3种功能性蛋白对淀粉-面筋重组面团流变学特性及馒头品质的影响

黎 芳 滕文韶 刘 野 丁克芳 罗之纲 李秀婷 朱运平*

（1 北京食品营养与人类健康高精尖创新中心（北京工商大学）北京100048 2 北京市食品添加剂工程技术研究中心（北京工商大学）北京100048 3 食品质量与安全北京实验室（北京工商大学）北京100048 4 北京工商大学食品与健康学院 北京100048 5 康师傅控股有限公司 天津201103）

中华传统面主食作为我国北方广大地域的传统主食，已形成具有明显地域特色和强大生命力的食文化。随着人们近年对食品营养健康关注度的不断升温，外添营养物质已逐渐成为提升面主食营养功能的重要方式。如面团体系中添加菊粉[1]、麸皮[2-3]等膳食纤维，添加马铃薯淀粉[4]、玉米淀粉[5]等淀粉类成分以及大豆蛋白、乳清蛋白等蛋白类营养物质[6]。这些外添营养物质的增加必然引起面团形成及发酵过程，进而影响面主食的品质。如何调控面团形成及面团发酵过程中体系中物质间相互作用，进而控制主食质构、老化及风味等品质，成为优质主食品开发的关键问题之一。

面团体系为复杂的多组分体系。为了探索外添营养物质与面团关键组分的作用规律，本研究创新性地以小麦淀粉和面筋蛋白两种主要成分作为面团的骨架成分，按照合适的比例形成重构面团，选择大豆蛋白、乳清蛋白、酪蛋白3 种各具自营养特点的蛋白类营养物质部分替换面筋蛋白，考察3 种外添蛋白质介入后重构面团的流变学特性、热机械特性以及所形成馒头的品质特征。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

小麦淀粉、大豆分离蛋白、乳清蛋白、干酪素、面筋蛋白，购买于上海源叶生物科技有限公司；高活性干酵母，安琪酵母有限公司；蔗糖，天津市泰鑫和食品有限公司。

1.2 仪器与设备

质构仪TMS-Pro，美国FTC 公司；MIXOLAB混合实验仪，法国肖邦公司；和面机JHMZ 200，北京东孚久恒仪器技术有限公司；醒发箱CF-3500，深圳市爱尔嘉小家电科技有限公司。

1.3 重构面粉的制备

小麦淀粉和面筋蛋白按6 ∶1 的比例混合，以此为基准，分别用大豆蛋白，酪蛋白，乳清蛋白以0%，10%，20%，30%，40%和50%的比例替换面筋蛋白，制成17 种重构面粉。以不替换蛋白的基准面粉为空白对照。

1.4 动态流变学特性分析

采用动态流变仪在振荡模式下的频率扫描试验研究替换面筋蛋白后的重构面团的流变学特性的影响。测定过程如下：将17 种重构面粉混合均匀，然后加水搅拌（50%加水量，搅拌3 min）。取出面团，用塑料膜密封，在室温下放置15 min，进行动态流变仪测定，平板直径为40 mm，夹缝距离2 mm。将面团放在两块平板之间静置30 min，以使残留的压力松弛，多余部分刮掉，然后立刻涂上二甲基硅油以防止水分蒸发。频率扫描条件：应变：0.5%（根据振幅测定采用0.5%的应变以确保在线性粘弹性范围内）；温度：25 ℃；频率：0.1～10 Hz。

1.5 热机械特性分析

用MIXOLAB 混合实验仪能够测量出面团在常温搅拌和加热搅拌下的流变学特性，不仅能够测量不同蛋白对面团稳定性和网络结构的影响，还能测量出不同蛋白对淀粉糊化和回生的影响[7]。检测时，分别将17 种重构面粉放入搅拌钵中进行搅拌，其中乳清蛋白在测量40%替换比下的流变数据时，回升值过大，可能会对仪器造成伤害，所以没有测量其50%替换比的数据。本试验使用Chopin+标准协议，被测定的面团质量为75 g，面团的稠度以1.1 Nm 为标准，即面团的最大扭矩（峰值）达到1.1 Nm （±0.05 Nm）。其中，标准试验的温度控制分为以下3 个过程：（1）恒温过程：30℃恒温8 min；（2）升温过程：以4 ℃/min 的速度升温到90 ℃，并在90 ℃保持7 min；（3）降温过程：以4 ℃/min 的速度降温到50 ℃，并在50 ℃保持5 min，整个测定过程共45 min[8]。以上试验重复操作两次。

