紫甘薯花色苷對面筋蛋白結構特性及餃子皮品質的影響

劉興麗，沈 力，張艷艷，王宏偉，馮志強，張 華,*

（1.鄭州輕工業大學食品與生物工程學院，河南 鄭州 450002；2.三全食品股份有限公司，河南 鄭州 450000）

在食品體系中，食物多酚屬于一類重要的天然食品添加劑，花青素就是一種常見的食物多酚，因其含有苯酚結構而具有良好的抗氧化性，但花青素性質不穩定，在食物的加工與烹調過程中易發生降解。紫甘薯花色苷（purple sweet potato anthocyanins，PSPA）安全無毒、資源豐富，并含有大量酰基化的花青素，酰基化的結構對花青素的穩定性有很好的提升作用，有研究表明PSPA的熱穩定性高于紫蘇、黑米和黑豆等其他來源的花青素，與紫米相似；光穩定性則優于其他色素，較高的穩定性決定了其極佳的抗氧化效果。因此，PSPA越來越受到人們的重視。

近年來，隨著社會經濟水平的發展，人們生活水平的提高，肥胖癥以及由此引發的并發癥的發病率顯著上升。體內過多的脂肪會影響人體機體的新陳代謝繼而產生過量的自由基，增加了其引發疾病的風險。因此將天然提取物作為抗氧化劑應用于食品體系中成為了近年來的熱點。餃子是中國的傳統美食，食用方便，深受消費者喜愛，然而，傳統的餃子皮是由簡單的原料（面粉、水）制成的，營養相對單一，缺少一些其他的營養成分，不能滿足人們對功能性食品的需求。因此，將PSPA加入大多數人日常食用的食品餃子皮面團中，可以提升其功能特性，更好地發揮營養膳食對疾病的防控作用。

但同時多酚類物質會與食品成分之間產生相互作用，使食品空間結構和理化特性發生改變最終影響食品的品質。目前，國內外對于食物多酚影響餃子皮、面條等淀粉基食品品質的變化已有報道。李華等將茶多酚添加到特一粉和高筋粉面團中，發現添加茶多酚提高了兩種面團的粉質特性和拉伸特性，同時面團的筋力、耐揉力、機械性能變好；Vernon-Carter等發現添加花青素改變了新鮮制作和儲存（4 d）玉米餅的體外消化率，同時對玉米餅的質構有積極的影響；Han Chuanwu等研究發現添加茶多酚顯著提高了面條面團的強度和面條質地。截至目前，大部分研究還集中在添加多酚類物質對餃子皮等淀粉基食品宏觀品質的影響上，但對于多酚類物質對面筋蛋白結構特性的影響還很少。

因此，本研究通過添加不同比例的PSPA以制備餃子皮，從微觀角度出發對多酚與面筋蛋白相互作用對面筋網絡結構的影響進行研究，同時與不同PSPA添加量對餃子皮宏觀品質的影響進行結合，以闡明不同添加量的PSPA與面筋蛋白的相互作用及對餃子皮品質的影響及其可能的機理，為添加多酚類物質的淀粉基食品的加工提供一定的理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

小麥面粉 河南金苑糧油有限公司；PSPA 青島鵬遠康華天然產物有限公司；1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH） Sigma-Aldrich（上海）貿易有限公司；無水甲醇 天津市富宇精細化工有限公司；溴化鉀（光譜純） 天津市光復精細化工研究所。

1.2 儀器與設備

JY1002型電子天平 上海諾科儀器儀表有限公司；MP200A型電子天平（千分位） 上海良平儀器儀表有限公司；LGJ-10型冷凍干燥機 河南兄弟儀器設備有限公司；HA-3480AS型和面機 克萊美斯機電科技（深圳）有限公司；DZM-140型電動壓面機 永康市海鷗電器有限公司；HR-1型Discovery流變儀 美國TA公司；Vertex 70型傅里葉變換紅外光譜儀 美國賽默飛公司；JEM-5490LV型場發射掃描電子顯微鏡 日本JEOL公司；E-scanBruker電子順磁共振波譜儀 德國布魯克科技（北京）有限公司；UV-1100型紫外分光光度計 上海美普達儀器有限公司；TA.XT plus型物性測定儀 美國TA公司；Renishaw inVia激光拉曼光譜儀 雷尼紹（上海）貿易有限公司；810152型粉質儀、860704型拉伸儀德國Brabender GmbH & Co. KG公司。

