挂面在常温储藏过程中品质及麦谷蛋白化学特性的变化

张 剑，李雪杰，屈念念，李梦琴，赵 阳，温娅晴，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

面条是我国北方的传统食品，距今已有2 000多年的历史。为了能长期储藏与方便运输，元朝时人们将面条脱水干燥，制成生干面条，由于干燥时常挂于面杆上而被称为挂面[1]。近年来，挂面在安全、卫生和品质控制等方面均取得了长足的进步，但其产品质量还存在较多问题，其中储藏过程是影响挂面质量最重要的因素之一[2]。小麦粉中的蛋白质按照特性可以划分为面筋蛋白和非面筋蛋白，面筋蛋白又常常被称为储藏蛋白，占小麦粉蛋白的绝大部分，由醇溶蛋白和麦谷蛋白共同构成。很多研究表明[3-5]，因麦谷蛋白组分的变化，包括二级结构、巯基及二硫键含量、聚合物等发生变化，都会使蛋白内部结构被破坏，从而影响面制品的质构、蒸煮特性和食用品质。Cao等[6]发现挂面在储藏过程中，其质构指标下降，面条食用品质逐渐降低。严勇强等[7]研究发现，无论冻藏、冷藏还是常温保藏，随着储藏时间的延长，由于微生物的作用与蛋白组分的变化均会导致面条的表面硬度与色泽发生劣变。赵雷[8]研究表明，随着冷冻时间的延长，面筋蛋白与谷蛋白分子链的高度与宽度呈现下降趋势，冷冻超过一定时间后，会出现聚集体，从而使分子链的宽度显著增大。杨静洁等[9]发现在冻藏过程中，面团中的麦谷蛋白大聚体(GMP)含量呈不断下降趋势，而游离巯基含量则呈相反趋势。

目前的研究主要集中在冻藏过程中麦谷蛋白发生解聚及降解等变化从而导致面条品质劣变，对于挂面在常温储存过程中蛋白质组分，尤其是麦谷蛋白的变化及作用机理等方面的研究还未见报道。作者通过测定常温储存过程中挂面的品质指标以及麦谷蛋白的巯基、二硫键、GMP、二级结构含量和高分子量亚基(HMW-GS)等化学组分的变化，揭示麦谷蛋白及挂面品质的变化规律，为挂面生产技术的进一步提高提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

郑麦366(高筋小麦)、AK58(中筋小麦)：河南秋乐科技股份有限公司。

SDS(十二烷基硫酸氢钠)、Tris-HCl缓冲液：北京索莱宝科技有限公司。

1.2 仪器与设备

JMTD 168/140试验面条机：北京东孚久恒仪器技术有限公司；BPHJS-250A高低温(交变)湿热试验箱：上海一恒科技有限公司；HWS-P300C恒温恒湿培养箱：合肥达斯卡特生物科技有限公司；S-3400N Ⅱ扫描式电子显微镜：日本HITACHI公司；Spectrum GX 傅里叶红外光谱仪：Perkin Elmer公司；K1301半自动定氮仪：上海晟声自动化分析仪器有限公司；DYY-5稳压稳流电泳仪：北京市六一仪器厂；LGJ-10D冷冻干燥机：北京四环科学仪器厂有限公司；Neo 1600R高速冷冻离心机：上海力申科学仪器有限公司；CS-200色差仪：杭州彩谱科技有限公司；TA-Xtplus质构仪：英国Stable Micro System公司。

1.3 试验方法

1.3.1 原料小麦的处理

以高筋郑麦366和中筋AK58两种小麦为原料，磨粉，除去一皮粉和三心粉，将其余4路面粉混合均匀后放入做好标记的无纺布面粉袋中，待其熟化10 d后，制作挂面。郑麦366小麦粉：水分含量13.25%，蛋白含量13.80%、湿面筋含量32.15%、灰分0.52%；AK58小麦粉：水分含量12.85%，蛋白含量12.10%、湿面筋含量27.63%、灰分0.53%。

