王維君，車宇翔，劉秀麗，王昌祿，周慶禮，，*（.天津科技大學(xué)科技處，天津300457；.天津科技大學(xué)食品工程與生物技術(shù)學(xué)院，天津300457）

光量子對(duì)小麥面筋蛋白功能特性的影響

王維君1，車宇翔2，劉秀麗2，王昌祿2，周慶禮1，2，*
（1.天津科技大學(xué)科技處，天津300457；2.天津科技大學(xué)食品工程與生物技術(shù)學(xué)院，天津300457）

系統(tǒng)研究光量子對(duì)小麥面筋蛋白功能性質(zhì)和結(jié)構(gòu)的影響，初步探討光量子保鮮小麥面筋蛋白的作用機(jī)理。結(jié)果表明：貯藏期間，光量子處理可以有效地減緩小麥面筋蛋白的溶解度、持水性、起泡性和乳化性降低的趨勢(shì)，并且可以很好地抑制持油性和乳化穩(wěn)定性升高的趨勢(shì)，很好地保持了面筋蛋白的功能特性。

光量子；小麥面筋蛋白；功能特性

光量子具備經(jīng)典波的折射、干涉、衍射等性質(zhì)，而其粒子性則表現(xiàn)為和其他物質(zhì)相互作用時(shí)不像經(jīng)典波那樣可以傳遞任意數(shù)值的能量，光子只能傳遞量子化的能量［1］。目前光量子主要應(yīng)用于農(nóng)業(yè)［2-3］、食品工業(yè)［4-5］和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域之中［6-7］，但將光量子應(yīng)用于面制品方面并無(wú)涉及。

小麥面筋蛋白粉（又稱為谷朊粉），作為一種小麥加工副產(chǎn)品，蛋白質(zhì)含量高，且氨基酸種類較為齊全，是一種營(yíng)養(yǎng)豐富、來(lái)源廣泛的植物性蛋白［8］。谷朊粉吸水可以形成網(wǎng)絡(luò)型濕面筋，具有良好的熱凝固性、黏彈性、延伸性以及乳化性［9］。在其貯藏過(guò)程中，面筋的持水性、起泡性、乳化性等指標(biāo)的變化是衡量成品的功能性質(zhì)和面制品的品質(zhì)［10］的重要指標(biāo)，對(duì)判斷面制食品的品質(zhì)有重要的指導(dǎo)意義。本文通過(guò)研究光量子對(duì)面筋蛋白功能性質(zhì)的改變，探討光量子改善面制品品質(zhì)的作用機(jī)制，以探究其對(duì)面筋蛋白的影響規(guī)律及作用機(jī)制。

1　材料與方法

1.1材料

谷朊粉：雪菊牌小麥谷朊粉；大豆油：深圳嘉里糧油有限公司；其他化學(xué)試劑均為分析純：由天津市化學(xué)試劑一廠生產(chǎn)。

1.2主要儀器和設(shè)備

光量子裝置：天津科技大學(xué)自制；LRH-250CA低溫培養(yǎng)箱：上海一恒有科技限公司；VECTOR22傅里葉紅外光譜：BRUKER，GERMANY；8453紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)：Agilent Technologies，U.S；TDL-5-A離心機(jī)：上海安亭科學(xué)儀器廠；Beta1-8 LD plus真空冷凍干燥機(jī)：CHRIST，GERMANY。

1.3面筋蛋白樣品制備

小麥面筋蛋白制備：準(zhǔn)確稱取200.0 g小麥谷朊粉和500 mL水于不銹鋼盆中，和面與洗滌1 min。其中洗滌分兩次，第一次用5%NaCl溶液去除球蛋白和淀粉，第二次用蒸餾水去除清蛋白和殘余的NaCl［11］。面團(tuán)和好后，取出切割成厚度大小均一的條狀，將得到的面筋蛋白分裝到平板中，迅速放在低溫冰箱中，溫度設(shè)定為4℃，其中一個(gè)冰箱中裝置了光量子設(shè)備，另一個(gè)冰箱為普通冰箱。然后分別于0、5、10、15、20 d將濕小麥面筋蛋白取出。得到的樣品經(jīng)冷凍干燥，粉碎過(guò)100目篩，備用。

