光量子对小麦面筋蛋白功能特性的影响

王维君，车宇翔，刘秀丽，王昌禄，周庆礼，，*（.天津科技大学科技处，天津300457；.天津科技大学食品工程与生物技术学院，天津300457）

光量子对小麦面筋蛋白功能特性的影响

王维君1，车宇翔2，刘秀丽2，王昌禄2，周庆礼1，2，*
（1.天津科技大学科技处，天津300457；2.天津科技大学食品工程与生物技术学院，天津300457）

系统研究光量子对小麦面筋蛋白功能性质和结构的影响，初步探讨光量子保鲜小麦面筋蛋白的作用机理。结果表明：贮藏期间，光量子处理可以有效地减缓小麦面筋蛋白的溶解度、持水性、起泡性和乳化性降低的趋势，并且可以很好地抑制持油性和乳化稳定性升高的趋势，很好地保持了面筋蛋白的功能特性。

光量子；小麦面筋蛋白；功能特性

光量子具备经典波的折射、干涉、衍射等性质，而其粒子性则表现为和其他物质相互作用时不像经典波那样可以传递任意数值的能量，光子只能传递量子化的能量［1］。目前光量子主要应用于农业［2-3］、食品工业［4-5］和生物医学领域之中［6-7］，但将光量子应用于面制品方面并无涉及。

小麦面筋蛋白粉（又称为谷朊粉），作为一种小麦加工副产品，蛋白质含量高，且氨基酸种类较为齐全，是一种营养丰富、来源广泛的植物性蛋白［8］。谷朊粉吸水可以形成网络型湿面筋，具有良好的热凝固性、黏弹性、延伸性以及乳化性［9］。在其贮藏过程中，面筋的持水性、起泡性、乳化性等指标的变化是衡量成品的功能性质和面制品的品质［10］的重要指标，对判断面制食品的品质有重要的指导意义。本文通过研究光量子对面筋蛋白功能性质的改变，探讨光量子改善面制品品质的作用机制，以探究其对面筋蛋白的影响规律及作用机制。

1　材料与方法

1.1材料

谷朊粉：雪菊牌小麦谷朊粉；大豆油：深圳嘉里粮油有限公司；其他化学试剂均为分析纯：由天津市化学试剂一厂生产。

1.2主要仪器和设备

光量子装置：天津科技大学自制；LRH-250CA低温培养箱：上海一恒有科技限公司；VECTOR22傅里叶红外光谱：BRUKER，GERMANY；8453紫外可见分光光度计：Agilent Technologies，U.S；TDL-5-A离心机：上海安亭科学仪器厂；Beta1-8 LD plus真空冷冻干燥机：CHRIST，GERMANY。

1.3面筋蛋白样品制备

小麦面筋蛋白制备：准确称取200.0 g小麦谷朊粉和500 mL水于不锈钢盆中，和面与洗涤1 min。其中洗涤分两次，第一次用5%NaCl溶液去除球蛋白和淀粉，第二次用蒸馏水去除清蛋白和残余的NaCl［11］。面团和好后，取出切割成厚度大小均一的条状，将得到的面筋蛋白分装到平板中，迅速放在低温冰箱中，温度设定为4℃，其中一个冰箱中装置了光量子设备，另一个冰箱为普通冰箱。然后分别于0、5、10、15、20 d将湿小麦面筋蛋白取出。得到的样品经冷冻干燥，粉碎过100目筛，备用。

1.4测定方法

1.4.1谷朊粉成分分析

水分含量测定：参照GB 5009.3-2010《食品安全国家标准食品中水分的测定》。

灰分含量测定：参照GB 5009.4-2010《食品安全国家标准食品中灰分的测定》。

粗蛋白含量测定：参照GB 5009.5-2010《食品安全国家标准食品中蛋白质的测定》。

粗脂肪含量测定：参照GB/T 5009.6-2003《食品中脂肪的测定》。

1.4.2溶解度

首先绘制牛血清蛋白标准曲线，配制10 mg/mL牛血清蛋白，分别吸取0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mL于洁净的试管中，补加蒸馏水至1 mL，加4 mL双缩脲试剂后于540 nm处进行紫外比色测定，以浓度为横坐标，相应的吸光度值为纵坐标，绘制标准曲线。配制1%的小麦面筋蛋白溶液，平衡30 min后，于3 000 r/min的转速下离心30 min，取1 mL上清液于试管中，添加4 mL双缩脲试剂，经剧烈震荡10 min后，静置30 min，于540 nm处进行比色测定。待测蛋白吸光度值代入标准曲线，求出待测蛋白浓度。