试验标准曲线如下所示。由试验曲线可得到以下参数：吸水率（%）即使面团产生（1.1 Nm ±0.05 Nm）扭矩所需的加水量；面团稳定时间即面团所产生的扭矩保持在1.1 Nm 的时间；C2 用于测定在机械力和加热过程中，蛋白质弱化特性；C1-C2 表示蛋白弱化特性，其值越大，说明蛋白质弱化程度越大；峰值扭矩（C3）即面团在加热阶段产生的最大扭矩，用于反映淀粉糊化特性；蒸煮稳定性用C4/C3 表示；回生值C5-C4 表示淀粉回生特性，其值越大，表示淀粉越容易回生[9]。

图1 典型的流变分析仪图谱Fig.1 Typical thermonmechanical curve from Mixolab

1.6 外添蛋白对馒头品质的影响

1.6.1 馒头蒸制方法 基本配方（%，w/w）：面粉100 g，干酵母1 g，蔗糖1 g，按混合实验仪计算出的吸水率添加水量。

工艺流程：用36 ℃温水活化干酵母3 min，首先将混合粉加入搅面机中，然后将酵母溶液、剩余水加入搅面机，和面3 min 后，将和好的重构面团盖一层湿布常温下放置10 min。然后手揉面团10 min，将揉好的面团分成100 g 的小面团，搓制成圆柱状馒头坯，用容器固定形状，在36 ℃、相对湿度75%的条件下醒发35 min，醒发完成后将馒头坯蒸制25 min。蒸好的馒头在室温冷却1 h 后，分别测定各指标。

1.6.2 馒头品质评定 质构测定：用参照文献[10]，将室温下冷却1.5 h 的馒头切成2 cm 厚，长3 cm，宽3 cm 的块状样品，测定馒头的质构。使用的探头为P/35R 型；馒头的TPA 测试的操作模式：压力测定；操作类型：TPA；测试前速率：120 mm/s；测试速率：60 mm/s；测试后速率：120 mm/s；压缩率：50.0%；两次压缩之间的时间间隔：1.0 s。从TPA试验曲线上可得到硬度、咀嚼性、内聚性等参数值。

馒头感官评价标准如表1，参照孙腆等[11]的研究方法，稍作改进。

表1 感官评价标准Table 1 Sensory evaluation criteria

1.7 数据收集和统计

试验中测定所得的数据统计使用EXCEL2013 和SPSS 软件进行分析。制图软件为Origin8.0。

2 结果与分析

2.1 热机械特性

由表2可知，3 种外添蛋白会对重构面团的吸水率的影响有显著差异。含大豆蛋白的重构面团吸水率增大，且随着添加量的增大而增加，当分别添加50%大豆蛋白时，可使吸水率达到68.6%，相比于空白提高了5%，乳清蛋白则相反，吸水率随着添加量的增大而减小，当添加量为50%时，吸水率下降了8.4%。但是酪蛋白对重构面团的吸水率没有显著影响。这些差异可归因于蛋白的来源和特性不同。大豆蛋白具有良好的持水性，故会使得吸水率增加[12]。另外，3 种外添蛋白都会对重构面团稳定性产生怎样的影响。将面筋蛋白用外源蛋白进行替换，随着添加量的增加，重构面团的稳定时间增加，其中酪蛋白对面团的稳定时间影响最明显。酪蛋白易形成胶团状的网络结构，在维持稳定性方面，k-酪蛋白发挥着尤为重要的作用[13]。k-酪蛋白为两性分子，外侧具有亲水性质，这使得酪蛋白与乳清蛋白一样对面团在温度和搅拌下的网络结构强度产生良性影响。

此外，还可以观察到面团的弱化度（C2 值和C2-C1 值）。用大豆蛋白替换面筋蛋白到20%比例时，C2 值下降的最大、C2-C1 弱化值最大。一方面，在20%替换量的比例下，大豆蛋白会破坏面筋蛋白中的谷蛋白大聚体的结构，对面团产生不良影响[14]。这会导致面团稳定时间增加不大，面筋网络不稳定。另一方面，大豆蛋白又能够与淀粉或面筋蛋白形成一种稳定结构。当替换比继续增大，后者发挥稍强的作用，使面团稳定时间增加，也使其弱化值不再显著增大。另外，大豆蛋白热不稳定性较高[15]，稍高的温度就会使大豆蛋白结构改变。因此，弱化值整体升高而稳定时间增加，说明大豆蛋白虽然能使面团形成质量更好的面筋结构，但这种稳定结构容易被温度或机械力的作用破坏。相对于大豆蛋白，乳清蛋白和酪蛋白却表现出相反的影响，随着替换比例的增加，C2 值逐渐增加，并且弱化值也随之减少，说明该面团在机械力和热作用下，其网络结构比对照样品更加稳固。正如王岩东等[16]研究添加1%～5%富含大豆乳清蛋白的小麦粉面团的稳定时间延长，弱化度降低，因此有助于提高面团中面筋的质量。

