麦麸酚酸对面团及面筋蛋白理化性质的影响

张慧娟，靳程茗，吕世豪，刘书畅，王 静，3*

（1 中国-加拿大品营养与健康联合实验室（北京）北京100048 2 北京市食品添加剂工程技术研究中心（北京工商大学）北京100048 3 北京工商大学食品与健康学院 北京 100048）

全麦食品属于全谷物的范畴，比精制食品有更大的营养价值，这是由于在麸皮中存在着独特的促进健康的成分[1-5]，特别是麦麸中的酚酸类物质[6]，这些生物化学物质可以提供除基本营养之外的健康益处。

酚类化合物至少由一个酚环和一个羟基组成，属于植物的次生代谢产物[7]。许多研究表明酚类化合物可以用作抗氧化应激性疾病的抗氧化剂[8-10]。多酚可分成类黄酮类和非类黄酮类两大类，类黄酮可分为黄烷醇、黄酮醇、花青素、黄酮、黄烷酮和查耳酮，非类黄酮包含二苯乙烯、酚酸、皂苷和单宁[11]。其中，酚酸是一类特殊的麦麸成分，对于促进胃肠道健康具有重要意义，因此可以作为功能性食品的成分[12]。麦麸中的酚酸由两大类组成：一类为羟基苯甲酸类如没食子酸（Gallic acid，GA）、丁香酸（Syringic acid，SA）和香草酸（Vanillic acid，VA）[13]，另一类为羟基肉桂酸类如对香豆酸（p-Coumaric acid，p-CA）、咖啡酸（Caffeic acid，CA）和阿魏酸（Ferulic acid，FA）[14-15]。羟基肉桂酸比羟基苯甲酸具有更强的抗氧化活性[8]。

很多研究使用酚类物质作为面制品中的强化剂开发功能性食品，尤其是酚酸。有研究表明，麦麸中存在的酚酸会对面团和面筋蛋白产生一定的影响[16]。面筋蛋白可以通过二硫键、氢键和疏水键连接在一起，从而在肽链内与酚类化合物形成交联[17]，进而影响面团特性。研究表明小麦粉中添加FA 可减少面团的混合时间并最大程度地提高面团的混合耐受性，增加面团的回生值、吸水率，增加游离巯基含量[18]。向小麦粉中添加CA、FA、SA和GA 会减少面团混合时间、混合耐受性及对面团延展的最大抵抗力[16，19]。张慧娟等[20]的研究发现当添加一定量的FA 和CA 时，会使得面团的稳定时间以及面筋蛋白的热降解温度、热变性温度和焓变降低，增加面团的回生值和面筋蛋白的黏弹性模量，并且随着添加量的增加微观结构变得混乱无序。不难发现，FA 作为麦麸中含量最高的一种羟基肉桂酸，能够改变面团和面筋蛋白的性质并受到较多的关注，其次CA 也被广泛研究。目前对羟基苯甲酸的研究甚少，并且关于酚酸对面团和面筋蛋白的研究范围还不够全面，不能更好地阐述它们之间的作用。本研究各选择两大类中较具代表性的酚酸CA、p-CA、GA、SA 为研究对象，阐述不同种类的麦麸酚酸对面团和面筋蛋白的影响，为小分子酚酸在面制品中的应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

高筋小麦粉购自金沙河面业集团有限公司，水分含量13.1%，蛋白质含量12.2%（N×5.7），脂肪含量2%。

咖啡酸、对香豆酸、没食子酸、丁香酸、甲基硅油，上海麦克林生化科技有限公司，分析纯级；冰醋酸、碘液，北京半夏科技发展有限公司。

1.2 仪器与设备

Mixolab 谷物综合特性测定仪，法国Chopin公司；FreeZone 冷冻干燥机，美国Labconco 公司；Brookfield CT3025K 质构仪，美国Brookfield 公司；自动差示扫描量热仪DSC-60 Plus，日本岛津公司；快速粘度分析仪，瑞典Perten 公司；DHR-2混合型流变仪，美国TA 仪器公司；TGA 8000 热重分析仪，铂金埃尔默股份有限公司；HMJ-D3826和面机，顺德小熊电器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 混合粉的制备 将CA、p-CA、GA、SA 分别以0.05%，0.1%，0.2%，0.3%的添加量添加到高筋小麦粉中，充分混匀，制得混合粉。

