TGase與谷朊粉添加對馬鈴薯全粉-小麥粉混合粉面團特性的影響

張 煜,竇博鑫,劉麗宅,張云亮,張 智,高 帥,徐晨冉,劉羽萌,劉 穎,*

(1.哈爾濱商業大學食品工程學院,黑龍江哈爾濱 150076; 2.黑龍江東方學院食品與環境工程學部,黑龍江哈爾濱 150066; 3.黑龍江省北大荒米業集團有限公司,黑龍江哈爾濱 150090)

谷氨酰胺轉胺酶(transglutaminase,TGase)是一種廣泛分布于哺乳動物、植物、魚類和微生物中的γ-谷氨酰胺基轉移酶,能催化蛋白質結合賴氨酸殘基上的ε-氨基和蛋白質結合谷氨酰胺殘基上的γ-氨基之間的反應[1]。通過使用TGase可催化蛋白質分子之間形成共價交聯鍵,提高混合面粉中蛋白質的含量,進而改變面團網絡結構,增加其穩定性。谷朊粉是從小麥粉當中提取得到的一種天然植物蛋白,由麥醇溶蛋白與麥谷蛋白按一定比例組成[2]。相關研究表明,在面粉中添加10%～20%的谷朊粉,可明顯增加面粉當中蛋白質與濕面筋的含量,從而提高面粉強度、面團耐揉混、面包體積等特性[3-5]。馬鈴薯中的蛋白質主要是球蛋白[6-7],球蛋白是TGase較好的反應底物[8],TGase可催化蛋白質間的交聯[9-11]。

國內外已有以馬鈴薯全粉為原料制作馬鈴薯面制品的相關研究,張鳳婕等[12]通過響應面優化得到添加50%馬鈴薯全粉下添加4.5%谷朊粉的最優馬鈴薯面包配方。馮一丹等[13]研究馬鈴薯面條延展性,確定50%馬鈴薯全粉添加量下谷朊粉添加5.5%的最優配方。李俊等[14]分析35%添加量的馬鈴薯泥面條添加谷朊粉4.0%的最佳加工配方。劉麗宅[15]通過綜合分析確定馬鈴薯面條中TGase、谷朊粉、黃原膠等改良劑添加量的最佳加工配方。由于馬鈴薯全粉中不含有面筋蛋白,因此不具有粘彈性,加水形成的面絮結構松散,通過添加TGase與谷朊粉,可明顯優化馬鈴薯面條的加工特性,結構特性及蒸煮特性。

本研究利用馬鈴薯全粉與高筋小麥粉比例為3∶7的混合粉為原料,為改善馬鈴薯全粉添加后的面團特征,研究谷朊粉與TGase對馬鈴薯與小麥混合粉面團的特征影響,以提高馬鈴薯面條加工特性,為馬鈴薯面條的開發與研究提供基礎理論支持。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

馬鈴薯全粉 廣州匯涌食品有限公司;高筋小麥粉 五得利面粉集團有限公司;谷氨酰胺轉氨酶(食品級,100 U/g) 山東隆科特酶制劑有限公司;谷朊粉(食品級) 封丘縣博源制粉有限公司。

NEWAIR型家用面條機 無錫市麥威電器有限公司;ESJ180-4型電子天平 上海恒平科學儀器有限公司;TA.new plus型質構儀 上海瑞玢國際貿易有限公司;220V-AC型電子調節萬用電爐 天津泰斯特儀器有限公司;Tec-Master型快速黏度分析儀(RVA) 瑞典Perten儀器公司;AR-1000動態應力流變儀 英國TA Instrument公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 TGase面團的制備 精確稱取高筋小麥粉105 g,馬鈴薯全粉45 g,并向其中添加不同量的TGase(0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 U/g),加入適量蒸餾水攪拌成為絮狀,用手掌將其捏成面團直至沒有剩余干粉,而且面團表面光滑,無起皮現象。

谷朊粉、TGase面團的制備:精確稱取高筋小麥粉105 g,馬鈴薯全粉45 g,并向其中添加不同量的谷朊粉(占總質量0、2%、4%、6%、8%、10%)及0.6 U/g TGase,加入適量蒸餾水攪拌成絮狀,用手掌將其捏成面團直至沒有剩余干粉,而且面團表面光滑,無起皮現象。

1.2.2 指標測定

1.2.2.1 面筋含量的測定 將制作好的面團置于恒定條件(45 ℃、相對濕度70%)的恒溫發酵箱中30 min。測定方法參照國標GB/T 5506.2-2008水洗法。

1.2.2.2 粉質特性的測定 參照國標GB/T 14614-2019測定。

1.2.2.3 動態流變學特性的測定 利用動態應力流變儀,參照Marco等人[16]的方法。測定條件:平板間距為1 mm,直徑0.4 cm的平板,頻率為1.0 Hz,溫度為30 ℃,頻率變化范圍:0.1～10 Hz。

