食用碱对蛋白质聚集行为及面条品质的影响

任佳影，陈 洁，汪 磊

河南工业大学 粮油食品学院，河南 郑州 450001

面条是我国居民日常饮食中常见的主食之一，有着悠久的发展历史，已经形成了具有地域差异性，各具特色的面条文化。面条按加工方式不同分为手工面和机械制面等；按添加剂不同分为白盐面(如河南烩面)和黄碱面(如武汉热干面、四川担担面)等[1]。目前，我国市场上有各种各样的黄碱面条以满足不同喜好、不同口味的消费者，面条在制作过程中加入了食用碱、食用盐而使其产生了独特的风味和诱人的黄色[2]，如广式鲜面条和闽式半熟面条等，深受广大年轻消费者的青睐。

楚炎沛[3]的研究表明碱性盐能影响终端食品的表观、蒸煮品质，加碱量大的面条呈现较好的色泽。Huang等[4]研究发现，碱水处理后面条的最佳煮面时间延长、切应力增大、压应力降低，表明面条硬度增大，但耐嚼性变差。Ross等[5]研究发现，弱筋面团加碱后筋力明显变强，但筋力较强的面团在后来的醒发及制作过程中表现较为复杂，如加碱面条在醒发后比加盐面条弹性更好。Rombouts等[6]研究发现，加碱会促进分子间二硫键的形成，使面团谷蛋白大聚合体(GMP)的凝胶强度明显增强。Hatcher等[7]指出，碱性盐的添加量对面条的亮度、最大厚度及组织结构都有影响。石林凡等[8]指出，在碱添加量为 0.1%～0.3%时，包埋淀粉颗粒的蛋白质网络最为有序。作者将食用碱添加到小麦粉中，研究不同添加量的食用碱对面团的蛋白质特性及面条品质的影响，使黄碱面条的生产在理论基础和数据支撑下更加科学化、机械化、连续化。

1 材料和方法

1.1 原料和试剂

小麦粉(特一粉)：郑州金苑面业有限公司；食用碱(食品级)：沈阳市苏家屯区星火食品厂。脲、盐酸：洛阳昊华化学试剂有限公司；β-巯基乙醇、十二烷基硫酸钠(SDS)：天津市科密欧化学试剂有限公司；三羟甲基氨基甲烷(Tris)：上海山浦化工有限公司。

1.2 仪器和设备

B5A多功能搅拌机：广州市威力事实业有限公司；HMTD-168压面机：北京东方孚德仪器技术有限公司；LC-12 N-50C真空冷冻干燥机：北京博医康实验仪器有限公司；TA-XT plus质构仪：英国Stable Micro Systems公司；722 s分光光度计：北京中兴伟业机械有限公司；Nano Scope IIIa型原子力显微镜：上海卓伦微纳米设备有限公司。

1.3 方法

1.3.1 样品的制备

面条的制作：称取100 g特一粉倒入和面机中，然后称取1%的食盐，与食用碱(添加量分别为0、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%)一起溶于适量的水，倒入快速和面机中，和面时间为2 min。将和好的面团置于醒发箱中15 min，醒发后的面带复合压延3次，再连续压片至形成1 mm的面带，最后切成2 mm宽、1 mm厚的面条。

面团粉的制备：取一定量醒发后的面团于辊压机上复合压延3次，调整压辊间距将面团压成面带(2 mm厚)，然后将面带切成面片(1.5 mm×1.5 mm)，将面片先冷冻2 h，之后抽真空冷冻干燥24 h，最后于磨粉机中磨碎成粉，使面团粉足够细(过200目筛)，备用。

1.3.2 蛋白质分子间作用力的测定

参考文献[9-10]的方法。利用面团在不同还原性溶剂中溶解性的不同，对含碱面团中蛋白质分子力的变化进行测定。疏水性相互作用：0.03 mol/L pH 8.0 的 Tris-HCl含1% SDS；氢键：0.03 mol/L pH 8.0的 Tris-HCl 含6 mol/L尿素；二硫键：0.03 mol/L pH 8.0 的 Tris-HCl 含2%β-巯基乙醇；疏水性相互作用与二硫键：0.03 mol/L pH 8.0 的 Tris-HCl含1% SDS 和2%β-巯基乙醇；氢键与疏水性相互作用：0.03 mol/L pH 8.0 的 Tris-HCl含6 mol/L尿素和1% SDS。

参考马磊[11]的方法并作改动。称取0.3 g 面团粉样品溶解于5 mL上述溶液中，4 000 r/min 离心10 min，取2 mL 上清液加入2 mL 20%三氯乙酸，静置30 min后4 000 r/min 离心10 min，用0.5 mol/L的NaOH将沉淀溶解。使用双缩脲法测定蛋白质含量，分子间作用力以0.5 mol/L的NaOH提取的蛋白质含量表示，每个梯度的样品做3个平行重复，取平均值。