1.3.2 挂面的制作与储藏

参照高飞[10]的方法并稍做修改，工艺流程：小麦粉+33%水+2%食盐→和面→醒发→压延→切条→干燥→包装→储存。制成的面条厚0.9 mm、宽2 mm，每200 g挂面用聚乙烯袋包装并密封，置于恒温恒湿箱(25 ℃、RH 50%)中储存，分别在储存的第0、30、60、90、120、150、180天测定挂面的品质。

1.3.3 挂面色泽的测定

使用色差仪在挂面的3个不同位置测定其亮度(L*)和黄蓝值(b*)，由于红绿值(a*)的变化较小，故不再进行分析。

1.3.4 挂面最佳蒸煮时间的测定

参照马瑞杰[11]的方法测定挂面的最佳蒸煮时间。

1.3.5 挂面质构特性的测定

采用1.3.4中的方法煮面条，煮好后用漏勺捞出沥水30 s。参照Ma等[12]的方法，使用质构仪分别进行TPA、剪切、拉伸测试。

1.3.6 挂面感官评定

参照SB/T 10137—1993，由10人组成感官评价小组对挂面进行感官评价。

1.3.7 挂面微观结构的观测

将挂面的断面固定在样品台上，喷金后放入加速电压为5 kV的电子显微镜内扫描，放大至1 000倍进行观察，并选择清晰的位置拍摄照片。

1.3.8 麦谷蛋白的提取

参考王沛[13]的方法提取麦谷蛋白。

1.3.9 麦谷蛋白中巯基和二硫键含量的测定

参照Li等[14]的方法，采用Ellman’s试剂比色法进行测定。

1.3.10 麦谷蛋白大聚体含量的测定

参照Turo等[15]的方法测定麦谷蛋白大聚体含量。

1.3.11 麦谷蛋白二级结构的测定

采用Almutawah等[16]的方法对麦谷蛋白二级结构进行表征。

1.3.12 麦谷蛋白十二烷基酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)的测定

参照Shuaib等[17]的方法，采用5%浓缩胶和12%分离胶对麦谷蛋白组分进行分析。

1.4 数据处理与分析

采用SPSS 16.0处理数据，采用Origin 8.5、Excel 2016分析和制图。

2 结果与分析

2.1 挂面品质的变化

由表1可知，两种挂面的L*随着常温储藏时间的延长均呈显著下降趋势，这与储藏过程中挂面的水分含量下降有密切关系，b*则呈相反的趋势，表明储藏后的挂面与空白组相比，其亮度显著降低，黄度增加，颜色逐渐变暗、发黄。另外，当储藏时间相同时，AK58挂面的L*大于郑麦366挂面的，b*则小于郑麦366挂面的，说明由中筋小麦AK58制作的挂面比高筋小麦郑麦366制作的挂面白，原因是蛋白质含量较高时，面条亮度降低，色泽暗淡[18]。

表1 常温储藏过程中挂面品质的变化Table 1 Change of the quality of Chinese dried noodles stored at room temperature

麦谷蛋白各亚基之间通过分子间二硫键和次生键(如氢键和疏水作用)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，这种结构是面条产生硬度和弹性的主要原因[19]。随着挂面储藏时间的延长，两种挂面的硬度、弹性、剪切力和拉断力均呈现下降趋势，原因可能是挂面在常温储藏过程中，其面筋网络结构遭到破坏，削弱了麦谷蛋白的形成[19]。而挂面的黏附性在储藏过程中则呈现显著升高趋势，根据Guo等[20]的研究推测这是由于面筋蛋白网络结构受到破坏，包裹淀粉粒更加松散，部分淀粉溶出所致。另外在储藏时间相同时，郑麦366挂面的硬度、弹性、剪切力和拉断力均大于AK58挂面，原因是麦谷蛋白含量越高，面条的硬度、弹性和咀嚼性越好[21]。