目前，关于添加各种添加剂如亲水胶体、酶制剂等可改变淀粉糊化特性的研究报道已有很多[17-19]，但蛋白质对此特性的影响，尤其是部分替换面筋蛋白的研究几乎没有。本试验通过Mixolab 对重构面团中淀粉成分的理化特性包括峰值扭矩C3、蒸煮稳定性C4/C3、回生值C5-C4 等进行分析，可观察到添加不同外源蛋白对重构面团这一特性的影响。其中，大豆蛋白对温度和机械力作用下的重构面团总体特性影响最大，其次是酪蛋白和乳清蛋白。大豆蛋白使得峰值扭矩C3 显著（P＜0.05）增加，且随着添加量的增大而增大，这可能归因于大豆蛋白-面筋网络结构在机械力和热力作用下较不稳定，释放出被包裹的淀粉颗粒，致使分散游离的淀粉增多，进而导致糊化特性的增强[20]。同样的趋势发生在乳清蛋白对重构面团峰值扭矩的影响，而酪蛋白则会使峰值扭矩下降。另外，大豆蛋白可以显著提高面团的蒸煮稳定性，但是乳清蛋白和酪蛋白对蒸煮稳定性无显著影响。王凤等[6]研究者报道：在含有蛋清蛋白和大豆蛋白的小麦面团中同样观察到峰值扭矩的增加，但二者都对蒸煮稳定性无显著影响。3 种外源蛋白都对面团的回生值产生显著影响，大豆蛋白会使得回生值有较大程度的减小，而乳清蛋白和酪蛋白则使得回生值有显著的增加。该结论与余丹丹等[21]研究一致，这主要归因于不同来源蛋白质的特性差异，乳清蛋白在常温下不容易聚合，但在高温下容易结胶，而使得冷却时黏度增加；王晓艳等[22]的研究结果则不同，其研究发现，添加大豆粉会使得小麦面团回生值增大，其原因可能是大豆粉中油脂成分对直链淀粉老化产生影响。这种差异可能是由于外添蛋白的加工工艺和组成成分不同所造成的。

表2 3 种外添蛋白对重构面团蛋白组分热机械学特性的影响Table 2 Effects of different addition levels of extrogenous proteins on thermomechanical properties of reconstruct dough determined by Mixolab

2.2 重构面团流变学特性

2.2.1 大豆蛋白对重构面团流变特性的影响 如图2所示，大豆蛋白的替换比例小于20%时，重构面团黏弹性变化不大，替换比例达到30%后，面团弹性模量和黏性模型大幅增加。正如2.1 节结果所示，可能是由于大豆蛋白吸水能力比面筋蛋白更强，因而在相同加水量和其它参数保持不变的条件下，大豆蛋白添加量越多，面团的黏弹性增强。该研究结果与Dogan 等[23]研究一致，他们发现大豆蛋白能够使玉米小麦糊黏性增加。

图2 大豆蛋白对重构面团动态流变学特性G′和G″的影响Fig.2 Effects of soy protein on rheological properties G′ and G″ of reconstruct dough

2.2.2 酪蛋白对重构面团流变特性的影响 如图3所示，随着酪蛋白替换比例的增加，弹性模量和黏性模量均上升，但增加的幅度不如大豆蛋白明显。由2.1 节的结果可知，酪蛋白对体系吸水率的影响不大，酪蛋白对体系弹性模量的增加可能是其形成胶团状的网络结构的原因。

图3 酪蛋白对重构面团动态流变学特性G′和G″的影响Fig.3 Effects of casein on G′ and G″ of reconstructed dough

2.2.3 乳清蛋白对重构面团流变特性的影响 如图4所示，相对于大豆蛋白和酪蛋白，乳清蛋白对面团的黏性模量和弹性模量影响较小，但其影响趋势相同。其可能的原因是乳清蛋白水中溶解性好，其天然构象不会结合大量的水[24]，因此乳清蛋白对体系吸水率的影响不大，进而对流变学特性的影响没有大豆蛋白和酪蛋白显著。

