劉瑞莉，陸啟玉，王法林，吳曉寅，谷艷平

（1 中央儲備糧漯河直屬庫有限公司 河南漯河462000 2 河南工業(yè)大學糧油食品學院 鄭州450000）

面條起源于我國，至今已有4 千多年的制作食用史，經(jīng)過多年的發(fā)展，不僅在全國各地形成了許多頗具地方特色的面條，還開發(fā)了方便面、生鮮面、冷凍熟面等新的面條品種[1]。目前面條的加工已實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，然而，由于我國通用小麥粉蛋白質(zhì)含量偏低，面筋質(zhì)量較差，使面條產(chǎn)品的斷條率較高，面條不耐煮，易糊湯，口感較差，因此，在面條加工過程中，科學合理地使用食品添加劑是改善面條的加工性能和食用品質(zhì)的主要途徑之一[2-3]。

磷酸鹽能改善或賦予食品某些優(yōu)異的性能，是面條中常用的改良劑[4]。面條加工過程中常用的磷酸鹽是復(fù)合磷酸鹽，是多種磷酸鹽的混合物，由于其組成成分的種類甚多，因此，往往根據(jù)其用途來調(diào)節(jié)添加比例。基于我國傳統(tǒng)面條的特點，通常選用六偏磷酸鈉、三聚磷酸鈉、焦磷酸鈉和磷酸二氫鈉4 種進行復(fù)合來調(diào)節(jié)面條品質(zhì)[5]。大量研究表明，不同復(fù)配比例的復(fù)合磷酸鹽，對面條品質(zhì)改善的效果各有不同，表明每種磷酸鹽的作用機理各有不同[6-7]。雖然磷酸鹽已在面條加工中廣泛使用，但是磷酸鹽對面條品質(zhì)的影響機理目前尚不明確，對其合理、安全使用缺乏科學指導(dǎo)。本試驗選用最常用的焦磷酸鈉（TSPP）、三聚磷酸鈉（STPP）和六偏磷酸鈉（SMP）3 種磷酸鹽，研究磷酸鹽單一種類、不同比例添加方式對面筋蛋白特性的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

面粉，鄭州金苑特一粉；石油醚，天津市天力化學試劑有限公司；焦磷酸鈉、三聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉，天津市科密歐化學試劑有限公司；無水乙醇，天津市天力化學試劑有限公司；溴化鉀（分析純），天津市天力化學試劑有限公司。

1.2 儀器、設(shè)備

MARS60 哈克旋轉(zhuǎn)流變儀，德國HAAKE 公司；Saxspace 小角X-散射儀，奧地利anton paar 公司；7504 紫外分光光度計，上海儀電分析儀器有限公司制造；IRPrestige-21 傅里葉變換光譜儀，日本島京公司；LGJ-10 冷凍干燥機，四環(huán)福瑞科儀科技發(fā)展有限公司；DT5-4B 離心機，北京時代北利離心機有限公司；GL-20G-Ⅱ冷凍離心機，上海安亭科學儀器廠；FW-200 高速萬能粉碎機，北京中興偉業(yè)儀器有限公司；JJSY30×8 圓型驗粉篩，上海嘉定糧油儀器有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 面筋蛋白的制備及其基本成分測定

1）面筋蛋白的制備 采用索氏抽提法，用石油醚進行脫脂處理，經(jīng)手洗將面筋蛋白與淀粉分離，置于冷凍干燥機中冷凍干燥，粉碎、研磨，過108 目篩，備用。

2）測定面筋蛋白基本成分 水分的測定采用GB/T5009.3-2010《直接干燥法》；粗蛋白含量的測定采用GB/T5009.5-2010《凱氏定氮法》；粗脂肪含量的測定采用GB/T14772-2008《索氏抽提法》；灰分的測定采用GB/T5009.4-2010《馬弗爐法》。

