馬金婷,王 杭,鄭一雄,李宗璞,陳菲菲,吳楓毅,周孟清,王金水,賈 峰

河南工業(yè)大學(xué) 生物工程學(xué)院,河南 鄭州 450001

特制二等小麥粉(特二粉)是饅頭和面條等普通面制主食的主要應(yīng)用面粉[1],其面筋蛋白的聚集特性直接影響面團(tuán)的加工特性[2]以及制品的食用品質(zhì)。目前,面筋聚集特性可使用面筋聚集儀進(jìn)行評(píng)價(jià)[3],該儀器具有測(cè)試時(shí)間短、樣品用量少、分析速度快等優(yōu)點(diǎn)[4],其測(cè)定的指標(biāo)可以評(píng)價(jià)面團(tuán)的流變學(xué)特性[5-6]以及酸面團(tuán)的特性[7],反映面筋的品質(zhì)特征,進(jìn)而快速評(píng)價(jià)小麥品質(zhì)[8]。面筋聚集儀的原理是利用剪切力快速形成面筋網(wǎng)格結(jié)構(gòu)并迅速破壞[3],其參數(shù)主要包括峰值時(shí)間(PMT)、峰值扭矩(BEM)與能量面積等[9-11]。PMT、BEM與面筋蛋白質(zhì)含量、面包體積、面團(tuán)最大拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率之間的相關(guān)系數(shù)在0.664～0.956之間,可以快速、準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)小麥面粉的面筋特性[7],其中水粉比、溫度、轉(zhuǎn)速及面粉質(zhì)量對(duì)PMT和BEM具有較大的影響[12]。面筋聚集儀是一種可靠、快速評(píng)價(jià)小麥面粉質(zhì)量的儀器[13]。

氯化鈉(食鹽)是最常見的食品添加劑之一,添加到面粉中可使面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)緊縮,達(dá)到強(qiáng)化面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),增強(qiáng)其黏彈性、強(qiáng)度和韌性的效果,從而減少面制品加工過(guò)程中的斷裂現(xiàn)象[14]。在面制食品加工過(guò)程中添加少量的食鹽,可提高面筋的硬度和黏彈性,有助于改善面團(tuán)的力學(xué)特性[15]。在添加氯化鈉后面團(tuán)及面條的理化性質(zhì)等會(huì)發(fā)生不同程度的改變[16],比如食鹽可提高面團(tuán)及面條穩(wěn)定時(shí)間、粉質(zhì)質(zhì)量指數(shù)、拉伸能量、拉伸阻力、最大拉伸阻力,降低吸水率和延伸性[17]。添加3%食鹽的面團(tuán)的質(zhì)構(gòu)特性較好[18]。隨著食鹽的增加,面筋網(wǎng)絡(luò)微觀結(jié)構(gòu)變得越來(lái)越緊密,面團(tuán)的最大拉伸力逐漸升高[19],球蛋白疏水作用減弱,而氫鍵作用得到改善[20]。燴面中添加鹽量2.3%時(shí),其感官品質(zhì)和質(zhì)構(gòu)特性達(dá)到最佳[21]。在面團(tuán)中添加鈉鹽可促進(jìn)面筋的聚集[22],而CaCl2作為鈉鹽的替代品,隨著其添加量的增加,小麥粉面筋的峰值時(shí)間顯著縮短,峰值扭矩增加,面筋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性降低[23]。

面筋聚集過(guò)程可能是麥谷蛋白和醇溶蛋白逐步克服表面斥力形成一個(gè)整體的過(guò)程,其中涉及疏水作用消除與再形成、電荷之間的排斥與吸引、二硫鍵的形成與斷裂[15]。氯化鈉溶液為帶正負(fù)電荷的離子溶液,影響面筋的聚集過(guò)程[24]：一種認(rèn)為是氯化鈉的陰離子和陽(yáng)離子增強(qiáng)了蛋白之間的疏水相互作用,并導(dǎo)致未折疊鏈之間的展開減少[25],且隨著氯化鈉濃度增高,疏水作用增強(qiáng),面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成受到阻礙;另一種認(rèn)為是氯化鈉中的一價(jià)金屬陽(yáng)離子能增加面筋蛋白β-折疊數(shù)量,減少α-螺旋數(shù)量[26],改變蛋白質(zhì)電荷分布,減小靜電排斥,形成原纖維蛋白結(jié)構(gòu)可增強(qiáng)面筋的強(qiáng)度[27]。然而,氯化鈉對(duì)面筋蛋白聚集特性影響的速度和途徑尚不清楚。鑒于此,作者探究不同質(zhì)量濃度的NaCl對(duì)小麥特二粉面筋聚集特性的影響,以及面筋聚集過(guò)程中對(duì)面筋顯微結(jié)構(gòu)、濕面筋含量和蛋白含量的影響,并對(duì)氯化鈉影響面筋聚集的速度及其原因進(jìn)行了分析,為改良小麥面團(tuán)特性提供數(shù)據(jù)支持,同時(shí)也為面制品中科學(xué)用鹽提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