1.3 方法

1.3.1 餃子皮的制作

將PSPA粉末與小麥面粉混勻，制成300 g的混合粉，PSPA添加量分別為0%、0.1%、0.2%、0.4%、0.8%；向混合粉中加入135g水，使用和面機慢速和面10 min后放入保鮮袋中醒面20 min。利用壓面機和餃子皮模具制作餃子皮，將壓面機壓輥軋距分別調到不同擋位后將面團對折后壓片2 次，形成厚度約1 mm的薄面片，利用餃子皮模具將薄面片切成直徑約70 mm的圓形餃子皮。制成的餃子皮一部分放入4 ℃冰箱，另一部分餃子皮冷凍干燥后磨粉過篩以待測定。

1.3.2 傅里葉紅外光譜的測定

將上述冷凍干燥的餃子皮粉碎后過100 目篩。按照質量比1∶50稱取樣品粉末和干燥的溴化鉀研磨混勻后，壓片機上壓制薄片，用Vertex 70型紅外光譜儀在400～4 000 cm范圍內掃描。

用Peak Fit 4.12對酰胺I帶（1 600～1 700 cm）進行圖譜分析，先進行基線校正，之后二階導數擬合，直至擬合殘差最小。對二級結構的歸屬表示如下：1 646～1 664 cm為-螺旋結構，1 615～1 537 cm和1 680～1 700 cm為-折疊結構，1 664～1 681 cm為-轉角結構，1 637～1 645 cm為無規卷曲結構。

1.3.3 拉曼光譜的測定

將樣品粉末置于載玻片放置于顯微鏡下觀察，在50 倍物鏡聚焦后，采用面掃描模式，4 μm為步長，在正方形區域內采集25 個點的拉曼信號，并在測試前，對每個點進行激光照射60 s，以消除樣品中的熒光物質的影響。使用儀器自帶的軟件對譜圖進行基線矯正、降噪處理后保存譜圖。

拉曼光譜的采集參數：激發波長785 nm；積分時間10 s；功率為總功率的50%；疊加3 次。

1.3.4 掃描電子顯微鏡分析

采用場發射掃描電子顯微鏡觀察餃子皮微觀結構變化，樣品噴金處理，加速電壓為20 kV，放大倍數為1 000 倍和2 000 倍。

1.3.5 流變特性的測定

參照Wang Yang等的方法。采用20 mm的鋁平板，間隙1.0 mm，溫度25 ℃，設置頻率1 Hz，通過振幅掃描確定線性黏彈區。實驗過程中待上夾具降低到1.05 mm處切邊，為防止水分蒸發涂抹一層薄薄的甲基硅油。然后將夾具降低到1.0 mm進行測試。

頻率掃描測試：應變0.02%，頻率掃描范圍0.1～100 Hz，測試樣品的彈性模量’及黏性模量”。

1.3.6 拉伸特性的測定

參照GB/T 14615ü2019《糧油檢驗 小麥粉面團流變學特性測試 拉伸儀法》的方法用拉伸儀測量不同添加量PSPA面團的拉伸性質。在粉質儀中添加NaCl溶液制成用于拉伸測定的面團，分別在醒發30、60、90 min時測量其拉伸特性。

