面筋蛋白對饅頭加工品質影響的研究進展

◎ 劉思彤，李紅民，劉貴巧，王慧珍，宋慧月，張紀英

（河北工程大學，河北 邯鄲 056038）

饅頭是中國北方傳統食品之一，有“中國面包”之稱。雖然近幾年西方飲食文化輸入對中國傳統飲食習慣有較大的沖擊，但是并未降低人們對饅頭的偏愛，反而逐漸流行于中國南方和許多亞洲國家。隨著人們對飲食與健康越來越重視，雜糧主食化已成為趨勢，饅頭產業大有前景[1-2]。

饅頭是由小麥粉經過一系列工藝制作而成發酵面制食品，其中小麥粉主要由65%～75%的淀粉、10%～13%的蛋白質以及少量的脂肪和多糖組成。小麥蛋白的80%主要為醇溶蛋白（Gliadin，Gli）和麥谷蛋白（Glutenins，Gls）組成的面筋蛋白[3]。在饅頭加工過程中，各種組分及組分間相互作用，發生了復雜的化學、物理變化，這對饅頭的品質具有重要的影響[4-5]。

研究顯示，饅頭加工過程中蛋白網絡結構與饅頭品質有著密切關系，如面筋蛋白含量在10%～12%的小麥粉適合做硬度較大的北方饅頭，而含量在7%～8%的小麥粉適合做軟質的廣式饅頭[6]；Limley等發現小麥粉的蛋白含量、面筋強度與饅頭的體積及彈性質構特性呈顯著正相關，而面筋蛋白是小麥蛋白中最具獨特性的一組蛋白質，對饅頭延展性和彈性的貢獻具有不可代替的作用[7]。目前，大多數研究集中在饅頭的原料[8]、添加劑[9]和加工工藝[10]等方面，雖然已有關于麥谷蛋白和醇溶蛋白含量比值對饅頭品質的影響的研究[11-12]，但是報道相對較零散，系統研究麥筋蛋白對饅頭品質影響的報道較少。

本文主要介紹了小麥蛋白中面筋蛋白——醇溶蛋白和谷蛋白的研究現狀，重點綜述了這兩種蛋白對饅頭加工品質的影響，旨在探析面筋蛋白對饅頭加工品質的影響機理，為更好地提高饅頭加工品質提供理論基礎。

1 小麥蛋白概述

小麥籽粒中含有8%～15%的蛋白，其中10%～15%是白蛋白和球蛋白，85%～90%的是面筋蛋白，面筋蛋白由麥谷蛋白和麥醇溶蛋白組成[13]。

面筋蛋白比例的定量化目前還沒有統一標準方法，最常用方法的是用凝膠分離技術和反相高效液相色譜，且這兩種方法得出的結果存在差異，但基本上認為麥谷蛋白通常比醇溶蛋白含量多，LMW 亞基比HMW 亞基豐富[14]。Seilmeier 等使用RP-HPLC 方法研究了17 個歐洲小麥品種的蛋白含量，結果表明，面筋蛋白平均約占總蛋白的80%，其中醇溶蛋白和麥谷蛋白分別占面筋蛋白的39%和61%。LMW 亞基和HMW 亞基的比例約為2 ∶1，分別占面筋蛋白總量的41.5%和19.7%。在醇溶蛋白組分中，α-醇溶蛋白（α-Gli）含量最高，其次是γ-醇溶蛋白（γ-Gli）和ω-醇溶蛋白（ω-Gli）[15]。除具有較高比例的HMW 亞基外，和Dupont 等的研究結果基本一致[16]。

根據在水溶液和醇溶液中的溶解性，麥谷蛋白和谷蛋白統稱為谷醇溶蛋白，比例約為1 ∶1，共同特點為具有較高含量的谷氨酰胺（38%）和脯氨酸殘基（20%），且都幾乎不含精氨酸和賴氨酸。麥谷蛋白和醇溶蛋白目前被認為是單一蛋白家族，是小麥的主要儲藏蛋白，二者的主要區別是麥谷蛋白能通過分子間二硫鍵形成麥谷蛋白聚合物[17-18]。

根據分子量分布，麥谷蛋白可進一步分為高分子量亞基的麥谷蛋白（HMW-Glu，70 ～90 kDa）和低分子量亞基的麥谷蛋白（LMW-Glu，20 ～45 kDa）， 含量分別為40%和60%；LWM-Glu 又可分為主要的B 型亞基組和兩個次要的C 型和D 型亞基組。其中HMW-Glu 的基因分別位于A1、B1 和D1 染色體長臂上的Glu-A1、Glu-B1 和Glu-D 位置；而LMW-GS 的基因則分別位于A1、B1 和D1 染色體短臂上的Glu-A3、Glu-B3 和Glu-D 位置[19]。

