張 劍，王亞運(yùn)，胡廣甫，李夢(mèng)琴

(農(nóng)業(yè)部大宗糧食加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室∥鄭州市小麥精深加工與安全控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室∥河南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州 450002)

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玉米粉對(duì)面條的蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)及微觀結(jié)構(gòu)的影響

張 劍，王亞運(yùn)，胡廣甫，李夢(mèng)琴

(農(nóng)業(yè)部大宗糧食加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室∥鄭州市小麥精深加工與安全控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室∥河南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州 450002)

研究玉米粉及谷朊粉對(duì)面條品質(zhì)的影響，并通過(guò)傅立葉變換紅外光譜和掃描電鏡研究玉米粉及谷朊粉對(duì)面條蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)和微觀結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明：隨著玉米粉的添加，面條的質(zhì)構(gòu)及感官品質(zhì)明顯下降，添加一定量的谷朊粉后，玉米面條質(zhì)量得到明顯的改善；紅外光譜結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著玉米粉的添加，面條的β-折疊片層、β-折疊、α-螺旋及β-轉(zhuǎn)角逐漸降低，且差異性顯著，玉米粉添加量大于60%時(shí)，無(wú)序結(jié)構(gòu)顯著增大；添加谷朊粉，β-折疊片層、β-折疊結(jié)構(gòu)增加，且在6%～8%存在顯著性差異，α-螺旋、β-轉(zhuǎn)角、分子間非平面弱氫鍵呈降低趨勢(shì)，且α-螺旋存在顯著性差異；掃描電鏡結(jié)果發(fā)現(xiàn)，添加玉米粉后，面筋網(wǎng)絡(luò)遭到破壞，顆粒之間縫隙較大，連接不緊密;添加谷朊粉改良后，面筋蛋白含量有所增加，顆粒之間愈發(fā)緊密，面筋網(wǎng)絡(luò)逐漸形成。

玉米粉；谷朊粉;小麥粉；面條；紅外光譜；蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu);微觀結(jié)構(gòu)

面條是我國(guó)的主要傳統(tǒng)主食，隨著時(shí)代和產(chǎn)業(yè)技術(shù)的升級(jí)和發(fā)展，傳統(tǒng)的食品也需要不斷提高及向制作工業(yè)化、營(yíng)養(yǎng)合理化、風(fēng)味多樣化、食用方便化革新[1]。近年來(lái)，我國(guó)正大力推動(dòng)和發(fā)展傳統(tǒng)主食產(chǎn)業(yè)化及全谷物食品。玉米是重要的糧食作物及飼料和工業(yè)原料，其籽粒中含有豐富的蛋白質(zhì)、脂肪、維生素及活性抗癌物質(zhì)等，被譽(yù)為“未來(lái)的谷物”[2]。因此,將玉米與主食面條結(jié)合起來(lái)，對(duì)于提高玉米的產(chǎn)業(yè)價(jià)值，具有十分重要的意義。

玉米粉與小麥粉的性質(zhì)差別很大，玉米粉中不含麥谷蛋白，加水混合和面不能形成面筋結(jié)構(gòu)。關(guān)于玉米粉對(duì)面團(tuán)流變學(xué)特性的影響及玉米面條加工工藝的研究已有很多[3-5]，但目前研究的玉米面條中玉米粉添加量大多在30%以下，高添加量的玉米面條制作技術(shù)研究還很少見(jiàn)。玉米粉對(duì)混合面團(tuán)蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的影響尚未見(jiàn)報(bào)道，高含量玉米粉對(duì)混合面團(tuán)中面筋網(wǎng)絡(luò)的形成情況及蛋白質(zhì)與淀粉的結(jié)合狀態(tài)研究較少。

本試驗(yàn)將玉米粉按不同的比例(50%以上)與小麥粉進(jìn)行混合制作成面條，應(yīng)用傅里葉紅外光譜技術(shù)及掃描電鏡研究玉米粉和谷朊粉對(duì)玉米面條蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)和微觀結(jié)構(gòu)的影響，分析玉米粉對(duì)面條品質(zhì)的影響，為高含量玉米面條的生產(chǎn)加工提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