1.3.7 PSPA餃子皮的色差值的測定

用Ci6x型色差儀測定餃子皮的顏色，記錄值（暗度）、值（紅度）、值（黃度）。值為色飽和度，數值越大代表顏色越鮮艷，值計算公式如下：

式中：為紅度；為黃度；為色飽和度。

白值計算公式如下：

式中：WI為白值；為紅度；為黃度；為暗度。

1.3.8 DPPH自由基清除率

餃子皮的DPPH自由基清除率使用電子順磁共振波譜儀進行測量。精確稱量10 g凍干餃子皮粉加入到100 mL含1% HCl的80%甲醇溶液中，磁力攪拌1 h后以8 000 r/min離心15 min，取上清液等待進一步測試。以甲醇為溶劑配制0.5 mmol/L DPPH溶液，將上清液與DPPH溶液以1∶100的比例混合后暗反應20 min，以甲醇代替樣品作為控制組。暗反應結束后立即使用電子順磁波譜儀進行測量。

電子順磁共振波譜測定條件：頻率9.792 069 GHz，功率5.00 mW，中心磁場3 487 G，掃描寬度100 G，調制幅度2.27 G，調制頻率86.00 kHz，接收機增益為3.17h10。

掃描后用WINEPR-Processing軟件求不同樣品的DPPH自由基電子順磁共振波譜圖的（3 450f0.01）～（3 525f0.01）G區域的特征峰面積，值記為，以甲醇代替樣品的控制組譜圖特征峰面積為。DPPH自由基清除能力計算公式如下：

1.3.9 蒸煮損失測定

參照Liu Xingli等的方法，略作修改。將3 片共50 g的餃子皮放入1 000 mL沸水中，煮至最佳時間后撈出，將蒸煮水定容至1 000 mL，測定其在420 nm處的吸光度，吸光度越大，表明蒸煮損失率越大。同時以原花青素為標準品，在520 nm處測定吸光度繪制標準曲線，標準曲線回歸方程為=0.002 1＋0.095 5，=0.998 8，用來計算餃子皮蒸煮過程中花色苷的損失。

1.3.10 質構特性的測定

將煮后的水餃皮切成2 cmh2 cmh1 mm的立方體后通過TA.XT plus型物性測定儀測定其質構特性。參數設定：測定模式為TPA模式，選擇P/36R探頭；預先測試速率1.00 mm/s；測試速率1.00 mm/s；測試后速率1.00 mm/s；目標模式為應變，壓縮率為70%，時間2.00 s，觸發模式為自動，觸發力5.0 g，皮重模式為自動。

1.4 數據分析

2 結果與分析

2.1 PSPA添加量對面筋蛋白結構的影響

圖1為不同添加量的PSPA餃子皮的紅外光譜圖。面團在3 500～3 250 cm范圍內的強吸收峰可以認為是餃子皮內部分子的羥基和氫鍵的伸縮振動，隨著PSPA添加量的增加，該吸收峰向右發生了不同程度的偏移，這說明PSPA的加入使餃子皮內部的氫鍵含量增加，這與皮俊翔的研究結果一致，其發現隨著茶多酚添加量的增加，樣品圖譜中該峰逐漸向右偏移，這可能是因為與水分子相比，多酚更容易與高聚物氫鍵鍵合，羥基伸縮振動消耗的能量更低，因此導致該峰向更低的波數變化。

面筋蛋白是面團品質的重要影響因素之一，同時蛋白質分子的構型受蛋白質二級結構變化的影響。圖1中1 650 cm波數處吸收峰的偏移表明PSPA的加入使餃子皮中蛋白質的二級結構發生了變化，酰胺I帶是表征蛋白質二級結構的一種方法，利用peakfit對譜圖進行基線校正，二階導擬合處理，直至擬合殘差最小。由圖2可以看出，隨著PSPA添加量的增加，-螺旋結構相對含量呈先增加后減少的趨勢，-折疊相對含量隨著添加量的增加而增加，-轉角相對含量逐漸減少。Wang Qiong等發現-螺旋的增加和-轉角的降低表明多酚與蛋白質之間的氫鍵的相互作用加強，這與3 500～3 250 cm峰向右偏移的結果一致。-螺旋與-折疊相對含量的增加可能與面筋的強度相關，特別是-螺旋相對含量的增加有利于面筋蛋白的穩定。