醇溶蛋白可根據分子量分為單體（30 ～60 kDa）和聚合物（＞20 MDa），醇溶蛋白單體根據在低pH值條件下的電泳遷移率，可分為α、β、γ 和ω 麥谷蛋白，半胱氨酸含量分別為7 個、6.5 個、1 個和1個，比例分別為25%、30%、30%和15%[20]。通過比較氨基酸序列，麥谷蛋白和醇溶蛋白可分為3 類面筋蛋白，如圖1 所示，HWM-Glu 和ω-Glu 形成不同的組，HWM 組合缺乏半胱氨酸稱為貧硫醇溶谷蛋白；α/β-Gli 和LWM-Glu 的B 型亞基稱為富硫醇溶谷蛋白；最后是由α-/γ-Gli 和ω-Gli 形成LWM-Glu 的C型和D 型亞基[13]。

圖1 小麥面筋蛋白的分類和命名圖

面筋是由小麥粉制成的面團經過洗滌以除去淀粉以及其他顆粒狀和可溶性物質后殘留的黏性物質。以干重計，它包含約75%的蛋白質，其余大部分為殘留的淀粉和脂質。分離的面筋還包含少量其他蛋白質，這些蛋白質可能與面筋蛋白質物理相關或被困在蛋白質網絡中，對饅頭加工的品質具有重要的影響。

2 面筋蛋白對饅頭品質的影響

適當水和機械能的輸入能使小麥面粉形成具有黏彈性的面團。在混合過程中，面筋蛋白與水結合，并通過相互作用形成具有獨特的黏彈性特性面筋蛋白網絡；面筋蛋白對面團的黏聚性和彈性以及面團的延展性具有決定性作用，其中氫鍵在面筋蛋白網絡結構的穩定中起著重要作用。

在眾多模型中，Belton 提出的理論模型認可程度較高，其理論指出面筋蛋白網結構主要由環形和鏈式結構組成，蛋白序列的相互作用主要依靠谷氨酰胺通過鏈間氫鍵形成的鏈式結構維持，環形結構主要由只與水作用的單鏈氨基酸形成；醇溶蛋白在這過程中主要起到增塑作用，對面團的黏度具有重要的影響，因此麥谷蛋白和醇溶蛋白的比例也影響著面團黏度和彈性之間的平衡[21]。

2.1 面筋蛋白含量對饅頭品質的影響

通常小麥蛋白含量在10%～11%，即含有中到高強度面筋的面粉適合做饅頭，過高或過低面筋含量則影響饅頭的外觀、質地和食用的品質[22-23]。研究顯示，饅頭的質量與面筋蛋白含量顯著相關，但是有關面筋與饅頭品質之間的相關性報道并不一致。這可能是因為除了麥谷蛋白，小麥淀粉也對饅頭品質有著很大的影響[24]。ZHU Yue 等[11]研究顯示，隨著面筋蛋白含量的增加，饅頭的色澤由變深變黃，體積收縮，硬度和咀嚼度隨之下降，饅頭的網絡結構變得致密多孔，同時還能有效得控制水分遷移而抑制淀粉糊化。Jekle 等[25]也發現類似的研究結果，隨著面筋蛋白比例的增加，阻止了水的擴散，并延遲了糊化作用，降低了糊化程度。XU Fen 等[26]研究同樣顯示隨著面筋蛋白比例的增加，饅頭的糊化溫度隨著面筋比例的增加而顯著增加，面筋蛋白包裹在馬鈴薯淀粉顆粒周圍，形成了水擴散屏障，淀粉顆粒對面筋網絡具有稀釋作用。GAO Xin 等[27]深入研究了淀粉與面筋蛋白的相互作用，提出了A/Lunity（A 型淀粉顆粒含量除以面筋網絡的空隙率）和B-A/Lunity（B-A 型淀粉顆粒比除以空隙率）來表征不同大小的淀粉顆粒與面團中面筋蛋白網絡的相互作用程度，結果表明，由于淀粉顆粒與面筋的密切相互作用，隨著B-A/Lacunity 的增加，面團的穩定時間增加，面團具有較大的穩定性，應用A/Lunity 和B-A/Lunity 作為新的指標，進一步闡明淀粉與面筋之間的精確影響，可以更好地評價面團的性能。

2.2 醇溶蛋白對饅頭品質的影響

醇溶蛋白是由疏水性多肽通過分子內的二硫鍵形成的單鏈蛋白，其分子量相對較低對面團穩定性和饅頭質地有重要影響[28-29]。于國利等[30-31]研究顯示不同的醇溶蛋白組分（Gli8、Gli9、Gli10、Gli11 和Gli15）對饅頭品質特性有不同的影響，總體上，均能使疏水性增加，氫鍵有所減少，但對二硫鍵影響較小。醇溶蛋白能降低饅頭的彈性、回復性和黏附性，其中Gli8、Gli9、Gli10 組分對饅頭的硬度、咀嚼性有增強作用，Gli8 對饅頭質構、感官評分和比容有較大影響。Khatkar 等[32]研究顯示隨著醇溶蛋白含量的增加（5%～10%），面團的峰值高度減小，表明面團強度有所降低；此外，面團穩定性也從3.20 降至1.40，面筋的熱穩定性降低；隨著面筋中醇溶蛋白占比的增加，面筋結構的緊密度大大降低，從而導致形成了更開放的弱面筋網絡。