1.4.3持水性

称取1.00 g的小麦面筋蛋白，置于离心管中，称重。边加水边用玻璃棒搅拌30 min后，然后在3 000 r/min的转速下离心10 min，上清液弃去。若无上清液，应加水搅匀后再离心，直至有上清液为止，再次称重后根据下述公式计算蛋白的持水性。

1.4.4持油性

称取1.00 g的小麦面筋蛋白，置于离心管中，称重。逐步加大豆油并用玻璃棒将样品搅匀，持续30 min后以3 000 r/min的转速离心10 min，弃去上层的大豆油。如果没有大豆油被离心出来，则应加大豆油搅匀后再离心，直至有少量大豆油为止，再次称重，根据下面公式计算小麦面筋蛋白的持油性。

1.4.5起泡性和泡沫稳定性

将蒸馏水加入到小麦面筋蛋白中，配制100 mL浓度为1%的小麦面筋蛋白分散液。在10 000 r/min的转速下搅拌1 min，迅速转移至250 mL的量筒中，测得泡沫体积，并按下述公式计算蛋白的起泡性。

式中：V为搅拌停止时，泡沫的总体积，mL；100为原液体积数值，mL。

测定结束后，将将上述样品静置30 min，测定下层的析出液体体积。按下述公式计算蛋白的泡沫稳定性。

式中：V为停止搅拌时泡沫的总体积，mL；Ve为静置30 min后剩余泡沫的体积，mL。

1.4.6乳化性和乳化稳定性

将蒸馏水加入至小麦面筋蛋白中，配制20 mL浓度为0.2%的小麦面筋蛋白分散液。向分散液中加入体积为20 mL的大豆油。在10 000 r/min高转速下搅拌1 min，将上下两部分乳状液分别移入10 mL的离心管中。其中一个离心管在3 000 r/min的转速下离心处理10 min，根据所得乳化层的体积按下述公式计算蛋白的乳化性。

将另外一支离心管恒温水浴30 min（50℃），取出后水冷至室温，3 000 r/min离心10 min，根据乳化层的体积按下述公式计算乳化稳定性［12-13］。

2　结果与讨论

2.1谷朊粉成分分析

谷朊粉成分分析见表1。

表1　谷朊粉成分分析Table 1　The composition analysis of gluten

2.2光量子对小麦面筋蛋白溶解度的影响

光量子对小麦面筋蛋白溶解度的影响见图1。

图1　小麦面筋蛋白溶解度的变化Fig.1　Change on solubility of wheat gluten

从图1中看出，原样品小麦面筋蛋白的溶解度为6.24 mg/mL，在贮藏过程中，随着面筋品质的下降，对照组和光量子组中面筋蛋白的溶解度都呈下降趋势，贮藏至第20天，对照组的溶解度为3.01 mg/mL，光量子组的溶解度为4.10 mg/mL，高于对照组。在10 d～20 d贮藏后期，光量子组面筋蛋白的溶解度都比对照组高，可能是由于光量子作用于面筋蛋白二级结构，使得蛋白质分子的结构疏松且使疏水性多肽的部分朝向脂质，而极性基团朝向水相，导致蛋白溶解度增强，延缓了贮藏过程中面筋蛋白溶解度的下降趋势。

2.3光量子对小麦面筋蛋白持水性的影响

光量子对小麦面筋蛋白持水性的影响见图2。

图2　小麦面筋蛋白持水性的变化Fig.2　Change on water holding capacity of wheat gluten

图2中看出，原样品的持水性为1.36 g水/g样品，随着贮藏时间的增加，对照组和试验组的面筋蛋白持水性都呈现下降趋势，贮藏至第20天时，对照组的持水性为0.68 g水/g样品，光量子组的持水性为0.81 g 水/g样品。在0 d～20 d，光量子组的面筋蛋白的持水性都要高于对照组，并且下降趋势也更加缓慢，可能是光量子作用使得小麦面筋蛋白组织结构变得疏松，而粒度的减小使粉体的表观性质发生较大变化，其比表面积增大，从而更易与水结合，而且物料间隙的增多也使得水分更易渗入，显著增大其持水能力，更好地保持了贮藏过程中的持水性。