1.2.2.4 糊化特性的測定 利用快速黏度分析儀,參照國標GB/T 24853-2010法測定。量取(25.0±0.1) mL水(按14%濕基校正)移入干燥潔凈的樣品筒中。用稱量皿準確稱取(3.50±0.01) g待測試樣。將攪拌器置于樣品筒中并上下快速攪動10次,使試樣分散。將攪拌器置于樣品筒中并可靠地插接到攪拌器的連接器上,將儀器的攪拌器電動機塔帽壓下,驅動測試程序。測試過程將由計算機控制,按規定的測試程序進行。

1.3 數據處理

各指標的測定,均重復三次,取平均值(n=3)。使用SPSS 20.0對各組數據進行差異與顯著性分析,P<0.05為顯著差異,數據用平均值±標準差表示。

2 結果與分析

2.1 TGase添加量對混合粉面筋含量的影響

由圖1可知,在混合面粉中添加不同量的TGase,濕面筋的含量先增大后減小,當TGase添加量大于0.6 U/g時,混合粉中的濕面筋含量發生明顯減小,可能是由于添加過多TGase會使不溶性的麥醇溶蛋白殘基水解產生可溶性的谷氨酸[11],從而使大分子的蛋白質變為可溶性的聚合物,溶解于水環境中流失,導致混合粉中的濕面筋含量減少。

圖1 TGase添加量對混合粉濕面筋含量的影響Fig.1 Effect of TGase addition on wet gluten content of mixed flour注:不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，圖4同。

表1 TGase添加量對混合粉面團粉質指標的影響Table 1 Effect of TGase addition on flour quality indexes of mixed flour dough

2.2 TGase添加量對混合粉粉質特性的影響

由表1可知,隨著TGase的加入,混合面團吸水率先減少后升高,但總體呈下降趨勢,當TGase添加至1.0 U/g時吸水率降至88.9%,可能是因為混合粉中的谷氨酸與賴氨酸發生交聯使親水性氨基酸暴露的親水鍵減少[17]。當添加0.6 U/g TGase時,形成時間與穩定時間達到最大值,而弱化度達到最小值264 BU,可能是由于TGase催化蛋白質發生交聯,延長了混合粉的形成時間。同時蛋白質會使面筋網絡結構更加致密且穩定,導致混合粉穩定時間不斷增大。表面面筋網絡結構隨TGase添加量的增多而增強,從而對機械攪拌的承受能力逐漸增大,在過度攪拌時面筋變弱的速度降低,形成的面團不易變軟發黏,所以混合粉的弱化度逐漸減小。

表2 TGase添加量對混合粉糊化特性的影響Table 2 Effect of TGase addition on gelatinization properties of mixed powder

2.3 TGase添加量對混合粉動態流變特性的影響

由圖2、圖3分析可知,隨著TGase不斷的加入,G′和G″先增大到最大值后降低,當TGase添加量為0.6 U/g時,G′和G″在各個頻率均為最大值,且其結果明顯優于沒有添加TGase的混合粉,說明TGase的加入可明顯改善混合粉面團的流變性?；旌戏壑刑砑覶Gase可促使蛋白質之間發生交聯作用、形成致密的面筋網絡結構,使混合粉面團的粘彈性發生明顯提高。Bonet等[17-18]人也發現添加TGase可使面團筋力增強。

圖2 不同添加量TGase對混合粉面團G′的影響Fig.2 Effect of different amount of TGase on G′ of mixed flour dough

圖3 不同添加量 TGase對混合粉面團G″的影響Fig.3 Effect of different amount of TGase on G″ of mixed flour dough

2.4 TGase添加量對混合粉糊化特性的影響

由表2分析可知,當TGase不斷加入時,混合粉糊化特性中的峰值、谷值和最終黏度均增大。衰減值先減小后增大。因為TGase的加入使得面團淀粉回生進度減緩。當0.6 U/g TGase時,回生值最小702.1±86.5 cP。

綜合分析以上所有樣本試驗可知,當TGase添加量達0.6 U/g時,面團綜合特性最佳,因此將其確定為最佳添加量,后續研究谷朊粉混合粉面團中添加TGase 量設定為0.6 U/g。

2.5 谷朊粉添加對含TGase混合粉面筋特性的影響

表3 谷朊粉添加量對含TGase混合粉面團粉質特性的影響Table 3 Effect of gluten addition on flour properties of dough mixed with TGase

由圖4可知,當谷朊粉添加量大于6%時,面團中濕面筋的含量較未加入TGase面團中濕面筋含量增大。由于谷朊粉主要是由麥醇溶蛋白與麥谷蛋白組成,谷朊粉的添加增大了TGase發生蛋白質交聯作用時的底物含量,而TGase促使谷朊粉中蛋白質進行交聯,從而形成緊密強度大的面筋網絡結構,因此混合粉中濕面筋的含量增大。如果添加的谷朊粉含量較少,則不能夠顯著增強混合粉面團中蛋白質之間的交聯作用。