高筋小麥粉：蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11.9%；

玉米粉：市售，過(guò)CB42篩；

谷朊粉。

1.2 主要儀器設(shè)備

TA-XT物性測(cè)試儀，Spectrum GX傅立葉紅外光譜儀，臺(tái)式真空冷凍干燥機(jī)(ALPHA1-4LD-plus)，S-3400NⅡ型掃描式電子顯微鏡，JYS-7家用面條機(jī)，JMTD 168/140 試驗(yàn)面條機(jī)，JSY30×8圓形驗(yàn)粉篩，A6102電子天平。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 玉米面條的制作及評(píng)價(jià)方法

稱量300 g混合粉置于面條機(jī)樣品缸中，添加44%的水(以原料粉質(zhì)量計(jì))，和面成松散的顆粒團(tuán)狀，裝入自封袋，在室溫熟化25 min。壓片過(guò)程參考SB/T 10137—93,連續(xù)壓片6道，最終面片厚1.0 mm，切成寬3.0 mm、長(zhǎng)220 mm的面條，裝入自封袋內(nèi)。根據(jù)LS/T 3202—1993中“面條質(zhì)量評(píng)價(jià)方法”進(jìn)行面條感官評(píng)價(jià)。

1.3.2 面條質(zhì)構(gòu)特性的測(cè)定

取500 ml蒸餾水放入2 000 ml燒杯中煮沸后，保持微沸狀態(tài)，取40根面條，煮制4 min，迅速撈出，放入500 ml冷水中浸冷2 min，進(jìn)行質(zhì)構(gòu)試驗(yàn)，樣品測(cè)定7次，除去最大值和最小值，求出平均值。探頭選用：TPA試驗(yàn)選用P50探頭，剪切試驗(yàn)選用A/LKD探頭，拉伸試驗(yàn)選用A/SPR探頭。參數(shù)設(shè)定[6]：測(cè)前速度2.00 mm/s，測(cè)試速度1.00 mm/s，測(cè)后速度2.00 mm/s；TPA 試驗(yàn)壓縮比：70.00%，剪切試驗(yàn)壓縮比：90.00%。

1.3.3 傅里葉紅外光譜測(cè)定玉米面條的蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)

將玉米面條冷凍干燥、磨粉，過(guò)100目實(shí)驗(yàn)篩后備用。取適量與溴化鉀按1∶100質(zhì)量比混合壓片，做全波段掃描測(cè)定，以溴化鉀做空白。

試驗(yàn)參數(shù)：分辨率為4.0 cm-1，掃描波數(shù)范圍為4 000～400 cm-1。

紅外譜圖的處理：利用Peakfit 4.12軟件進(jìn)行分析,首先進(jìn)行基線校正，然后用Deconvolve Gaussian IRF去卷積，進(jìn)行二階導(dǎo)數(shù)擬合，直至擬合相關(guān)系數(shù)R2不小于0.99，且穩(wěn)定不再變化為止，確定各子峰與各二級(jí)結(jié)構(gòu)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，計(jì)算各子峰面積的相對(duì)百分含量[7]。

1.3.4 掃描電鏡測(cè)定玉米面條的微觀結(jié)構(gòu)

將冷凍干燥的面條，自然掰斷一小段，用導(dǎo)電膠帶粘貼于樣品臺(tái)后，離子濺射噴金35 s，放入掃描電鏡內(nèi)對(duì)其斷面進(jìn)行掃描，并不斷放大至500倍觀察樣品的微觀結(jié)構(gòu)，選擇清晰位置拍攝照片。

1.4 數(shù)據(jù)處理

用Excel 2007及SPSS 13.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，用Origin8.0作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 玉米粉及谷朊粉對(duì)面條品質(zhì)的影響