1.4測(cè)定方法

1.4.1谷朊粉成分分析

水分含量測(cè)定：參照GB 5009.3-2010《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中水分的測(cè)定》。

灰分含量測(cè)定：參照GB 5009.4-2010《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中灰分的測(cè)定》。

粗蛋白含量測(cè)定：參照GB 5009.5-2010《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定》。

粗脂肪含量測(cè)定：參照GB/T 5009.6-2003《食品中脂肪的測(cè)定》。

1.4.2溶解度

首先繪制牛血清蛋白標(biāo)準(zhǔn)曲線，配制10 mg/mL牛血清蛋白，分別吸取0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mL于潔凈的試管中，補(bǔ)加蒸餾水至1 mL，加4 mL雙縮脲試劑后于540 nm處進(jìn)行紫外比色測(cè)定，以濃度為橫坐標(biāo)，相應(yīng)的吸光度值為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。配制1%的小麥面筋蛋白溶液，平衡30 min后，于3 000 r/min的轉(zhuǎn)速下離心30 min，取1 mL上清液于試管中，添加4 mL雙縮脲試劑，經(jīng)劇烈震蕩10 min后，靜置30 min，于540 nm處進(jìn)行比色測(cè)定。待測(cè)蛋白吸光度值代入標(biāo)準(zhǔn)曲線，求出待測(cè)蛋白濃度。

1.4.3持水性

稱取1.00 g的小麥面筋蛋白，置于離心管中，稱重。邊加水邊用玻璃棒攪拌30 min后，然后在3 000 r/min的轉(zhuǎn)速下離心10 min，上清液棄去。若無(wú)上清液，應(yīng)加水?dāng)噭蚝笤匐x心，直至有上清液為止，再次稱重后根據(jù)下述公式計(jì)算蛋白的持水性。

1.4.4持油性

稱取1.00 g的小麥面筋蛋白，置于離心管中，稱重。逐步加大豆油并用玻璃棒將樣品攪勻，持續(xù)30 min后以3 000 r/min的轉(zhuǎn)速離心10 min，棄去上層的大豆油。如果沒(méi)有大豆油被離心出來(lái)，則應(yīng)加大豆油攪勻后再離心，直至有少量大豆油為止，再次稱重，根據(jù)下面公式計(jì)算小麥面筋蛋白的持油性。

1.4.5起泡性和泡沫穩(wěn)定性

將蒸餾水加入到小麥面筋蛋白中，配制100 mL濃度為1%的小麥面筋蛋白分散液。在10 000 r/min的轉(zhuǎn)速下攪拌1 min，迅速轉(zhuǎn)移至250 mL的量筒中，測(cè)得泡沫體積，并按下述公式計(jì)算蛋白的起泡性。

式中：V為攪拌停止時(shí)，泡沫的總體積，mL；100為原液體積數(shù)值，mL。

測(cè)定結(jié)束后，將將上述樣品靜置30 min，測(cè)定下層的析出液體體積。按下述公式計(jì)算蛋白的泡沫穩(wěn)定性。

式中：V為停止攪拌時(shí)泡沫的總體積，mL；Ve為靜置30 min后剩余泡沫的體積，mL。

1.4.6乳化性和乳化穩(wěn)定性

將蒸餾水加入至小麥面筋蛋白中，配制20 mL濃度為0.2%的小麥面筋蛋白分散液。向分散液中加入體積為20 mL的大豆油。在10 000 r/min高轉(zhuǎn)速下攪拌1 min，將上下兩部分乳狀液分別移入10 mL的離心管中。其中一個(gè)離心管在3 000 r/min的轉(zhuǎn)速下離心處理10 min，根據(jù)所得乳化層的體積按下述公式計(jì)算蛋白的乳化性。

將另外一支離心管恒溫水浴30 min（50℃），取出后水冷至室溫，3 000 r/min離心10 min，根據(jù)乳化層的體積按下述公式計(jì)算乳化穩(wěn)定性［12-13］。

