茶多酚对面包纹理结构的影响

廖珺，王烨军，苏有健，张永利，孙宇龙，方雅各

（安徽省农业科学院茶叶研究所，安徽 黄山 245000）

面包是历史悠久、消费量较多的一类烘焙食品[1]。随着生活水平提高，开发具有个性化营养功能的面包已成为研究热点[2]。茶叶具有独特的保健功效和风味，利用其制作的茶面包，备受消费者的青睐[3-4]。茶多酚是茶叶中主要的活性成分[5]，研究表明，它会影响面包的品质[6-7]，延长其保质期[8-9]。

在面包的评价体系中，内部纹理结构是评判其品质优劣的重要指标[10]，也是面包的特有属性之一[11]，除了能直观地评价面包切片的气孔数量、大小、形状等外观特征，还能间接地反映面包的质地、口感等信息[12-13]。面包内部纹理结构是由面筋网络结构所决定的，而蛋白质分子结构又是决定面筋网络结构的关键因素[14-15]。已有学者研究发现，在面包加工中茶多酚会与面筋蛋白相互作用，形成氢键等非共价作用力[16-17]，但是关于茶多酚如何影响面包蛋白质二级结构和面筋网络结构，进而影响面包内部纹理结构的研究鲜有报道。

本试验在加工面包时添加茶多酚，对不同茶多酚添加量面包纹理结构的感官性状及面包芯气孔特性进行分析，考察不同茶多酚添加量对面包微观结构和蛋白质二级结构的影响，以期从表观和微观两个角度探讨茶多酚对面包内部纹理结构的影响，为茶多酚在面包品质改良中的应用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

茶多酚（食品级，多酚含量99.0%，含水量4.9%）：南京绿意生物科技有限公司；面包粉（蛋白含量15.2%、湿面筋含量40.1%、面筋指数81.7%）：潍坊风筝面粉有限责任公司；高活性干酵母：安琪酵母有限公司；黄油、白砂糖、食盐：市售；溴化钾（分析纯）：国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

电热食品烘炉（YXE-6）：佛山市万锋厨具有限公司；发酵箱（PXF-16A）：佛山市明盛电器实业有限公司；冷冻干燥机（DC 801）：日本yamato公司；图像分析仪（C-Cell）：英国Calibre图像处理技术公司；扫描电子显微镜（S-3400N）：日本日立公司；傅里叶变换红外光谱仪（Nicolet 380）：美国 Nicolet公司。

1.3 方法

1.3.1 茶多酚面包的制作配方及工艺流程

制作配方：面包粉100 g、酵母2 g、黄油10 g、白砂糖16 g、盐2 g、水65 mL，茶多酚添加量为面包粉质量的0%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%。

工艺流程：面包配料混匀搅拌→放置于30℃、湿度75%的环境下发酵60 min→整型→温度38℃、湿度80%条件下醒发20 min→190℃烘烤20 min→冷却→成品[18]。

1.3.2 面包纹理结构感官分析

由固定的经培训的10名（5名男性、5名女性）感官评价人员组成评价小组对面包纹理结构进行综合评判[19-20]，评分标准见表1。

表1 面包纹理结构感官评分标准Table 1 The sensory evaluation standard of bread texture

1.3.3 茶多酚面包芯气孔特性测定

将同批不同茶多酚添加量（0%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%）的面包于室温（20℃）下冷却后，切成约12mm厚的面包片，选取中间两个切片的四个断面，利用CCell图像分析仪获取分辨率为600 dpi图像，取中心位置10 cm×10 cm的图像，运用image J软件对面包的气孔数量、表面分率、稠密度、平均半径进行分析[21-22]。

1.3.4 茶多酚面包微观结构分析

将同批不同茶多酚添加量（0%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%）的面包冷冻干燥后切成小薄块，用导电胶固定，经抽真空、喷金处理后置于扫描电镜下观察样品结构[23-24]。