圖1 不同PSPA添加量餃子皮傅里葉紅外光譜圖Fig.1 Fourier transform infrared spectra of dumpling wrappers with different amounts of added PSPA

圖2 不同PSPA添加量餃子皮中蛋白質二級結構變化Fig.2 Changes in protein secondary structure in dumpling wrappers with different amounts of added PSPA

面團的拉曼光譜在500～550 cm的特征峰可以歸屬為二硫鍵的伸縮振動，二硫鍵在此頻率范圍內主要存在3 種結構形式：510 cm附近為扭-扭-扭結構、525 cm附近為扭-扭-反結構、535 cm附近為反-扭-反結構，且隨著吸收頻率的增加，二硫鍵結構逐漸變得不穩定。如表1所示，隨著PSPA添加量的增加餃子皮二硫鍵由較為穩定的扭-扭-扭和扭-扭-反結構向不穩定的反-扭-反結構轉變，說明PSPA會通過降低二硫鍵的穩定性弱化面筋網絡，阻礙面筋蛋白的聚集和交聯，原因可能是多酚對二硫鍵的還原作用，且多酚的抗氧化性不利于面團分子間二硫鍵的形成，作用效果與酚類的抗氧化性呈正相關。

表1 不同PSPA添加量餃子皮中二硫鍵構型變化Table 1 Changes in disulfide bond configuration in dumpling wrappers with different addition amounts of PSPA

氫鍵、疏水鍵以及二硫鍵引起的蛋白質分子聚集都可以起到強化面筋網絡的作用。紅外與拉曼光譜的結果顯示，PSPA的加入使分子間的氫鍵相互作用增強，起到一定的增筋效果；但多酚的還原性及抗氧化性同時降低了二硫鍵的穩定性，弱化了面筋網絡。這與Girard等的研究結果相同。因此PSPA與面筋蛋白相互作用帶來的增筋效果與多酚物質破壞二硫鍵帶來的弱化面筋的作用為相互制約的動態平衡。

2.2 PSPA添加量對餃子皮微觀結構的影響

面團的結構是由淀粉顆粒嵌入在面筋網絡中形成的。為確定PSPA對餃子皮微觀結構的影響，在1 000 倍及2 000 倍的掃描電鏡下觀察餃子皮的微觀結構。圖3顯示，未添加和添加0.1% PSPA樣品的面筋網絡結構相對疏松的覆蓋在淀粉表面，隨著PSPA添加量增加至0.2%和0.4%，面筋網絡結構逐漸致密，呈均勻的連續網膜狀覆蓋在大小淀粉顆粒表面，這一結果表明，當PSPA添加量為0.2%和0.4%時多酚物質的加入使面筋蛋白的側鏈基團優先與酚羥基結合，多酚與面筋蛋白之間的相互作用對蛋白質產生了聚合作用從而增強面筋了網絡結構；而當PSPA添加量增加至0.8%時，網絡結構部分遭到破壞，開始變得不連續，淀粉顆粒開始從面筋網絡中暴露出來，這可能是因為隨著PSPA添加量的增加，酚類物質對二硫鍵的還原起主導作用后會破壞面筋網絡結構的形成，這與拉曼光譜二硫鍵構型的研究結果一致。同時可以看出添加了PSPA后，多酚與面筋蛋白形成的聚合體更大，這可以從Wang Qiong等研究發現向面團中添加0.1%～0.3%單寧使面筋蛋白聚合體體積粒徑增大得到證實。

圖3 不同PSPA添加量餃子皮掃描電子顯微鏡圖Fig.3 SEM images of dumpling wrappers with different amounts of added PSPA

