转谷氨酰胺酶对玉米面团加工特性的影响

郜怀帅，杨嘉琪，宋春丽*，任健，刘晓兰，陈佳鹏

齐齐哈尔大学食品与生物工程学院，黑龙江省玉米主食工业工程技术研究创新团队（齐齐哈尔 161006）

玉米面条符合“粗粮细做”的饮食风尚，市场潜力巨大。但是由于玉米中的玉米蛋白不能形成面筋网络结构，无法赋予玉米面团类似于小麦面团的黏弹性，加工特性差，因而在一些产品的开发中受到限制。目前以玉米为原料加工制得的玉米面粉，口感粗糙，不易消化，缺乏黏弹性和延展性。由该玉米面粉制得的玉米面条易混汤断条，煮泡时间长。因此，提供一种制作高品质玉米面条的方法，具有现实意义。

改善玉米面团性质的方法有很多，一种常用的方法是以通过添加不同来源的蛋白质来提高产品的品质、质构以及储藏稳定性，如通过添加面筋蛋白、大豆蛋白以及蛋清蛋白等外源蛋白[1-2]，强化蛋白质网络结构以及面团的弹性。此外，利用食用胶，如亲水胶体或糊化淀粉也能够很好地控制面团的流变

特性[3]。而目前人们发现，转谷氨酰胺酶（TGase，EC2.3.2.13）在改善玉米面团性质方面具有很大的潜力。该酶能够催化蛋白质分子中谷氨酸胺残基的γ-酰胺基和赖氨酸残基的ε-氨基在分子内或分子间发生交联，形成ε-（γ-Glu）lys共价键[4]，使得面团产生质构变化，从而赋予产品特有的流变学特性和质构特性。此次试验在添加外源蛋白的基础上，采用安全有效的转谷氨酰胺酶交联技术改善面团的特性，考察该酶的添加对玉米面团的加工特性（如流变学特性、保水性、质构特性），以及所制面条蒸煮品质的影响规律，旨在赋予面条良好的营养和质构特性，为解决玉米面条加工过程中的共性关键问题提供理论依据和技术支持。

1 材料和方法

1.1 试验材料与设备

玉米粉，市售；高筋粉，恒锋食品经贸有限公司；谷朊粉，河南枣花面业股份有限公司；蛋清粉，科隆多生物科技有限公司；大豆粉，哈尔滨宾县禹王植物蛋白有限公司；TGase，江苏一鸣精细化工有限公司。

S-3400型扫描电子显微镜，日立；Kinexus型高级旋转流变仪，马尔文；TDZ5-WS型离心机，湘仪。

1.2 试验方法

1.2.1 玉米面团的制备

按照玉米粉、高筋粉、蛋清粉、大豆粉与谷朊粉质量比30∶55∶10∶4∶1称取各个配料共100 g，添加不同比例的TGase（添加量分别为50，100和150 U/g面粉），加入70 mL水，玉米粉中各组分进行充分水化后搅拌制得面团，并将面团包裹在保鲜膜中，于37℃保温3 h。以不添加TGase的玉米面团为对照。

1.2.2 不同TGase添加量时玉米面团的动态流变学性质分析

参照Ribotta等[3]的方法，利用流变仪测定不同酶添加量的面团在不同频率时弹性模量（G′）和黏性模量（G′′）的变化情况。选取适当大小的块状面团，调整夹板间距使面团结构完整地置于平板上。边缘涂抹硅油防止水分蒸发。平衡5 min后，残余的压力会松弛。确定应力扫描程序在动态测量模式下进行。采用pp40平行板，板间距为1 mm，温度为30℃，记录频率1.0～10 Hz时面团的模量变化。

1.2.3 玉米面团扫描电子显微镜分析

参照Haga等[5]的方法，将样品脱水后利用扫描电子显微镜观察面团的微观结构。取不同TGase添加量的玉米面团，切成长5 mm、厚3 mm的面团。在戊二醛中浸渍24 h，pH为7.0，用浓度为0.1 mol/L的磷酸盐缓冲液冲洗4次，每次10 min。然后依次用30%，50%，70%和90%乙醇处理，每次15 min，接下来用100%乙醇处理3次，每次30 min。脱水后冻干。利用扫描电子显微镜观察面团的微观结构，放大倍数为400倍。

1.2.4 面团保水力的测定

参照AACC56-20的方法测定面团的保水力。向离心管加2.0 g冷冻干燥后的面团和40 mL蒸馏水，称其质量。在室温下振荡1 h，然后以转速1 000 r/min离心15 min，移出上清液，称定残余样品的质量，计算2次称量样品的质量差。保水性以每克玉米面粉结合水的质量来表示。

1.2.5 鲜湿面条质构特性的测定

参照康志敏等[6]的方法略有改动，测定鲜湿面条的质构特性（TPA）。测定指标：硬度、弹性、黏附性、咀嚼性。咀嚼性数值为硬度、弹性、黏附性三者乘积。随机取煮后面条，截取合适的长度，平行放置于载物台上。物性分析仪探头为圆盘挤压探头p50探头。测定前、中、后速度均为1.0 mm/s，形变量为60%，触发力为5 N，两次压缩间隔为1 s。每种面团测定6根面条，结果取平均值。