1.3.5 茶多酚面包蛋白二级结构分析

图谱采集：称取1 mg不同茶多酚添加量面包的冻干粉与150 mg溴化钾混合均匀，充分研磨后压片。利用傅里叶变换红外光谱仪进行扫描，设定扫描波数谱段范围 4 000 cm-1～400 cm-1，分辨率 4 cm-1，扫描次数64次。所有测量重复3次[25]。

图谱处理：利用Peak Fit 4.12软件对样品的红外谱图中1 600 cm-1～1 700 cm-1波段进行分析，依次进行基线校正、纵坐标归一化、Savitsk-Golay函数平滑、高斯去卷积处理、二阶导数拟合，确定各子峰与各二级结构间的对应关系，根据峰面积计算出各二级结构的相对含量[26-27]。

1.4 数据统计与分析

所有试验重复3次，结果均以平均值±标准差表示，采用Excel和spss处理数据并绘图，进行ANOVA差异显著性分析，其中P＜0.05表示差异显著。

2 结果与分析

2.1 茶多酚添加量对面包纹理结构感官评分的影响

对不同茶多酚添加量面包的纹理结构进行感官审评，其感官评分如图1所示。

图1 茶多酚添加量对面包纹理结构感官评分的影响Fig.1 Effect of tea polyphenols addition on the sensory score of bread texture

由图1可以看出，面包纹理结构的感官评分随着茶多酚添加量的增加呈先上升后下降的趋势，当茶多酚添加量为0.4%时，感官评分最高，面包纹理结构最好。这是因为添加少量茶多酚后，面包气孔开始变得细密均匀，但当茶多酚添加量超过0.6%时，面包气孔分布不再均匀且出现了大气孔，导致感官评分分值快速下降。

2.2 茶多酚添加量对面包芯气孔特性的影响

2.2.1 茶多酚添加量对面包芯气孔数的影响

有研究表明气孔数量越多，面包的物理品质越好[12]。不同茶多酚添加量面包芯的气孔数如图2所示。

由图2可知，添加茶多酚后，面包气孔数增多，随着茶多酚添加量的增加，面包气孔数先增加后缓慢减少，在茶多酚添加量为0.4%时最多，为（8 904±24）个，说明茶多酚的添加在一定程度上改善了面包的物理品质。

图2 茶多酚添加量对面包芯气孔数的影响Fig.2 Effect of tea polyphenols addition on the pore number of bread core

2.2.2 茶多酚添加量对面包芯气孔表面分率的影响

气孔表面分率是指气孔总表面积与分析图像面积的比值，气孔表面分率越大，面包气孔的界面性质越佳[24]。不同茶多酚添加量面包芯的气孔表面分率如图3所示。

图3 茶多酚添加量对面包芯气孔表面分率的影响Fig.3 Effect of tea polyphenols addition on the pore surface fraction of bread core

由图3可知，随着茶多酚添加量的增加，面包气孔表面分率呈先上升后降低的趋势，在茶多酚添加量为0.4%时最高，为（37.84±0.14）%；但当添加量为 1.0%时气孔表面分率小于未加茶多酚的面包。这说明适量的茶多酚可使面包气孔具有较好的界面性质，呈现出稳定的状态，过量的茶多酚（当添加量为1.0%时）不能改善面包气孔的界面性质。

2.2.3 茶多酚添加量对面包芯气孔稠密度的影响

气孔稠密度是指气孔个数与分析图像面积的比值，气孔稠密度越大，面包的持气和发酵能力越好[22]。不同茶多酚添加量面包芯的气孔稠密度如图4所示。

由图4可知，添加茶多酚后，面包气孔稠密度增加，随着茶多酚添加量的增加，面包气孔稠密度呈先增加后降低的趋势，在茶多酚添加量为0.4%时最大，为（463.90±12.05）cells/cm2，说明茶多酚能够增强面包的持气和发酵能力。

