紫甘薯花色苷对面筋蛋白结构特性及饺子皮品质的影响

刘兴丽，沈 力，张艳艳，王宏伟，冯志强，张 华,*

（1.郑州轻工业大学食品与生物工程学院，河南 郑州 450002；2.三全食品股份有限公司，河南 郑州 450000）

在食品体系中，食物多酚属于一类重要的天然食品添加剂，花青素就是一种常见的食物多酚，因其含有苯酚结构而具有良好的抗氧化性，但花青素性质不稳定，在食物的加工与烹调过程中易发生降解。紫甘薯花色苷（purple sweet potato anthocyanins，PSPA）安全无毒、资源丰富，并含有大量酰基化的花青素，酰基化的结构对花青素的稳定性有很好的提升作用，有研究表明PSPA的热稳定性高于紫苏、黑米和黑豆等其他来源的花青素，与紫米相似；光稳定性则优于其他色素，较高的稳定性决定了其极佳的抗氧化效果。因此，PSPA越来越受到人们的重视。

近年来，随着社会经济水平的发展，人们生活水平的提高，肥胖症以及由此引发的并发症的发病率显著上升。体内过多的脂肪会影响人体机体的新陈代谢继而产生过量的自由基，增加了其引发疾病的风险。因此将天然提取物作为抗氧化剂应用于食品体系中成为了近年来的热点。饺子是中国的传统美食，食用方便，深受消费者喜爱，然而，传统的饺子皮是由简单的原料（面粉、水）制成的，营养相对单一，缺少一些其他的营养成分，不能满足人们对功能性食品的需求。因此，将PSPA加入大多数人日常食用的食品饺子皮面团中，可以提升其功能特性，更好地发挥营养膳食对疾病的防控作用。

但同时多酚类物质会与食品成分之间产生相互作用，使食品空间结构和理化特性发生改变最终影响食品的品质。目前，国内外对于食物多酚影响饺子皮、面条等淀粉基食品品质的变化已有报道。李华等将茶多酚添加到特一粉和高筋粉面团中，发现添加茶多酚提高了两种面团的粉质特性和拉伸特性，同时面团的筋力、耐揉力、机械性能变好；Vernon-Carter等发现添加花青素改变了新鲜制作和储存（4 d）玉米饼的体外消化率，同时对玉米饼的质构有积极的影响；Han Chuanwu等研究发现添加茶多酚显著提高了面条面团的强度和面条质地。截至目前，大部分研究还集中在添加多酚类物质对饺子皮等淀粉基食品宏观品质的影响上，但对于多酚类物质对面筋蛋白结构特性的影响还很少。

因此，本研究通过添加不同比例的PSPA以制备饺子皮，从微观角度出发对多酚与面筋蛋白相互作用对面筋网络结构的影响进行研究，同时与不同PSPA添加量对饺子皮宏观品质的影响进行结合，以阐明不同添加量的PSPA与面筋蛋白的相互作用及对饺子皮品质的影响及其可能的机理，为添加多酚类物质的淀粉基食品的加工提供一定的理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

小麦面粉 河南金苑粮油有限公司；PSPA 青岛鹏远康华天然产物有限公司；1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH） Sigma-Aldrich（上海）贸易有限公司；无水甲醇 天津市富宇精细化工有限公司；溴化钾（光谱纯） 天津市光复精细化工研究所。

1.2 仪器与设备

JY1002型电子天平 上海诺科仪器仪表有限公司；MP200A型电子天平（千分位） 上海良平仪器仪表有限公司；LGJ-10型冷冻干燥机 河南兄弟仪器设备有限公司；HA-3480AS型和面机 克莱美斯机电科技（深圳）有限公司；DZM-140型电动压面机 永康市海鸥电器有限公司；HR-1型Discovery流变仪 美国TA公司；Vertex 70型傅里叶变换红外光谱仪 美国赛默飞公司；JEM-5490LV型场发射扫描电子显微镜 日本JEOL公司；E-scanBruker电子顺磁共振波谱仪 德国布鲁克科技（北京）有限公司；UV-1100型紫外分光光度计 上海美普达仪器有限公司；TA.XT plus型物性测定仪 美国TA公司；Renishaw inVia激光拉曼光谱仪 雷尼绍（上海）贸易有限公司；810152型粉质仪、860704型拉伸仪德国Brabender GmbH & Co. KG公司。

