微波功率對面筋蛋白-淀粉復合體系功能特性的影響

母夢羽，張 霞，賈 峰，王 琦，梁 贏，王金水

河南工業大學 生物工程學院，河南 鄭州 450001

面筋蛋白和淀粉是面粉的主要成分，面粉的質量直接影響面制品的品質。關于面粉質量的影響因素有很多報道，已有研究表明，通過調整面筋蛋白與淀粉的比例可以改變面粉的筋力，從而達到專用粉的要求[1-2]。加熱條件對面粉所形成的凝膠具有很大的影響，過度加熱會導致面粉凝膠的弱化和析水[3]。此外，很多面制品如面包、餅干等的加工需要采用較高的加熱溫度以達到殺菌的目的，但加熱過程中面粉的色澤和功能特性不穩定[4-5]。

面粉色澤是影響面制品品質的指標，也是衡量面粉加工精度的指標。面制品的色澤及穩定性是重要的感官評價指標，在面制品加工品質評分中起著舉足輕重的作用[6]。面粉色澤是消費者對面制品產生的第一感官印象，直接影響面制品的質量[7]。面制品的持水能力與其結合水的能力有關，可影響其硬度、黏彈性、咀嚼性等，所以持水力對面制品品質具有重要的意義[8-9]。

為明確面制品加工適宜的溫度范圍，以及加熱過程中不同配比面筋蛋白與淀粉之間的相互作用，作者通過控制面筋蛋白與淀粉的配比及微波功率，研究不同配比的面筋蛋白和淀粉在微波加熱過程中的相互作用，以及這種相互作用對復合體系凝膠強度、持水特性、色澤等的影響，從而為面筋蛋白和淀粉體系在食品中的應用及對微波加工面制品類的品質改良奠定理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

面筋蛋白、小麥淀粉：河南棗花面業有限公司。

二硫蘇糖醇(DTT)、β-巰基乙醇(β-ME)：阿拉丁試劑公司；溴酚藍、考馬斯亮藍R250：北京索萊寶公司。

1.2 儀器與設備

LFP-800 A高速多功能粉碎機：無錫機械制造有限公司；LGJ-10冷凍干燥機：四環福瑞科儀科技發展有限公司；CR-400色度儀：日本柯尼卡美能達傳感有限公司；164-5050伯樂電泳儀：美國伯樂；WD-9405D脫色搖床：北京生物儀器設備有限公司；SHJ-6AB磁力攪拌水浴鍋：常州金壇良友儀器公司；X1臺式離心機、2000紫外可見分光光度計：賽默飛世爾公司；WQF-510傅里葉變換光譜儀：北京瑞麗分析儀器有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 面筋蛋白-淀粉復合體系的制備

參照高、中、低筋小麥的干面筋含量[10],確定面筋蛋白與淀粉的質量比: 高筋粉16∶ 84、中筋粉14∶ 86、低筋粉12∶ 88，將面筋蛋白與小麥淀粉混勻后，各取100 g混合粉，再依次加入80 mL蒸餾水，制成糊狀后，微波加熱5 min，微波功率設置為120、240、540 W。微波加熱處理后，經冷凍干燥磨成粉末狀，過100目篩后保存備用。

1.3.2 凝膠強度的測定

參照文獻[11]，稱取3 g樣品于平底試管中，用鋁箔紙封口，制備凝膠，每個樣品做3個平行樣，進行凝膠強度測試。

1.3.3 持水能力的測定

采用Tomotake等[12]的方法測定樣品的持水能力，計算公式如下。

持水能力=(W2-W1)/W0，

式中：W0代表干樣品的質量；W1是管質量加上干燥的樣品質量；W2是管質量加上沉積物質量。

1.3.4 表觀色澤測定

參考賈祥祥等[13]的方法測定面筋蛋白-淀粉復合體系的色澤。L*表示面粉的亮度，L*越大表示顏色越亮；a*表示紅綠度，a*越大表示顏色越紅；b*表示黃藍度，b*越大表示面粉的黃度越明顯[14]。

1.3.5 醇溶蛋白和麥谷蛋白含量測定

醇溶蛋白和麥谷蛋白的提取分離參照文獻[15-16]的方法，然后采用考馬斯亮藍G-250法[17-18]進行含量測定。

1.3.6 蛋白質分子量分布分析

根據《蛋白質技術手冊》[19]中的SDS-PAGE操作步驟，每孔中各蛋白提取物的上樣量為10 μL，電泳條件設置為60 V、30 min；120 V、90 min。染色過夜，再放到脫色搖床上脫色至條帶清晰，拍照保存。