1.3.2 添加磷酸鹽的面筋蛋白流變學特性的測定面筋蛋白流變學特性的測定參照琚亞麗等[8]的方法并略有改動。稱取2.0 g 樣品于小燒杯中，加磷酸鹽溶液（0.0%，0.2%，0.4%，0.6%，0.8%，1.0%）2.0 mL，用玻璃棒攪拌使樣品粘連成較為規(guī)整的球狀，小心取出樣品，輕放于流變儀兩平行板之間，進行流變學性能的測定。設(shè)定兩平行板間隙1 mm，測量溫度25 ℃，以一定速度緩慢勻速使上板調(diào)至預(yù)設(shè)的測量位置，輕輕刮掉周圍擠壓出的多余樣品，然后對樣品進行應(yīng)力掃描和頻率掃描。

1.3.3 面筋蛋白溶液的制備 磷酸鹽處理面筋蛋白方法：稱取4.0 g 面筋蛋白于燒杯中，將磷酸鹽按比例（0.0%，0.2%，0.4%，0.6%，0.8%，1.0%）溶解到適量蒸餾水中，用玻璃棒攪拌使其與面筋蛋白混合均勻，然后用保鮮膜封住燒杯口，室溫放置半小時，使面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，置于冷凍干燥機中冷凍干燥，粉碎、過篩（108 目），封裝備用。

取0.5 g 上述面筋蛋白樣品，分別溶解于50 mL 0.5 mol/L 乙酸溶液中，置搖床搖動24 h。將溶解的樣品超聲處理15 s 后用冷凍離心機，以12 000 r/min 轉(zhuǎn)速，5 ℃離心30 min。采用A280nm紫外光吸收法測定上清液的蛋白質(zhì)含量，配制5 mg/mL 的面筋蛋白溶液。有研究表明，稀乙酸溶液是面筋蛋白的良好溶劑，可忽略溶劑的影響，即乙酸溶液不會對面筋蛋白分子鏈產(chǎn)生影響[9]。

1.3.4 面筋蛋白的小角X-散射（SAXS）試驗 測定面筋蛋白分子質(zhì)量參照文獻[9]方法并略有改動。將1.3.3 節(jié)中制得的樣品置于透明玻璃毛細管狀的樣品器中，將樣品器置于樣品槽中，在光源X射線散射站進行測定。

參數(shù)設(shè)定：溫度設(shè)定26 ℃，樣品器到成像板的距離261.2 nm，測定時間45 min。

當光源照射在樣品上，通過二維成像板探測器測量散射光強度隨散射角度的變化，得到樣品的X-小角散射（SAXS）空間分布譜。

1.3.5 面筋蛋白二級結(jié)構(gòu)的測定 采用傅里葉紅外光譜法，對面筋蛋白的二級結(jié)構(gòu)進行測定。將溴化鉀放在培養(yǎng)皿中，40 ℃恒溫干燥6 h，備用。稱取2.0 mg 1.3.3 節(jié)制備的不同磷酸鹽處理的面筋蛋白樣品，加入200～400 g 溴化鉀，將面筋蛋白樣品和溴化鉀在瑪瑙研缽中混合，研磨均勻，用紅外專用的壓片機壓片，使壓力60 kPa 下保持1 min，取下樣品壓片（呈均勻、透明狀），放入樣品室，在400～4 000 cm-1波段進行傅里葉紅外光譜（FTIR）掃描，掃描32 次，分辨率為4[10-11]。

1.3.6 試驗數(shù)據(jù)處理 將每個待測樣品均設(shè)3 次重復(fù)，采用SPSS 16.0 軟件方差分析，采用Duncan方法多重比較，顯著水平P＜0.05。采用WPS 作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 面筋蛋白基本成分

面筋蛋白基本成分如表1所示，經(jīng)凱氏定氮法測定提取的面筋蛋白中蛋白含量為85.08%，淀粉、灰分及脂肪含量較低，符合試驗的基本要求。

2.2 流變學特性

振幅掃描：設(shè)定溫度25 ℃，頻率1 Hz，對樣品進行振幅掃描，以確定樣品線性黏彈性區(qū)域，如圖1所示。當形變量大于1%時，樣品進入非線性黏彈性區(qū)域。為確保試驗過程中樣品面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不被破壞，設(shè)置形變量為0.8%。