根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，確定谷朊粉添加量為6%～10%，玉米粉添加量50%～70%。固定谷朊粉添加量為8%，與混合粉制作面條，研究玉米粉添加量對(duì)面條品質(zhì)的影響，結(jié)果如表1所示。

表1 玉米粉對(duì)面條品質(zhì)的影響

由表1可知，與對(duì)照組相比，添加玉米粉后，面條質(zhì)構(gòu)的各項(xiàng)指標(biāo)均有所下降。隨著玉米粉添加量的增加，玉米面條的硬度逐漸增大，彈性、剪切力和拉伸距離均顯著減小，這與蔡宇潔[8]研究結(jié)果一致。這是因?yàn)橛衩追鄣募尤虢档土嗣鏃l中面筋蛋白的含量，面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)疏松，并最終導(dǎo)致面條質(zhì)構(gòu)變差。

固定玉米粉的添加量為60%，研究谷朊粉添加量對(duì)面條品質(zhì)的影響。結(jié)果如表2所示。

表2 谷朊粉對(duì)面條品質(zhì)的影響

由表2可知，隨谷朊粉添加量的增加，玉米面條的硬度、彈性、剪切力及拉伸距離都會(huì)有所提高，且硬度、剪切力及拉伸距離具有顯著性。這與安紅周[9]研究結(jié)果相似。谷朊粉主要成分為面筋蛋白，在混合粉中使用增加了面筋蛋白的含量，使混合粉中面筋網(wǎng)絡(luò)形成更加充分；一定量的谷朊粉能夠改善面團(tuán)中淀粉與蛋白質(zhì)大分子顆粒之間的相互作用，從而提高面條質(zhì)構(gòu)品質(zhì)。面條的感官評(píng)分隨著谷朊粉的增加呈先增后減的趨勢(shì)，谷朊粉添加8%時(shí)，感官評(píng)分最高，高于8%時(shí)，面條口感明顯變硬，適口性變差，面條的色澤也逐漸變暗。

2.2 玉米粉及谷朊粉對(duì)面條蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的影響

FT-IR測(cè)定玉米粉及谷朊粉對(duì)玉米面條中蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的變化，如圖1及圖2所示。FT-IR常用于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分析，其中酰胺Ⅰ帶的理論研究較為成熟，常被用來(lái)指認(rèn)蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)[10]。將蛋白質(zhì)酰胺Ⅰ帶(1 700～1 600 cm-1)的光譜進(jìn)行去卷積，求二階導(dǎo)數(shù)并擬合曲線，可以計(jì)算出蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的相對(duì)含量，如圖3、表3和表4所示。

圖1 FT-IR測(cè)定玉米粉對(duì)面條蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響

圖2 FT-IR測(cè)定谷朊粉對(duì)面條蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響

(a)小麥粉面條

(b)玉米粉添加量為50%的面條

(c)玉米粉添加量為60%的面條

(d)玉米粉添加量為70%的面條

(e)谷朊粉添加量6%的

(f)谷朊粉添加量8%的面條

(g)谷朊粉添加量10%的面條

由圖1及2可知，隨玉米粉及谷朊粉的添加，酰胺Ⅰ帶吸收峰的吸收強(qiáng)度逐漸增大，但與空白相比，仍低于空白組的吸收強(qiáng)度。由圖3可知，添加玉米粉及谷朊粉后，玉米面條的蛋白質(zhì)特征峰的峰個(gè)數(shù)、位置和峰面積均發(fā)生了變化。這是因?yàn)榫S持蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的作用力有多種，其中最重要的是氫鍵，二級(jí)結(jié)構(gòu)不同，其氫鍵強(qiáng)度也不同，而FT-IR光譜圖的酰胺Ⅰ帶對(duì)羰基的幾何振動(dòng)和氫鍵結(jié)構(gòu)都非常敏感[11]。所以當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生相應(yīng)變化，反映在FT-IR是形狀和強(qiáng)度發(fā)生了改變。

蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)中的α-螺旋、β-折疊、β-轉(zhuǎn)角和無(wú)序結(jié)構(gòu)在酰胺Ⅰ帶都有各自特殊的吸收頻率，不同譜峰對(duì)應(yīng)面條中的蛋白質(zhì)各結(jié)構(gòu)不同，現(xiàn)參考Rocha[12]的研究，對(duì)實(shí)驗(yàn)中酰胺I帶各子峰位置及二級(jí)結(jié)構(gòu)歸屬，如表3所示。

表3 酰胺Ⅰ帶各波數(shù)蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)指認(rèn)

將玉米面條圖譜的酰胺Ⅰ帶基線校正，進(jìn)行特征峰去卷積及擬合后，可知，玉米面條的蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的酰胺Ⅰ帶吸收波段共出現(xiàn)了6種特征結(jié)構(gòu)，分別是：β-折疊片層、β-折疊、無(wú)規(guī)則卷曲、α-螺旋、β-轉(zhuǎn)角、分子間非平面弱氫鍵等，計(jì)算玉米面條的蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的百分含量，如表4所示。蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)是多肽鏈沿同一方向排列，通過(guò)氫鍵結(jié)合形成的周期性結(jié)構(gòu)[13]。

由表4可看出，添加玉米粉及谷朊粉可以使蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。其中隨著玉米粉的添加，β1、β-折疊、α-螺旋及β-轉(zhuǎn)角逐漸降低，且差異性顯著，當(dāng)玉米粉添加量高于60%后，無(wú)規(guī)則卷曲明顯增大，這可能是因?yàn)殡S著玉米粉的加入，蛋白質(zhì)密度降低，面團(tuán)中蛋白質(zhì)三股肽鏈之間的氫鍵減弱，分子內(nèi)相互作用減弱，每條肽鏈因伸直使整個(gè)蛋白的無(wú)序結(jié)構(gòu)增加。

另外，隨谷朊粉的增加，β1及β-折疊有增加趨勢(shì)，且在6%～8%區(qū)域，存在顯著性差異；而α-螺旋、β-轉(zhuǎn)角、β2呈下降趨勢(shì)，在6%～10%內(nèi)，α-螺旋和β-轉(zhuǎn)角有顯著性差異。

表4 玉米粉及谷朊粉對(duì)玉米面條蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的影響

2.4 玉米粉及谷朊粉對(duì)玉米面條微觀結(jié)構(gòu)的影響

面團(tuán)是淀粉-面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)中包裹氣泡的體系，在此體系中，面筋蛋白以膜狀形態(tài)存在，構(gòu)成面團(tuán)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，淀粉顆粒分布于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)之中，起到支撐面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的作用[14]。

從圖4(a)可以清晰地觀察到，面筋與淀粉形成絲狀的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及片狀的面筋蛋白，且淀粉顆粒被包裹于蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中。

由圖4(b)～圖4(d)可以看出，面筋網(wǎng)絡(luò)形成不明顯，淀粉顆粒游離于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)外而不被包裹，尤其是玉米粉添加量在70%時(shí)，視野范圍內(nèi)主要是淀粉顆粒，且顆粒之間縫隙較大，連接不緊密；另外，面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較散亂，淀粉顆粒裸露在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)之外。這是由于玉米粉本身不含面筋蛋白，隨著玉米粉的添加，玉米面團(tuán)中面筋蛋白被稀釋，蛋白質(zhì)之間的相互作用力減??；另一方面，玉米粉的加入破壞了面筋蛋白的片層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

由圖4(e)～圖4(g)可以看出，玉米面條隨谷朊粉的添加，視野中面筋蛋白明顯增多，且淀粉顆粒與蛋白質(zhì)連接越來(lái)越緊密，尤其是谷朊粉添加8%時(shí)，面筋網(wǎng)絡(luò)形成連續(xù)致密，淀粉顆粒被很好包裹于面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)中，這說(shuō)明添加谷朊粉可以明顯改善面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使生產(chǎn)面條的品質(zhì)明顯增加。