1.3.2 面团糊化特性 使用快速粘度仪测定加入25 mL 蒸馏水后混合面粉的糊化特性。混合粉样品悬浮于蒸馏水中50 ℃维持1 min，再以12 ℃/min 加热至95 ℃，随后保持2.5 min 结束升温程序。再以12 ℃/min 冷却至50 ℃并保持2 min。

1.3.3 面团热机械学特性 使用Mixolab 谷物综合测定仪测定面团在加热过程中蛋白质和淀粉的性质。试验仪器设定参数按照“Chopin+”标准：根据混合粉水分含量，计算要称取的面粉的质量，使加水后面团总质量为75 g。首先使面团扭矩达到1.1 Nm，30 ℃恒温保持8 min 后以4 ℃/min 的速度升温至90 ℃，保持7 min，之后以4 ℃/min 的速度冷却至50 ℃，恒温保持5 min，整个过程面团搅拌速度保持在80 r/min。

1.3.4 面筋蛋白的制备 参照Day 等[21]的方法稍作修改。向和面机中加入100 g 混合粉和60 mL蒸馏水于室温下和面5 min 得到表面光滑的面团，用保鲜膜包裹静置30 min 醒发。充分醒发后的面团用蒸馏水洗涤至洗出的清水遇碘不变蓝，得到面筋蛋白样品，将部分湿面筋取出用于测定流变学特性，其余进行冷冻干燥，磨碎过80 目筛后得到面筋蛋白粉末。

1.3.5 面筋蛋白流变学特性 面筋蛋白的流变学特性根据Ma 等[22]的方法稍作修改。将1.3.4 节中制得的湿面筋的中心部位取3 g 面筋蛋白揉成小球放在流变仪平台上，使上下平板间距为2 mm，切去多余的面筋蛋白，盖上盖子并在边缘涂甲基硅油用来防止面筋蛋白干燥，在流变仪平台上放置5 min 以平衡面筋蛋白内部结构。测量参数为：40 mm 圆形平板检测探头，25 ℃，频率0.01～10 Hz。

1.3.6 面筋蛋白热力学特性 面筋蛋白的热力学性质通过热重分析仪（TGA 8000）和差示扫描量热仪（DSC-60 Plus）进行测定。根据Nawrocka等[23]的方法进行热重分析得到TGA 曲线，并用Pyris 软件分析，检测程序为：10 mg 左右面筋蛋白样品，10 ℃/min 升温速率，初始温度为50 ℃，结束温度为900 ℃。参考Wang 等[24]的检测方法和程序得到样品的DSC 曲线，检测程序为：2～3 mg 面筋蛋白样品，以5 ℃/min 的升温速率由30 ℃加热至100 ℃。

1.3.7 面筋蛋白微观结构的测定 面筋蛋白的微观结构用扫描电子显微镜进行观察，取冷冻干燥的面筋蛋白小块进行喷金镀膜。随后将处理好的样品立即放入电镜载物腔内抽真空，加压至5 kV，选择合适的放大倍数进行观察。

1.4 数据分析

所有试验重复3 次，试验数据用平均值±标准差（x±s）来表示。采用SPSS Statistics 25 软件对试验数据进行显著性分析。

2 结果与分析

2.1 CA、p-CA、GA、SA 对面团糊化特性的影响

添加CA、p-CA、GA、SA 对混合粉糊化特性的影响见表1。峰值黏度可以衡量淀粉溶胀能力，发生在膨胀和聚合物浸出之间的平衡点[25]。衰减值与面团的弹性、光滑性呈正相关关系，与淀粉颗粒的稳定性、抗剪切力和耐搅拌力呈负相关关系。回生值能反应淀粉的老化程度，回生值越高，淀粉越容易老化[26]。

表1 CA、p-CA、GA、SA 对面团糊化特性的影响Table 1 Effects of CA，p-CA，GA and SA on the pasting properties of dough

