巰基、二硫鍵變化對面片色澤和質構影響研究

李翠翠 陸啟玉 李永麗 閆慧麗 劉紫鵬

(河南工業大學糧油食品學院1，鄭州 450001) (南陽理工學院生物與化學工程學院2，南陽 473000) (雙匯集團技術中心3，漯河 462000)

蛋白質與小麥粉及其制品色澤、質構的關系十分密切。王培慧[1]研究發現，在0.01水平上小麥粉中粗蛋白含量與L*值呈顯著負相關，與b*值呈顯著正相關。張影全等[2]的研究結果則是小麥粉色澤、濕面筋及籽粒蛋白含量對面條色澤影響更大。Jin等[3]認為，麥谷蛋白亞基等位基因Glu-A3b能貢獻中國鮮濕白鹽面條更好的色澤。中筋粉所制面塊油炸后氣孔密集均勻，色澤更佳[4]。但對粗纖維含量較高的燕麥面條而言，添加不同比例的谷朊粉對生、熟燕麥面條的色澤并無顯著影響[5]。多酚氧化酶含量及活性、制粉工藝、儲藏環境等也會改變面條色澤[6,7]。另外，冷凍后的面片色澤指標a*與質構參數延展性呈極顯著正相關，L*與面片的強韌性呈顯著負相關[1]。

對小麥面筋蛋白而言，維持其分子結構穩定最重要的基團是二硫鍵(SS)及其與巰基(SH)的交換反應[8]，因為共價的SS鍵可將同一條肽鏈不同部位或者不同條肽鏈的氨基酸殘基聚攏起來，迅速折疊的肽鏈連接起來就會形成較穩定的空間拓撲結構，這是構建面筋網絡結構的基礎[9]。圍繞面筋蛋白SH、SS鍵展開的研究很多，比如Schofield等[10]考察了熱處理對蛋白質結構的影響，當處理溫度較低時，蛋白質能形成SS鍵而交聯，當溫度高于150 ℃時，則蛋白質降解為多肽。Lagrain等[11-12]則認為，麥谷蛋白亞基中游離SH在55 ℃時會氧化生成SS鍵，交聯聚合作用可使提高麥谷蛋白的分子質量，醇溶蛋白在超過90 ℃時發生SH和SS鍵的交換反應，120 ℃時才會聚合形成麥谷蛋白的結構。Hu等[13]采用170 ℃的熱蒸汽處理小麥粉，樣品的總SH并無顯著改變，游離SH含量顯著下降，且小麥粉含水量越高，效果就越明顯。亞硫酸鈉(Na2SO3)常作為還原劑、護色劑、防腐保鮮劑、漂白劑等廣泛應用在食品行業[14]。它能和蛋白質發生作用，使麥谷蛋白、醇溶蛋白的分子間和分子內SS斷裂并形成游離SH，從而改變蛋白質網絡結構的黏彈性與交聯度[15-16]。在蛋白質領域，Na2SO3在抑制酶活性[17-18]、對蛋白質改性等[19-20]方面應用最多，如張淑芬等[21]在酶解面筋蛋白前先用Na2SO3(濃度為0.8 mg/g)預處理，能顯著改善面筋蛋白的結構和溶解度、乳化性和起泡性。

目前，大多數研究多集中在面筋蛋白含量、質量、亞基類型等宏觀因素的影響力上，對面筋蛋白的SH和SS鍵的研究也僅限于面筋蛋白本身的結構和性質變化，鮮有研究建立SH、SS鍵與面片或面條的色澤、質構之間的相關關系。本研究選擇未切條但工藝一致、厚度一樣的面片代替面條進行測試，研究不同SH、SS鍵含量對面片色澤、質構的影響及其相關性，為揭示面筋蛋白對加工性質影響以及特定小麥品種培育提供參考。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

谷朊粉；特一粉；無水Na2SO3；其他試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

FW-200高速萬能粉碎機；LGJ-18C型真空冷凍干燥機；UV-7504單光束-紫外分光光度計；JHMZ200和面機；JMTD168/140實驗面條機；TA-XT2i質構儀；WSC-S測色色差計。

