常温储藏中麦谷蛋白物理指标的变化及其对挂面品质的影响

温娅晴，屈念念，张剑,2，宋晓燕,2，安艳霞,2，赵阳,2，李雪杰，任秀娟，张伟峰

(1.河南农业大学食品科学技术学院，河南 郑州 450002； 2.农业农村部大宗粮食加工重点实验室，河南 郑州 450002)

挂面是中国北方传统主食，总产量已超过800万 t·a-1，由于其含水量低，易于储藏，深受消费者欢迎[1]。但是，挂面品质经长时间储藏会下降，出现包括色泽变暗、口感变差、易于断条和浑汤以及哈味等现象[2-3]。这已经成为挂面产业进一步推广发展的瓶颈之一。张芹[4]将挂面储藏180 d发现，随着储藏时间的延长，挂面的水分含量逐渐减少，面筋指数逐渐降低，最佳蒸煮时间逐渐缩短。黄倩[5]研究发现，挂面中游离脂肪酸含量在储藏90 d之后呈现下降趋势，同时结合脂肪酸含量在储藏90～120 d时有所下降。谢守华等[6]研究发现，挂面在储藏200 d以内时直链淀粉含量随着储藏时间增加呈直线下降趋势，之后变化不大。因此，探究挂面品质劣变产生的机制并制定相应的调控措施十分重要。目前，相关研究主要集中在对冷冻和冷藏过程中面团或面条的品质变化机理的探索，而对于挂面在常温(25 ℃，下同)储藏过程中品质变化机理研究较少。艾羽函等[7]和杨静洁等[8]认为，在冷冻和冷藏过程中，面团中的麦谷蛋白大聚体(glutenin macropolymer，GMP)含量呈不断下降趋势，而GMP解聚是导致冷冻面团品质劣变的直接原因。这表明麦谷蛋白的变化是面制品在储藏过程中劣变的主要因素。为了探究挂面在常温储藏过程中品质变化机理，本研究选取2种不同筋力的小麦粉生产挂面，在常温储藏过程中测定挂面中麦谷蛋白的持水力/持油力、流变学特性和微观结构的变化情况，并与挂面食用品质的变化情况进行对比，分析二者变化的相关性，为推动挂面高质量生产提供理论指导，进而促进主食产业化发展。

1 材料与方法

1.1 试验材料

高筋小麦郑麦366(蛋白含量13.80%，湿面筋含量32.15%，稳定时间9.99 min)、中筋小麦AK58(蛋白含量12.10%，湿面筋含量27.63%，稳定时间6.69 min)购自河南秋乐种业科技股份有限公司；大豆油购自益海(周口)粮油工业有限公司。

1.2 仪器设备

DHR-2型动态流变仪，美国TA仪器有限公司；S-3400NⅡ型扫描式电子显微镜，日本HITACHI公司；LSM20实验磨粉机(三皮三心式)，河南茂盛机械制造有限公司；JHMZ200针式和面机，北京东孚久恒仪器技术有限公司；JMTD168/140试验面条机，北京东孚久恒仪器技术有限公司；CS-200精密色差仪，杭州彩谱科技有限公司；LGJ-10D冷冻干燥机，北京四环科学仪器厂有限公司；TD5A台式低速离心机，长沙英泰仪器有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 磨粉 将2种筋力的小麦清理干净，加水润麦，调节水分质量分数至14.0%～14.5%。利用三皮三心式磨粉机磨粉，将一皮和三心粉舍弃，其余面粉混合均匀后常温(25 ℃)熟化10 d，制成2种筋力的小麦粉待用。

1.3.2 挂面的制作工艺 原料→称取→和面→醒发→压片→切条→干燥→包装→储藏。工序符合标准LS/T 3212—2021[9]相关要求。称取200 g小麦粉，在和面机中与质量分数32%的水和质量分数2%的食盐搅拌8 min，和好的面絮常温熟化30 min后用压面机逐步压延切条，面条厚度0.9 mm，宽度2.0 mm。采用高飞[10]的方法并略作修改，将面条进行三段式干燥。第一阶段：温度25 ℃，相对湿度85.0%，干燥40 min；第二阶段：温度40 ℃，相对湿度75.0%，干燥140 min；第三阶段：温度30 ℃，相对湿度55.0%，干燥60 min。干燥后挂面面条水分质量分数降低至12.5%～13.0%。根据小麦筋力不同将挂面分别命名为高筋挂面A和中筋挂面B。将每200 g挂面用聚乙烯袋包装并密封，置于恒温恒湿箱(温度25 ℃，相对湿度50.0%)中常温储藏。分别在挂面常温储藏0、30、60、90、120、150、180 d取样进行试验。