2.3 PSPA添加量對餃子皮面團流變特性的影響

由圖4c可以看出，所有面團的損耗角正切值tan小于1，即’高于”，表明面團的類固體行為占主導地位。’代表物質的彈性本質，是指經過一個振動周期的正弦形變后恢復所需的能量；”代表物質的黏性本質，是指每個周期的正弦形變所消耗或損失的能量。同一PSPA添加量比例下，’和”隨著頻率的增加不斷升高，這表明面團體系具有典型的黏彈特性。圖4a和圖4b表明，當添加量為0.1%～0.4%時，PSPA的加入使面團的’減小和”有不同程度的增加，其中添加量為0.1%時增加的最多，原因可能是多酚進入面筋網絡與面筋蛋白形成復合體，與水分子相比，多酚的分子質量更大，有效碳鏈更長，因此多酚-面筋蛋白復合物比水-面筋蛋白復合物的分子柔韌性以及穩定性更強。而當添加量增加至0.8%，’和”值降低，可能是因為多酚的還原性阻礙的支撐面筋網絡的二硫鍵的氧化形成，弱化了面筋網絡，導致’和”值降低。

圖4 PSPA添加量餃子皮的頻率掃描曲線Fig.4 Frequency sweep curves of dumpling wrappers with different addition amounts of PSPA

2.4 PSPA添加量對餃子皮面團拉伸特性的影響

如表2所示，與對照組相比，不同的醒發時間內所有面團的拉伸阻力顯著增加，且隨著添加量的增加呈先增加后降低的趨勢。拉伸阻力增大說明面團的抗拉強度（筋力）增大，加工性能好，同時使面團的延伸度降低。原因可能是因為PSPA在面筋網絡形成的過程中與面筋蛋白形成復合物，增加了面筋蛋白的二級結構中-螺旋與-折疊的比例，起到了一定的“增筋”作用，隨著PSPA添加量的增加，PSPA的還原性對二硫鍵穩定性的影響占主導地位，此時面團的面筋網絡遭到弱化，拉伸阻力與延伸度降低。

表2 不同PSPA添加量對餃子皮面團拉伸特性的影響Table 2 Effects of different amounts of added PSPA on the extensograph properties of dumpling dough

2.5 PSPA添加量對餃子皮顏色的影響

食品的色澤也是影響消費者是否購買的重要因素之一，因此對餃子皮的整體評價也存在重要的意義。從表3可以看出，隨著PSPA添加量的增加，餃子皮的值與值顯著降低，值顯著上升，餃子皮的顏色由白色向紫色，深紫色轉變。WI值顯著性降低表明PSPA的加入會使餃子皮的顏色加深變暗。值則呈先降低后升高的趨勢，表明當添加量增加至0.4%和0.8%時，餃子皮的顏色變得越來越鮮艷。餃子皮色差變化的原因主要是因為PSPA粉末呈紫黑色，其中含有的有色酚類物質對餃子皮的整體顏色影響顯著。

表3 不同PSPA添加量餃子皮色差值變化Table 3 Change in color difference of dumpling wrappers with different addition amounts of PSPA

2.6 PSPA添加量對餃子皮DPPH自由基清除能力的影響

由圖5所示，對照組餃子皮也具有一定的抗氧化性，原因是因為面粉中存在的內源酚類化合物提供了抗氧化能力。此外不同添加量的PSPA能顯著提升餃子皮的抗氧化性，且與添加量呈正相關，當添加量為0.8%時DPPH自由基清除率較對照組提高了21.065%。這表明向餃子皮中添加PSPA可以提升餃子皮的抗氧化能力。

圖5 不同PSPA添加量餃子皮的DPPH自由基清除率Fig.5 DPPH radical scavenging effect of dumpling wrappers with different addition amounts of added PSPA