表1 面筋蛋白的基本成分Table 1 Basic components of wheat gluten

圖1 面筋蛋白應(yīng)力掃描圖Fig.1 Stress scan of gluten

頻率掃描：在25 ℃條件下對樣品進行小振幅震蕩測試（即頻率掃描），采用的頻率范圍0.1～10 Hz，應(yīng)變振幅設(shè)置為0.8%，此時應(yīng)力為50 Pa。該值在所測樣品的線性黏彈性區(qū)域，測得的儲能模量（G'）、損耗模量（G"）分別表征對應(yīng)樣品的彈性和黏性，結(jié)果如圖2 至圖4所示。

由圖2a 可看出，當焦磷酸鈉添加量較低時，降低了面筋蛋白的儲能模量；當添加量超過0.4%時，顯著提高了面筋蛋白的儲能模量；當焦磷酸鈉添加量為0.8%時，面筋蛋白的儲能模量最高。由圖2b 可知，隨著焦磷酸鈉添加量的增加，面筋蛋白的損耗模量有所增加，當焦磷酸鈉添加量為0.8%時，損耗模量達最大值。添加焦磷酸鈉后，損耗角正切值均有所增大。

從圖3a 來看，三聚磷酸鈉的添加量過低或過高，均降低面筋蛋白儲能模量。當添加量分別為0.4%，0.6%時，面筋蛋白的儲能模量有所提高。從圖3b 可知，面筋蛋白的損耗模量與三聚磷酸鈉的添加量呈正相關(guān)關(guān)系。添加三磷酸鈉亦使損耗角正切值變大。

圖2 焦磷酸鈉對面筋蛋白流變學特性的影響Fig.2 Effect of TSPP on rheological properties of gluten

圖3 三聚磷酸鈉對面筋蛋白流變學特性的影響Fig.3 Effect of STPP on rheological properties of gluten

圖4 六偏磷酸鈉對面筋蛋白流變學特性的影響Fig.4 Effect of SMP on rheological properties of gluten

從圖4a 可知，添加不同比例的六偏磷酸鈉后，面筋蛋白的儲能模量均有所提高。當添加量為0.4%，0.8%時，儲能模量值均達較高水平。從圖4b可知，六偏磷酸鈉添加量對面筋蛋白損耗模量的影響與焦磷酸鈉相似，六偏磷酸鈉添加量為0.8%時，面筋蛋白損耗模量達到最大值。六偏磷酸鈉對損耗角正切值的影響與焦磷酸鈉、六偏磷酸鈉相似。

圖5 添加不同磷酸鹽后面筋蛋白在25 ℃、0.5 mmol/L 乙酸溶液中的散射曲線Fig.5 Scattering curves of gluten proteins with different phosphates at 25 ℃and 0.5 mmol/L acetic acid solution

對比圖2a、圖3a、圖4a 可知，磷酸鹽對面筋蛋白的儲能模量的影響不同，焦磷酸鈉的影響最為顯著，六偏磷酸鈉次之，三聚磷酸鈉的影響較小。用儲能模量表征面筋蛋白的彈性性能，通過適當添加焦磷酸鈉、三聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉均能改善面筋蛋白的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高面筋蛋白的彈性。由圖2b、圖3b、圖4b 可知，添加磷酸鹽均能提高面筋蛋白的損耗模量，增加面筋蛋白的黏性。這可能是由于添加磷酸鹽后，引入部分電荷，使面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)得以舒展，增強了面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)的黏彈性[8]。添加磷酸鹽后面筋蛋白流變學損耗模量G"與損耗角正切值tanδ 值均有所增大，且損耗角正切值始終小于1，這表明磷酸鹽雖使面筋蛋白體系的類固體特性減弱，但始終沒有改變面筋蛋白體系的類固體性質(zhì)[12]。

2.3 小角X-散射試驗結(jié)果

將添加不同磷酸鹽后制得的面筋蛋白溶解于0.5 mmol/L 乙酸溶液中，進行X-小角散射（SAXS）試驗，結(jié)果如圖5 和圖6 示。

圖5a、5b 和5c 分別顯示添加不同量焦磷酸鈉、三聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉后面筋蛋白的散射曲線，可以看出，當散射矢量q 值在0.16 nm-1左右時，所有樣品有1 個明顯的峰值，表明面筋蛋白結(jié)構(gòu)在溶液中完全展開，無分子間相互作用的影響，可忽略溶劑對面筋蛋白分子鏈的影響。