p-CA 仅在添加量为0.1%时显著增加了面团的峰值黏度、最低黏度和终止黏度，显著增长（P<0.05）了6.62%，7.96%和5.42%，表明淀粉黏度升高。GA 虽没有显著改变（P>0.05）淀粉的黏度，但降低了回生值，抑制了淀粉的老化。面团峰值黏度、最低黏度和终止黏度随着CA 和SA 添加量的增加而降低，说明糊化黏度降低，可能是由于CA和SA 破坏了变性蛋白质与淀粉颗粒之间的分子间氢键[27-28]，从而降低了黏度。CA 在所有的添加量下均会使衰减值和回生值降低，说明直链淀粉含量上升，淀粉颗粒更加稳定且抑制了淀粉的老化。添加SA 时，面团的衰减值呈现先降低后增加的趋势，表明SA 在一定程度上能增强面团的弹性和表面光滑性。综上所述，羟基苯甲酸GA 和SA 能够降低衰减值和回生值，由于苯甲酸侧链具有双键，能够通过自由基机制与面团相互作用[29]，这可能赋予了它们稳定淀粉颗粒的能力。羟基肉桂酸CA和p-CA 具有不同的效果，可能与羟基含量不同有关。

2.2 CA、p-CA、GA、SA 对面团热机械学性质的影响

Mixolab 可测量面团的热机械学特性，其具体参数及含义如表2 所示。添加CA、p-CA、GA、SA后对面团热机械学特性的影响见表3。CA、p-CA、GA、SA 在所有的添加量下均能显著增加面团的吸水率，且与添加量有一定的正相关关系。添加CA、p-CA、GA、SA 后面团的稳定时间显著降低（P<0.05），因为酚酸对二硫键的强还原作用，所以面团在达到最佳搅拌时间后崩溃，稳定性下降。黏度崩解值代表面团的糊化稳定性，添加CA、p-CA、GA、SA 后黏度崩解值没有显著性差异（P>0.05），表明都具有良好的糊化稳定性，淀粉破损程度变化不大。回生值反映了面团中糊化后的淀粉分子重新排列并重结晶的现象，添加CA、p-CA、GA、SA 后回生值均随着添加量的增加而增加，表明4种酚酸的加入在一定程度上促进了淀粉分子的重新排列，使淀粉糊凝胶程度增高。综上所述，添加羟基肉桂酸和羟基苯甲酸均会对面团的热机械学特性产生不利影响。

表2 Mixolab 混合实验仪的参数及含义[30]Table 2 Parameter and meaning of Mixolab mixing experimental instrument[30]

表3 CA、p-CA、GA、SA 对面团热机械学特性的影响Table 3 Effects of CA，p-CA，GA and SA on the thermal mechanical properties of dough

2.3 CA、p-CA、GA、SA 对面筋蛋白动态流变特性的影响

对制备的面筋蛋白样品进行动态振荡流变学测量，结果如图1 和图2 所示。tanδ=G″/G′，代表样品中高聚物的变化趋势和化合物的聚合程度。从图1 可以看出，所有面筋蛋白样品的弹性模量均大于黏性模量，说明tanδ 均小于1，具有类似固体的性质。总体上CA、p-CA、GA、SA 组的面筋蛋白均表现出明显更高的G′和G″，表明添加4 种酚酸后的面筋蛋白具有更大的黏弹性。然而当CA和SA 的添加量为0.05%时，G′和G″在部分或全部频率下低于对照组，说明低添加量的CA 和SA降低了面筋蛋白的黏弹性。可能是CA 和SA 的羟基更多，增加了与面筋蛋白的结合度，从而增加了面筋蛋白的黏弹性。然而低剂量的酚酸与面筋蛋白的结合能力较弱，因此增加程度不明显。

图1 CA、p-CA、GA、SA 对面筋蛋白弹性模量（a、c）与黏性模量（b、d）的影响Fig.1 Effects of CA，p-CA，GA，SA on the elasticity modulus（a，c）and viscous modulus（b，d）of gluten proteins

图2 CA、p-CA、GA、SA 对面筋蛋白tanδ 的影响Fig.2 Effects of CA，p-CA，GA，SA on the tanδ value of gluten proteins

当tanδ 降低，表明样品组分中高聚物的含量增加或者化合物的聚合度增大。从图2 可以看出，多数情况下的tanδ 值均低于对照组，表明面筋蛋白中高聚物含量增加，固体性质增强。据2.2 节可知，面团的稳定时间有所降低，同样表明酚酸参与了面筋蛋白在解聚-重聚的过程，促进面筋蛋白的聚集。综上所述，羟基苯甲酸和羟基肉桂酸均具有增加面筋蛋白黏弹性和高聚物含量的能力。

