品质及其结构变化的研究报道相对较少，而在加工过程中蛋白结构的变化对其功能品质具有决定性的影响，最终也将影响馒头品质，因此还要从加工过程及其方式探究面筋蛋白对馒头品质的影响，以期通过原料和加工精准调控技术改善馒头品质。