1.3.3 麦谷蛋白的提取 参照GRAβBERGER等[11]的方法略作修改。取不同储藏时间的挂面粉碎后过CB42号面粉筛(筛孔宽度137 μm)，称取200 g的挂面粉倒入和面机中，加入130 mL的20 g·L-1的氯化钠溶液，用针式和面机搅拌4 min形成面团。将和好的面团常温(25 ℃)静置40 min，用20 g·L-1的氯化钠溶液进行洗涤直至形成面筋，再用大量的蒸馏水洗涤面筋，尽可能除尽氯化钠。样品冷冻至-40 ℃放入冷冻干燥机中进行抽真空冷冻干燥后高速间歇粉碎20 s×3次并过CB42号面粉筛(筛孔宽度137 μm)，得到面筋蛋白。按照m(面筋蛋白，g)∶V(质量分数70%乙醇，mL)=1∶30混合，摇床常温(25 ℃)震荡3 h后离心(5 000 r·min-1，4 ℃，10 min)，将离心后所得沉淀用蒸馏水清洗4次，之后再离心(5 000 r·min-1，4 ℃，10 min)，所得沉淀即为麦谷蛋白，将其冷冻干燥后粉碎或切块过CB42号面粉筛(筛孔宽度137 μm)备用。

1.3.4 麦谷蛋白持水力和持油力的测定 参照ZHANG等[12]的方法并稍加修改。称取0.25 g麦谷蛋白样品和7 mL的蒸馏水或植物油于离心管中，使用快速混匀器使其均匀混合。摇床震荡3 h后常温(25 ℃)静置20 min，于5 000 r·min-1离心15 min，弃去上清液准确称量离心管和沉淀物的质量。麦谷蛋白持水性及持油性的计算如下所示。

麦谷蛋白持水性/持油性=(M总-M离)/M

式中：M为麦谷蛋白样品质量；M离为空离心管质量；M总为弃去上清液后离心管加湿麦谷蛋白总质量。

1.3.5 麦谷蛋白流变学特性的测定 麦谷蛋白流变学特性的测定参照TUHUMURY等[13]的方法略作修改。称取1 g的麦谷蛋白粉，按照m(麦谷蛋白粉，g)∶V(蒸馏水，mL)=1∶1.5混合，利用旋转流变仪的动态流变频率震荡模式，将混匀后的麦谷蛋白置于待测板，并在样品四周涂抹硅油以防止水分流失。采用40 mm平板探头平行板，参数设置为麦谷蛋白间隙为1 500 mm，间距为1 mm，频率扫描范围为0.1～100.0 Hz，应变振幅为1%。测定其储能模量(G′)、损耗模量(G″)和损耗角正切值(tanδ=G″/G′)。

1.3.6 麦谷蛋白的微观结构 麦谷蛋白微观结构的测定参考谢新华等[14]的方法。取不同储藏时间挂面中所提取的麦谷蛋白块样品，选择中心部位制成5 mm×5 mm×5 mm样品，在样品底座贴上导电胶后进行35 s离子溅射喷金，并不断放大至5 000倍观察样品的显微结构，选择清晰位置进行照片拍摄。

1.3.7 挂面色泽的测定 由于挂面中亮度L*及黄度b*对挂面色泽影响较大，因此将挂面平铺于白纸上，使用色差仪测定挂面的L*和b*，进行6次重复。

1.3.8 挂面质构特性的测定 将煮熟的挂面面条过冷水冷却，沥干后立即使用质构仪分别进行质地剖面分析(texture profile analysis，TPA)以及剪切和拉伸测试。TPA测试：P50探头，测前2.00 mm·s-1，测试1.00 mm·s-1，测后2.00 mm·s-1，应变程度70.0%，引发力5.0 g。剪切测试：A/LKB-F轻型刀片，测前2.00 mm·s-1，测试0.8 mm·s-1，测后0.8 mm·s-1，应变程度为90.0%，引发力为3.0 g。拉伸测试：A/SPR探头，测前2.00 mm·s-1，测试2.00 mm·s-1，测后10.00 mm·s-1，距离40.00 mm，引发力5.0 g。

1.3.9 挂面食用品质评价 评价小组由6名有经验的专业人员组成，参照标准GB/T 35875—2018[15]对挂面进行感官评价并打分。

1.3.10 挂面的微观结构 采用扫描电镜对挂面超微结构的变化进行观察。将挂面用胶带固定好后离子溅射喷金35 s,置于扫描电子显微镜下放大1 000倍观察样品的显微结构，并拍照。