1.3 方法

1.3.1 饺子皮的制作

将PSPA粉末与小麦面粉混匀，制成300 g的混合粉，PSPA添加量分别为0%、0.1%、0.2%、0.4%、0.8%；向混合粉中加入135g水，使用和面机慢速和面10 min后放入保鲜袋中醒面20 min。利用压面机和饺子皮模具制作饺子皮，将压面机压辊轧距分别调到不同挡位后将面团对折后压片2 次，形成厚度约1 mm的薄面片，利用饺子皮模具将薄面片切成直径约70 mm的圆形饺子皮。制成的饺子皮一部分放入4 ℃冰箱，另一部分饺子皮冷冻干燥后磨粉过筛以待测定。

1.3.2 傅里叶红外光谱的测定

将上述冷冻干燥的饺子皮粉碎后过100 目筛。按照质量比1∶50称取样品粉末和干燥的溴化钾研磨混匀后，压片机上压制薄片，用Vertex 70型红外光谱仪在400～4 000 cm范围内扫描。

用Peak Fit 4.12对酰胺I带（1 600～1 700 cm）进行图谱分析，先进行基线校正，之后二阶导数拟合，直至拟合残差最小。对二级结构的归属表示如下：1 646～1 664 cm为-螺旋结构，1 615～1 537 cm和1 680～1 700 cm为-折叠结构，1 664～1 681 cm为-转角结构，1 637～1 645 cm为无规卷曲结构。

1.3.3 拉曼光谱的测定

将样品粉末置于载玻片放置于显微镜下观察，在50 倍物镜聚焦后，采用面扫描模式，4 μm为步长，在正方形区域内采集25 个点的拉曼信号，并在测试前，对每个点进行激光照射60 s，以消除样品中的荧光物质的影响。使用仪器自带的软件对谱图进行基线矫正、降噪处理后保存谱图。

拉曼光谱的采集参数：激发波长785 nm；积分时间10 s；功率为总功率的50%；叠加3 次。

1.3.4 扫描电子显微镜分析

采用场发射扫描电子显微镜观察饺子皮微观结构变化，样品喷金处理，加速电压为20 kV，放大倍数为1 000 倍和2 000 倍。

1.3.5 流变特性的测定

参照Wang Yang等的方法。采用20 mm的铝平板，间隙1.0 mm，温度25 ℃，设置频率1 Hz，通过振幅扫描确定线性黏弹区。实验过程中待上夹具降低到1.05 mm处切边，为防止水分蒸发涂抹一层薄薄的甲基硅油。然后将夹具降低到1.0 mm进行测试。

频率扫描测试：应变0.02%，频率扫描范围0.1～100 Hz，测试样品的弹性模量’及黏性模量”。

1.3.6 拉伸特性的测定

参照GB/T 14615ü2019《粮油检验 小麦粉面团流变学特性测试 拉伸仪法》的方法用拉伸仪测量不同添加量PSPA面团的拉伸性质。在粉质仪中添加NaCl溶液制成用于拉伸测定的面团，分别在醒发30、60、90 min时测量其拉伸特性。

1.3.7 PSPA饺子皮的色差值的测定

用Ci6x型色差仪测定饺子皮的颜色，记录值（暗度）、值（红度）、值（黄度）。值为色饱和度，数值越大代表颜色越鲜艳，值计算公式如下：

式中：为红度；为黄度；为色饱和度。

白值计算公式如下：

式中：WI为白值；为红度；为黄度；为暗度。

1.3.8 DPPH自由基清除率

饺子皮的DPPH自由基清除率使用电子顺磁共振波谱仪进行测量。精确称量10 g冻干饺子皮粉加入到100 mL含1% HCl的80%甲醇溶液中，磁力搅拌1 h后以8 000 r/min离心15 min，取上清液等待进一步测试。以甲醇为溶剂配制0.5 mmol/L DPPH溶液，将上清液与DPPH溶液以1∶100的比例混合后暗反应20 min，以甲醇代替样品作为控制组。暗反应结束后立即使用电子顺磁波谱仪进行测量。

电子顺磁共振波谱测定条件：频率9.792 069 GHz，功率5.00 mW，中心磁场3 487 G，扫描宽度100 G，调制幅度2.27 G，调制频率86.00 kHz，接收机增益为3.17h10。

扫描后用WINEPR-Processing软件求不同样品的DPPH自由基电子顺磁共振波谱图的（3 450f0.01）～（3 525f0.01）G区域的特征峰面积，值记为，以甲醇代替样品的控制组谱图特征峰面积为。DPPH自由基清除能力计算公式如下：