1.3.3 麦谷蛋白大聚体含量测定

取500 mg冻干面团样品加入10 mL 1.5%的SDS溶液，振荡混匀，30 ℃恒温振荡1 h，25 ℃ 9 000g离心20 min，弃上清液，采用凯氏定氮仪测定沉淀中的蛋白质含量，所得的结果乘以特定的转换因子(F=5.7)作为GMP的近似含量[12]。

1.3.4 面筋蛋白质形貌观察

参考Guo等[13]的方法，将面筋蛋白溶解于 0.05 mol/L 的乙酸溶液中配制成质量浓度为 0.01 μg/mL的蛋白溶液。取 10 μL 溶液滴到新鲜的云母片上，快速风干后用原子力显微镜对面筋蛋白质形貌进行观察。

1.3.5 面条蒸煮特性的测定

参考杨玉玲等[14]的方法对面条的吸水率和蒸煮损失率进行测定，每个样品平行测定3 次。

1.3.6 面条质构特性的测定

取10根22 cm的面条放入500 mL的沸水锅中，煮至最佳蒸煮时间后捞出，过凉水30 s后捞出，沥干面条表面的水分。在载物台上平行放置3根面条，采用P/35 mm探头测定分析，测前速度3.0 mm/s，测中和测后速度1.0 mm/s，应变位移75%，引发力5.0 g。平行测定10次，取平均值。

1.3.7 面条感官评价

参考GB/T 13868中的感官评价标准并略做调整，见表1。每个样品感官评价两次。

表1 碱面条感官评价标准

1.4 数据统计与分析

采用Excel 2016、Origin 8.5制作图表，并用SPSS 21.0 对数据进行显著性差异分析(P<0.05)。

2 结果与分析

2.1 蛋白质分子间作用力

氢键是稳定面筋网络结构的蛋白质间作用力[15]，二硫键通过蛋白质分子中的半胱氨酸残基相互连接[16]，谷氨酰胺侧链与相邻多肽链的肽骨架上的酰胺基团发生分子间二硫键和氢键相互作用，形成一个相互连接的支链网络，对蛋白质结构具有重要影响。表2为食用碱不同添加量对面团中蛋白质分子间作用力的影响。由表2可知，疏水相互作用力>氢键>疏水+氢键>疏水+二硫键>二硫键。当食用碱添加量为0%～0.2%时，能显著降低疏水性相互作用力、疏水+二硫键以及疏水+氢键，增大氢键及二硫键，碱量在0.2%～0.4%时变化不显著。疏水相互作用是阻碍面团吸水的主要原因[10]，随着碱量的增加，面团中的蛋白质分子逐渐吸水形成面筋网络，因此疏水相互作用的形成条件变弱，疏水性相互作用逐渐降低。

表2 食用碱对面团中蛋白质分子间作用力的影响

2.2 麦谷蛋白大聚体含量

食用碱对麦谷蛋白大聚体含量的影响见图1，随着食用碱添加量的增加，麦谷蛋白大聚体含量呈现上升的趋势，此结果与陈月华[17]的研究结论一致。食用碱的添加增强了蛋白质分子间作用力，使二硫键含量增加，蛋白质分子之间结合更加紧密，从而形成麦谷蛋白大聚体，已有研究证明麦谷蛋白大聚体是通过分子间二硫键头尾相连的方式形成骨架，在面筋网络形成过程中至关重要，其支撑整个面筋网络[18]，这与表2 中二硫键含量的变化一致。

注：用Duncan法进行多重比较，不同小写字母表示差异显著(P<0.05)，图3、图4同。

2.3 食用碱对蛋白质形态的影响

原子力显微镜可以表征蛋白质分子三级立体结构，分辨率很高[19-21]。图2显示了用原子力显微镜表征加碱量为0%(对照组)和0.2%时小麦面筋蛋白聚集体的细微表观形貌。由图2(A)发现蛋白质分子完全塌陷，较平整地位于云母基底，说明不加碱的小麦面筋蛋白分子链缠绕程度低，表面疏水性较高，导致其与云母分子有很强的亲和力。可能的原因是蛋白分子之间的静电排斥力使蛋白质分子伸展松散，蛋白质聚集体含量少且分布不均匀[22]。当加入食用碱后小麦面筋蛋白分子链缠绕程度增强，形成凹凸不平的球状立体形貌，形成了蛋白质大聚体，与对照组有明显差异，如图2(B)所示，网络状分子浮于云母基底上，表明蛋白质分子之间的相互作用增强，与云母基底相互作用减弱[23]。这是因为二硫键含量的增加导致蛋白质分子聚集，此结果与麦谷蛋白大聚体含量(图 1)和蛋白质分子间作用力(表2)的结果相吻合，说明食用碱的添加使面筋网络增强。