1.3 方法

1.3.1 混合粉的制備及測定

質量濃度為15 mg/g的面筋蛋白懸浮液中加入不同量的Na2SO3(添加量分別為0、0.1、0.3、0.5、0.7、1.0、1.5 mg/g 蛋白)，10 000 r/min下均質20 s后勻速攪拌20 min，靜置10 min，使Na2SO3和蛋白質充分反應，用等量蒸餾水反復洗滌至溶液中不含Na2SO3，樣品冷凍干燥、粉碎過篩。處理后的面筋蛋白按4%的比例加入特一粉混勻，然后置于恒溫恒濕箱中復水，直至混合粉含水量達到14%，收集樣品于密封袋中備用，同時以不添加面筋蛋白的特一粉做空白對照。依據Li等[22]的方法測定混粉的游離SH、總SH及SS鍵含量。

1.3.2 面片的制備

100 g混合粉同蒸餾水(添加量為吸水率的一半)用和面機混合120 s，然后將面絮用四層濕紗布封盆口室溫熟化30 min，通過實驗面條機壓面(用前清理干凈)，輥間距為2.95 mm壓面1次，三折合片后壓面1次，兩折合片后壓面一次。迅速用四層濕紗布封盆口室溫熟化20 min，隨后調整輥間距為2.45 mm，壓面3次，調整輥間距為1.75 mm，并壓面3次，然后調整輥間距為1 mm，仍然壓面3次，裝入自封袋中備用[23]。

1.3.3 面片色澤的測定

用測色色差計評價色澤，以L*、a*、b*值表示混合粉的色澤變化[24]。

1.3.4 面片的質構分析

選擇2.95 mm厚的面片，用模具切割成直徑為12 mm左右的圓面片進行分析，配套探頭為HDP/TPB。參數為：測試前和測試時的速度均為2 mm/s，測試后速度為10 mm/s，突破距離為70 mm，感應力為5 g，可得抗張強度和延展性兩個參數[25]。

1.4 數據分析

采用Excel 2013進行數據整理和圖表繪制，數據在P<0.05水平上的顯著性采用SPSS 17.0軟件中的Duncan進行分析，相關性分析則采用Pearson相關系數以及Two-tailed雙側顯著性檢驗完成。

2 結果與分析

2.1 谷朊粉和特一粉成分分析

經測定，本研究的谷朊粉蛋白質質量分數為77.68%，淀粉質量分數為8.71%，灰分和脂肪質量分數分別為1.48%、0.95%，含水量為11.5%；小麥粉蛋白質質量分數為9.67%，淀粉質量分數為72.21%，灰分和脂肪質量分數分別為0.55%、0.78%，含水量為13.5%。

2.2 SH、SS鍵含量分析

由表1可知，對照組的游離SH、總SH、SS鍵含量均顯著低于混合粉的(P<0.05)。隨著所用Na2SO3濃度的增大，混合粉的游離SH含量顯著上升，SS鍵含量顯著下降，總SH含量無顯著變化。游離SH/SS比值則是對照組的最小，Na2SO3濃度為1.5 mg/g 蛋白時所得混合粉的最大，各組間存在顯著差異(P<0.05)。這說明，Na2SO3作為一種還原劑，能將面筋蛋白的SS鍵部分斷裂并形成游離SH。Na2SO3濃度越大，面筋蛋白中斷裂的SS也就越多，混合粉的SS含量就越小，游離SH變化則與之相反。處理后的面筋蛋白按4%的比例加入特一粉，會顯著影響特一粉的游離SH、SS鍵含量及二者之比，對總SH含量影響不大。

表1 混合粉中游離SH、總SH、SS鍵和游離SH/SS比值的變化

Na2SO3濃度/mg/g蛋白游離SH/μmol/g總SH/μmol/gSS鍵/μmol/g游離SH/SS比值對照1.15±0.05h25.45±0.39b12.15±0.18f0.1±0.01h0.01.62±0.05g30.00±0.37a13.93±0.18a0.12±0.01g0.12.23±0.05f30.42±0.38a13.53±0.17b0.17±0.01f0.32.61±0.05e30.63±0.38a13.26±0.18b0.20±0.01e0.52.76±0.05d30.31±0.38a12.95±0.17c0.21±0.01d0.72.89±0.05c30.28±0.38a12.80±0.18cd0.23±0.01c1.03.12±0.05b30.24±0.37a12.55±0.18de0.25±0.00b1.53.23±0.05a30.27±0.38a12.46±0.18e0.26±0.00a