1.3.9 蒸煮损失测定

参照Liu Xingli等的方法，略作修改。将3 片共50 g的饺子皮放入1 000 mL沸水中，煮至最佳时间后捞出，将蒸煮水定容至1 000 mL，测定其在420 nm处的吸光度，吸光度越大，表明蒸煮损失率越大。同时以原花青素为标准品，在520 nm处测定吸光度绘制标准曲线，标准曲线回归方程为=0.002 1＋0.095 5，=0.998 8，用来计算饺子皮蒸煮过程中花色苷的损失。

1.3.10 质构特性的测定

将煮后的水饺皮切成2 cmh2 cmh1 mm的立方体后通过TA.XT plus型物性测定仪测定其质构特性。参数设定：测定模式为TPA模式，选择P/36R探头；预先测试速率1.00 mm/s；测试速率1.00 mm/s；测试后速率1.00 mm/s；目标模式为应变，压缩率为70%，时间2.00 s，触发模式为自动，触发力5.0 g，皮重模式为自动。

1.4 数据分析

2 结果与分析

2.1 PSPA添加量对面筋蛋白结构的影响

图1为不同添加量的PSPA饺子皮的红外光谱图。面团在3 500～3 250 cm范围内的强吸收峰可以认为是饺子皮内部分子的羟基和氢键的伸缩振动，随着PSPA添加量的增加，该吸收峰向右发生了不同程度的偏移，这说明PSPA的加入使饺子皮内部的氢键含量增加，这与皮俊翔的研究结果一致，其发现随着茶多酚添加量的增加，样品图谱中该峰逐渐向右偏移，这可能是因为与水分子相比，多酚更容易与高聚物氢键键合，羟基伸缩振动消耗的能量更低，因此导致该峰向更低的波数变化。

面筋蛋白是面团品质的重要影响因素之一，同时蛋白质分子的构型受蛋白质二级结构变化的影响。图1中1 650 cm波数处吸收峰的偏移表明PSPA的加入使饺子皮中蛋白质的二级结构发生了变化，酰胺I带是表征蛋白质二级结构的一种方法，利用peakfit对谱图进行基线校正，二阶导拟合处理，直至拟合残差最小。由图2可以看出，随着PSPA添加量的增加，-螺旋结构相对含量呈先增加后减少的趋势，-折叠相对含量随着添加量的增加而增加，-转角相对含量逐渐减少。Wang Qiong等发现-螺旋的增加和-转角的降低表明多酚与蛋白质之间的氢键的相互作用加强，这与3 500～3 250 cm峰向右偏移的结果一致。-螺旋与-折叠相对含量的增加可能与面筋的强度相关，特别是-螺旋相对含量的增加有利于面筋蛋白的稳定。

图1 不同PSPA添加量饺子皮傅里叶红外光谱图Fig.1 Fourier transform infrared spectra of dumpling wrappers with different amounts of added PSPA

图2 不同PSPA添加量饺子皮中蛋白质二级结构变化Fig.2 Changes in protein secondary structure in dumpling wrappers with different amounts of added PSPA

面团的拉曼光谱在500～550 cm的特征峰可以归属为二硫键的伸缩振动，二硫键在此频率范围内主要存在3 种结构形式：510 cm附近为扭-扭-扭结构、525 cm附近为扭-扭-反结构、535 cm附近为反-扭-反结构，且随着吸收频率的增加，二硫键结构逐渐变得不稳定。如表1所示，随着PSPA添加量的增加饺子皮二硫键由较为稳定的扭-扭-扭和扭-扭-反结构向不稳定的反-扭-反结构转变，说明PSPA会通过降低二硫键的稳定性弱化面筋网络，阻碍面筋蛋白的聚集和交联，原因可能是多酚对二硫键的还原作用，且多酚的抗氧化性不利于面团分子间二硫键的形成，作用效果与酚类的抗氧化性呈正相关。

表1 不同PSPA添加量饺子皮中二硫键构型变化Table 1 Changes in disulfide bond configuration in dumpling wrappers with different addition amounts of PSPA

氢键、疏水键以及二硫键引起的蛋白质分子聚集都可以起到强化面筋网络的作用。红外与拉曼光谱的结果显示，PSPA的加入使分子间的氢键相互作用增强，起到一定的增筋效果；但多酚的还原性及抗氧化性同时降低了二硫键的稳定性，弱化了面筋网络。这与Girard等的研究结果相同。因此PSPA与面筋蛋白相互作用带来的增筋效果与多酚物质破坏二硫键带来的弱化面筋的作用为相互制约的动态平衡。