2　結(jié)果與討論

2.1谷朊粉成分分析

谷朊粉成分分析見(jiàn)表1。

表1　谷朊粉成分分析Table 1　The composition analysis of gluten

2.2光量子對(duì)小麥面筋蛋白溶解度的影響

光量子對(duì)小麥面筋蛋白溶解度的影響見(jiàn)圖1。

圖1　小麥面筋蛋白溶解度的變化Fig.1　Change on solubility of wheat gluten

從圖1中看出，原樣品小麥面筋蛋白的溶解度為6.24 mg/mL，在貯藏過(guò)程中，隨著面筋品質(zhì)的下降，對(duì)照組和光量子組中面筋蛋白的溶解度都呈下降趨勢(shì)，貯藏至第20天，對(duì)照組的溶解度為3.01 mg/mL，光量子組的溶解度為4.10 mg/mL，高于對(duì)照組。在10 d～20 d貯藏后期，光量子組面筋蛋白的溶解度都比對(duì)照組高，可能是由于光量子作用于面筋蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)，使得蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)疏松且使疏水性多肽的部分朝向脂質(zhì)，而極性基團(tuán)朝向水相，導(dǎo)致蛋白溶解度增強(qiáng)，延緩了貯藏過(guò)程中面筋蛋白溶解度的下降趨勢(shì)。

2.3光量子對(duì)小麥面筋蛋白持水性的影響

光量子對(duì)小麥面筋蛋白持水性的影響見(jiàn)圖2。

圖2　小麥面筋蛋白持水性的變化Fig.2　Change on water holding capacity of wheat gluten

圖2中看出，原樣品的持水性為1.36 g水/g樣品，隨著貯藏時(shí)間的增加，對(duì)照組和試驗(yàn)組的面筋蛋白持水性都呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，貯藏至第20天時(shí)，對(duì)照組的持水性為0.68 g水/g樣品，光量子組的持水性為0.81 g 水/g樣品。在0 d～20 d，光量子組的面筋蛋白的持水性都要高于對(duì)照組，并且下降趨勢(shì)也更加緩慢，可能是光量子作用使得小麥面筋蛋白組織結(jié)構(gòu)變得疏松，而粒度的減小使粉體的表觀性質(zhì)發(fā)生較大變化，其比表面積增大，從而更易與水結(jié)合，而且物料間隙的增多也使得水分更易滲入，顯著增大其持水能力，更好地保持了貯藏過(guò)程中的持水性。

2.4光量子對(duì)小麥面筋蛋白持油性的影響

光量子對(duì)小麥面筋蛋白持油性的影響見(jiàn)圖3。

圖3　 小麥面筋蛋白持油性的變化Fig.3　Change on fat holding capacity of wheat gluten

從圖3可以看出，原樣品的持油性為0.94 g油/g樣品，隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，對(duì)照組和光量子組面筋蛋白的持油性呈上升趨勢(shì)，在第20天，對(duì)照組面筋蛋白的持油性為1.91 g油/g樣品，光量子組為1.63 g油/g樣品，對(duì)照組高于光量子組。在0 d～5 d，光量子組的面筋蛋白的持油性高于對(duì)照組。在5 d～20 d，對(duì)照組的持油性要高于光量子組?？赡苁枪饬孔幼饔糜诿娼畹鞍?，使二級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，疏水基團(tuán)暴露的減少，必然會(huì)導(dǎo)致結(jié)合油的能力降低，促使持油力下降。光量子作用抑制了小麥面筋蛋白持油性的升高趨勢(shì)。