圖4 不同谷朊粉添加量對含TGase 混合粉面團面筋特性的影響Fig.4 Effect of different gluten addition on gluten properties of dough with TGase mixed flour

2.6 谷朊粉對含TGase混合粉粉質特性的影響

由表3可知,當谷朊粉添加8%時,未加入TGase的混合粉面團吸水率、形成時間、穩定時間、弱化度均達到最優效果。當添加TGase后混合粉面團的形成時間從3.20±0.21 min增大到5.30±0.21 min,穩定時間從2.80±0.01 min增大到3.60±0.35 min,弱化度從259±1.08 BU下降到216±1.08 BU。當谷朊粉不斷加入時,面團的吸水率均逐漸增大。在加入谷阮粉的混合粉中加入TGase,促使谷朊粉中的蛋白質與面粉蛋白大分子發生交聯作用[2],面筋含量增加且形成強度高、結構致密、穩定的面筋網絡結構,此結構促使面團穩定性增加。由于面團的穩定性增加,所以面團的穩定時間延長且弱化度降低。

2.7 谷朊粉添加量對含TGase混合粉動態流變特性的影響

由圖5和圖6可知,添加不同含量的谷朊粉會使彈性模量G′與黏性模量G″均先增大后減小,當谷朊粉添加量為8%時彈性模量G′與黏性模量G″最大。由于谷朊粉的氨基酸含量中谷氨酸占多數,而賴氨酸占少數,此特征與馬鈴薯全粉相似[19],因此混合粉中添加谷朊粉達到10.0%時,TGase的作用被限制,面團的G′和G″降低。

圖5 谷朊粉添加量對混合粉面團G′的影響Fig.5 Effect of gluten addition on G′ of mixed flour dough

圖6 谷朊粉添加量對混合粉面團G″的影響Fig.6 Effect of gluten addition on G″ of mixed flour dough

由圖7、圖8可知,在含有谷朊粉的混合粉中添加0.6 U/g的TGase后,混合粉面團G′和 G″都有明顯的增大,且當谷朊粉的添加量達到8%時,G″的增加程度達到最大。Huang等[19]發現,TGase能夠地促進蛋白質交聯形成穩定面筋網絡結構,增強面團的粘彈性,而且在交聯時會有新的共價鍵形成,因此面團的流變特性也會發生變化。

表4 谷朊粉添加量對TGase含混合粉糊化特性的影響Table 4 Effect of gluten addition on gelatinization properties of TGase containing mixed powder

圖7 谷朊粉添加量對含TGase混合粉面團G′的影響Fig.7 Effect of gluten addition on dough G′ of mixed flour containing TGase

圖8 谷朊粉添加量對含TGase混合粉面團G″的影響Fig.8 Effect of gluten addition on dough G″ containing TGase mixed flour

2.8 谷朊粉添加量對含TGase混合粉糊化特性的影響

由表4可知,在混合面粉中加入谷朊粉,混合粉面團的峰值黏度、谷值黏度、最終黏度、衰減值均呈現增大趨勢。谷朊粉的加入導致回生值減小,說明谷朊粉能夠有效的減小淀粉的回生進程?；厣捣从沉嗣娣酆蟮矸鄯肿又匦陆Y晶的程度[20-21]。

在含有谷朊粉的混合粉中添加0.6 U/g TGase后,混合粉面團糊化的峰值黏度、最終黏度、衰減值均出現增大現象,由于TGase的加入,使得谷朊粉與面粉中本來含有的蛋白質和多肽之間形成新的共價鍵并進行連接,充實面團的整個面筋結構形成更加緊密、持水能力提高、淀粉糊化程度提高[22-23]。在添加有0.6 U/g TGase的混合粉中添加8.0%的谷朊粉,混合粉面團的綜合特性最佳。

3 結論

在混合粉中添加TGase后,當添加量為0.6 U/g時,混合粉面團的吸水率、形成時間、穩定時間均達到最大值,分別為89.7%±0.39%、4.4±0.39 min、2.6±0.35 min,且彈性模量G′與粘性模量G″達到最大值。隨著TGase含量增加,混合粉峰值、谷值與最終粘度均增大,回生值在TGase 0.6 U/g時達到最小值702.1±86.5 cP。

在混合粉中添加谷朊粉,混合粉面團濕面筋含量增加,混合粉吸水率、形成時間、穩定時間出現明顯增大,且弱化度顯著減小?；旌戏勖鎴FG′和G″都有明顯的增大趨勢,峰值黏度、谷值黏度、最終黏度、衰減值均增大。在含有8%谷朊粉混合粉中添加0.6 U/g TGase后,混合粉面團的弱化度達到最小值216±1.08 BU,衰減值達到534.2±54.5 cP,面團綜合特性最佳。