聚葡萄糖對凍藏面筋蛋白水合及結構的影響

謝新華，郝明遠，范逸超，張蓓，王娜，郭方杰

1(河南農業大學 食品科學技術學院，河南 鄭州，450002) 2(河南泰利杰生物科技有限公司，河南 孟州，454750)

冷凍面制品因為安全、方便以及能夠有效地保證其感官及營養價值等優點得到了人們的認同，但在凍藏期間冷凍面團的品質劣變會直接導致面制產品品質變差。面筋蛋白作為面制品的重要成分，其吸水后形成的網絡結構影響面團的品質[1]。面團凍藏期間，由于溫濕度改變引起冰晶重結晶，導致面筋蛋白網絡結構破壞，從而引起品質劣變[2]，目前主要是通過優化冷凍工藝、添加膠體等改善冷凍面團的品質[3-5]。

聚葡萄糖(polydextrose, PD)作為一種水溶性膳食纖維，具有較強的持水性，在食品中有較好的應用[6]。有研究顯示，在重油蛋糕中添加聚葡萄糖可使蛋糕內部氣泡體積減小且數量增多[7]；聚葡萄糖具有抗凍性，可作為新型的抗凍劑用于魚糜中[8]。為提高冷凍面團的凍融穩定性，通過向面筋蛋白中添加聚葡萄糖，并研究聚葡萄糖在凍藏過程中對面筋蛋白水分遷移、流變學特性、熱力學特性、二級結構及微觀結構的影響，為聚葡萄糖應用于冷凍面團制品提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

面粉購買于一加一天然有限公司,通過水洗獲得面筋蛋白，蛋白含量82%；聚葡萄糖(平均分子量為2 000)購買河南孟州泰利杰有限公司。

1.2 儀器與設備

DSC-214型差示掃描量熱儀，德國儀器制造有限公司；Micro MR型核磁共振儀，上海紐邁電子科技有限公司；DHR-2型旋轉流變儀，美國TA儀器有限公司；TENSOR Ⅱ型傅里葉紅外光譜儀，布魯克科技有限公司；Quanta FEG 250型場發射掃描電鏡儀，美國FEI公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 樣品制備

將面筋蛋白同聚葡萄糖溶液按照4∶6(質量比)混合(聚葡萄糖添加量為面筋蛋白質量的3%和6%)，用自動和面機對面筋蛋白和面20 min，使面筋蛋白充分吸水以更好地形成面筋蛋白空間網絡結構。用保鮮膜將制好的濕面筋蛋白包裹好，置于4 ℃保溫箱平衡1 h，放于-40 ℃冰箱中速凍2 h，后置于-18 ℃冰箱中冷藏0、1、3、5和7周，待測樣品取出放在20 ℃恒溫箱解凍1 h后，部分樣品解凍1 h后直接測定，部分樣品則需真空冷凍干燥備用。

1.3.2 聚葡萄糖熱滯性的測定

使用差示掃描量熱儀測定聚葡萄糖的熱滯活性(thermal hysteresis activity, THA)[9]。

1.3.3 面筋蛋白中水分分布測定

1.3.4 面筋蛋白流變學特性的測定

采用旋轉流變儀測定動態流變學特性。參照ZHANG等[11]方法，平板直徑為40.00 mm，夾具間隙為1.50 mm，掃描頻率為0.1～10 Hz，應力1%，溫度為25 ℃。每個樣品做3個平行。

1.3.6 面筋蛋白二級結構的測定

用紅外光譜儀測定，測定參數：掃描范圍400～4 000 cm-1；掃描64次；分辨率4 cm-1。結果對酰胺I吸收峰(1 600～1 700 cm-1) 用PeakFit v4.12r軟件進行分析[12]。每個樣品做3個平行。

1.3.7 微觀結構觀察

所有樣品冷凍干燥后表面噴金，在場發射掃描電鏡進行觀察[13]。

1.3.8 數據分析

用SPSS 22.對數據進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 聚葡萄糖的熱滯活性

圖1是采用DSC測得的聚葡萄糖溶液的凍融曲線圖，相關數據見表1。

圖1 聚葡萄糖在不同保留溫度下的再次凍結DSC曲線Fig.1 Re-freezing DSC curve of polydextrose at differentretention temperatures