2.5光量子對(duì)面筋蛋白起泡性和泡沫穩(wěn)定性的影響

小麥面筋蛋白的起泡性和泡沫穩(wěn)定性結(jié)果如圖4和圖5所示。

圖4　 小麥面筋蛋白起泡性的變化Fig.4　Change on foaming capability of wheat gluten

圖5　小麥面筋蛋白起泡穩(wěn)定性的變化Fig.5　Change on foaming stability of wheat gluten

從圖4和圖5可以看出，原樣品的起泡性是28%，泡沫穩(wěn)定性是45.21%。在第10天，光量子組的泡沫穩(wěn)定性達(dá)到最高值76.67%，在第15天，光量子組的起泡性達(dá)到最高值79.21%，在0 d～20 d，光量子組面筋蛋白的起泡性和泡沫穩(wěn)定性都要高于對(duì)照組，說(shuō)明光量子作用很好地保持了小麥面筋蛋白的起泡性和泡沫穩(wěn)定性。分析其原因，可能是由于蛋白質(zhì)的起泡性與溶解度之間存在著一定的正相關(guān)性，在光量子的作用下，分子結(jié)構(gòu)充分舒展，使蛋白質(zhì)的水化作用加強(qiáng)，溶解度相應(yīng)增大，溶于水中的蛋白質(zhì)擴(kuò)散到空氣-水界面并在得到延展，促進(jìn)泡沫的生成，進(jìn)而增強(qiáng)了起泡性和起泡穩(wěn)定性。

2.6光量子對(duì)小麥面筋蛋白乳化性和乳化穩(wěn)定性的影響

小麥面筋蛋白的乳化性和乳化穩(wěn)定性結(jié)果如圖6和圖7所示。

圖6　小麥面筋蛋白乳化性的變化Fig.6　Change on emulsifying properties of wheat gluten

圖7　小麥面筋蛋白乳化穩(wěn)定性的變化Fig.7　Change on emulsifying stability of wheat gluten

從圖中看出，原樣品的乳化性為53.05%，乳化穩(wěn)定性為38.01%。在0 d～20 d，對(duì)照組和光量子組的乳化性呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，在第20天，對(duì)照組的乳化性為36.44%，光量子組的乳化性為40.32%，光量子組高于對(duì)照組。在0 d～20 d，對(duì)照組和光量子組的乳化穩(wěn)定性呈現(xiàn)升高趨勢(shì)，貯藏期間光量子組和對(duì)照組的乳化穩(wěn)定性無(wú)顯著差異。說(shuō)明，光量子對(duì)小麥面筋蛋白的乳化性作用明顯，延緩了貯藏過(guò)程中小麥面筋蛋白的乳化性的下降，保持了小麥面筋蛋白的品質(zhì)?？赡苁枪饬孔幼饔檬沟眯←溍娼畹鞍兹芙舛仍龃?，增加了參與乳化作用的分子，使達(dá)到平衡的親水性親油性基團(tuán)相互促進(jìn)相互增強(qiáng)。

3　結(jié)論

研究結(jié)果表明，光量子作用于面筋蛋白，抑制了面筋蛋白持油性的升高，并且有效地延緩了貯藏過(guò)程中面筋蛋白溶解度、持水性、起泡性、泡沫穩(wěn)定性以及乳化性的下降趨勢(shì)，很好地保持了面筋蛋白的功能性質(zhì)，有很好的保鮮效果，為探究光量子保鮮小麥面筋蛋白在工業(yè)中的實(shí)際應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

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Study on Effect of Light Quantum on Functional Properties of Wheat Gluten

WANG Wei-jun1，CHE Yu-xiang2，LIU Xiu-li2，WANG Chang-lu2，ZHOU Qing-li1，2，*
（1.Science and Technology Department，Tianjin University of Science and Technology，Tianjin 300457，China；2.Food Engineering and Biotechnology Institute，Tianjin University of Science and Technology，Tianjin 300457，China）

The effect of light quantum on functional propertie of wheat gluten protein was investigated and the changes on secondary structure of wheat gluten were analyzed by FTIR.The results showed that under the effect of light quantum，the increase of fat holding capacity of wheat gluten was inhibited，while the decline of water holding capacity，solubility，foaming capability，foaming stability and emulsifying properties was delayed，and the properties of wheat gluten were well maintained.Moreover，the random coil structure of wheat gluten was increased by the effect of quantum，perhaps it was precisely because this，the light quantum was better at keeping functional properties of wheat gluten.

lightquantum；wheatgluten；property

10.3969/j.issn.1005-6521.2016.15.002

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31271950）

王維君（1983—），男（漢），工程師，碩士，研究方向：食品工程。

周慶禮（1963—），男（漢），研究員，博士，研究方向：食品科學(xué)。

2016-05-10