特二粉(能量為1 508 kJ/100 g,蛋白質(zhì)為12.2 g/100 g,脂肪為1.6 g/100 g,碳水化合物為73.0 g/100 g)：五得利面粉集團(tuán)有限公司;無(wú)碘食鹽：中鹽皓龍有限責(zé)任公司,分別配制質(zhì)量濃度為0、1、2、3、4、5 g/100 mL的NaCl溶液(標(biāo)記為CK、GN1、GN2、GN3、GN4和GN5)。乙醇：上海信帆生物科技有限公司;十二烷基硫酸鈉(SDS)：南京森貝伽生物科技有限公司;碘化鉀：北京百奧萊博科技有限公司。

1.2 試驗(yàn)儀器

面筋聚集儀(GlutoPeak)：德國(guó)布拉班德公司;AWE-DM0412低速離心機(jī)：無(wú)錫得凡儀器有限公司;MX-E固定混勻儀：大龍興創(chuàng)實(shí)驗(yàn)儀器北京股份公司;E200MV顯微鏡：南京尼康江南光學(xué)儀器有限公司;Nano Drop2000超微量紫外分光光度計(jì)：賽默飛世爾科技有限責(zé)任公司。

1.3 方法

1.3.1 特二粉面團(tuán)面筋聚集特性參數(shù)的測(cè)定

利用面筋聚集儀在水粉比為9∶8(mL/g)、溫度25 ℃、時(shí)間300 s、轉(zhuǎn)速2 500 r/min時(shí),分別測(cè)定峰值時(shí)間(PMT)、峰值扭矩(BEM)、能量面積(AgE)。

1.3.2 面筋聚集過(guò)程中5個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的選取

面筋聚集過(guò)程中5個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的選取參考王杭等[10]使用的方法,具體取樣點(diǎn)分布如圖1所示：A(平穩(wěn)起始點(diǎn))、B(聚集起飛點(diǎn))、C(峰值扭矩點(diǎn))、D(聚集結(jié)束點(diǎn))、E(記錄結(jié)束點(diǎn))。取樣參考王雍清等[11]使用的方法,具體過(guò)程：分別確定A—E 5個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)間,當(dāng)達(dá)到相應(yīng)時(shí)間,暫停面筋聚集儀取出相應(yīng)面團(tuán),檢測(cè)相應(yīng)指標(biāo)。根據(jù)聚集特性,能量面積分為啟動(dòng)能量(S1)、穩(wěn)定能量(S2)和聚集能量(S3)。

圖1 面筋聚集過(guò)程中5個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的選取Fig.1 Location of five key points selected in the gluten aggregation process

1.3.3 特二粉面團(tuán)濕面筋含量的測(cè)定

參考GB/T 5506.2—2008的方法并進(jìn)行適當(dāng)修改。在面筋聚集過(guò)程中分別稱取A—E 5個(gè)點(diǎn)處的面團(tuán)質(zhì)量(m0,g),使用氯化鈉溶液洗滌8 min左右,至洗出來(lái)的水遇到碘化鉀不變色時(shí),稱其質(zhì)量(m1,g)即為濕面筋質(zhì)量,計(jì)算全濕面筋含量。

1.3.4 特二粉面團(tuán)蛋白質(zhì)組分含量的測(cè)定

小麥面團(tuán)中蛋白質(zhì)的提取、檢測(cè)與含量計(jì)算參考賈峰等[1]的方法進(jìn)行,用麥谷蛋白指代SDS可溶性麥谷蛋白。

1.3.5 面筋聚集平均速度及其與氯化鈉質(zhì)量濃度的關(guān)系

1.3.6 特二粉面團(tuán)顯微結(jié)構(gòu)的觀察

選取A—E點(diǎn)的面團(tuán)樣品,制成顯微觀察玻片,使用顯微鏡40×、100×、400×的倍數(shù)分別觀察,記錄圖片。

1.3.7 淀粉顆粒直徑的檢測(cè)

分別選取A—E點(diǎn)處400×的面團(tuán)樣品顯微照片,利用顯微鏡的軟件ISCapture,使用測(cè)量線檢測(cè)淀粉顆粒直徑(單位為pix),在每個(gè)圖片中選取從大到小的10個(gè)淀粉顆粒測(cè)量直徑,計(jì)算平均值。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)均重復(fù)測(cè)定2～3次,計(jì)算平均值。用Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、圖表的制作,用 SPSS 26軟件進(jìn)行顯著性差異分析(P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 氯化鈉對(duì)面筋聚集特性的影響