(a)小麥粉面條(空白組)的電鏡圖片(×500)

(b)谷朊粉添加8%時(shí)，玉米粉添加50%的玉米

(c)谷朊粉添加8%時(shí)，玉米粉添加60%的玉米

(d)谷朊粉添加8%時(shí)，玉米粉添加70%的玉米

(e)玉米粉添加60%時(shí)，谷朊粉添加6%的玉米

(f)玉米粉添加60%時(shí)，谷朊粉添加8%的玉米

(g)玉米粉添加60%時(shí)，谷朊粉添加10%的玉米

3 結(jié)論

隨著玉米粉的添加，玉米面條的硬度增加，彈性下降，感官評(píng)分降低，使用一定量的谷朊粉后，玉米面條品質(zhì)得到明顯的改善，可以達(dá)到工業(yè)生產(chǎn)的品質(zhì)要求。

添加玉米粉可以使蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)中無(wú)序結(jié)構(gòu)及分子間非平面弱氫鍵增加，分子內(nèi)相互作用力減弱；添加谷朊粉后，β-折疊、β-折疊片層及無(wú)規(guī)則卷曲含量升高，α-螺旋、β-轉(zhuǎn)角降低，蛋白質(zhì)組分交聯(lián)度增加，蛋白質(zhì)分子內(nèi)和分子間相互作用力增強(qiáng)，提高了蛋白質(zhì)穩(wěn)定性。

掃描電鏡結(jié)果發(fā)現(xiàn)，添加玉米粉后，玉米面條面筋網(wǎng)絡(luò)的連續(xù)性受到破壞，淀粉顆粒之間的縫隙較大，連接不緊密；添加谷朊粉后，顆粒之間連接變得緊密，面筋網(wǎng)絡(luò)形成連續(xù)的膜狀結(jié)構(gòu)。

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(責(zé)任編輯：趙琳琳)

Effects of corn flour on protein secondary structures and microstructure of the noodles

ZHANG Jian，WANG Ya-yun，HU Guang-fu，LI Meng-qin

(Key Laboratory of Staple Grain Processing,Ministry of Agriculture;Key Laboratory of Wheat processing & Safety control Technology in Zhengzhou;College of Food Science and Technology,Henan Agricultural University,Zhengzhou 450002,China)

It has been studied that the effect of corn flour and gluten on texture and sensory quality of the noodles and the changes of basic parameters of protein structure and microstructure of the noodle by Fourier transform infrared spectroscopy(FT-IR)and scanning electron microscope.The results showed that with the addition of corn flour,texture and sensory quality of the noodle were significantly decreased,with a certain amount of gluten,the quality of corn noodles improved significantly;FT-IR results showed that with the addition of corn flour,the amount of β-pleated sheet,β-sheet,α-helix,and β-angle decreased gradually,and the difference was significant (P<0.05),when corn flour was greater than 60%,the unorder structure increased significantly;Adding gluten,β-pleated sheet and β-sheet increased,and there were significant differences in 6%-8%,meanwhile α-helix,β-angle and non planar intermolecular weak hydrogen bonds were decreased,and there was significant difference of α-helix (P<0.05);The result of scanning electron microscopy showed that adding corn flour,the network of gluten was destroyed,the gap between the particles was larger,the connection was not close;after adding gluten,the content of gluten protein increased,and the particles became more and more closely,and the network gradually formed

corn flour;gluten;wheat flour；noodles;FT-IR;protein secondary structure;SEM observation

2017-02-21；

2017-05-13

“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2012BAD37B04-03);鄭州市金水區(qū)科技攻關(guān)項(xiàng)目(2013NY013)。

張 劍(1973-)，男，副教授，碩士，研究方向?yàn)楣任锷罴庸ぁ?/p>

10.7633/j.issn.1003-6202.2017.06.004

TS213.4;TS213.24

A

1003-6202(2017)06-0014-05