2.2 PSPA添加量对饺子皮微观结构的影响

面团的结构是由淀粉颗粒嵌入在面筋网络中形成的。为确定PSPA对饺子皮微观结构的影响，在1 000 倍及2 000 倍的扫描电镜下观察饺子皮的微观结构。图3显示，未添加和添加0.1% PSPA样品的面筋网络结构相对疏松的覆盖在淀粉表面，随着PSPA添加量增加至0.2%和0.4%，面筋网络结构逐渐致密，呈均匀的连续网膜状覆盖在大小淀粉颗粒表面，这一结果表明，当PSPA添加量为0.2%和0.4%时多酚物质的加入使面筋蛋白的侧链基团优先与酚羟基结合，多酚与面筋蛋白之间的相互作用对蛋白质产生了聚合作用从而增强面筋了网络结构；而当PSPA添加量增加至0.8%时，网络结构部分遭到破坏，开始变得不连续，淀粉颗粒开始从面筋网络中暴露出来，这可能是因为随着PSPA添加量的增加，酚类物质对二硫键的还原起主导作用后会破坏面筋网络结构的形成，这与拉曼光谱二硫键构型的研究结果一致。同时可以看出添加了PSPA后，多酚与面筋蛋白形成的聚合体更大，这可以从Wang Qiong等研究发现向面团中添加0.1%～0.3%单宁使面筋蛋白聚合体体积粒径增大得到证实。

图3 不同PSPA添加量饺子皮扫描电子显微镜图Fig.3 SEM images of dumpling wrappers with different amounts of added PSPA

2.3 PSPA添加量对饺子皮面团流变特性的影响

由图4c可以看出，所有面团的损耗角正切值tan小于1，即’高于”，表明面团的类固体行为占主导地位。’代表物质的弹性本质，是指经过一个振动周期的正弦形变后恢复所需的能量；”代表物质的黏性本质，是指每个周期的正弦形变所消耗或损失的能量。同一PSPA添加量比例下，’和”随着频率的增加不断升高，这表明面团体系具有典型的黏弹特性。图4a和图4b表明，当添加量为0.1%～0.4%时，PSPA的加入使面团的’减小和”有不同程度的增加，其中添加量为0.1%时增加的最多，原因可能是多酚进入面筋网络与面筋蛋白形成复合体，与水分子相比，多酚的分子质量更大，有效碳链更长，因此多酚-面筋蛋白复合物比水-面筋蛋白复合物的分子柔韧性以及稳定性更强。而当添加量增加至0.8%，’和”值降低，可能是因为多酚的还原性阻碍的支撑面筋网络的二硫键的氧化形成，弱化了面筋网络，导致’和”值降低。

图4 PSPA添加量饺子皮的频率扫描曲线Fig.4 Frequency sweep curves of dumpling wrappers with different addition amounts of PSPA

2.4 PSPA添加量对饺子皮面团拉伸特性的影响

如表2所示，与对照组相比，不同的醒发时间内所有面团的拉伸阻力显著增加，且随着添加量的增加呈先增加后降低的趋势。拉伸阻力增大说明面团的抗拉强度（筋力）增大，加工性能好，同时使面团的延伸度降低。原因可能是因为PSPA在面筋网络形成的过程中与面筋蛋白形成复合物，增加了面筋蛋白的二级结构中-螺旋与-折叠的比例，起到了一定的“增筋”作用，随着PSPA添加量的增加，PSPA的还原性对二硫键稳定性的影响占主导地位，此时面团的面筋网络遭到弱化，拉伸阻力与延伸度降低。

表2 不同PSPA添加量对饺子皮面团拉伸特性的影响Table 2 Effects of different amounts of added PSPA on the extensograph properties of dumpling dough

2.5 PSPA添加量对饺子皮颜色的影响

食品的色泽也是影响消费者是否购买的重要因素之一，因此对饺子皮的整体评价也存在重要的意义。从表3可以看出，随着PSPA添加量的增加，饺子皮的值与值显著降低，值显著上升，饺子皮的颜色由白色向紫色，深紫色转变。WI值显著性降低表明PSPA的加入会使饺子皮的颜色加深变暗。值则呈先降低后升高的趋势，表明当添加量增加至0.4%和0.8%时，饺子皮的颜色变得越来越鲜艳。饺子皮色差变化的原因主要是因为PSPA粉末呈紫黑色，其中含有的有色酚类物质对饺子皮的整体颜色影响显著。

表3 不同PSPA添加量饺子皮色差值变化Table 3 Change in color difference of dumpling wrappers with different addition amounts of PSPA