2.1.1 氯化鈉對(duì)特二粉面筋聚集特性PMT的影響

由圖2可知,未添加NaCl(CK)的PMT最小,為61 s,隨著氯化鈉質(zhì)量濃度的增加,PMT呈直線上升趨勢(shì),方程為y=25.314x+31.067(R2=0.963 6)。表明添加氯化鈉可顯著延長(zhǎng)面筋聚集特性的峰值時(shí)間。

注：不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。圖3同。圖2 氯化鈉對(duì)特二粉面筋聚集特性PMT的影響Fig.2 Effect of sodium chloride on PMT of second-grade wheat flour

2.1.2 氯化鈉對(duì)特二粉面筋聚集特性BEM的影響

由圖3可知,CK的BEM最小,為48 BU,BEM隨著氯化鈉質(zhì)量濃度的增加而有所增加,但沒(méi)有顯著的差異。表明添加氯化鈉整體上BEM增加不大,即氯化鈉對(duì)面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)化不顯著。

圖3 氯化鈉對(duì)特二粉面筋聚集特性BEM的影響Fig.3 Effect of sodium chloride on BEM of second-grade wheat flour

2.1.3 氯化鈉對(duì)特二粉面筋聚集特性能量的影響

由表1可知,S1本身較小,隨著氯化鈉質(zhì)量濃度的增加,S1有上升的趨勢(shì),但差異不顯著。S2、S3隨著氯化鈉質(zhì)量濃度的增加也呈逐漸上升的趨勢(shì),且不同處理之間S2和S3均有顯著增加。表明氯化鈉的增加雖然對(duì)面筋聚集的啟動(dòng)能量影響不顯著,但能顯著增加面筋聚集的穩(wěn)定能量和聚集能量。

表1 氯化鈉對(duì)特二粉面筋聚集過(guò)程中能量的影響Table 1 Effect of sodium chloride on energy during gluten aggregation ofsecond-grade wheat flour

2.2 氯化鈉對(duì)面筋聚集速度的影響

由圖4可知,CK組面筋聚集的平均速度最大,為0.59 BU/s,隨著氯化鈉質(zhì)量濃度的增加,面筋聚集的平均速度逐漸下降。氯化鈉對(duì)面筋聚集速度的影響近似直線下降,方程為y=-0.069 1x+0.615 3 (R2=0.974 1)。隨著氯化鈉質(zhì)量濃度的增加,面筋聚集平均速度不斷降低,表明氯化鈉在面筋聚合過(guò)程中阻礙了面筋聚集的速度。由圖5可知,未添加氯化鈉時(shí),在攪拌作用下面筋蛋白電荷逐漸分布均勻,正負(fù)電荷間相互吸引,形成了完整的、連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)復(fù)合結(jié)構(gòu),類似于“搭積木”層層疊加、相互交聯(lián),形成規(guī)律的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。添加氯化鈉改變了面筋蛋白中的電荷分布特性,氯離子和鈉離子分別與蛋白質(zhì)的正負(fù)電荷吸引,起到“占位”的作用,阻礙面筋蛋白之間的電荷吸引與聚集,使PMT顯著增加,但氯離子和鈉離子并未改變面筋蛋白最后聚集的狀態(tài),即未增加面筋聚集的BEM。

圖4 氯化鈉對(duì)特二粉面筋聚集速度的影響Fig.4 Effect of sodium chloride on the rate of gluten aggregation of second-grade wheat flour

圖5 氯化鈉對(duì)特二粉面筋蛋白聚集特性影響的途徑Fig.5 Pathways of effects of sodium chloride on gluten aggregation of second-grade wheat flour

2.3 氯化鈉對(duì)濕面筋含量的影響

由表2可知,添加1 g/100 mL氯化鈉(GN1)在A、B和C點(diǎn)能洗出面筋,B點(diǎn)是A點(diǎn)濕面筋含量的1.58倍,C點(diǎn)僅為B點(diǎn)的4%;與CK相比,A和B點(diǎn)洗出的濕面筋含量有所下降,分別為CK的83%和74%,在C點(diǎn)可洗出少量面筋,然而D和E點(diǎn)未洗出面筋。表明添加氯化鈉降低了面筋蛋白洗出的比例,卻可增加面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)的韌性。

表2 氯化鈉對(duì)特二粉濕面筋含量的影響Table 2 Effect of sodium chloride on wet gluten content of second-grade wheat flour