2.4光量子对小麦面筋蛋白持油性的影响

光量子对小麦面筋蛋白持油性的影响见图3。

图3　 小麦面筋蛋白持油性的变化Fig.3　Change on fat holding capacity of wheat gluten

从图3可以看出，原样品的持油性为0.94 g油/g样品，随着贮藏时间的延长，对照组和光量子组面筋蛋白的持油性呈上升趋势，在第20天，对照组面筋蛋白的持油性为1.91 g油/g样品，光量子组为1.63 g油/g样品，对照组高于光量子组。在0 d～5 d，光量子组的面筋蛋白的持油性高于对照组。在5 d～20 d，对照组的持油性要高于光量子组。可能是光量子作用于面筋蛋白，使二级结构发生改变，疏水基团暴露的减少，必然会导致结合油的能力降低，促使持油力下降。光量子作用抑制了小麦面筋蛋白持油性的升高趋势。

2.5光量子对面筋蛋白起泡性和泡沫稳定性的影响

小麦面筋蛋白的起泡性和泡沫稳定性结果如图4和图5所示。

图4　 小麦面筋蛋白起泡性的变化Fig.4　Change on foaming capability of wheat gluten

图5　小麦面筋蛋白起泡稳定性的变化Fig.5　Change on foaming stability of wheat gluten

从图4和图5可以看出，原样品的起泡性是28%，泡沫稳定性是45.21%。在第10天，光量子组的泡沫稳定性达到最高值76.67%，在第15天，光量子组的起泡性达到最高值79.21%，在0 d～20 d，光量子组面筋蛋白的起泡性和泡沫稳定性都要高于对照组，说明光量子作用很好地保持了小麦面筋蛋白的起泡性和泡沫稳定性。分析其原因，可能是由于蛋白质的起泡性与溶解度之间存在着一定的正相关性，在光量子的作用下，分子结构充分舒展，使蛋白质的水化作用加强，溶解度相应增大，溶于水中的蛋白质扩散到空气-水界面并在得到延展，促进泡沫的生成，进而增强了起泡性和起泡稳定性。

2.6光量子对小麦面筋蛋白乳化性和乳化稳定性的影响

小麦面筋蛋白的乳化性和乳化稳定性结果如图6和图7所示。

图6　小麦面筋蛋白乳化性的变化Fig.6　Change on emulsifying properties of wheat gluten

图7　小麦面筋蛋白乳化稳定性的变化Fig.7　Change on emulsifying stability of wheat gluten

从图中看出，原样品的乳化性为53.05%，乳化稳定性为38.01%。在0 d～20 d，对照组和光量子组的乳化性呈现下降趋势，在第20天，对照组的乳化性为36.44%，光量子组的乳化性为40.32%，光量子组高于对照组。在0 d～20 d，对照组和光量子组的乳化稳定性呈现升高趋势，贮藏期间光量子组和对照组的乳化稳定性无显著差异。说明，光量子对小麦面筋蛋白的乳化性作用明显，延缓了贮藏过程中小麦面筋蛋白的乳化性的下降，保持了小麦面筋蛋白的品质。可能是光量子作用使得小麦面筋蛋白溶解度增大，增加了参与乳化作用的分子，使达到平衡的亲水性亲油性基团相互促进相互增强。

3　结论

研究结果表明，光量子作用于面筋蛋白，抑制了面筋蛋白持油性的升高，并且有效地延缓了贮藏过程中面筋蛋白溶解度、持水性、起泡性、泡沫稳定性以及乳化性的下降趋势，很好地保持了面筋蛋白的功能性质，有很好的保鲜效果，为探究光量子保鲜小麦面筋蛋白在工业中的实际应用奠定了基础。

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Study on Effect of Light Quantum on Functional Properties of Wheat Gluten

WANG Wei-jun1，CHE Yu-xiang2，LIU Xiu-li2，WANG Chang-lu2，ZHOU Qing-li1，2，*
（1.Science and Technology Department，Tianjin University of Science and Technology，Tianjin 300457，China；2.Food Engineering and Biotechnology Institute，Tianjin University of Science and Technology，Tianjin 300457，China）

The effect of light quantum on functional propertie of wheat gluten protein was investigated and the changes on secondary structure of wheat gluten were analyzed by FTIR.The results showed that under the effect of light quantum，the increase of fat holding capacity of wheat gluten was inhibited，while the decline of water holding capacity，solubility，foaming capability，foaming stability and emulsifying properties was delayed，and the properties of wheat gluten were well maintained.Moreover，the random coil structure of wheat gluten was increased by the effect of quantum，perhaps it was precisely because this，the light quantum was better at keeping functional properties of wheat gluten.

lightquantum；wheatgluten；property

10.3969/j.issn.1005-6521.2016.15.002

国家自然科学基金项目（31271950）

王维君（1983—），男（汉），工程师，硕士，研究方向：食品工程。

周庆礼（1963—），男（汉），研究员，博士，研究方向：食品科学。

2016-05-10