改性蛋清粉对面条品质的影响

闫文芳，李文钊，代任任，刘亚平，曾琦琦，阮美娟

（天津科技大学食品科学与工程学院，食品营养与安全教育部重点实验室，天津 300457）

蛋清粉是以新鲜鸡蛋为原料，经过清洗消毒、蛋清蛋黄分离、过滤、巴氏杀菌、喷雾干燥等工序制成，蛋白质含量高且赖氨酸含量可达8.09 mg/g[1]；同时，其固体粉末易贮藏且便于远距离运输，因此在食品工业中广泛应用。改性处理是指通过物理、化学或生物等方法，对蛋清液进行处理以提高蛋清粉的功能特性，如凝胶特性、起泡性及乳化性等，特别是凝胶特性[2-3]。其中，被证实能够提高蛋清粉凝胶特性的改性处理方法有热处理[4]、微波[5]、高压[6]、磷酸化[7]、糖基化[8]、强碱[9]等。这些改性方法通过改变蛋清蛋白的二、三级结构或引入新的基团而改变蛋白质构象，从而改变蛋白质分子间以及蛋白质与水分子之间的相互作用力，使得蛋清凝胶特性发生改变。

面条作为我国传统主食的代表，在人们的饮食中具有不可替代的作用。但是，由于面条中蛋白质含量低导致面条出现弹性不足、易断条、浑汤等[10]现象；其次，赖氨酸为粮谷类作物的第1限制性氨基酸，100 g小麦粉中仅含有160 mg赖氨酸[11]，严重降低了粮谷类作物的营养价值。目前已有一些报道关于蛋清粉在面条中的应用，Tachi等[12]研究了干热蛋清粉能影响中国鲜面条的流变与感官特性，并且进一步指出蛋清蛋白能够与面筋蛋白形成紧密的蛋白网状结构。罗云[13]研究表明3%的蛋清粉能提高面条的感官及蒸煮品质，且在加热条件下，蛋清蛋白与面筋蛋白之间存在二硫键共价交联。赵殷勤等[14]研究发现6%高胶蛋白粉对面条蒸煮品质及感官品质有一定改善作用，可提高面条的蛋白含量及湿面筋含量，改善面条的韧性和口感，改善浑汤和断条现象。而关于不同改性蛋清粉对面条品质的影响以及面条品质与蛋清粉凝胶特性间相关性的报道还比较少。因此，本实验探究4 种改性蛋清粉对面条品质的影响，并对面条蒸煮特性与蛋清粉凝胶特性进行相关性分析，为改性蛋清粉在面条工业生产中的应用提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

小麦粉（中筋粉） 河北金沙河面业集团有限责任公司；5 种蛋清粉由太阳（天津）食品有限公司提供，分别命名为SP、PAD7、P10、PHG14、PHG21，其中SP为普通蛋清粉；PAD7、P10、PHG14、PHG21为4 种改性蛋清粉；相应添加5 种蛋清粉的面条分别用NSP、NPAD7、NP10、NPHG14及NPHG21表示；不添加蛋清粉的面条为空白对照，用N空白表示。实验中所用试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

YH-A 10002电子天平 瑞安市英衡电器有限公司；HM740和面机 青岛汉尚电器有限公司；C21-WT2112T多功能电磁炉 广东美的生活电器制造有限公司；TA.XT.Plus质构分析（texture profile analysis，TPA）仪英国Stable Micro System公司；Vizared 2.0型真空冷冻干燥机 美国VirTris公司；Tensor 27傅里叶变换红外光谱仪 赛默飞世尔科技有限公司；Micro MR-25低场核磁共振仪 上海纽迈电子科技有限公司；JSM-IT300LV扫描电子显微镜 日本日立高新技术公司。

1.3 方法

1.3.1 改性蛋清粉凝胶特性分析

1.3.1.1 质构特性测定

凝胶制备：参考代晓凝等[15]的方法，制备质量浓度为10 g/100 mL的溶液，取20 mL溶液置于25 mL烧杯中。密封后于90 ℃水浴40 min，取出后放入冰水中快速冷却，于4 ℃冰箱中保存24 h后进行凝胶质构及持水力分析。

采用TPA仪测定蛋清粉凝胶质构特性。将制备好的凝胶样品切成大小为（2×2×2）cm3的方块于室温（25 ℃）条件下进行测试。参数设置：测试探头P/36、测试前速率5.0 mm/s、测试速率2.0 mm/s、测试后速率2.0 mm/s、压缩比50%。