1.3.7 面筋蛋白-淀粉復合體系中蛋白質二級結構測定

取適量1.3.1中的備用樣品與105 ℃干燥6 h以上的溴化鉀按質量比1∶ 100混合壓片，參考戴意強等[20]的方法做全波段掃描測定，確定各個子峰與各二級結構的對應關系，分析酰胺I 帶(1 600～1 700 cm-1)，根據各子峰所占面積計算出各部分二級結構所占的比例。

2 結果與分析

2.1 微波功率對面筋蛋白-淀粉復合體系凝膠強度的影響

為了比較微波功率對面筋蛋白-淀粉復合體系凝膠強度的影響以及不同配比的面筋蛋白與淀粉在加熱過程的相互作用，在不同功率下對復合物進行微波加熱處理，在其形成凝膠后采用質構儀測定凝膠強度，結果如圖1所示。與微波處理前相比，高筋粉的面筋蛋白-淀粉的凝膠強度隨微波功率的升高先增強后減弱，但仍高于未微波加熱時的凝膠強度；中筋粉復合體系的凝膠強度在120 W時無明顯變化，240 W時顯著下降并趨于穩定；低筋粉復合體系的凝膠強度隨微波功率的升高先下降，當微波功率升高至540W 時，其凝膠強度增大但仍低于未微波加熱水平。由圖1可知，高筋粉的面筋蛋白-淀粉復合體系的凝膠強度受微波功率的影響最大。

注：圖中大寫字母A、B、C是高、中、低筋復合粉體系之間的顯著性分析，小寫字母a、b、c是同一配比復合體系在不同微波功率下的顯著性分析，相同字母間表示無差異。圖2、圖3同。圖1 微波功率對面筋蛋白-淀粉體系凝膠強度的影響Fig.1 Influence of microwave power on the gel strength of gluten-starch system

2.2 微波功率對面筋蛋白-淀粉復合體系持水能力的影響

3種配比的面筋蛋白-淀粉復合體系在不同微波功率處理下的持水能力的變化見圖2。從圖2可知，與微波處理前相比，微波處理后，同一配比的面筋蛋白-淀粉復合體系持水能力增強。當微波功率為540 W時，高筋粉的持水能力增強趨緩，中筋粉的持水能力開始下降，低筋粉的持水能力繼續增強。原因可能是一定程度的加熱使體系中的面筋蛋白分子結構展開，形成松散的三維網狀結構而截留更多的水分子，持水能力提高，但隨著微波功率的進一步增加，復合體系中面筋蛋白分子進一步展開，暴露出更多的疏水區域，導致親和水的能力減弱。

圖2 微波功率對面筋蛋白-淀粉復合體系持水能力的影響Fig.2 Influence of microwave power on water holding capacity of gluten protein-starch composite system

2.3 微波功率對面筋蛋白-淀粉復合體系色澤的影響

由表1可知，與空白對照相比，微波加熱降低了面筋蛋白-淀粉體系的亮度，這與文獻[21-22]的結論一致。高筋粉和中筋粉復合體系的亮度隨微波功率的增加而下降，低筋粉復合體系的亮度先下降，功率增大到240 W時再上升，但仍低于未經微波加熱時的亮度。高筋粉和低筋粉復合體系的a*先降低，功率達到240 W時再升高，中筋粉的a*則呈現出先升高后下降再升高的趨勢，這可能是微波過度加熱所導致。3種配比粉復合體系的b*均表現為先降低，功率達到240 W時b*再升高且高于未微波加熱水平。

表1 微波功率對面筋蛋白-淀粉體系色澤的影響Table 1 Influence of microwave power on the color of gluten-starch system

2.4 微波功率對面筋蛋白-淀粉復合體系中醇溶蛋白和麥谷蛋白含量的影響

小麥粉中醇溶蛋白和麥谷蛋白的含量與比例對面筋強度及面制食品的品質有很大的影響[23]。圖3是3種配比的面筋蛋白-淀粉復合體系中醇溶蛋白和麥谷蛋白在不同微波功率下的含量。由圖3可以看出：同一微波功率下，醇溶蛋白和麥谷蛋白的含量均表現為高筋粉>中筋粉>低筋粉；相同配比下麥谷蛋白含量隨微波功率的增大先增加后減少，醇溶蛋白相應地先減少后增加。

圖3 微波功率對面筋蛋白-淀粉體系中醇溶蛋白和麥谷蛋白含量的影響Fig.3 Influence of microwave power on the gliadin and glutenin content in the gluten-starch system