2.4 氯化鈉對(duì)特二粉面筋聚集過(guò)程中可提取蛋白質(zhì)的影響

CK與GN1特二粉面筋在聚集過(guò)程中可提取蛋白質(zhì)含量如表3所示。由表3可知,GN1中水溶蛋白含量在C和E點(diǎn)達(dá)到較高,A點(diǎn)次之,B和D點(diǎn)較低;鹽溶蛋白含量在C點(diǎn)達(dá)到最大,A、E和D點(diǎn)次之,B點(diǎn)最低;醇溶蛋白含量在A、B、C和E點(diǎn)達(dá)到較大,D點(diǎn)最低;麥谷蛋白含量在A點(diǎn)達(dá)到最大,C和E點(diǎn)次之,D點(diǎn)再次之,B點(diǎn)最低。比較GN1與CK可以看出,在面筋聚集過(guò)程中添加氯化鈉對(duì)水溶蛋白、鹽溶蛋白和醇溶蛋白的可提取量影響是波動(dòng)性的,面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的破壞不利于麥谷蛋白的提取。

表3 氯化鈉對(duì)特二粉蛋白質(zhì)組分含量的影響Table 3 Effect of sodium chloride on the protein content of second-grade wheat flour %

2.5 氯化鈉對(duì)面筋顯微結(jié)構(gòu)的影響

CK與GN1的面筋顯微結(jié)構(gòu)如圖6所示。GN1結(jié)構(gòu)與CK比較,A點(diǎn)面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對(duì)淀粉顆粒的包裹性略強(qiáng),面筋聚集趨勢(shì)更明顯;B點(diǎn)面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的交聯(lián)程度更強(qiáng),聚集程度更強(qiáng),淀粉顆粒被面筋包裹程度略低,淀粉顆粒分布更均勻些;C點(diǎn)面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)已然形成,淀粉顆粒被面筋蛋白包裹著均勻分布其間,但是面筋網(wǎng)絡(luò)之間的孔隙大小不一、分散不均;D點(diǎn)面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成較好,孔隙較小且更加均勻分散,面筋蛋白包裹的淀粉顆粒更多;E點(diǎn)面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也被破壞,但是淀粉顆粒周圍的面筋蛋白略多一些。整體來(lái)看,GN1中A、B、C、D和E點(diǎn)處的面筋網(wǎng)格結(jié)構(gòu)更加完整,面筋網(wǎng)格的分布以及大小均勻度更高,面筋對(duì)淀粉顆粒的包裹性更好,表明添加氯化鈉后面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分布更加均勻。

注：(a)—(e)、(A)—(E)分別為CK組和GN1組A、B、C、D、E點(diǎn)面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),(a1)、(a2)分別為(a)的不同放大倍數(shù)面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),其他類同。圖6 氯化鈉對(duì)特二粉面筋顯微結(jié)構(gòu)的影響Fig.6 Effect of sodium chloride on the gluten microstructure of second-grade wheat flour

2.6 氯化鈉對(duì)淀粉顆粒直徑的影響

由圖7可見,GN1中的淀粉顆粒與CK相比,在A、C和D點(diǎn)淀粉顆粒直徑二者差異不顯著,但在B和E點(diǎn)氯化鈉處理比CK的淀粉顆粒直徑要大。表明氯化鈉有效阻止了淀粉顆粒的破碎,可能是氯化鈉增加了淀粉的電荷特性,防止被高速轉(zhuǎn)子進(jìn)一步剪切。

注：數(shù)據(jù)單位為pix;A、B、C、D、E為面筋聚集過(guò)程中的5個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。圖7 氯化鈉對(duì)特二粉淀粉顆粒直徑的影響Fig.7 Effect of sodium chloride on the diameter of starch particles of second-grade wheat flour

3 結(jié)論

隨氯化鈉質(zhì)量濃度增加,PMT呈直線上升趨勢(shì),而BEM增加不顯著,說(shuō)明氯化鈉可降低面筋聚集速度,但對(duì)面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)化不顯著。隨著氯化鈉質(zhì)量濃度的增加,S1未有顯著增加,而S2和S3顯著增加。在面筋聚集過(guò)程中,氯化鈉可減少洗出的濕面筋含量,對(duì)可提取的水溶蛋白、鹽溶蛋白和醇溶蛋白含量的影響不穩(wěn)定,但氯化鈉可增加面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)的韌性,使面筋網(wǎng)格結(jié)構(gòu)更加均勻,面筋蛋白更好地包裹淀粉顆粒,有效阻止了淀粉顆粒的破碎。綜上,氯化鈉影響小麥面團(tuán)的面筋網(wǎng)絡(luò)形成,可為小麥粉面筋品質(zhì)的改良提供數(shù)據(jù)支持,為面制品的減鹽措施提供理論依據(jù),可進(jìn)一步探究具體的變化機(jī)制用于調(diào)控面制品品質(zhì)。