表1 聚葡萄糖在不同保留溫度(Th)下的T0，Φ和THATable 1 Onset temperature (T0), ice fraction (Φ)and THA (Tγ) of polydextrose under different holdtemperature (Th)

由表1可知,隨著保留溫度的增加，樣品中的冰晶含量依次降低，當保留溫度降到-1.40 ℃為最低，此時THA取得最大值為3.60 ℃。結果說明聚葡萄糖本身具有抗凍活性。

2.2 聚葡萄糖對面筋蛋白體系水分分布的影響

由表2可知，隨著凍藏時間的延長，對照組面筋蛋白體系的結合水含量無顯著變化，弱結合水含量顯著下降，自由水含量顯著增多。

表2 聚葡萄糖對面筋蛋白中水分占比的影響Table 2 Effect of polydextrose on the moisturecontent of gluten

注：A21-自由水；A22-半結合水；A23-結合水；同列數字后不同字母表示水平間差異性顯著(P≤0.05)(下同)

添加6%(質量分數)聚葡萄糖限制了面筋蛋白體系中自由水增大，凍藏7周后增加了1.24%，小于空白組的3.34%，優于添加3%(質量分數)聚葡萄糖的1.80%，弱結合水含量無顯著變化，說明聚葡萄糖有效減弱了弱結合水向自由水的轉化，這是因為聚葡萄糖上的羥基同氨基基團發生相互作用形成了復合結構從而可以鎖住更多的水分，使得面筋蛋白體系對水的結合能力增強，限制了水分的流動，抑制了凍藏導致的面筋蛋白中水分流動性增大的現象[14]。

2.3 聚葡萄糖對面筋蛋白體系流變學特性的影響

由圖2可以看出，隨著凍藏時間的增加，面筋蛋白體系G′和G″均呈逐漸下降趨勢，這可能是凍藏使面筋蛋白大分子聚合體解聚，面筋蛋白黏彈性下降，也可能是重結晶致使面筋蛋白網絡結構斷裂，引起面筋蛋白黏彈性下降。添加聚葡萄糖的面筋蛋白的G′和G″隨凍藏時間延長也出現下降趨勢，但下降幅度顯著小于對照組，且添加6%(質量分數)聚葡萄糖顯著優于3%(質量分數)的添加，這可能是因為聚葡萄糖上羥基結合水抑制了面筋蛋白中重結晶，保護了面筋網絡，減弱了凍藏對面筋蛋白體系的破壞[12]。這說明聚葡萄糖引入有效減緩了凍藏引起的面筋蛋白流變特性的劣變。

2.4 聚葡萄糖對面筋蛋白二級結構的影響

由表3所示，隨著凍藏時間的增加面筋蛋白中α-螺旋和無規則卷曲發生顯著性變化。對照組α-螺旋由15.07%到凍藏7周降低為12.82%，無規則卷曲由15.51%到增加到19.05%；添加6%(質量分數)聚葡萄糖的面筋蛋白α-螺旋由22.47%到降低為20.62%，無規則卷曲由14.95%增加到15.45%。α-螺旋結構作為面筋蛋白的骨架，在凍藏過程中含量的減少表明凍藏使面筋蛋白分子尺寸變小，延展性變差[15]。添加聚葡萄糖的面筋蛋白二級結構中α-螺旋含量多于對照組，隨凍藏時間延長，聚葡萄糖的加入顯著減弱了α-螺旋的減少和無規則卷曲的增長趨勢，這是因為聚葡萄糖有效抑制了面筋蛋白在凍藏期間的水分流動，抑制了面筋蛋白中冰晶的生長和重結晶現象的發生，減緩了大分子解聚速度，保護了面筋蛋白的二級結構。由此可知，聚葡萄糖增大了面筋蛋白的凍藏穩定性。