注：A为对照组；B为碱添加量0.2%的小麦面筋蛋白聚集体；C、D分别为A、B的三维立体图。

2.4 食用碱对面条蒸煮特性的影响

食用碱对面条蒸煮特性的影响见图3，当碱添加量小于0.2%时可显著增加面条的吸水率，当碱添加量大于0.2%时吸水率显著下降。这是由于碱能促进蛋白质面筋网络的形成，在煮面时面筋网络吸水膨胀，当碱添加量为0.2%时吸水率最高，随着碱添加量的增加，煮面水的pH值增大，这可能会使淀粉流失，弱化了煮制后面条的网络结构，使吸水率下降。在加热条件下，食用碱的添加使淀粉流失增大，蛋白质网络破损降解，从而导致面条的蒸煮损失率增加[24]。淀粉的流失会使煮制时面条的网络结构变得疏松，掉出一部分网络碎片，所以面条的蒸煮损失率呈逐渐上升趋势。

图3 食用碱对面条蒸煮特性的影响

2.5 食用碱对面条质构特性的影响

采用质构仪对食用碱不同添加量制作的面条进行TPA测试，结果如图4所示，硬度以及咀嚼度在碱添加量小于0.2%时呈显著上升趋势，大于0.2%时上升但不显著；食用碱对弹性没有显著影响。这可能是由于随着碱的添加，蛋白质面筋网络与水分结合程度高，此时形成的面筋网络结构更加紧密，因此硬度上升。咀嚼度是一个综合指标，它是硬度、黏聚性和弹性三者的乘积。

图4 食用碱对面条质构特性的影响

2.6 食用碱对面条感官评价的影响

对食用碱不同添加量制作的面条进行感官评价，结果如表3 所示。添加食用碱能使面条色泽评分显著降低，这是由于面条中含有黄酮类物质，中性条件下稳定，在碱性条件下显黄色。面条的适口性评分先上升后下降但不显著，面条的适口性反映面条的软硬程度，在碱添加量0.2%时达到最大，与面条质构特性的硬度有联系，由于碱能促进蛋白质面筋网络的形成，提高面条的筋力，故适口性上升。面条的韧性评分先上升后下降但不显著，面条的韧性反映面条的弹性，韧性上升可能与湿面筋含量、二硫键含量的增加有关。当碱添加量大于0.2%时会显著降低面条的食味，使其产生一定的异味(碱味儿)。综合分析，碱添加量为0.2%时面条口感最佳。

表3 食用碱不同添加量的面条的感官评价

2.7 相关性分析

蛋白质性质与面条品质特性的相关性如表4所示，疏水相互作用力与面条的蒸煮损失率(r=-0.995)、硬度(r=-0.997)、咀嚼性(r=-0.987)呈极显著负相关，与弹性(r=-0.937)呈显著负相关；氢键与蒸煮损失率(r=0.975)呈极显著正相关，与硬度(r=0.957)、弹性(r=0.950)、咀嚼性(r=0.939)呈显著正相关；二硫键与蒸煮损失率(r=0.987)、硬度(r=0.998)、咀嚼性(r=0.984)呈极显著正相关，与弹性(r=0.910)呈显著正相关；麦谷蛋白大聚体与蒸煮损失率(r=0.970)、硬度(r=0.988)、咀嚼性(r=0.982)呈极显著正相关。从以上分析可以看出， 面条的蒸煮损失率、硬度、弹性、咀嚼性与蛋白质特性(疏水相互作用、氢键、二硫键)之间有显著相关性。以蛋白质特性为自变量，以面条蒸煮损失率和质构特性(硬度、弹性、咀嚼性)为因变量进行逐步回归分析，结果如表5所示,各回归方程均达到显著水平，表明疏水相互作用、二硫键含量可以表征碱面条的品质变化。

表4 蛋白质性质与面条品质特性的相关性分析

表5 蛋白质性质与面条品质特性的回归分析

3 结论

食用碱的添加可促进面团中的游离巯基转换为二硫键，同时促进氢键的生成，减弱疏水性相互作用，蛋白质分子之间结合更紧密，形成大分子蛋白质聚集体，分子链缠绕程度增强，形成凹凸不平的球状立体形貌，使面条的硬度、咀嚼度呈现增大的趋势。虽然随着食用碱的添加面团的筋力逐渐增强，但过高的添加量会使得面团过硬，加工性能变差。结合感官评价，由于碱添加过多会使面条产生异味(碱味儿)，同时色泽过黄、过暗，适口性降低，因此最适的碱添加量为0.2%。综上所述，对添加食用碱的小麦粉面条进行蛋白质、面条品质特性的测试，可以对鲜湿碱面的品质做出较为可靠的预测。