2.4 CA、p-CA、GA、SA 对面筋蛋白热力学性质的影响

面筋蛋白样品的DSC 和TGA 分析结果分别如图3 和图4 所示。由表4 可知，当添加p-CA时，面筋蛋白的热降解温度（Td）值与对照组相比降低，而随着添加量的增加，降低程度有所缓解，说明对香豆酸在一定程度上可以增加面筋蛋白的热稳定性。而添加CA、GA 后，面筋蛋白的Td值与对照组相比均显著升高（P<0.05），且随着添加量的增加而增大。添加SA 后，随着添加量增加，面筋蛋白的Td值呈现先降低后增加的趋势，说明小剂量的丁香酸有增强面筋蛋白热稳定性的作用。质量损失率可以反映面筋网络结构的变化，质量损失率越低表示面筋网络的结构更加致密有序。与对照组相比，SA 组面筋蛋白质量损失率只有在添加量为0.3%时显著降低（P<0.05），说明高剂量的丁香酸能使面筋网络更紧密。添加GA、p-CA 和CA 后面筋蛋白的质量损失率与对照组相比均增加，说明面筋蛋白的结构更加松散无序。

图4 CA、p-CA、GA、SA 对面筋蛋白的DSC 曲线的影响Fig.4 Effects of CA，p-CA，GA，SA on the DSC curves of gluten proteins

表4 CA、p-CA、GA、SA 对面筋蛋白热力学性质的影响Table 4 Effects of CA，p-CA，GA，SA on the thermodynamic properties of gluten proteins

热变性温度（Tp）在一定程度上反映了材料的聚集性。从表4 中可以看出p-CA 组的Tp值与对照组相比随着添加量的增大呈现先降低后增加的趋势，说明p-CA 可以在一定程度上促进面筋蛋白的聚集。而添加CA、GA 及SA 后面筋蛋白的Tp降低，表明面筋网络的空间结构发生了改变，面筋强度降低，变得更加松散和无序，蛋白更容易变性。综上所述，除p-CA 以外，其余3 种酚酸均能够增加Td值、降低Tp值，说明它们降低了面筋蛋白的热稳定性并使面筋强度减弱。

2.5 CA、p-CA、GA、SA 对面筋蛋白微观结构的影响

采用放大300 倍的扫描电镜观察面筋蛋白的微观结构，结果如图5 所示。面筋蛋白呈现出三维多孔网络状的结构，其中对照组面筋蛋白的孔洞致密、边沿光滑、形状及分布相对平均。添加CA、p-CA、GA、SA 后的面筋蛋白原本均匀致密的微观结构遭到了破坏，并且这种破坏程度随添加量的增加而增大，表明添加CA、p-CA、GA、SA 会改变面筋蛋白的结构、降低面筋蛋白的品质。在p-CA、SA 添加量较小（0.05%）时，有助于面筋蛋白维持稳定的构象。CA、GA 由于其较强的氧化能力会使得添加量非常小时仍能导致面筋蛋白网络结构的坍塌破坏。酚酸对面筋蛋白削弱能力可能是由于它们对多酚和面筋蛋白相互作用引起的蛋白质的收敛作用[31]，后续可以通过确定巯基/二硫键（SH/SS）交换反应、粒径分布、构象、表面疏水性、分子结构进行研究。这与黄莲燕[32]研究发现添加阿魏酸的面筋蛋白微观结构也随阿魏酸添加量的增加而坍塌得更严重，呈现出混乱的片状结构的结果一致。

图5 CA、p-CA、GA、SA 对面筋蛋白微观结构的影响（×300）Fig.5 Effects of CA，p-CA，GA，SA on the microstructures of gluten proteins（×300）

3 结论

添加CA、p-CA、GA、SA 会对面团中淀粉的糊化黏度、颗粒稳定性和老化有不同程度的影响。酚酸的加入会加速面团的分解，表现为降低淀粉的糊化黏度和颗粒稳定性、促进淀粉的老化以及增加淀粉糊凝胶程度。对面团的糊化和热机械学特性均有不利影响。4 种酚酸的加入使面筋蛋白具有更大的黏弹性，并增加了高聚物的含量，促进了面筋蛋白的聚集。具有降低面筋蛋白热稳定性并减弱面筋强度的能力。对面筋网络的破坏程度均随着添加量的增加而增大，能改变面筋蛋白的结构并降低其品质。本研究明确了CA、p-CA、GA、SA 对面团和面筋蛋白理化性质的影响，为酚酸在面制品中的应用提供理论依据。