郑麦366挂面和AK58挂面的综合评分随着储藏时间的延长均呈现显著下降趋势，说明在储藏过程中挂面的感官可接受性逐渐降低，这一结果与常温储藏过程中挂面的色泽、质构特性的变化是一致的。除此之外，由于挂面的水分含量较低，货架期一般为6～12月，所以在常温储藏180 d后，感官评分仍然保持在80分以上，并且郑麦366挂面的总评分要高于AK58挂面。

2.2 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，且蛋白质含量越高，面条越筋道[22]。由图1a、1e可以看出，储藏0 d的郑麦366挂面和AK58挂面结构完整，蛋白质基质呈连续的干泥浆状包围在淀粉粒的周围，基本未发生任何变形现象，并且郑麦366挂面中蛋白质含量要高于AK58挂面，蛋白质与淀粉的结合也更为紧密。储藏60 d的挂面面筋结构受到轻微破坏，面筋蛋白膜状结构出现少许断裂(图1b、1f)；由图1c、1g可知，常温储藏120 d后，挂面的面筋蛋白膜状结构断裂显著，淀粉与蛋白质、淀粉与淀粉之间连接不再紧密；而储藏180 d后的挂面，其微观结构极为松散，存在着明显的大缝隙，且淀粉颗粒已暴露在蛋白质基质之外(图1d、1h)，Mudgil等[19]认为这是常温储藏挂面的硬度、弹性等品质指标下降的主要原因。

图1 常温储藏过程中挂面的微观结构Fig.1 Microstructure images of Chinese dried noodles stored at room temperature

2.3 麦谷蛋白巯基和二硫键含量的变化

二硫键是维持蛋白质高级结构和生物学功能的重要组成部分，当二硫键被还原成游离巯基基团时，不仅会导致蛋白质结构发生改变，还可能使其失去部分原有的生物功能[23]。由表2可知，两种不同筋力的挂面在常温储存过程中，随着储藏时间的延长，两种挂面中的麦谷蛋白游离巯基均呈现上升趋势，而二硫键含量则呈现下降趋势。当储藏180 d时，郑麦366挂面和AK58挂面中的麦谷蛋白游离巯基含量分别上升了1.30、1.18 μmol/g，二硫键含量分别下降了4.35、3.71 μmol/g，原因是挂面在储藏过程中其麦谷蛋白中的二硫键断裂形成游离巯基，从而引起蛋白质结构发生变化[24]。

表2 挂面在常温储藏过程中麦谷蛋白游离巯基和二硫键含量的变化Table 2 Change of free SH content and SS content for glutenin in Chinese dried noodles stored at room temperature

2.4 麦谷蛋白大聚体含量的变化

麦谷蛋白大聚体是大量的麦谷蛋白和少量的醇溶蛋白组合的聚集体，可作为表征蛋白品质的主要指标之一[25]。从图2可以看出，两种挂面中的麦谷蛋白大聚体含量随着储藏时间的延长均呈现下降趋势。当储藏180 d时，郑麦366和AK58挂面中麦谷蛋白大聚体含量分别由7.40 g/100 g和6.10 g/100 g下降至5.60 g/100 g和4.40 g/100 g，表明挂面在常温储藏过程中，麦谷蛋白大聚体逐渐发生降解，由于麦谷蛋白大聚体主要依靠二硫键保持大分子结构，并且与面团的弹性和硬度息息相关，因此二硫键含量的减少导致了麦谷蛋白大聚体发生解聚，从而使蛋白品质降低，最终影响面制品的食用品质[25]。

注：不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。图2 挂面在常温储藏过程中麦谷蛋白大聚体含量的变化Fig.2 Change of GMP content in Chinese dried noodles stored at room temperature