图4 茶多酚添加量对面包芯气孔稠密度的影响Fig.4 Effect of tea polyphenols addition on the pore density of bread core

2.2.4 茶多酚添加量对面包芯气孔平均半径的影响

有文献报道气孔平均半径越小，面包结构越细腻[10]。不同茶多酚添加量面包芯的气孔平均半径如图5所示。

由图5可看出，添加茶多酚后，面包气孔平均半径缩小，随着茶多酚添加量的增加，面包气孔平均半径呈现先缩小后增大的趋势；在茶多酚添加量为0.4%时最小，为（0.16±0.02）mm，说明茶多酚的添加能够提高面包结构的细腻度。

图5 茶多酚添加量对面包芯气孔平均半径的影响Fig.5 Effect of tea polyphenols addition on the pore mean radius of bread core

采用C-Cell图像分析仪扫描面包芯切片，并利用计算机图像视觉技术可以相对准确且客观地分析面包芯图像信息[22]。气孔表面分率和稠密度越大、气孔小而密集，表明面包内部纹理结构越好[28]，综合评价茶多酚添加量对面包芯气孔特性的影响结果认为，面包加工过程中茶多酚添加量在0.4%时，面包内部纹理结构最佳，这与感官评价的结果相符，也证明了图像分析技术的可靠性。

2.3 茶多酚添加量对面包微观结构的影响

面筋网络结构是决定面包内部纹理结构的关键因素，当添加外源氧化还原剂后，面筋蛋白网络的形成会受到影响[29]。不同茶多酚添加量面包的微观结构如图6所示。

图6 茶多酚添加量对面包微观结构的变化Fig.6 Changes of bread microstructure with different amounts of tea polyphenols

由图6可看出未添加茶多酚的面包面筋网状结构不明显，很多淀粉颗粒不均匀地裸露在面筋结构表面。随着茶多酚添加量的增加，裸露在外面的淀粉颗粒数量呈现先减少后增多的趋势，面筋网络结构的有序性和紧密度呈现先增加后降低的趋势。当茶多酚添加量为0.4%时，面筋网络连接最为紧密和有序，能充分地将淀粉颗粒包裹起来，Wang等[16]研究发现茶多酚的多羟基结构使得其能与面筋蛋白形成氢键等非共价作用力，因此可推测适量的茶多酚通过非共价作用改善了面筋网络结构；但当茶多酚添加量大于0.6%时，开始出现大面积不规则的孔洞，逐渐有淀粉颗粒裸露在面筋结构表面，这可能是由于茶多酚具有还原性，使面筋蛋白的二硫键部分还原成自由巯基，从而减弱了二硫键的支撑作用，破坏了面筋网络的形成[30]。因此，可推测在面筋网络形成过程中，茶多酚与面筋蛋白形成非共价作用力对面筋结构的促进作用和其作为还原剂对面筋结构的削弱作用之间存在动态平衡，该平衡因茶多酚添加量而变化。

2.4 茶多酚添加量对面包蛋白质二级结构的影响

蛋白质分子二级结构的相对含量决定了面筋网络结构的优劣[3，23]。蛋白质的傅里叶变换红外光谱图中一般有酰胺Ⅰ、酰胺Ⅱ和酰胺Ⅲ这3组特征吸收带，其中酰胺Ⅰ带（1 600 cm-1～1 700 cm-1）的变化与蛋白质二级结构的相对含量密切相关，常被运用于定量分析蛋白质二级结构[31]。已有研究[23]表明，蛋白质二级结构与各子峰间波数的对应关系为：β-折叠结构对应波数是1 600 cm-1～1 640 cm-1，无规则卷曲结构对应波数是1 640cm-1～1650cm-1，α-螺旋结构对应波数是 1650cm-1～1 660cm-1，β-转角结构对应波数是 1660cm-1～1700cm-1。不同茶多酚添加量面包的红外光谱图如图7所示。利用Peak Fit 4.12软件对图7中酰胺I带进行分析，结果如表2所示。

