微波功率对面筋蛋白-淀粉复合体系功能特性的影响

母梦羽，张 霞，贾 峰，王 琦，梁 赢，王金水

河南工业大学 生物工程学院，河南 郑州 450001

面筋蛋白和淀粉是面粉的主要成分，面粉的质量直接影响面制品的品质。关于面粉质量的影响因素有很多报道，已有研究表明，通过调整面筋蛋白与淀粉的比例可以改变面粉的筋力，从而达到专用粉的要求[1-2]。加热条件对面粉所形成的凝胶具有很大的影响，过度加热会导致面粉凝胶的弱化和析水[3]。此外，很多面制品如面包、饼干等的加工需要采用较高的加热温度以达到杀菌的目的，但加热过程中面粉的色泽和功能特性不稳定[4-5]。

面粉色泽是影响面制品品质的指标，也是衡量面粉加工精度的指标。面制品的色泽及稳定性是重要的感官评价指标，在面制品加工品质评分中起着举足轻重的作用[6]。面粉色泽是消费者对面制品产生的第一感官印象，直接影响面制品的质量[7]。面制品的持水能力与其结合水的能力有关，可影响其硬度、黏弹性、咀嚼性等，所以持水力对面制品品质具有重要的意义[8-9]。

为明确面制品加工适宜的温度范围，以及加热过程中不同配比面筋蛋白与淀粉之间的相互作用，作者通过控制面筋蛋白与淀粉的配比及微波功率，研究不同配比的面筋蛋白和淀粉在微波加热过程中的相互作用，以及这种相互作用对复合体系凝胶强度、持水特性、色泽等的影响，从而为面筋蛋白和淀粉体系在食品中的应用及对微波加工面制品类的品质改良奠定理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

面筋蛋白、小麦淀粉：河南枣花面业有限公司。

二硫苏糖醇(DTT)、β-巯基乙醇(β-ME)：阿拉丁试剂公司；溴酚蓝、考马斯亮蓝R250：北京索莱宝公司。

1.2 仪器与设备

LFP-800 A高速多功能粉碎机：无锡机械制造有限公司；LGJ-10冷冻干燥机：四环福瑞科仪科技发展有限公司；CR-400色度仪：日本柯尼卡美能达传感有限公司；164-5050伯乐电泳仪：美国伯乐；WD-9405D脱色摇床：北京生物仪器设备有限公司；SHJ-6AB磁力搅拌水浴锅：常州金坛良友仪器公司；X1台式离心机、2000紫外可见分光光度计：赛默飞世尔公司；WQF-510傅里叶变换光谱仪：北京瑞丽分析仪器有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 面筋蛋白-淀粉复合体系的制备

参照高、中、低筋小麦的干面筋含量[10],确定面筋蛋白与淀粉的质量比: 高筋粉16∶ 84、中筋粉14∶ 86、低筋粉12∶ 88，将面筋蛋白与小麦淀粉混匀后，各取100 g混合粉，再依次加入80 mL蒸馏水，制成糊状后，微波加热5 min，微波功率设置为120、240、540 W。微波加热处理后，经冷冻干燥磨成粉末状，过100目筛后保存备用。

1.3.2 凝胶强度的测定

参照文献[11]，称取3 g样品于平底试管中，用铝箔纸封口，制备凝胶，每个样品做3个平行样，进行凝胶强度测试。

1.3.3 持水能力的测定

采用Tomotake等[12]的方法测定样品的持水能力，计算公式如下。

持水能力=(W2-W1)/W0，

式中：W0代表干样品的质量；W1是管质量加上干燥的样品质量；W2是管质量加上沉积物质量。

1.3.4 表观色泽测定

参考贾祥祥等[13]的方法测定面筋蛋白-淀粉复合体系的色泽。L*表示面粉的亮度，L*越大表示颜色越亮；a*表示红绿度，a*越大表示颜色越红；b*表示黄蓝度，b*越大表示面粉的黄度越明显[14]。

1.3.5 醇溶蛋白和麦谷蛋白含量测定

醇溶蛋白和麦谷蛋白的提取分离参照文献[15-16]的方法，然后采用考马斯亮蓝G-250法[17-18]进行含量测定。

1.3.6 蛋白质分子量分布分析

根据《蛋白质技术手册》[19]中的SDS-PAGE操作步骤，每孔中各蛋白提取物的上样量为10 μL，电泳条件设置为60 V、30 min；120 V、90 min。染色过夜，再放到脱色摇床上脱色至条带清晰，拍照保存。