2.3 馒头品质

2.3.1 3种外添蛋白对馒头质构的影响 根据相关文献报道，在一定范围内，硬度和咀嚼性越小，面团越柔软[25]。馒头的内聚性与馒头的持气性正相关，内聚性过小，馒头的持气性不好，口感粗糙[26]。馒头的粘附性与馒头的粘牙口感及内部结构的持水性有关[27]。

如表3所示，随着大豆蛋白替换比例增加，馒头的硬度和咀嚼性都增加。说明大豆蛋白在馒头成形过程中形成的网络结构没有面筋蛋白那么紧密，致使馒头内部总的网络结构较涣散，馒头质地也因此变硬。内聚性呈现减小的趋势，可能是大豆蛋白加入后，形成的面筋网络结构持气性不好，导致馒头品质下降。梁灵等[28]研究发现大豆蛋白添加量增加导致馒头的内聚性变小，并且咀嚼性变大，与本研究结果一致。大豆蛋白的替换增加了馒头的弹性，但是不同比例的大豆蛋白对弹性没有显著性影响。

图4 乳清蛋白对重构面团动态流变学特性G′和G″的影响Fig.4 Effects of whey protein on rheological properties G′ and G″ of reconstruct dough

酪蛋白的加入，致使馒头的硬度和咀嚼性都增加，显著高于对照组。随着酪蛋白替换量增加，酪蛋白可能与面筋蛋白、淀粉和水分结合成网络结构。但形成的这种网络结构却对成品没有正向的影响，说明酪蛋白的加入使得馒头内部结构强度发生改变，使馒头品质变差。

乳清蛋白影响趋势和酪蛋白一致。馒头的硬度、咀嚼性、粘附性增加。馒头的弹性呈现逐渐增加的趋势，添加40%乳清蛋白的馒头弹性达到了10.13。乳清蛋白的内聚力逐渐减小，持气能力下降，馒头品质变差，易掉渣。这可能与乳清蛋白自身的特性有关，其本身持水性较低，使馒头容易掉渣。总体来说，3 种外添蛋白的添加使馒头品质变差，但可以增加馒头的弹性。

表3 3 种外源蛋白馒头质构测量结果Table 3 Texture measurement about three kinds of protein in steamed bread

2.3.2 外添蛋白对馒头感官品质的影响 如表4所示，低比例的大豆蛋白的加入使馒头更具有韧性，咬劲更好。随着替换比例上升，弹韧性减少，口感松散，易掉渣。同时外观渐渐变差，出现结块、开裂等现象。色泽也随之变黄，内部结构逐渐变得紧实，口感变得较为粗糙，粘牙性降低，馒头品质变差。同时大豆蛋白的加入掩盖了麦香味，造成风味的降低。

随着乳清蛋白含量的增加，馒头表皮光滑无缺口。色泽略微变黄，内部结构不规则，孔隙不均，出现大量大孔，弹韧性变差，形成较差的网络结构；口感不粘牙，易碎掉渣，说明乳清蛋白的加入并未完全形成网络结构。乳清蛋白有奶香味，10%替换量时风味较好，能增加馒头的风味。

表4 馒头感官评价测量结果Table 4 Comparison of the sensory evaluation of steamed bread

酪蛋白的添加使馒头的外观、色泽、弹韧性、口感和风味都逐渐变差，相比另外两种外添蛋白，10%的替换比例的馒头各项评价指标更接近对照组。试验结果表明用外添蛋白替换面筋蛋白会使馒头的品质变差，说明外添蛋白不适合用于替换面粉中面筋蛋白，不能形成更具有粘弹性的网络结构。

3 结论

3 种外添蛋白质介入对重构面团的热机械学特性产生不同程度的影响，大豆蛋白使面团的吸水率增大，乳清蛋白会使吸水率显著下降，酪蛋白对吸水率没有显著影响。3 种蛋白质的添加都可显著提高面团稳定时间，其中酪蛋白影响最大，乳清蛋白影响最小。乳清蛋白和酪蛋白对面团中的淀粉糊化相关参数影响较小，大豆蛋白会对峰值扭矩C3 和回值产生显著的影响。3 种外添蛋白质介入对重构面团动态流变学参数有一定的影响，其中大豆蛋白对面团体系弹性模量及黏性模量影响最大，酪蛋白其次，乳清蛋白影响较小。3 种外添蛋白对馒头的质构呈消极影响，但能略微增加馒头的弹性参数。在感官方面，3 种蛋白的加入使馒头感官品质下降，乳清蛋白对馒头风味有积极影响，增加馒头的奶香味。