2.5 麦谷蛋白二级结构的变化

蛋白质的二级结构对蛋白质内部网络结构的形成具有非常重要的影响，利用傅里叶变换红外光谱仪对麦谷蛋白的二级结构进行分析，如图3所示。图3a和图3b分别为郑麦366挂面和AK58挂面在常温储存过程中麦谷蛋白在4 00～4 000 cm-1波段的红外光谱图。其中1 600～1 700 cm-1为蛋白质的去卷积酰胺I带特征吸收频率区，反映蛋白质二级结构中α-螺旋(1 650～1 658 cm-1)、β-折叠(1 610～1 640 cm-1)、β-转角(1 660～1 700 cm-1)和无规则卷曲(1 640～1 650 cm-1)的分布[26]，通过对应的峰面积占总峰面积的百分比来定量分析得到麦谷蛋白二级结构的相对含量，结果见表3。

图3 挂面在常温储藏过程中麦谷蛋白的红外图谱Fig.3 FTIR spectra for glutenin in Chinese dried noodles stored at room temperature

表3 挂面在常温储藏过程中麦谷蛋白二级结构的变化Table 3 Change of secondary structure for glutenin in Chinese dried noodles stored at room temperature

当蛋白所处环境发生变化时，从能量的角度分析，蛋白会发生折叠或展开重排等构象变化以达到能量最低来保持相对稳定状态。由图3和表3可知，随着储藏时间的延长，郑麦366挂面和AK58挂面的麦谷蛋白β-折叠均呈现下降趋势，分别由35.76%和35.78%降至34.94%和34.69%，根据Zhang等[27]的研究可推测这是蛋白分子键断裂所致。而无规则卷曲、α-螺旋和β-转角与空白组相比则呈现上升趋势，原因可能是挂面在储藏过程中，麦谷蛋白二级结构非共价键系统被破坏，少量有序的片段转变成了无序的β-转角和无规则卷曲，蛋白质分子的蛋白构象变得混乱，蛋白网络结构被破坏，使得挂面煮后的品质指标下降，这与前面常温储藏过程中挂面品质以及微观结构的变化结果相一致[28]。

2.6 麦谷蛋白SDS-PAGE的变化

麦谷蛋白中的高分子量亚基(HMW-GS)对面制品的加工及食用品质具有重要的作用，主要表现在影响面团的韧性方面，其含量越高，面团韧性就越强[29]。SDS-PAGE是在SDS阴离子去污剂以及还原剂的作用下，通过破坏蛋白质亚基的非共价键，使单个亚基解离出来。由图4可知，在常温储藏过程中，随着储存时间的延长，两种挂面中麦谷蛋白的条带数目减少，颜色变浅，尤其是当两种挂面的储存时间达到180 d时，变化最为显著，表明麦谷蛋白中的高分子量亚基随着储藏时间的延长逐渐发生了降解，根据Hu等[30]的研究可推测出现这种现象的原因是二硫键发生了断裂，使HMW-GS发生解聚，从而引起挂面的韧性下降，食用口感不佳。

注：M是分子量标准；A1—A7分别是储藏第0、30、60、90、120、150和180天的郑麦366挂面中提取的麦谷蛋白；B1—B7分别储藏第0、30、60、90、120、150和180天的AK58挂面中提取的麦谷蛋白。图4 挂面在常温储藏过程中麦谷蛋白的电泳图Fig.4 SDS-PAGE of glutenin in Chinese dried noodles stored at room temperature

3 结论

随着储藏时间的延长，郑麦366和AK58挂面的质构特性和感官评分逐渐降低，微观结构变得越来越松散，面筋蛋白网络结构受到破坏；挂面中的麦谷蛋白游离巯基呈现上升趋势，二硫键含量逐渐下降，麦谷蛋白大聚体发生解聚，二级结构含量变化显著，蛋白构象变得混乱，SDS-PAGE条带数目减少，颜色变浅，高分子量亚基发生解聚。综上，麦谷蛋白的这些变化与常温储藏过程中挂面品质的下降具有密切的关系，从蛋白角度解释了面制品在储藏期间食用品质降低的原因，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。目前的研究仍处于初级阶段，后续还需要通过测定麦谷蛋白解聚程度、分子链结构及分子形貌等的变化情况进一步确定挂面在常温储存过程中麦谷蛋白变化的机理，并分析对面条品质造成的影响。