2.3 麥谷蛋白對饅頭品質的影響

研究顯示，麥谷蛋白是由通過鏈間二硫鍵交聯高分子量和低分子量亞基形成的大分子聚合物，而醇溶蛋白的分子量較小，只能形成分子內二硫鍵和非共價鍵。醇溶蛋白有助于面團增黏，而麥谷蛋白則有助于增強面團彈性，因此，研究認為醇溶蛋白和麥谷蛋白對改善面團的黏性和彈性至關重要，而麥谷蛋白大分子聚合物是小麥品質的關鍵，且與饅頭體積和面團延展性密切相關。此外，許多研究報道了麥谷蛋白對優質面包質地影響中的重要作用[33]。麥谷蛋白可分為高分子量（HMW-Glu）和低分子量（LMW-Glu）亞基，其中HMW-Glu 構成線性鏈和蛋白質網絡結構，而LMW-Glu 線性鏈分支形成簇和聚集體結構。已有研究顯示HMW-Glu 和LMW-Glu 的組成差異引起了麥谷蛋白聚合物的結構和性質的變化而導致了烘烤質量的改變，認為HMW-Glu 與面團的強度和彈性有關[34]。例如，ZHANG Yingjun 等[35]研究發現小麥中HMW-Glu 亞基的缺失顯著降低了面團強度和面包烘烤質量。有研究顯示LMW-Glu 的Glu-A3 b 亞基對沉降量和沉降指數具有積極影響，而Glu-B3 g 等位基因則對沉降量和面筋強度具有更積極的影響[36]。HMWGlu 被認為是調節面團流變特性的主要成分，其Bx7亞基可改善小麥的品質和面團的流變學性質[37]。據報道，與正常的Bx7 亞基相比，小麥近等基因系的Bx7 OE 亞基在面筋二級結構中產生的β-結構含量增加，并且與面團流變特性有關。此外，二級結構預測表明，β-結構含量較高的HMW-Glu 可能有助于形成更好的面筋結構；而更長的重復結構域可以產生更多的β-轉角結構，從而改善面團的彈性[38]。

2.4 麥谷蛋白/醇溶蛋白比值對饅頭品質的影響

淀粉糊化還受多糖、鹽和面筋含量以及醇溶蛋白和麥谷蛋白比例的影響，LI Yi 等[39]研究了醇溶蛋白/麥谷蛋白比值對小麥淀粉糊化、熱學和結構特性的影響，結果顯示，隨著Gli/Glu 比值的減小，焓變和降解溫度略有增加。對于所有不同的Gli/Glu比值的樣品，在1 022 cm-1處的光譜強度隨著淀粉糊化而增加后減少，Gli/Glu 比值對加熱過程中淀粉顆粒的無定形和結晶區域的形成有重要影響。通過研究面筋蛋白質成分的變化及其對淀粉的熱學性質和分子結構的影響，優化蛋白質成分的比例、控制淀粉和面粉的結構特征以及摻混對獲得理想品質的饅頭有所幫助。徐小青等[12]研究結果顯示，隨著Gli/Glu 比值的減小，重組粉中的濕面筋含量下降，面筋指數上升，面團形成時間和穩定時間先增加后減小；拉伸面積先增后減，延伸度減小。Barak 等[40]研究結果顯示，Gli/Glu 比值對面團穩定性、面團發育時間、峰值黏度、面包比容和面包糠硬度有明顯影響，但較高的Gli/Glu 比值對面包的體積和面包糠的堅硬度有不利影響，表明了平衡兩個面筋子組分對于提高面包質量的重要性。

3 結語

目前，大量關于面筋蛋白對饅頭加工質量影響的研究主要集中在原料性狀研究和篩選領域，已經發現小麥籽粒的HMW-Glu 在決定流變面團特性和最終用途特性方面起著關鍵作用，且谷氨酰胺側鏈介導的鏈間二硫鍵和氫鍵對于穩定面筋結構至關重要。在加工過程中面筋蛋白及其組分如何影響饅頭品質及其結構變化的研究報道相對較少，而在加工過程中蛋白結構的變化對其功能品質具有決定性的影響，最終也將影響饅頭品質，因此還要從加工過程及其方式探究面筋蛋白對饅頭品質的影響，以期通過原料和加工精準調控技術改善饅頭品質。