光量子對小麥面筋蛋白功能特性的影響

王維君，車宇翔，劉秀麗，王昌祿，周慶禮，，*（.天津科技大學科技處，天津300457；.天津科技大學食品工程與生物技術學院，天津300457）

光量子對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.天津科技大學科技處，天津300457；2.天津科技大學食品工程與生物技術學院，天津300457）

系統研究光量子對小麥面筋蛋白功能性質和結構的影響，初步探討光量子保鮮小麥面筋蛋白的作用機理。結果表明：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，并且可以很好地抑制持油性和乳化穩定性升高的趨勢，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

光量子具備經典波的折射、干涉、衍射等性質，而其粒子性則表現為和其他物質相互作用時不像經典波那樣可以傳遞任意數值的能量，光子只能傳遞量子化的能量［1］。目前光量子主要應用于農業［2-3］、食品工業［4-5］和生物醫學領域之中［6-7］，但將光量子應用于面制品方面并無涉及。

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

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；其他化學試劑均為分析純：由天津市化學試劑一廠生產。

1.2主要儀器和設備

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

1.3面筋蛋白樣品制備

小麥面筋蛋白制備：準確稱取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，溫度設定為4℃，其中一個冰箱中裝置了光量子設備，另一個冰箱為普通冰箱。然后分別于0、5、10、15、20 d將濕小麥面筋蛋白取出。得到的樣品經冷凍干燥，粉碎過100目篩，備用。

1.4測定方法

1.4.1谷朊粉成分分析

水分含量測定：參照GB 5009.3-2010《食品安全國家標準食品中水分的測定》。

灰分含量測定：參照GB 5009.4-2010《食品安全國家標準食品中灰分的測定》。

粗蛋白含量測定：參照GB 5009.5-2010《食品安全國家標準食品中蛋白質的測定》。

粗脂肪含量測定：參照GB/T 5009.6-2003《食品中脂肪的測定》。

1.4.2溶解度

首先繪制牛血清蛋白標準曲線，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，補加蒸餾水至1 mL，加4 mL雙縮脲試劑后于540 nm處進行紫外比色測定，以濃度為橫坐標，相應的吸光度值為縱坐標，繪制標準曲線。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，經劇烈震蕩10 min后，靜置30 min，于540 nm處進行比色測定。待測蛋白吸光度值代入標準曲線，求出待測蛋白濃度。

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的轉速下離心10 min，上清液棄去。若無上清液，應加水攪勻后再離心，直至有上清液為止，再次稱重后根據下述公式計算蛋白的持水性。

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30 min后以3 000 r/min的轉速離心10 min，棄去上層的大豆油。如果沒有大豆油被離心出來，則應加大豆油攪勻后再離心，直至有少量大豆油為止，再次稱重，根據下面公式計算小麥面筋蛋白的持油性。

1.4.5起泡性和泡沫穩定性

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的轉速下攪拌1 min，迅速轉移至250 mL的量筒中，測得泡沫體積，并按下述公式計算蛋白的起泡性。

式中：V為攪拌停止時，泡沫的總體積，mL；100為原液體積數值，mL。

測定結束后，將將上述樣品靜置30 min，測定下層的析出液體體積。按下述公式計算蛋白的泡沫穩定性。

式中：V為停止攪拌時泡沫的總體積，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。其中一個離心管在3 000 r/min的轉速下離心處理10 min，根據所得乳化層的體積按下述公式計算蛋白的乳化性。

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，根據乳化層的體積按下述公式計算乳化穩定性［12-13］。

2　結果與討論

2.1谷朊粉成分分析

谷朊粉成分分析見表1。

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

2.2光量子對小麥面筋蛋白溶解度的影響

光量子對小麥面筋蛋白溶解度的影響見圖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，在貯藏過程中，隨著面筋品質的下降，對照組和光量子組中面筋蛋白的溶解度都呈下降趨勢，貯藏至第20天，對照組的溶解度為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照組高，可能是由于光量子作用于面筋蛋白二級結構，使得蛋白質分子的結構疏松且使疏水性多肽的部分朝向脂質，而極性基團朝向水相，導致蛋白溶解度增強，延緩了貯藏過程中面筋蛋白溶解度的下降趨勢。