2.7 PSPA添加量對餃子皮品質的影響

表4顯示了不同PSPA添加量餃子皮的質構參數。當PSPA添加量為0.2%和0.4%時，餃子皮的硬度和咀嚼性都有所提高，且添加量為0.4%時差異顯著，王麗君等研究發現隨著葡萄皮多酚的加入，生鮮面的硬度及咀嚼性都呈上升趨勢。而當添加量增加至0.8%時，餃子皮的硬度和咀嚼性有所下降且有顯著差異。面制品的硬度受面筋網絡結構強弱的影響，Niu Meng等研究發現面筋網絡強度越高，面條質地越硬。因此，上述結果表明，適量添加PSPA可以一定程度上增強面筋網絡結構，而大量多酚的加入則可能會破壞面筋網絡的結構導致硬度和咀嚼性下降。同時，與對照相比，添加量為0.1%～0.4%樣品的彈性和膠著性都有所提高，而當添加量進一步增加至0.8%時，樣品的彈性及膠著性大幅下降至對照組以下。這與流變測試的結果一致。因此，質構的結果表明，適量的向面制品中添加PSPA可以起到強化面筋網絡，改善加工特性的作用。

表4 不同PSPA添加量餃子皮的質構特性Table 4 Texture characteristics of dumpling wrappers with different addition amounts of PSPA

餃子皮的蒸煮損失是評價其整體質量的一個重要參數，在煮制過程中，餃子皮中的一些可溶性淀粉和蛋白質浸沒在水中，使水在烹煮時渾濁。如圖6A所示，與未添加PSPA的餃子皮相比，添加0.1%、0.2%、0.4% PSPA餃子皮的蒸煮損失都有所降低，原因可能是PSPA中的多酚與面筋蛋白形成的絡合物提高了餃子皮面筋網絡結構的穩定性，降低了煮制過程中的損失；而當添加量增加至0.8%時，蒸煮損失較對照組進一步增大，這是因為體系中多酚的進一步增加，面筋被稀釋，使游離的多酚增多，在煮制過程中溢出而增加了餃子皮的蒸煮損失。由圖6B可以看出，花青素的損失隨著PSPA添加量的增加而增加，這是因為添加量的增加使體系中未能與面筋蛋白形成絡合物的游離花青素增多，因此花青素的損失逐漸增大。

圖6 不同PSPA添加量餃子皮的蒸煮損失（A）和花青素損失（B）Fig.6 Cooking loss (A) and anthocyanin loss (B) of dumpling wrappers with different addition amounts of PSPA

因此上述結果表明一定量PSPA的加入能使多羥基的酚類與面筋蛋白的側鏈結合，增強了餃子皮的網絡結構，使餃子皮的硬度及咀嚼性增加，蒸煮損失下降，一定程度上改善了餃子皮的品質。而當添加量為0.8%時，餃子皮的面筋網絡遭到弱化使其品質降低。

3 結 論

探討了將PSPA作為抗氧化劑對餃子皮面團面筋蛋白結構特性的影響及餃子皮品質的影響。結果表明，首先抗氧化性實驗結果顯示，與對照相比，所有樣品都顯著提高了餃子皮的抗氧化性。其次，當PSPA添加量為0.1%～0.4%時可以增強餃子皮的面筋網絡結構，一定程度上改善餃子皮的加工特性且降低了蒸煮損失；而當添加量增加至0.8%時則弱化了餃子皮的面筋網絡，餃子皮的品質有所下降。原因可能是與水相比，多酚更容易與面筋蛋白氫鍵鍵合，增強了氫鍵相互作用，使體系中-螺旋及折疊結構的相對含量顯著增加，但同時多酚的還原性與抗氧化性會導致二硫鍵的穩定性降低，使二硫鍵向不穩定的構型轉變，當PSPA的還原性為主導時，面筋網絡遭到破壞使餃子皮品質有所降低。因此PSPA與面筋蛋白相互作用帶來的增筋效果與多酚物質破壞二硫鍵帶來的弱化面筋的作用存在相互制約的動態平衡，且與PSPA添加量有關。本研究結果為PSPA在食品中的應用提供了新思路，為新興多酚面制品的開發提供了理論基礎和實驗依據。