1.3.7 面筋蛋白-淀粉复合体系中蛋白质二级结构测定

取适量1.3.1中的备用样品与105 ℃干燥6 h以上的溴化钾按质量比1∶ 100混合压片，参考戴意强等[20]的方法做全波段扫描测定，确定各个子峰与各二级结构的对应关系，分析酰胺I 带(1 600～1 700 cm-1)，根据各子峰所占面积计算出各部分二级结构所占的比例。

2 结果与分析

2.1 微波功率对面筋蛋白-淀粉复合体系凝胶强度的影响

为了比较微波功率对面筋蛋白-淀粉复合体系凝胶强度的影响以及不同配比的面筋蛋白与淀粉在加热过程的相互作用，在不同功率下对复合物进行微波加热处理，在其形成凝胶后采用质构仪测定凝胶强度，结果如图1所示。与微波处理前相比，高筋粉的面筋蛋白-淀粉的凝胶强度随微波功率的升高先增强后减弱，但仍高于未微波加热时的凝胶强度；中筋粉复合体系的凝胶强度在120 W时无明显变化，240 W时显著下降并趋于稳定；低筋粉复合体系的凝胶强度随微波功率的升高先下降，当微波功率升高至540W 时，其凝胶强度增大但仍低于未微波加热水平。由图1可知，高筋粉的面筋蛋白-淀粉复合体系的凝胶强度受微波功率的影响最大。

注：图中大写字母A、B、C是高、中、低筋复合粉体系之间的显著性分析，小写字母a、b、c是同一配比复合体系在不同微波功率下的显著性分析，相同字母间表示无差异。图2、图3同。图1 微波功率对面筋蛋白-淀粉体系凝胶强度的影响Fig.1 Influence of microwave power on the gel strength of gluten-starch system

2.2 微波功率对面筋蛋白-淀粉复合体系持水能力的影响

3种配比的面筋蛋白-淀粉复合体系在不同微波功率处理下的持水能力的变化见图2。从图2可知，与微波处理前相比，微波处理后，同一配比的面筋蛋白-淀粉复合体系持水能力增强。当微波功率为540 W时，高筋粉的持水能力增强趋缓，中筋粉的持水能力开始下降，低筋粉的持水能力继续增强。原因可能是一定程度的加热使体系中的面筋蛋白分子结构展开，形成松散的三维网状结构而截留更多的水分子，持水能力提高，但随着微波功率的进一步增加，复合体系中面筋蛋白分子进一步展开，暴露出更多的疏水区域，导致亲和水的能力减弱。

图2 微波功率对面筋蛋白-淀粉复合体系持水能力的影响Fig.2 Influence of microwave power on water holding capacity of gluten protein-starch composite system

2.3 微波功率对面筋蛋白-淀粉复合体系色泽的影响

由表1可知，与空白对照相比，微波加热降低了面筋蛋白-淀粉体系的亮度，这与文献[21-22]的结论一致。高筋粉和中筋粉复合体系的亮度随微波功率的增加而下降，低筋粉复合体系的亮度先下降，功率增大到240 W时再上升，但仍低于未经微波加热时的亮度。高筋粉和低筋粉复合体系的a*先降低，功率达到240 W时再升高，中筋粉的a*则呈现出先升高后下降再升高的趋势，这可能是微波过度加热所导致。3种配比粉复合体系的b*均表现为先降低，功率达到240 W时b*再升高且高于未微波加热水平。

表1 微波功率对面筋蛋白-淀粉体系色泽的影响Table 1 Influence of microwave power on the color of gluten-starch system

2.4 微波功率对面筋蛋白-淀粉复合体系中醇溶蛋白和麦谷蛋白含量的影响

小麦粉中醇溶蛋白和麦谷蛋白的含量与比例对面筋强度及面制食品的品质有很大的影响[23]。图3是3种配比的面筋蛋白-淀粉复合体系中醇溶蛋白和麦谷蛋白在不同微波功率下的含量。由图3可以看出：同一微波功率下，醇溶蛋白和麦谷蛋白的含量均表现为高筋粉>中筋粉>低筋粉；相同配比下麦谷蛋白含量随微波功率的增大先增加后减少，醇溶蛋白相应地先减少后增加。

图3 微波功率对面筋蛋白-淀粉体系中醇溶蛋白和麦谷蛋白含量的影响Fig.3 Influence of microwave power on the gliadin and glutenin content in the gluten-starch system