注：同一列中不同字母代表數據間具有顯著性差異(P<0.05)。

2.3 面片色澤變化研究

據圖1可知，對照組的L*值最高，a*值和b*值最低，這與Pierre等[26]的研究結果吻合，即蛋白質含量與鮮濕面條L*值顯著負相關，與a*值和b*值顯著正相關，具體的機制可能是蛋白質含量可通過改變面團的水分活度而改變多酚氧化酶活性和褐變速率，除此之外，蛋白質含量升高就會導致淀粉的相對含量降低，更強、更大的面筋網絡阻礙了淀粉顆粒對光的反射，致使光的反射率下降，亮度變小。

不同面片的L*值隨時間增長呈下降趨勢，尤其在前4 h范圍內下降速率最大，這與Li等[27]的研究結果一致。b*值隨時間增長呈上升趨勢，a*值在0～96 h范圍內隨時間增長呈上升趨勢。這些數據說明，隨著濕面片儲藏時間的延長，顏色會變暗并向紅、黃色發展。這主要是面片發生了褐變反應，面片中的酚類物質在多酚氧化酶及氧氣的共同作用下生成醌，醌的穩定性較差，既可以自身聚合，亦可以與蛋白質的活性基團(如SH、ε-NH2)反應生成黑色、褐色物質。不過，a*值在儲存96 h后呈現顯著下降趨勢，即面片色澤向綠色方向發展，因為隨著儲藏時間的延長，微生物也開始生長，霉菌、酵母菌會在面片內部及表面滋生，導致面片表面出現綠色、紅色斑點。此外，0～24 h時間內的L*值、a*值和b*值變化幅度較大，而后色澤變化越來越小?；旌戏壑蠸S鍵含量越低，面片L*值也越低，b*值越高，a*值變化規律不明顯，這是因為SS鍵含量越低，則轉化的SH含量就越多，醌類物質就能和更多的SH反應生成其他物質(如蛋白-5-S-巰基丙氨基多巴)，導致面片變暗、變褐。

學者為了更系統地表述色澤而用L*-a*-b*的最終值表示色澤好壞，值越大，色澤越好[28]。表2列出了生面片L*-a*-b*值的變化，在不發生變質的前提下，面片色澤都是隨著放置時間的延長變差，而隨混合粉中SS鍵的減少，所制面片的色澤顯著變差(P﹤0.05)，說明混合粉SS鍵含量影響其制品的色澤品質。

圖1 混合粉中SH、SS鍵含量對面片色澤的影響

表3為鮮切面片在最佳蒸煮時間下水煮后的色澤變化結果。生面片的L*值、a*值、b*值的變化范圍分別為63.28～66.06、-3.23～-2.1和12.33～13.53。整體來說，熟面片的L*、a*、b*值均變小，降幅分別為4.36%～12.27%、1.05%～3.66%，4.03%～6.21%，即面片亮度會變暗，紅、黃度降低，面片的色澤向綠、藍方向轉變，整體色澤變淺。分析其原因：(1)面片水煮后，氣體受熱溢出，淀粉顆粒吸水膨脹，同時發生糊化作用，淀粉粒的構象發生變化，無序化程度增加，透光率變大；(2)麥谷蛋白受熱發生聚合變性，形成麥谷蛋白大聚體，面筋網絡變得更牢固，對淀粉等其他組分的束縛更緊，改變了光反射的程度；(3)其中的葉黃素酯、類胡蘿卜素受熱更易氧化，所含不飽和共軛雙鍵變成飽和鍵，導致面片黃度指數下降；(4)高溫也會導致面片中的多酚氧化酶失活而有效阻止酶促反應的進行。對照組的L*值顯著高于添加面筋蛋白組的(P<0.05)，這是由于添加的面筋蛋白使面片網絡更致密，色澤變暗。但混合粉所制熟面片的L*、a*、b*值無明顯變化規律，即SS鍵含量對熟面片的色澤無顯著影響。這可能是對煮后面片色澤的影響因素較多，各種因素交互作用，掩蓋了SS鍵的影響。此外，從混合粉到熟面片，中間經歷了多個工藝，每個工藝都會影響SS鍵的含量，因此，系統考察混合粉到熟面片各工藝點SS鍵變化與熟面片色澤的關系可能更好。也有可能是各樣品混合粉中SS鍵含量梯度還不夠大，不足以反應其對色澤的影響。