1.4 数据处理

数据处理采用Excel 2010、SPSS 16.0数据处理软件；绘图采用Origin 8.5软件。

2 结果与分析

2.1 常温储藏挂面中麦谷蛋白物理特性指标的变化

2.1.1 麦谷蛋白持水力及持油力的变化 常温储藏挂面中麦谷蛋白持水力和持油力的变化如图1所示。高筋挂面A和中筋挂面B中麦谷蛋白的持水力和持油力均随着储藏时间的增加呈现下降趋势，且高筋挂面A的持水力和持油力均高于中筋挂面B。这是因为挂面在常温储藏过程中，面筋蛋白内部的孔状结构遭到破坏，蛋白质分子进一步展开，更多的疏水区域暴露出来，导致其亲和水的能力减弱，使蛋白滞留水和油的能力下降。

图1 常温储藏挂面中麦谷蛋白持水力及持油力的变化Fig.1 Changes of water holding capacity and oil holding capacity of glutenin in dried noodles during storage at room temperature

2.1.2 麦谷蛋白流变学特性的变化 黏弹性是衡量挂面品质的重要指标之一，而麦谷蛋白则是影响黏弹性的主要因素。常温储藏挂面中麦谷蛋白流变学特性的变化如图2所示。在频率0.1～100.0 Hz范围内，麦谷蛋白的面团G′和G″均随频率增加逐渐增大，且G′始终大于G″，同时tanδ均小于1，这样的黏弹性体系表明挂面中麦谷蛋白是类固体状态[16]。在常温储藏过程中，2种小麦粉制得的挂面中麦谷蛋白的G′和G″有相似的规律。随着储藏时间的增加，高筋挂面A和中筋挂面B中麦谷蛋白的G′和G″均呈不同程度的下降趋势，tanδ均呈不同程度上升趋势，且2种小麦挂面的G′和G″以及tanδ的变化趋势均在150、180 d表现较为明显。研究发现，tanδ与聚合度有关，若tanδ越小，体系组分中高聚物数量越多或聚合度越大，体系的流动性越小，弹性越好[17]。

A1～A3为高筋挂面A的储能模量、损耗模量和损耗角正切值;B1～B3为中筋挂面B的储能模量、损耗模量和损耗角正切值。A1-A3 are the energy storage modulus,loss modulus and loss tangent value of high gluten dried noodles A;B1-B3 are the energy storage modulus,loss modulus and loss tangent values of medium gluten dried noodles B.

2.1.3 麦谷蛋白微观结构的变化 麦谷蛋白通过链内和链外的二硫键，形成高度网络化结构，使其具有连续的结构和较小的孔洞，从而构成面筋蛋白的骨架结构，且麦谷蛋白的内部网络化程度比面筋蛋白高，这是面筋蛋白具有弹性的主要原因[18]。图3为常温储藏挂面中麦谷蛋白界面的微观结构。麦谷蛋白超微结构呈多孔的三维网络状，孔径大小及分布相对均匀。挂面在常温储藏过程中，2种挂面中的麦谷蛋白微观网络结构的完整性和连续性随着储藏时间的增加均遭到破坏，孔洞逐渐变大；麦谷蛋白内部网络结构发生不同程度断裂，到储藏后期尤为明显。

A1～A4为高筋挂面A储藏0、60、120、180 d后提取的麦谷蛋白;B1～B4为中筋挂面B储藏0、60、120、180 d后提取的麦谷蛋白。A1-A4 are the glutenin extracted from high gluten dried noodles A after stored for 0,60,120 and 180 d; B1-B4 are the glutenin extracted from medium gluten dried noodles B after stored for 0,60,120 and 180 d.

2.2 常温储藏过程中挂面品质的变化

2种筋力小麦粉制作的挂面在常温储藏过程中品质变化如表1所示。随着储藏时间的增加，高筋挂面A和中筋挂面B的L*值均呈显著下降趋势(P<0.05)，而b*值呈显著增加趋势(P<0.05)。这表明在常温储藏过程中，随着储藏时间的延长，挂面亮度变暗，颜色发黄。随着储藏时间的增加，挂面的硬度和剪切力逐渐降低且变化显著，弹性和拉断力在前期储藏过程中有些许下降。作为反映挂面口感的关键指标之一的黏附性，储藏过程中则显著增加。随着储藏时间的延长，挂面会逐渐失去光泽，变得发软粘牙，感官综合评分逐渐降低。高筋挂面A和中筋挂面B评分在前30 d内无显著性变化，之后显著性降低(P<0.05)，且高筋挂面A的评分略高于中筋挂面B。在常温储藏过程中，随着储藏时间增加，2种挂面的色泽、表观、适口性、韧性、粘性、光滑性、食味和总评分均呈下降趋势。