2.3光量子對小麥面筋蛋白持水性的影響

光量子對小麥面筋蛋白持水性的影響見圖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，隨著貯藏時間的增加，對照組和試驗組的面筋蛋白持水性都呈現下降趨勢，貯藏至第20天時，對照組的持水性為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照組，并且下降趨勢也更加緩慢，可能是光量子作用使得小麥面筋蛋白組織結構變得疏松，而粒度的減小使粉體的表觀性質發生較大變化，其比表面積增大，從而更易與水結合，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程中的持水性。

2.4光量子對小麥面筋蛋白持油性的影響

光量子對小麥面筋蛋白持油性的影響見圖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，隨著貯藏時間的延長，對照組和光量子組面筋蛋白的持油性呈上升趨勢，在第20天，對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照組。在5 d～20 d，對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祝苟壗Y構發生改變，疏水基團暴露的減少，必然會導致結合油的能力降低，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。

2.5光量子對面筋蛋白起泡性和泡沫穩定性的影響

小麥面筋蛋白的起泡性和泡沫穩定性結果如圖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%，泡沫穩定性是45.21%。在第10天，光量子組的泡沫穩定性達到最高值76.67%，在第15天，光量子組的起泡性達到最高值79.21%，在0 d～20 d，光量子組面筋蛋白的起泡性和泡沫穩定性都要高于對照組，說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定性。分析其原因，可能是由于蛋白質的起泡性與溶解度之間存在著一定的正相關性，在光量子的作用下，分子結構充分舒展，使蛋白質的水化作用加強，溶解度相應增大，溶于水中的蛋白質擴散到空氣-水界面并在得到延展，促進泡沫的生成，進而增強了起泡性和起泡穩定性。

2.6光量子對小麥面筋蛋白乳化性和乳化穩定性的影響

小麥面筋蛋白的乳化性和乳化穩定性結果如圖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%，乳化穩定性為38.01%。在0 d～20 d，對照組和光量子組的乳化性呈現下降趨勢，在第20天，對照組的乳化性為36.44%，光量子組的乳化性為40.32%，光量子組高于對照組。在0 d～20 d，對照組和光量子組的乳化穩定性呈現升高趨勢，貯藏期間光量子組和對照組的乳化穩定性無顯著差異。說明，光量子對小麥面筋蛋白的乳化性作用明顯，延緩了貯藏過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?？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，使達到平衡的親水性親油性基團相互促進相互增強。

3　結論

研究結果表明，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程中面筋蛋白溶解度、持水性、起泡性、泡沫穩定性以及乳化性的下降趨勢，很好地保持了面筋蛋白的功能性質，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中的實際應用奠定了基礎。

［1］黃值河，楊一明.光子?。跩］.科技資訊，2007（29）：6-7

［2］邱元武.光子學在農業和食品工業中的應用［J］.激光與光電子學發展，2002，39（5）：51-53

［3］Aaron J Hand.Photonics analyzes food quickly，efficiently［J］.Photonics Spectra，1998，32（10）：114-119

［4］BrentDJohnson.3-Dinspectionscrutinizecoffee［J］.Photonics Spectra，2001，35（7）：48

［5］Daniel C Mc Carthy.The perfect chocolate chip cookie［J］.Photonics Spectra，2000，34（3）：104-111

［6］Daniel C Mc Carthy.The perfect orange［J］.Photonics Spectra，2000，34（3）：112-117

［7］Zhang X，Xie S，Ye Q，et al.Wavelength dependence of soft tissue ablation by using pulsed lasers［J］.Chinese Optics Letters，2007，5 （4）：235-237

［8］張瑞昌，徐志宏，劉鄰渭.小麥蛋白改性技術的研究進展［J］.糧食與飼料工業，2006（2）：25-27

［9］彭海萍，王蘭.小麥面筋蛋白在食品工業中的應用［J］.西部糧油科技，2002，27（2）：32-33

［10］宋國勝，胡娟，沈興，等.超聲輔助冷凍對面筋蛋白二級結構的影響［J］.現代食品科技，2009，25（8）：860-864

［11］劉國琴，閻乃珺，陳璐瑤.動態高壓微射流對小麥面筋蛋白功能性質影響的研究［J］.現代食品科技，2013，29（5）：936-940

［12］趙冬艷，王金水，劉宇宸.濕熱處理提高谷月元粉乳化性的研究［J］.糧食與飼料工業，2003（4）：45-47

［13］柳小軍.凍藏對面筋蛋白性能的影響及脫水機理研究［D］.鄭州：河南工業大學，2011

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

國家自然科學基金項目（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。

2016-05-10