谷氨酰胺轉氨酶對青稞面團質構特性和流變特性的影響

尹賀偉，趙喆，潘利敏

（鄭州商業技師學院，河南 鄭州 450000）

目前主要通過添加改良劑，如乳化劑、親水膠體、變性淀粉和酶等，對青稞無麩質面團進行品質改善。谷氨酰胺轉氨酶作為一種催化酰基轉移反應的酶，能催化蛋白質分子內和分子間交聯以及蛋白質和氨基酸之間的交聯，進而改變蛋白質的結構和功能特性[9-10]。有研究將谷氨酰胺轉氨酶用于改善全麥面團結構，發現谷氨酰胺轉氨酶誘導蛋白質分子交聯形成大的蛋白聚集體，面團的微觀結構緊密連接[11]。同時，研究發現谷氨酰胺轉氨酶的添加能夠催化燕麥蛋白質的交聯，明顯影響無麩質燕麥面團的流變特性[12]。彭飛等[13]研究發現在燕麥中添加谷氨酰胺轉氨酶可改善燕麥全粉面條的蒸煮品質。然而，谷氨酰胺轉氨酶在青稞面團中的作用鮮見報道。

因此，本文主要將不同比例的谷氨酰胺轉氨酶添加至青稞全粉中，研究谷氨酰胺轉氨酶對青稞全粉面團質構特性、流變特性和青稞全粉凝膠強度的影響，明確谷氨酰胺轉氨酶對青稞全粉面團品質的改善效果，以期為青稞無麩質產品的開發提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

青稞全粉（淀粉73.2%、水分11.3%、蛋白質9.1%、脂肪1.5%）：青海新綠康食品有限責任公司；谷氨酰胺轉氨酶（2 210 U/g）：河南三化生物科技有限公司；二甲基硅油（分析純）：天津市凱通化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

MUM54A00針式和面機：羅伯特·博世有限公司；NMI20低場核磁共振儀：蘇州紐邁電子科技有限公司；HAAKEMars40高級旋轉流變儀：賽默飛世爾科技有限公司；TA-XT2i Plus質構儀：英國Stable Micro System公司；RVA-TecMaster快速黏度分析儀：瑞典Perten公司。

1.3 青稞面團的制備

將谷氨酰胺轉氨酶添加到青稞全粉中，添加量分別為 0、0.6、1.2、1.8、2.4、3.0 U/g（按青稞全粉質量計），混合均勻后備用。稱取100 g上述混合粉，加入75%水，和面機調至1檔攪拌1 min，然后調至4檔和面4 min，混合均勻至面團表面光滑，將面團用保鮮膜包裹，25℃靜置45 min后用于后續測定。

1.4 青稞面團質構特性的測定

參考陳前等[14]的方法并稍作修改。取靜置好的青稞面團20 g制成2 cm×2 cm×2 cm的小塊，使用質構儀對面團進行全質構測試（texture profile analysis，TPA），每組樣品測試5個面團。測定參數：探頭P/36R，測前、測中、測后速率分別為3.0、1.0 mm/s和1.0 mm/s，壓縮形變比例為50%，觸發力為5 g，2次壓縮時間間隔5.0 s，測定硬度、彈性、咀嚼性和內聚性對青稞面團的質構特性進行評價。

1.5 青稞面團動態流變特性測定

取5 g靜置好的青稞面團搓圓后放置到流變儀測試圓盤中間進行測定。測試探頭選擇P35/Ti，兩平行板的間距為2 mm，刮去多余樣品，在夾具邊緣涂二甲基硅油，防止水分揮發，啟動測試程序。頻率變化范圍為0.1 Hz～10.0 Hz，溫度為25℃，應變為0.1%。獲得面團的儲能模量 G′、損耗模量 G″和損耗因子 tanδ（G″/G′）隨頻率變化的曲線。