2.3 在常温储藏过程中挂面微观结构的变化

面筋蛋白所形成的内部网络结构使得面条具有较好的弹性性能，且蛋白质及湿面筋含量越高，面条越劲道[19]。2种不同筋力的小麦粉制作的挂面样品的截面微观结构如图4所示。常温储藏0 d的挂面面筋结构完整，淀粉与蛋白质之间以及淀粉与淀粉之间连接紧密，结构致密；常温储藏120 d的挂面面条的面筋结构受到轻微破坏，面筋蛋白膜状结构出现部分断裂，并伴有部分细小孔洞出现；常温储藏180 d后，面条面筋蛋白膜变薄，少量淀粉颗粒暴露在面筋网络之外。这与本研究中麦谷蛋白微观结构变化一致。

A1～A4为高筋挂面A储藏0、60、120、180 d的微观结构;B1～B4为中筋挂面B储藏0、60、120、180 d的微观结构。A1-A4 are the microstructures of high gluten dried noodles A stored for 0,60,120 and 180 d; B1-B4 are the microstructures of medium gluten dried noodles B stored for 0,60,120 and 180 d.

3 结论与讨论

麦谷蛋白各亚基之间通过分子间二硫键和次生键聚集成较大的麦谷蛋白聚合物，进而形成具有刚性和弹性的网络结构，这是挂面产生硬度的主要原因[20]。在常温储藏过程中，高筋挂面和低筋挂面均随着储藏时间的增加，L*值显著下降，b*值显著增加(P<0.05)；硬度、弹性、剪切力、拉断力和感官评分随着储藏时间的延长逐渐降低，黏附性逐渐增加；微观结构随着储藏时间的延长均变得越来越松散，面筋蛋白网络结构受到破坏，淀粉颗粒暴露在蛋白质基质外。挂面逐渐失去光泽，变得发软粘牙，感官综合评分降低，推测是由于挂面在常温储藏过程中，面筋的网络结构遭到破坏，削弱了麦谷蛋白形成的程度，麦谷蛋白较弱的聚合度使淀粉颗粒容易渗漏到面条表面，从而造成面条硬度降低，面条发黏且不耐咀嚼[21]。

蛋白质水/油保持力和蛋白质-水/油相互作用是由持水性和持油性决定的，二者同时影响食品的品质[22]。蛋白质的持水性是指蛋白质在一定条件下承受热加工后保持水分的能力，其本质是蛋白质分子物理截留水的能力；持油性则是指蛋白质结合游离脂肪酸的能力。随着储藏时间的增加，2种挂面中的麦谷蛋白持水/油性呈逐渐下降的趋势；处于类固体状态的麦谷蛋白，tanδ逐渐增加，G′和G″下降；而SEM则更直观反映出谷蛋白网络结构的变化，内部结构变得越来越松散，孔洞逐渐变大，储藏后期最为明显，且这与干挂面截面微观结构观察中淀粉和面筋网络结构的结合不再紧密、面筋网络结构连续性变差以及淀粉颗粒从面筋网络中游离出来的变化一致。

相关研究认为，造成挂面品质下降的原因是储藏过程中面条脂肪氧化形成的酸败以及蛋白组分和网络结构的变化，其中GMP和蛋白二级结构的变化等对挂面产品品质起决定作用[23-24]。本研究发现，挂面在常温储藏过程中，麦谷蛋白聚合度降低、网络结构遭到破坏，蛋白质分子进一步展开，暴露出更多疏水区域，使其持水/油性和流变学特性变差，面条内部呈现不规则孔隙包围的松散结构，裸露出更多的淀粉颗粒，从而导致挂面在煮制过程中出现面汤浑浊，干物质损失，面条粘牙不爽口，硬度、弹性与咀嚼性降低，食用口感受到影响，感官评分下降。综上，麦谷蛋白的变化与常温储藏过程中挂面品质的下降具有密切的关系。本研究从蛋白角度解释了面制品在储藏过程中食用品质下降的原因，为后续探讨挂面品质的影响因素提供了理论依据，也为常温储藏过程中麦谷蛋白变化的研究奠定了基础。