2.5 面筋蛋白-淀粉复合体系中蛋白质的分子量分布

不同功率微波加热后的面筋蛋白-淀粉经DTT和β-ME处理后，蛋白质被分离成不同分子量的亚基,通过SDS-PAGE后，按分子量大小从上到下分布在凝胶图谱上。从凝胶扫描图(图4)可以看出，可提取蛋白的亚基在微波加热过程中发生了变化，同一微波功率下，可提取性蛋白含量的高低为高筋粉>中筋粉>低筋粉，配比相同时随微波功率的增大高分子质量麦谷蛋白亚基含量(HMW-GS 100 kDa附近条带)先增多后减少，低分子质量麦谷蛋白亚基含量(LMW-GS 35 kDa附近条带)先减少后增多。这可能是由于低分子量麦谷蛋白在一定微波功率下先聚合成高分子量蛋白，后经过度微波加热破坏，导致蛋白降解所造成的。

注：M泳道代表标准蛋白，1-4、5-8、9-12分别代表高筋、中筋、低筋配比的面筋蛋白-淀粉在微波功率为0、120、240、540 W条件处理的样品。图4 微波功率对面筋蛋白-淀粉复合体系中蛋白质分子量分布的影响Fig.4 Influence of microwave power on the molecular weight distribution of protein in gluten-starch composite system

2.6 面筋蛋白-淀粉复合体系中蛋白质的二级结构

蛋白质二级结构中的α-螺旋、β-折叠、β-转角和无规则卷曲在酰胺I 带都有特定的吸收频率，不同谱峰对应的面筋蛋白-淀粉复合体系中的蛋白质结构不同，酰胺I带各子峰位置对应的二级结构划分：1 600～1 637 cm-1和1 682～1 700 cm-1为β-折叠；1 637～1 645 cm-1为无规则卷曲；1 646～1 664 cm-1为α-螺旋；1 665～1 681 cm-1为β-转角[24]。图5为不同配比的面筋蛋白-淀粉复合体系在不同微波功率处理下的红外光谱图，红外光谱反映了各个配比粉的肽链结构变化。图6为不同微波功率对面筋蛋白-淀粉复合体系中蛋白质α-螺旋、β-折叠、β-转角和无规卷曲含量的影响。由图6可知，与未经微波处理的面筋蛋白-淀粉复合体系的二级结构相比，随微波功率的增大高筋配比的面筋蛋白-淀粉体系的α-螺旋和β-折叠的含量均增加，而无规则卷曲含量减少；中筋和低筋配比的面筋蛋白-淀粉体系的β-折叠含量减少，无规则卷曲含量增加。这可能是因为微波加热处理可以通过改变氢键位置，将α-螺旋、β-折叠、β-转角、无规则卷曲4种结构相互转化。

图6 不同微波功率下面筋蛋白-淀粉复合体系中蛋白质二级结构的分布Fig.6 Distribution of different secondary structures in gluten-starchcomposite system under different microwave powers

3 结论

面筋蛋白与小麦淀粉的配比和微波功率对复合体系的凝胶强度、持水特性有显著影响，通过色泽、可提取醇溶蛋白和麦谷蛋白含量、分子量分布、二级结构的测定进一步探究了形成差异的机理，并且测定结果相互印证。其中高筋配比的面筋蛋白-淀粉体系受微波功率的影响最大，随微波功率的增大，高筋粉复合体系的凝胶强度先增强，当功率达到540 W时再减弱，低筋粉复合体系的凝胶强度则呈现相反趋势。高筋粉复合体系和低筋粉复合体系的持水能力均增强，中筋粉复合体系的持水能力先增强，当功率达到540 W时再下降。高筋粉和中筋粉的亮度均降低，高筋粉和低筋粉的a*和b*先降低，240 W时再升高。麦谷蛋白含量随微波功率的增大先增加后减少，醇溶蛋白含量相应地先减少后增加；SDS-PAGE图谱显示随微波功率的增大高分子质量的麦谷蛋白亚基含量减少，低分子质量的麦谷蛋白亚基含量增多；根据傅里叶红外光谱分析，不同功率的微波加热导致了不同程度的氢键位置的改变，进而影响了面筋蛋白-淀粉体系中蛋白质的二级结构含量。研究揭示了不同配比的小麦淀粉和面筋蛋白在微波加热条件下的相互作用，从而为面筋蛋白-淀粉体系在食品中的应用及对微波加工面制品的品质改良奠定了理论基础。