圖2 聚葡萄糖對面筋蛋白流變學特性的影響Fig.2 Effect of polydextrose on rheological properties of gluten

表3 聚葡萄糖對面筋蛋白二級結構的影響Table 3 Effect of polydextrose on secondary structure of gluten

2.5 聚葡萄糖對面筋蛋白體系熱力學特性的影響

由表4可知，面筋蛋白的變性溫度在60 ℃左右。經過7周凍藏后，未添加聚葡萄糖的面筋蛋白變性溫度為43.10 ℃，焓值為1.94 J/g；添加3%(質量分數)聚葡萄糖的面筋蛋白貯藏7周后變性溫度為48.60 ℃，焓值為1.89 J/g；添加6%(質量分數)聚葡萄糖的面筋蛋白變性溫度為56.55 ℃，焓值為1.83 J/g。同對照組相比，在凍藏過程中，聚葡萄糖的添加使得面筋蛋白的變性溫度提高，焓值有所下降[16-17]，

表4 聚葡萄糖對面筋蛋白熱力學特性的影響Table 4 Effect of polydextrose on thermodynamicsproperties of frozen gluten protein

說明聚葡萄糖的添加使得面筋蛋白的熱穩定性提升。這可能是因為聚葡萄糖上的羥基同面筋蛋白上的羧基相互結合抑制了面筋蛋白高分子聚合體解聚，提高了面筋蛋白的凍藏穩定性[18]。

2.6 聚葡萄糖對面筋蛋白體系微觀結構的影響

由圖3可見，面筋蛋白經過0、3、7周凍藏后三維網絡結構發生了很大變化，在凍藏初期面筋蛋白均保持高度三維網絡結構，孔洞致密而均勻，孔徑多在10～20 μm。隨著凍藏時間的延長，面筋蛋白的三維網絡結構被破壞，出現裂縫，孔洞不均勻不連續，且有大孔洞的出現，最大至100 μm左右，這是由于隨凍藏時間延長，面筋蛋白析水使冰晶數量增加及重結晶，導致面筋網絡結構受到不同程度的破壞[19]，而由面筋蛋白網絡結構劣變造成的蛋白分子量和分子鏈的變化，一定程度上影響了面筋蛋白的流變特性、熱力學特性、二級結構等性能。凍藏7周后添加6%(質量分數)聚葡萄糖的面筋蛋白與對照相比，面筋蛋白三維網絡結構仍能保持均勻、連續，且孔徑維持在60 μm左右，顯著優于添加3%(質量分數)聚葡萄糖的面筋蛋白。這可能是因為聚葡萄糖具有強的吸水性，吸水后可充分地分散在面筋蛋白體系中，聚葡萄糖上的羥基與面筋蛋白羧基結合可以減緩水分的遷移，減緩冰晶的生長速度，從而減弱由冰晶生長造成的面筋蛋白空間網絡結構的破壞[20]。

圖3 聚葡萄糖對面筋蛋白空間網絡結構的影響Fig.3 Effect of polydextrose on the structure of glutenspace network

3 結論

隨凍藏時間延長，面筋蛋白中自由水含量增加，水分流動性增大，添加6%(質量分數)聚葡萄糖的面筋蛋白中弱結合水向自由水的轉化量顯著減少，降低了凍藏導致的面筋蛋白中水分流動性增大；凍藏7周后，聚葡萄糖顯著減弱α-螺旋的減少和無規則卷曲的增長趨勢，保護了面筋蛋白的二級結構。凍藏期間面筋蛋白網絡結構破裂，產生較大孔洞，面筋蛋白網絡的劣變及二級結構的變化致使面筋蛋白黏性和彈性出現下降趨勢，添加的聚葡萄糖與面筋蛋白結合形成了復合物，保護了面筋蛋白的網絡結構，致使面筋蛋白流變學性特性變化小于對照，添加6%(質量分數)聚葡萄糖抑制了凍藏引起的面筋蛋白劣變且優于添加3%聚葡萄糖，在一定程度上提升了面筋蛋白的凍藏穩定性。