图7 不同茶多酚添加量面包的红外光谱图Fig.7 Infrared spectrum of bread with different amounts of tea polyphenols

表2 茶多酚添加量对面包蛋白质二级结构的影响Table 2 Effect of tea polyphenols addition on the secondary structure of bread protein

由表2可知，面包蛋白质的二级结构主要以β-折叠为主[32]，且茶多酚的添加改变了β-折叠的含量，由于茶多酚与面筋蛋白在非共价相互作用下形成了较多的氢键，而氢键能够诱导蛋白二级结构中的β-折叠构象含量的增加[33]，因此，茶多酚的添加导致β-折叠含量的增加。在蛋白质二级结构中，β-折叠和α-螺旋构象与无规则卷曲和β-转角构象相比更加稳定有序，蛋白质分子的β-折叠和α-螺旋含量的升高及无规则卷曲和β-转角含量的降低意味着蛋白质结构由松散无序向稳定有序转变[25-26]。与未添加茶多酚的面包相比，茶多酚面包蛋白质二级结构中β-折叠和α-螺旋含量变多，无规则卷曲和β-转角含量减少，说明茶多酚的添加导致面包蛋白质二级结构发生了变化，部分无规则卷曲和β-转角构象向β-折叠和α-螺旋构象转变，从而促使二级结构更加稳定有序，其原因可能是茶多酚与蛋白质发生非共价交联作用，增强了蛋白网络结构的稳定性和有序性[29]。随着茶多酚添加量的增加，β-折叠和α-螺旋的含量呈现先增大后减少的趋势，而无规则卷曲和β-转角的含量呈现先减少后增大的趋势；当添加量为0.4%时，β-折叠和α-螺旋的含量最高，而无规则卷曲和β-转角的含量最低；这表明不同添加量的茶多酚对蛋白质的交联作用程度导致了蛋白质二级结构发生不同的变化，适量的茶多酚可促进与蛋白质间的交联作用，导致部分无规则卷曲和β-转角构象向β-折叠和α-螺旋构象转变，从而使蛋白质结构变得稳定有序；而由于过量的茶多酚对维持蛋白质内部结构的二硫键的还原作用占主导，抑制了蛋白质分子间的聚集，从而导致无规则卷曲和β-转角的含量增加，β-折叠和α-螺旋的含量减少，蛋白质结构逐渐由稳定有序向松散无序转变。张海华等[29]和段云龙[30]的研究也得到了相似的结果，同时也从蛋白质二级结构角度解释了适量茶多酚可改善面包内部纹理结构的原因。

3 结论

本试验先表观后微观地研究了不同茶多酚添加量对面包纹理结构的影响。从表观角度上，发现当茶多酚添加量为0.4%时，面包内部纹理结构最佳，感官评分最高，气孔表面分率和稠密度最大且气孔小而密集。当添加量超过0.6%时，面包气孔分布不再均匀且出现了大气孔，导致内部纹理结构逐渐变差。从微观层面上，发现当茶多酚添加量小于0.4%时可诱导部分无规则卷曲和β-转角构象向β-折叠和α-螺旋构象转变，促使二级结构更加稳定有序，增强面筋网络结构的有序性和紧密度；当添加量为0.4%时，二级结构最稳定，面筋网络连接最为紧密有序；而当添加量大于0.4%时无规则卷曲和β-转角的含量逐步增加，β-折叠和α-螺旋的含量逐步减少，蛋白质结构逐渐转为松散无序，面筋网络结构开始出现大面积不规则的孔洞，渐渐有淀粉颗粒裸露在面筋结构表面。

综上，在面包加工过程中，添加适量的茶多酚可增加面包蛋白质二级结构中β-折叠和α-螺旋的含量，促进了面筋网络结构的形成，使得面包内部纹理结构得到改善。此研究为茶多酚在面包中的应用乃至茶类面包的开发提供了理论支持。