2.6 PSPA添加量对饺子皮DPPH自由基清除能力的影响

由图5所示，对照组饺子皮也具有一定的抗氧化性，原因是因为面粉中存在的内源酚类化合物提供了抗氧化能力。此外不同添加量的PSPA能显著提升饺子皮的抗氧化性，且与添加量呈正相关，当添加量为0.8%时DPPH自由基清除率较对照组提高了21.065%。这表明向饺子皮中添加PSPA可以提升饺子皮的抗氧化能力。

图5 不同PSPA添加量饺子皮的DPPH自由基清除率Fig.5 DPPH radical scavenging effect of dumpling wrappers with different addition amounts of added PSPA

2.7 PSPA添加量对饺子皮品质的影响

表4显示了不同PSPA添加量饺子皮的质构参数。当PSPA添加量为0.2%和0.4%时，饺子皮的硬度和咀嚼性都有所提高，且添加量为0.4%时差异显著，王丽君等研究发现随着葡萄皮多酚的加入，生鲜面的硬度及咀嚼性都呈上升趋势。而当添加量增加至0.8%时，饺子皮的硬度和咀嚼性有所下降且有显著差异。面制品的硬度受面筋网络结构强弱的影响，Niu Meng等研究发现面筋网络强度越高，面条质地越硬。因此，上述结果表明，适量添加PSPA可以一定程度上增强面筋网络结构，而大量多酚的加入则可能会破坏面筋网络的结构导致硬度和咀嚼性下降。同时，与对照相比，添加量为0.1%～0.4%样品的弹性和胶着性都有所提高，而当添加量进一步增加至0.8%时，样品的弹性及胶着性大幅下降至对照组以下。这与流变测试的结果一致。因此，质构的结果表明，适量的向面制品中添加PSPA可以起到强化面筋网络，改善加工特性的作用。

表4 不同PSPA添加量饺子皮的质构特性Table 4 Texture characteristics of dumpling wrappers with different addition amounts of PSPA

饺子皮的蒸煮损失是评价其整体质量的一个重要参数，在煮制过程中，饺子皮中的一些可溶性淀粉和蛋白质浸没在水中，使水在烹煮时浑浊。如图6A所示，与未添加PSPA的饺子皮相比，添加0.1%、0.2%、0.4% PSPA饺子皮的蒸煮损失都有所降低，原因可能是PSPA中的多酚与面筋蛋白形成的络合物提高了饺子皮面筋网络结构的稳定性，降低了煮制过程中的损失；而当添加量增加至0.8%时，蒸煮损失较对照组进一步增大，这是因为体系中多酚的进一步增加，面筋被稀释，使游离的多酚增多，在煮制过程中溢出而增加了饺子皮的蒸煮损失。由图6B可以看出，花青素的损失随着PSPA添加量的增加而增加，这是因为添加量的增加使体系中未能与面筋蛋白形成络合物的游离花青素增多，因此花青素的损失逐渐增大。

图6 不同PSPA添加量饺子皮的蒸煮损失（A）和花青素损失（B）Fig.6 Cooking loss (A) and anthocyanin loss (B) of dumpling wrappers with different addition amounts of PSPA

因此上述结果表明一定量PSPA的加入能使多羟基的酚类与面筋蛋白的侧链结合，增强了饺子皮的网络结构，使饺子皮的硬度及咀嚼性增加，蒸煮损失下降，一定程度上改善了饺子皮的品质。而当添加量为0.8%时，饺子皮的面筋网络遭到弱化使其品质降低。

3 结 论

探讨了将PSPA作为抗氧化剂对饺子皮面团面筋蛋白结构特性的影响及饺子皮品质的影响。结果表明，首先抗氧化性实验结果显示，与对照相比，所有样品都显著提高了饺子皮的抗氧化性。其次，当PSPA添加量为0.1%～0.4%时可以增强饺子皮的面筋网络结构，一定程度上改善饺子皮的加工特性且降低了蒸煮损失；而当添加量增加至0.8%时则弱化了饺子皮的面筋网络，饺子皮的品质有所下降。原因可能是与水相比，多酚更容易与面筋蛋白氢键键合，增强了氢键相互作用，使体系中-螺旋及折叠结构的相对含量显著增加，但同时多酚的还原性与抗氧化性会导致二硫键的稳定性降低，使二硫键向不稳定的构型转变，当PSPA的还原性为主导时，面筋网络遭到破坏使饺子皮品质有所降低。因此PSPA与面筋蛋白相互作用带来的增筋效果与多酚物质破坏二硫键带来的弱化面筋的作用存在相互制约的动态平衡，且与PSPA添加量有关。本研究结果为PSPA在食品中的应用提供了新思路，为新兴多酚面制品的开发提供了理论基础和实验依据。