1.3.1.2 凝胶持水力测定

参考Li Junhua等[16]的方法，稍作修改。取1.3.1.1节中制备的凝胶样品3 g于10 mL离心管中，于25 ℃、10 000 r/min离心20 min，然后用滤纸小心吸取离心管中凝胶表面的水。每个样品重复测定3 次。持水力计算公式如下：

1.3.2 蛋清粉面条制备

参考GB/T 35875—2018《粮油检验 小面粉面条加工品质评价》[17]。5 种蛋清粉分别按6%（以小麦粉和蛋清粉总量为基准，预实验确定）的比例与小麦粉混合，加入适量的水（（30±0.1）℃），用和面机混合15 min，然后在室温（25 ℃）条件熟化20 min；采用家庭式小型面条机（6 挡）将面团压平后依次通过面条机1～5 挡（5 挡面片厚度为0.1 cm）压片并切割成长宽厚为30 cm×0.5 cm×0.1 cm的面条，放入盛有750 mL沸水浴的蒸锅中，在电磁炉上以1 000 W的功率煮至最佳煮面时间，捞出立即放入盛有500 mL 0 ℃冰水中约30 s，后进行面条品质评价。

1.3.3 蛋清粉面条蒸煮特性分析

1.3.3.1 最佳煮面时间

取20 根长度为30 cm的面条，放入750 mL沸水中并开始计时。煮面过程中使水始终保持微沸状态，从3 min开始，每隔20 s取出1 根面条于两块透明玻璃板中挤压，观察面条中有无明显白芯，白芯刚好消失的时间即为最佳煮面时间。

1.3.3.2 断条率

取1.3.2节压好的面条30 根，放入1 L沸水中煮至40 min，取出后置于0 ℃冰水中约30 s，数出完整的面条根数，计算面条的断条率：

1.3.3.3 吸水指数

取20 根长30 cm的面条，称量后放入750 mL的沸水中，在微沸水中煮至最佳时间，捞出湿面条。用吸水纸吸干面条表面水分，准确称质量并记录，计算吸水指数：

式中：A为吸水指数；W为熟面条质量/g；G为生面条质量/g。

1.3.3.4 干物质损失率

取20 根长度为30 cm的面条，精确称量（精确到0.001 g）放入750 mL的沸水中，在微沸水中煮至最佳煮面时间，捞出后冷水浸30 s，用滤纸吸5 min后再次称量，然后用筛网滤除面条，将面汤蒸发至小于400 mL后冷却至室温，再将余下的面汤转至500 mL容量瓶中定容，吸100 mL面汤于恒质量的烧杯中于电炉上加热，当面汤少于10 mL时，放入105 ℃烘箱中烘至恒质量，计算干物质损失率：

式中：P为干物质损失率/%；G为煮前面条的质量/g；M为面汤中干物质的质量/g；W为煮前面条的水分质量分数/%。

1.3.4 蛋清粉面条质构特性

参考罗云[13]的方法，取长度为30 cm的面条30 根，放入750 mL沸水中，煮至最佳煮面时间，用吸水纸吸去熟面条表面水分，采用的探头型号为P/36，测试前、中、后速率分别为0.8、0.8、0.8 mm/s，形变量为70%，感应力为5 g，两次压缩间隔时间为1 s，每个样品平行测试6 次。

1.3.5 蛋清粉面条水分分布

参考Han Chuanwu等[18]描述的方法，采用核磁共振分析仪中Carr-Purcell-Meiboomo-Gill（CPMG）脉冲序列扫描测定生面条的自旋弛豫时间（T2）。在核磁共振玻璃管（直径2.5 cm）中放入5 g面条，面条用一层塑料膜密封，防止水分蒸发。实验设置参数为接收机带宽250 kHz；射频信号频率主值22 MHz；射频延时0.020 ms；模拟增益20.0 db；射频90°脉冲宽度5.52 μs；数字增益3；采样点数75 004；射频180°脉冲宽度11.52 μs；回波间隔0.100 ms；回波个数3 000；累加采样2 次；重复采样间隔时间1 100.000 ms。每个样品均进行3 次测试。

1.3.6 蛋清粉面条二级结构

将冷冻干燥的生面条研磨，过120 目筛，密封备用。称取1.000 mg面条样品与150 mg左右的溴化钾充分混合研磨。取适量样品压制成透明薄片，用傅里叶变换红外光谱仪在波数400～4 000 cm-1的范围内进行全波段扫描。采用Peakfit v 4.12软件对1 600～1 700 cm-1段图谱进行分析，根据所得图中各子峰的面积，计算二级结构α-螺旋、β-折叠、β-转角、无规卷曲的相对含量[19]。