1.6 青稞面團蠕變-恢復特性測定

取5 g靜置好的青稞面團搓圓后放置到流變儀測試圓盤中間進行測定。測試探頭選擇P35/Ti，兩平行板的間距為2 mm，刮去多余樣品，在夾具邊緣涂二甲基硅油，防止水分揮發，啟動測試程序。恒定應力50 Pa掃描150 s后，撤掉應力觀察300 s內樣品的應力恢復。

觀察組的手術時間為（9.38±3.75）min，短于對照組的（15.40±4.32）min，術中出血量為（7.30±3.72）ml，少于對照組（25.43±14.29）ml，差異均具有統計學意義（P＜0.05）。

1.7 青稞粉凝膠質構分析

將谷氨酰胺轉氨酶添加到青稞全粉中，添加量分別達到 0、0.6、1.2、1.8、2.4、3.0 U/g（按青稞全粉質量計），混合均勻備用。每份樣品精確稱取3 g置于預先加入25 g蒸餾水的快速黏度測定儀（rapid viscosity analyzer，RVA）測量鋁桶內，上下攪拌10次使懸浮液分散均勻，上機測試。RVA測試程序：960 r/min攪拌10 s，然后維持轉速160 r/min至試驗結束；在50℃條件下保持10 s，然后以12℃/min勻速升溫至95℃，在95℃保持150 s；以12℃/min勻速降溫至50℃，在50℃維持120 s制備凝膠樣品。將形成的凝膠樣品在鋁桶中振蕩2次使其表面平整，然后將鋁桶于4℃儲藏12 h后置于測試探頭（P/0.5）正下方，進行凝膠穿刺測試，每組樣品測試5次。測試參數：測前、測中、測后速率分別為3.0、1.0 mm/s和 1.0 mm/s，壓縮形變比例為 50%，觸發力為5 g。以壓縮形變比例50%的受力表征凝膠強度（g）。

1.8 數據統計分析

每個試驗做至少3個重復，結果以平均值±標準差表示。使用Excel對數據進行整理，Origin 8.5軟件作圖，SPSS 20.0進行ANOVA差異分析，顯著性水平為p＜0.05。

2 結果與分析

2.1 谷氨酰胺轉氨酶添加量對青稞面團質構特性的影響

表1為谷氨酰胺轉氨酶添加量對青稞面團質構特性的影響。

表1 谷氨酰胺轉氨酶添加量對青稞面團質構特性的影響Table 1 Effects of transglutaminase supplementation on texture characteristics of highland barley dough

如表1所示，隨著谷氨酰胺轉氨酶添加量的增加，青稞面團的硬度、彈性、咀嚼性和內聚性均呈現先升高后降低的趨勢。當谷氨酰胺轉氨酶添加量達到2.4 U/g時，青稞面團的硬度、彈性、咀嚼性和內聚性均達到最大值，分別達到 769.47 g、0.22、39.41 g和 0.243。這可能是由于谷氨酰胺轉氨酶催化青稞蛋白形成分子內或分子間交聯，形成能夠穩定面團內部結構、類似面筋網絡的結構，使得青稞面團內部結構較為穩定，從而使面團強度增加。谷氨酰胺轉氨酶用于全麥面團體系的研究指出，谷氨酰胺轉氨酶的加入使得面團微觀結構的連續性增加，面筋交聯緊密，并且小分子蛋白質相互交聯、聚集形成大的聚集體[11]。當谷氨酰胺轉氨酶添加量在0～1.2 U/g時，面團的硬度、彈性和內聚性無顯著差異（p＞0.05）。當谷氨酰胺轉氨酶添加量增加至3.0 U/g時，青稞面團的硬度、彈性、咀嚼性和內聚性反而降低。這表明過量添加谷氨酰胺轉氨酶時，易造成蛋白質過度交聯及聚集，反而不利于面團形成穩定結構，面團加工性能變差。因此，適當控制谷氨酰胺轉氨酶的添加對蛋白質的交聯和面團內部穩定結構的形成至關重要。