表2 混合粉中SH、SS鍵含量對生面片L*-a*-b*結果的影響

注：同一列中不同字母代表數據間具有顯著性差異(P<0.05)，下同。

表3 混合粉中SH、SS鍵含量對煮后面片L*、a*、b*值的影響

2.4 面片的質構變化

由表4可知，對照組的抗張強度顯著低于混合粉所制面片的(P﹤0.05)，延展性顯著高于混合粉所制面片的(P﹤0.05)，這與班福進等[29]的研究結果一致，面筋蛋白含量與質構實驗時穿破面片所做的功呈正相關。Na2SO3濃度為0 mg/g pro時所制面片的抗張強度最大，然后隨混合粉中SS鍵含量的減少，面片的抗張強度也逐步降低，各混合樣品間差異顯著(P﹤0.05)?？箯垙姸却砻娼畹睦鞆姸?，也叫韌性，面筋越多，筋力就越強。根據前人的報道，餃子皮的強韌性與小麥粉粉質指數和面筋蛋白中的SS含量呈極顯著正相關[30]，Na2SO3濃度為0 mg/g pro時所制面片的延展性在混合粉樣品中最高，Na2SO3濃度為1.5 mg/g pro時所制面片的延展性最低，而其余5組面片間無明顯差異(P﹤0.05)。單分子醇溶蛋白可通過非共價相互作用形成不穩定的體系，貢獻延展性[31]，上述結果可能是較高的Na2SO3濃度對醇溶蛋白的共價SS有影響，進而改變體系中非共價鍵的相互作用所致?？傊?，優質的面片應具有良好的抗張強度和延展性，因此不難看出，Na2SO3濃度為0 mg/g pro時所制面片的質量最好。

表4 面片抗張強度和延展性的變化

2.5 各主要參數的相關性分析

由表5可知，混合粉中游離SH含量、游離SH/SS比值均與生面片的L*極顯著負相關(r=-0.975，r=-0.957)，與a*呈極顯著正相關關系(r均為0.976)，與b*呈顯著正相關關系(r=0.788，r=0.812)，但與熟面片的色澤指標無顯著相關性?；旌戏壑蠸S含量與其他色澤指標相關性不顯著。表6則顯示，游離SH含量、游離SH/SS比值與生面片的延展性分別呈極顯著和顯著負相關(r=-0.871，r=-0.822)，SS鍵含量與生面片的抗張強度極顯著正相關(r=0.949)。

表5 混合粉中SH、SS鍵含量與所制面片色澤指標的相關性分析

注：**表示在0.01水平(雙側)上極顯著相關，*表示在0.05水平(雙側)上顯著相關，下同。

表6 混合粉中SH、SS鍵含量與所制面片質構參數的相關性分析

3 結論

將處理的面筋蛋白加入特一粉會顯著影響特一粉的游離SH、SS含量及二者之比，對總SH含量影響不大。隨混合粉中SS鍵的減少，生面片L*值顯著降低，b*值顯著升高，a*值變化規律不明顯，生面片整體色澤顯著變差，熟面片的色澤無顯著變化；面片的抗張強度逐步降低且差異顯著，延展性變化無明顯規律。相關性分析表明，混合粉中游離SH含量、游離SH/SS比值均與生面片的L*呈極顯著負相關，和a*極顯著正相關，與b*顯著正相關，但與熟面片的色澤指標無顯著相關性，SS鍵含量與色澤指標相關性不顯著。游離SH含量、游離SH/SS比值與生面片的延展性分別呈極顯著和顯著負相關，SS鍵含量與生面片的抗張強度極顯著正相關。