1.3.7 蛋清粉面条微观结构

参考马薇薇等[20]的方法，并稍作修改。将制好的生面条置于-80 ℃冰箱中预冻24 h后，进行真空冷冻干燥12 h，取出后将面条自然掰断，取截面较为平整的面条，截面朝上粘在贴有导电胶的样品台上，进行喷金处理，然后用扫描电子显微镜进行观察并拍照，面条的横截面放大倍数为800 倍。

1.3.8 蛋清粉面条感官评价

参考GB/T 35875—2018《面条加工品质评分标准》[17]，采用评分法评价，品尝小组由10 名感官鉴评人员组成。

表1 蛋清粉面条感官评价标准Table 1 Criteria for sensory evaluation of EWP incorporated noodles

1.4 数据分析

2 结果与分析

2.1 改性蛋清粉凝胶特性

凝胶质构特性和持水力是评价凝胶特性较为重要的2 个指标[21]。由表2可知，P10、PHG14、PHG21的硬度（凝胶强度）、胶着度及弹性显著高于SP和PAD7，原因可能是这3 种蛋清粉经改性后蛋清蛋白分子结构展开，使得包埋于分子内部的巯基不断暴露出来，导致游离巯基含量增加，分子内和分子间相互作用力增强，使得凝胶强度增加；同时，改性伴随着游离巯基的氧化形成大量二硫键共价交联，蛋白质发生热变性和聚集，从而增强蛋白质的凝胶强度[8]；而PAD7的黏聚性及持水力较高，原因可能是PAD7经过改性蛋白质分子构象发生解折叠及变性[9]。同时，P10、PHG14和PHG21三者持水力依次升高，与凝胶强度变化趋势一致，这可能与凝胶较为致密的结构及凝胶强度有关[22]。

表2 5 种蛋清粉凝胶质构及凝胶持水力Table 2 TPA properties and water-holding capacity of five EWP gels

2.2 改性蛋清粉面条蒸煮特性

由表3可知，添加5 种蛋清粉面条的最佳煮面时间均比空白长。这表明加入蛋清粉使面条蛋白质含量增大，面筋网络增强，面条结构越紧实从而最佳煮面时间延长；但在5 种蛋清粉面条中，添加蛋清粉PAD7的面条最佳煮面时间较短，且由表4可以看到，最佳煮面时间与蛋清凝胶强度及胶着度呈极显著正相关（P＜0.01），蛋清粉凝胶强度及胶着度高，可增强面条的面筋网络结构，使得在煮面时水分进入面条的速率较慢，因此，最佳煮面时间会延长。断条率反映面筋蛋白结构的稳定性及稳定强度，在煮至40 min后，添加5 种蛋清粉面条的断条率均较空白下降，且NPHG21断条率最低。同时，断条率与凝胶强度及胶着度呈极显著负相关（P＜0.01）（表4），这表明，面筋蛋白网络增强效果越好，凝胶强度越高，面条越不易断条。吸水指数可用来表征面条中淀粉与蛋白质水合的程度[23]。其值越高，表示面条中面筋性蛋白质含量越高，面条越劲道[24]。5 种蛋清粉面条中，NPHG21吸水指数较其他4 种面条显著增大，同时，面条吸水指数与凝胶强度、胶着度呈极显著正相关（P＜0.01）（表4），凝胶强度及胶着度的提高，表明面筋网络包裹淀粉的能力增强，面条中淀粉与面筋蛋白水合程度提高。面条的干物质损失越大，面条中的淀粉及蛋白质等营养物质损失越多，面条越浑汤。表3中显示添加5 种蛋清粉面条的干物质损失率较空白显著降低（P＜0.05），原因可能是蛋清蛋白增强了面筋网络束缚淀粉颗粒的能力，从而使淀粉的流失减少，干物质损失率降低；但5 种蛋清粉面条间干物质损失率差异不显著且与蛋清凝特性间无明显相关性（表4）。

表3 改性蛋清粉面条蒸煮特性Table 3 Cooking characteristics of modified EWP incorporated noodles

表4 蛋清粉面条蒸煮特性与蛋清粉凝胶特性间相关性分析Table 4 Correlation analysis between cooking characteristics of EWP incorporated noodles and EWP gel properties