2.5 面筋蛋白-淀粉復合體系中蛋白質的分子量分布

不同功率微波加熱后的面筋蛋白-淀粉經DTT和β-ME處理后，蛋白質被分離成不同分子量的亞基,通過SDS-PAGE后，按分子量大小從上到下分布在凝膠圖譜上。從凝膠掃描圖(圖4)可以看出，可提取蛋白的亞基在微波加熱過程中發生了變化，同一微波功率下，可提取性蛋白含量的高低為高筋粉>中筋粉>低筋粉，配比相同時隨微波功率的增大高分子質量麥谷蛋白亞基含量(HMW-GS 100 kDa附近條帶)先增多后減少，低分子質量麥谷蛋白亞基含量(LMW-GS 35 kDa附近條帶)先減少后增多。這可能是由于低分子量麥谷蛋白在一定微波功率下先聚合成高分子量蛋白，后經過度微波加熱破壞，導致蛋白降解所造成的。

注：M泳道代表標準蛋白，1-4、5-8、9-12分別代表高筋、中筋、低筋配比的面筋蛋白-淀粉在微波功率為0、120、240、540 W條件處理的樣品。圖4 微波功率對面筋蛋白-淀粉復合體系中蛋白質分子量分布的影響Fig.4 Influence of microwave power on the molecular weight distribution of protein in gluten-starch composite system

2.6 面筋蛋白-淀粉復合體系中蛋白質的二級結構

蛋白質二級結構中的α-螺旋、β-折疊、β-轉角和無規則卷曲在酰胺I 帶都有特定的吸收頻率，不同譜峰對應的面筋蛋白-淀粉復合體系中的蛋白質結構不同，酰胺I帶各子峰位置對應的二級結構劃分：1 600～1 637 cm-1和1 682～1 700 cm-1為β-折疊；1 637～1 645 cm-1為無規則卷曲；1 646～1 664 cm-1為α-螺旋；1 665～1 681 cm-1為β-轉角[24]。圖5為不同配比的面筋蛋白-淀粉復合體系在不同微波功率處理下的紅外光譜圖，紅外光譜反映了各個配比粉的肽鏈結構變化。圖6為不同微波功率對面筋蛋白-淀粉復合體系中蛋白質α-螺旋、β-折疊、β-轉角和無規卷曲含量的影響。由圖6可知，與未經微波處理的面筋蛋白-淀粉復合體系的二級結構相比，隨微波功率的增大高筋配比的面筋蛋白-淀粉體系的α-螺旋和β-折疊的含量均增加，而無規則卷曲含量減少；中筋和低筋配比的面筋蛋白-淀粉體系的β-折疊含量減少，無規則卷曲含量增加。這可能是因為微波加熱處理可以通過改變氫鍵位置，將α-螺旋、β-折疊、β-轉角、無規則卷曲4種結構相互轉化。

圖6 不同微波功率下面筋蛋白-淀粉復合體系中蛋白質二級結構的分布Fig.6 Distribution of different secondary structures in gluten-starchcomposite system under different microwave powers

3 結論

面筋蛋白與小麥淀粉的配比和微波功率對復合體系的凝膠強度、持水特性有顯著影響，通過色澤、可提取醇溶蛋白和麥谷蛋白含量、分子量分布、二級結構的測定進一步探究了形成差異的機理，并且測定結果相互印證。其中高筋配比的面筋蛋白-淀粉體系受微波功率的影響最大，隨微波功率的增大，高筋粉復合體系的凝膠強度先增強，當功率達到540 W時再減弱，低筋粉復合體系的凝膠強度則呈現相反趨勢。高筋粉復合體系和低筋粉復合體系的持水能力均增強，中筋粉復合體系的持水能力先增強，當功率達到540 W時再下降。高筋粉和中筋粉的亮度均降低，高筋粉和低筋粉的a*和b*先降低，240 W時再升高。麥谷蛋白含量隨微波功率的增大先增加后減少，醇溶蛋白含量相應地先減少后增加；SDS-PAGE圖譜顯示隨微波功率的增大高分子質量的麥谷蛋白亞基含量減少，低分子質量的麥谷蛋白亞基含量增多；根據傅里葉紅外光譜分析，不同功率的微波加熱導致了不同程度的氫鍵位置的改變，進而影響了面筋蛋白-淀粉體系中蛋白質的二級結構含量。研究揭示了不同配比的小麥淀粉和面筋蛋白在微波加熱條件下的相互作用，從而為面筋蛋白-淀粉體系在食品中的應用及對微波加工面制品的品質改良奠定了理論基礎。