2.2 谷氨酰胺轉氨酶添加量對青稞面團動態流變特性的影響

圖1為不同谷氨酰胺轉氨酶添加量的青稞面團頻率掃描曲線，顯示了添加谷氨酰胺轉氨酶后青稞面團體系的動態黏彈行為。儲能模量G′代表樣品在經過形變后能恢復的能量，表示彈性本質。損耗模量G″代表樣品在經過形變后所消耗的能量，表示黏性本質；tanδ越大說明材料的黏性越大，tanδ越小說明樣品彈性越大[15]。

圖1 不同谷氨酰胺轉氨酶添加量的青稞面團頻率掃描曲線Fig.1 Frequency scanning curve of highland barley dough under different transglutaminase supplemental levels

由圖1可以看出，G′和G″隨著頻率的增加而增加，且面團的 G′大于 G″（tanδ＜1），表明青稞面團表現為半固體偏彈性性質。谷氨酰胺轉氨酶的添加使得青稞面團的黏彈特性發生明顯變化。隨著谷氨酰胺轉氨酶添加量的增加，青稞面團的G′和G″逐漸增加，tanδ先減小后增大。其中，谷氨酰胺轉氨酶添加量為2.4 U/g時，青稞面團的G′和G″最大，tanδ較小。這些結果表明在此添加量下，青稞面團的彈性特性最強，谷氨酰胺轉氨酶的添加增強了面團的彈性，提供了面團的流動性和延伸所需要的黏結力。未添加谷氨酰胺轉氨酶的面團彈性和黏性最差，表明面團缺乏彈性和面團延伸所需的黏結力。

所有的模量符合冪律方程，將數據中的G′隨頻率的變化規律用冪律方程擬合[16]，方程擬合結果見表2。

表2 不同谷氨酰胺轉氨酶添加量的青稞面團頻率掃描數據擬合結果Table 2 Frequency scanning data fitting results of highland barley dough with different transglutaminase addition levels

K值表示面團強度，K值越大，面團強度越高；z值反映面團中分子相互作用的類型，z=0表示具有穩定網絡結構的共價鍵，而z＞0表示具有不穩定網絡結構的物理鍵[17]。由表2可知，與未添加谷氨酰胺轉氨酶的面團相比，谷氨酰胺轉氨酶的添加增加了面團的K值，說明面團的強度更高，面團的內部結構更穩定。谷氨酰胺轉氨酶的添加量達到2.4 U/g時，K值達到最大值5.037×105。所有樣品的 z值范圍為0.139 3～0.157 6，說明青稞面團體系中具有低穩定性的共價鍵。與未添加谷氨酰胺轉氨酶的面團相比，谷氨酰胺轉氨酶的添加減小了面團的z值，說明添加谷氨酰胺轉氨酶的青稞面團在形成過程中有更多穩定內部結構的共價鍵參與，這主要由于谷氨酰胺轉氨酶催化青稞蛋白形成分子內或分子間交聯，使得青稞面團內部結構較為穩定。

2.3 谷氨酰胺轉氨酶添加量對青稞面團蠕變-恢復特性的影響

圖2為青稞面團蠕變-恢復曲線，表3為蠕變-恢復的特征參數。面團作為典型的高分子聚合物組成的復雜體系，在恒定壓力下內部的分子鏈鏈段運動產生較大形變量，發生蠕變，隨后在恒定壓力撤除后發生瞬時彈性恢復和延遲彈性恢復[18]。

圖2 不同谷氨酰胺轉氨酶添加量的青稞面團蠕變-恢復特性曲線Fig.2 Creep-recovery characteristic curve of highland barley dough under different transglutaminase supplemental levels

表3 不同谷氨酰胺轉氨酶添加量的青稞面團蠕變-恢復數據擬合結果Table 3 Creep recovery data fitting results of highland barley dough with different transglutaminase addition levels