2.3 改性蛋清粉面条质构特性

TPA是一种客观模拟人口腔对面条的品质感知方法，一般其测定的指标与感官评定的韧性、适口性、黏性和总体可接受度有较好的相关性[25]。由表5可知，添加5 种蛋清粉面条的硬度与空白相比，均显著增大（P＜0.05），表明蛋清蛋白显著增强了面筋网络结构。而对比5 种蛋清粉面条的硬度可知，NPAD7面条硬度较低，NP10、NPHG14及NPHG21硬度依次增大，原因一方面可能与蛋白质含量增加有关[26]；另一方面，可能与5 种蛋清粉凝胶强度大小有关，且凝胶强度越高，面条硬度、咀嚼度及回复性越大[4]。Brendan等[27]曾报道，蛋清蛋白有利于蛋白质网络的形成。在加热时，蛋清蛋白发生凝结，形成胶状网络结构，赋予面团类似固体一样的质构。这种固体般的结构增大了熟面条的硬度。从黏着性结果来看，添加蛋清粉的面条黏着性（绝对值）均小于空白组面条且5 种蛋清粉面条间差异不显著（P＞0.05），添加蛋清粉的面条黏着性降低一方面与蛋清粉具有一定的凝胶强度有关[28]，另一方面，蛋清蛋白分散于淀粉周围，在加热与水存在的环境下，蛋清蛋白与淀粉作用加强，故黏着性降低。而在弹性上，5 种改性处理的蛋清粉面条弹性均较空白提高，但差异不显著（P＞0.05）。

表5 蛋清粉对熟面条质构特性的影响Table 5 Effects of five EWPs on TPA properties of cooked noodles

2.4 改性蛋清粉面条水分分布

横向弛豫时间T2能够反映面条中水与非水组分相互结合程度[29]。图1显示生面条中主要存在3 种状态水：一种是在较短时间（0.01～1 ms），为强结合水，主要是与淀粉或面筋蛋白紧密结合的水，用T21表示；一种在中间时间（1～10 ms），为弱结合水，流动性介于深层结合水和自由水之间，此部分水结合于蛋白质、淀粉等大分子之间，用T22表示；较长时间（10～1 000 ms）为自由流动水T23。图1中主要以T21和T22为主。刘锐等[30]认为在面筋形成较为完善的面条面团中，水分主要以弱结合水存在，其信号幅值占总信号的80%左右。通常，较短的横向弛豫时间表示面条中水与非水组分之间结合程度相对牢固而自由水含量较少，而较长的弛豫时间代表面条中面筋蛋白与水分结合较为松散且自由水含量多[31]。从图1可以看到，与N空白相比，添加5 种蛋清粉的面条横向弛豫时间T22峰左移明显，同时，表6也显示，5 种蛋清粉面条的T22显著缩短（P＜0.05）且5 种蛋清粉面条中，NPHG21的横向弛豫时间T22最短（20.836 ms），这表明NPHG21中水与非水基质（蛋白质和淀粉等大分子物质）结合较为紧密，且相互作用增强，这对于面条的稳定性较为有利。

图1 蛋清粉面条横向弛豫时间T2分布Fig.1 Spin-spin relaxation time (T2) distribution of EWP incorporated noodles

表6 蛋清粉面条弛豫时间T2及其峰面积所占百分比A2Table 6 Spin-spin relaxation time (T2) and its peak area percentage (A2)in EWP incorporated noodles

2.5 改性蛋清粉面条蛋白质二级结构

如图2a所示，波数为1 600～1 700 cm-1为蛋白质的酰胺I区，酰胺I区主要是由酰胺键C＝O的伸缩振动引起的，与蛋白质二级结构有关。蛋白质二级结构包括α-螺旋、β-折叠、β-转角及无规卷曲。其中α-螺旋和β-折叠属于紧密有序结构，β-转角属于比较松散的部分有序结构，而无规卷曲为松散的无序结构[22]。根据Schmidt等[32]的报道，酰胺I带各特征峰的波数与面筋蛋白二级结构对应关系为：1 646～1 664 cm-1为α-螺旋；1 615～1 637 cm-1及1 682～1 700 cm-1为β-折叠；1 664～1 681 cm-1为β-转角；1 637～1 645 cm-1为无规卷曲，据此计算面条中面筋蛋白二级结构相对含量。如图2b所示，与N空白相比，添加5 种蛋清粉的面条α-螺旋相对含量增加，无规卷曲相对含量降低，β-折叠相对含量稍有下降但不明显。这表明，蛋清蛋白能够增强面条中面筋网络结构的有序性而降低其无序性。而在5 种蛋清粉面条中，NPHG21的α-螺旋相对含量显著高于其他4 种蛋清粉面条，无规卷曲显著低于其他4 种蛋清粉面条，且与N空白相比，NPHG21的α-螺旋相对含量增加了91.7%，无规卷曲相对含量降低了29.6%，这可能与蛋清蛋白的凝胶强度有关。蛋清粉的加入，一方面增强了面筋蛋白中二硫键交联程度，使得面筋蛋白形成较为连续的、三维的立体网状结构；另一方面，这种连续的三维立体网状结构又可以保留较多的水分，这也与蛋清凝胶较高的持水性有很大的关系，同时，图2a中3 424.37 cm-1处峰位置为蛋白质分子间氢键O—H伸缩振动（O—H伸缩振动波段为3 500～3 300 cm-1），这也表明，蛋清粉提高了面筋蛋白中氢键作用力，同时，Han Chuanwu等[18]研究表明，氢键作用力增强对于面团及面条微观品质的提升具有重要意义。