1.2.6 鲜湿面条蒸煮损失率分析

参照LS/T 3212—2014[7]测定样品烹调损失率。计算一定量的面条样品煮熟后，溶解和脱落到煮面水中的固形物部分占样品的质量分数（%）。

2 结果与讨论

2.1 TGase添加量对玉米面团动态流变学特性的影响

食品的加工特性和流变学特性在生产和制作中十分重要，它直接关系到产品的品质、开发难度和市场前景。四种玉米面团的G′和G′′随频率的变化如图1所示。

面团具有黏弹特性，G′表示物体的类固体性质（弹性），G′′表示物体的类液体性质（黏性）。从图1可以看出，在测定频率0.1～10 Hz范围内，玉米面团的G′始终高于G′′，这体现出玉米面团的弹性是其主要表达形式。此外可以看出，随着TGase添加量的增加，面团的G′显著增加。当频率为10 Hz时，未添加TGase的玉米面团的G′为33 200 Pa，添加TGase（50～ 150 U/g）的玉米面团的G′为90 600～107 800 Pa。这是由于TGase的添加促使蛋白质发生分子内/间交联，导致蛋白质的相对分子质量增加，故面团的空间结构发生变化。可以看出，添加TGase有利于增加玉米面条的黏弹特性，但是该酶的添加量对玉米面团的模量变化影响并不显著。

2.2 TGase添加量对玉米面团微结构的影响

面团品质与其微观结构关系密切。利用扫描电子显微镜（SEM）观察面团的微观结构是最常用方法之一。不同TGase添加量的面团微观结构如图2所示。

在未添加TGase的对照组中，面团的微观结构特征在于，淀粉颗粒镶嵌在一些面筋基质（主要为添加的高筋粉）中[8]，但是表面的面筋结构比较松散，且不连续（图2a）。这是由于添加的玉米粉比例较大（30%），而玉米粉缺乏面筋结构导致。相对于对照组，加入TGase后的面团的内部结构发生了变化。当添加TGase量为50 U/g面粉时，由于该酶的催化作用，外源蛋白发挥了显著的作用，面团表现出了明显的面筋网络结构，同时淀粉颗粒分布得更加均一（图2b）。当增加TGase的添加量时，面团结构更加致密（图2c～d）。因此，SEM结果表明，添加TGase一定程度上赋予了类似面筋的网络结构，改善了玉米面团的结构，进而改善了面团的流变特性。

图1 TGase添加量对玉米面团流变特性的影响

图2 不同TGase添加量的面团的扫描电镜分析图

2.3 TGase对玉米面团保水力的影响

保水力主要表征面团中淀粉的吸水膨胀能力，蛋白质也同样发挥一定的作用。保水力越高，淀粉颗粒和蛋白质就能吸收越多的水分，可以间接反映出面团品质，如质构性质及蒸煮时间。不同TGase添加量对面团保水力的影响如图3所示。

从图3可以看出，没有添加TGase的面团的保水力较低（0.87 g/g），这是由于面团中含有30%（干基）的玉米粉，而玉米粉为一种非面筋谷物，保水能力差。添加TGase的面团的保水性增加，当TGase酶的添加量为100 U/g面粉时，保水力最高，达到了1.27 g/g。相对于未添加TGase的玉米面团，此时面团的保水力增加了46.4%。这与彭飞[9]的研究结果一致：在添加燕麦蛋白（非面筋蛋白）的情况下，面团保水力增强，最高达到1.325 g/g。这是因为TGase催化蛋白质分子内及分子间交联，有利于促使面筋形成网络结构，从而束缚更多的水分。面团保水力的增加，有利于增强玉米面团成型效果。结果表明，添加TGase有利于增强面团的保水力。

图3 不同添加量的TGase对玉米面团保水效果的影响

2.4 TGase添加量对鲜湿玉米面条的质构特性影响

通过质构仪可以对食品的硬度、弹性和咀嚼性等质构特性进行客观的测定，得到的这些指标有助于消费者判断许多食品的品质。不同TGase添加量的鲜湿玉米面条的硬度、弹性、黏附性以及咀嚼性的测定结果如表1所示。

由表1可以看出，随着面团中TGase添加量的增加，所制得的鲜湿玉米面条的硬度和弹性显著增加，黏附性并没有发生显著的变化。TGase处理能够增加面团的硬度，这与一些研究报道一致[10-11]。TGase对蛋白质的交联作用产生了类似面筋蛋白的作用，赋予面条一定的弹性[12]。相应地，玉米面条的咀嚼性显著提高，相对于未添加TGase的玉米面团制作的鲜湿面条，在酶的添加范围（50～150 U/g面粉）内，面条的咀嚼性增加了1.56～6.11倍。这对玉米面条的品质有很大贡献，更适用于喜好筋道面条的人群。

表1 不同添加量的TGase对鲜湿玉米面条质构性质的影响

2.5 TGase对玉米面条蒸煮品质的影响

在面条的蒸煮过程中损失小、得率高，对于提高玉米面条产品的品质以及市场竞争力都具有重要的意义。不同TGase添加量所制得的玉米面条的烹调损失率见表2。

从表2可以看出，添加TGase使面条的烹调损耗率下降，烹调损失率随着TGase添加量的增加而下降，未添加TGase的玉米面条的烹调损失为12.1%，添加150 U/g的TGase的玉米面条的烹调损失率降至9.8%（LS/T 3212—2014规定，挂面的烹调损失率应≤10.0%）。可以看出，当玉米粉固形物含量为30%时，制备面团时添加转谷氨酰胺酶有利于减少面条的烹调损失。TGase的添加降低了蒸煮损失。这是因为TGase的添加，使面团中的蛋白质组分发生了交联，提高了面团的保水力、硬度和弹性，从而减少了面团的烹调损失率。

表2 不同TGase添加量对烹调损失率的影响

3 结论

转谷氨酰胺酶添加到玉米面团中，能够改善面团的流变学特性、保水力和质构特性，同时提高了蒸煮得率和烹调损失率。具体表现为面团的弹性模量增加；相对于未添加TGase的玉米面团，当TGase添加量为50～150 U/g面粉时，面团的保水力增加32.6%～ 46.4%。鲜湿玉米面条的硬度、弹性增加，相应地其咀嚼性显著提高。玉米面条的烹调损失率下降。