由圖2和表3可知，與未添加谷氨酰胺轉氨酶的面團相比，谷氨酰胺轉氨酶的添加降低了青稞面團的形變，谷氨酰胺轉氨酶催化青稞蛋白質形成分子內或分子間交聯，使得青稞面團內部結構較為穩定。未添加谷氨酰胺轉氨酶的青稞面團的形變最為劇烈，蠕變最大柔量Jmax為6.10×10-5Pa-1，而谷氨酰胺轉氨酶添加量為2.4 U/g的青稞面團形變最小，Jmax為4.48×10-5Pa-1。該變化趨勢表明谷氨酰胺轉氨酶添加量為2.4 U/g時的青稞面團抵抗外界形變的能力最強。在黏彈性恢復階段，面團的恢復特性差異與面團的內部結構有關[14]。谷氨酰胺轉氨酶添加量為2.4 U/g的青稞面團松弛后的形變量最接近初始狀態，彈性可恢復率Je/Jmax值達到69.82%，表明此添加量下形成的面團內部的分子鏈鏈段交聯更為緊密，面團具有最好的恢復力。零剪切黏度η0表示給面團施加固定應力下面團的抗流動性，谷氨酰胺轉氨酶添加量為2.4 U/g的青稞面團的η0值高于其余面團，表明此時面團的抗流動性更強。而谷氨酰胺轉氨酶添加量為3.0 U/g時，彈性可恢復率Je/Jmax值達到62.98%，蠕變最大柔量Jmax為5.52×10-5Pa-1，青稞面團的抗形變能力反而減弱，這表明過量添加谷氨酰胺轉氨酶反而不利于面團形成穩定結構。上述結果與青稞面團質構特性以及頻率掃描測定結果一致，表明添加2.4 U/g的谷氨酰胺轉氨酶對青稞面團內部有良好的改善作用。

2.4 谷氨酰胺轉氨酶添加量對青稞粉凝膠強度的影響

不同添加量谷氨酰胺轉氨酶的青稞粉凝膠強度結果如圖3所示。

圖3 不同谷氨酰胺轉氨酶添加量的青稞粉的凝膠強度Fig.3 Gel strength of highland barley flour with different transglutaminase supplemental levels

糊化后青稞粉中淀粉分子在儲藏過程中發生重排，通過氫鍵重新形成雙螺旋結構，淀粉回生形成凝膠[19]。由圖3可知，谷氨酰胺轉氨酶的添加影響了青稞粉凝膠的強度。與未添加谷氨酰胺轉氨酶的面團相比，添加谷氨酰胺轉氨酶使青稞粉凝膠的強度降低，且降低幅度具有酶添加量依賴性。當酶添加量為0.6 U/g時，凝膠強度顯著低于未添加酶樣品（p＜0.05），表明少量的酶可對青稞粉凝膠強度產生顯著影響。當酶添加量為2.4 U/g時，凝膠強度達到最小值。凝膠強度主要與凝膠化時滲出的直鏈淀粉分子形成的三維網絡結構有關[20]。谷氨酰胺轉氨酶的添加加強了青稞蛋白質分子內或分子間的交聯，這可能會阻礙滲出的直鏈淀粉分子間發生有序的重排，進而對形成的凝膠網絡結構產生不利影響。

3 結論

谷氨酰胺轉氨酶能增加青稞面團的硬度、彈性、咀嚼性和內聚性，并且提供面團延伸所需要的黏結力，使得青稞面團內部結構較為穩定。蠕變-恢復特性表明，谷氨酰胺轉氨酶的添加使得青稞面團抵抗外界形變的能力變強并且面團的恢復力變好。同時，谷氨酰胺轉氨酶的添加使得青稞粉凝膠的強度降低，且降低幅度具有酶添加量依賴性。當谷氨酰胺轉氨酶添加量為2.4 U/g時，青稞面團的硬度、彈性、咀嚼性和內聚性均達到最大值，并且青稞面團抵抗外界形變的能力最強，松弛后的形變量也最接近初始的狀態，彈性可恢復率Je/Jmax值達到69.82%，表明2.4 U/g的谷氨酰胺轉氨酶添加量對青稞面團內部有良好的改善作用。