图2 改性蛋清粉面条红外光谱图（a）及面条蛋白质二级结构相对含量（b）Fig.2 FTIR spectra (a) and secondary structure contents (b) of modified EWP incorporated noodles

2.6 改性蛋清粉面条微观结构

通过扫描电子显微镜可观察蛋白质基质中淀粉颗粒的排列暴露情况评价面条的微观结构[33]。从图3a可以看到，面条截面较不平整且粗糙，较多的淀粉颗粒暴露在面筋网络外部。同时，面筋网络之间出现较大的空隙及孔洞，表明N空白的面筋网络结构较为松散，包裹淀粉颗粒能力较差，这也是其断条率和干物质损失率较大的原因。与图3a相比，图3b～e中面筋网络结构明显变得更加致密，蛋清粉的加入，一方面填补了淀粉与面筋蛋白之间的空隙；另一方面，蛋清粉的强凝胶特性可以增强淀粉与面筋蛋白之间的黏连作用，牢牢锁住淀粉的流失。但是，比较这5 种不同蛋清粉面条截面微观结构可知，NPHG21截面较为平整，几乎无外露的淀粉颗粒，面筋蛋白结构较为致密，这也验证了2.2节中面条蒸煮特性分析结果，致密的面筋蛋白结构阻挡水分进入面条内部，因此，NPHG21的最佳煮面时间较长，同时其断条率最低。

图3 蛋清粉生面条截面扫描电子显微镜微观结构图Fig.3 Cross-sectional microstructure of raw noodles incorporated with EWP

2.7 蛋清粉面条感官评价结果

由图4可知，5 种蛋清粉面条的色泽感官评分较N空白低，原因与蛋清粉面条颜色较深有关；在适口性、光滑性、黏性及韧性方面，NPHG21硬度适中，有嚼劲，面条光滑爽口；而NPAD7虽有一定的弹性，但缺乏面条的嚼劲，咀嚼性较差；其次，5 种蛋清粉面条在表观状态方面差异不显著；在蛋腥味方面，添加蛋清粉的面条均有一定的蛋腥味，且NPAD7蛋腥味较重，消费者接受度较差。总体来说，NPHG21在消费者中总体可接受程度较高。

图4 改性蛋清粉面条感官评价雷达图Fig.4 Radar map of sensory evaluation of modified EWP incorporated noodles

3 结 论

本实验通过研究改性蛋清粉对面条品质的影响。结果表明，在蒸煮特性上，改性蛋清粉面条NPHG21的最佳煮面时间及吸水指数较高，断条率及干物质损失率较低，同时，最佳煮面时间、吸水指数与蛋清粉凝胶强度及咀嚼度呈极显著正相关，断条率与凝胶强度及咀嚼度呈极显著负相关；质构特性上，NPHG21硬度、弹性、咀嚼性、黏聚性及回复性较好，黏着性较低；同时，NPHG21横向弛豫时间T22较短，面条中水与蛋白质等大分子结合较牢固，且α-螺旋相对含量最高，无规卷曲相对含量最低；扫描电镜图也显示NPHG21截面较为平整且紧密，几乎无外露的淀粉颗粒；感官评价中NPHG21在消费者中总体接受程度较高。综上所述，添加改性蛋清粉PHG21的面条在客观上具有较好的蒸煮、质构特性及微观品质，同时，主观上消费者的接受程度较高。因此，改性蛋清粉PHG21较适合作为面条专用蛋清粉。