圖5a、5b 和5c 分別顯示添加焦磷酸鈉、三聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉后面筋蛋白Guinier 散射曲線。其中，橫縱坐標q 和I 分別表示散射矢量和散射強度。Guinier 散射曲線反映蛋白質(zhì)在溶液中的構(gòu)象。添加3 種磷酸鹽，在小角范圍內(nèi)，不同濃度下面筋蛋白溶液的q2-ln[I（q）]均滿足線性關(guān)系，表明面筋蛋白在乙酸溶液中呈相對單一的尺寸，有相近的構(gòu)象。

從圖6a、6b 和6c 可知，添加三聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉對面筋蛋白分子質(zhì)量無顯著影響，然而，添加焦磷酸鈉后蛋白質(zhì)的分子質(zhì)量略有增大趨勢，各添加量間無明顯差異。蛋白質(zhì)分子質(zhì)量分布較寬，而X-小角散射測定結(jié)果僅反映其分子質(zhì)量的平均變化值，這種變化主要集中在什么范圍，還有待研究。

圖6 不同磷酸鹽對面筋蛋白Guinier 散射曲線的影響Fig.6 Effect of different phosphates on the Guinier scattering curve of wheat gluten

2.4 面筋蛋白結(jié)構(gòu)

取1 600～1 700 cm-1段譜圖，用PeakFit v4.12軟件分析。先進行高斯去卷積處理，再由二階導(dǎo)數(shù)擬合得到特征峰。以特征峰的位置為參數(shù)，對酰胺Ⅰ帶進行曲線擬合，計算峰面積，確定面筋蛋白二級結(jié)構(gòu)含量所占的比例。添加3 種磷酸鹽后面筋蛋白傅里葉紅外光譜特征曲線如圖7所示。

圖7a、7b 和7c 分別表示添加焦磷酸鈉、三聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉后面筋蛋白的傅里葉紅外光譜特征曲線。可以看出，添加不同磷酸鹽后紅外曲線的走勢和出峰位置基本一致，而在酰胺Ⅰ帶位置擬合的各峰大小略有不同，表明磷酸鹽的添加未改變面筋蛋白的特征基團，而僅對各二級結(jié)構(gòu)的含量有所影響。

由表2 可知，添加焦磷酸鈉后，面筋蛋白體系中的β-折疊片層結(jié)構(gòu)與分子內(nèi)β-折疊結(jié)構(gòu)的含量均有所增加，當添加量為0.8%時，影響較為顯著；對無規(guī)則卷曲結(jié)構(gòu)、α-螺旋結(jié)構(gòu)無顯著的影響，而β-轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)與分子間非平面弱氫鍵結(jié)構(gòu)略有降低。β-折疊與α-螺旋結(jié)構(gòu)是蛋白中較為穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，添加焦磷酸鈉后面筋蛋白體系中β-折疊結(jié)構(gòu)有所增加，而β-轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)略有降低，這使面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定。面筋蛋白二級結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可能是引起面條質(zhì)構(gòu)性能——硬度、黏結(jié)性、咀嚼性增加的一個因素。這是由于添加焦磷酸鈉后，體系電荷增加，面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，部分β-轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為β-折疊和α-螺旋結(jié)構(gòu)，使面筋蛋白的二級結(jié)構(gòu)變得更加有序，最終表現(xiàn)為對面條質(zhì)構(gòu)特性的影響[13]。

由表3 可知，添加三聚磷酸鈉對面筋蛋白二級結(jié)構(gòu)影響較小，總體β-折疊結(jié)構(gòu)含量有所增加，α-螺旋結(jié)構(gòu)與分子間非平面氫鍵含量并無明顯變化，而β-轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)略有降低，說明三聚磷酸鈉雖對面筋蛋白二級結(jié)構(gòu)的影響較小，但使面筋蛋白的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定。

從表4 可知，添加六偏磷酸鈉，對面筋蛋白體系中各二級結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同的影響。當其添加量較低時，二級結(jié)構(gòu)中β-折疊片層結(jié)構(gòu)與分子內(nèi)β-折疊結(jié)構(gòu)含量均有所降低；當其添加量為0.6%時，隨著六偏磷酸鈉添加量的增加，β-折疊片層結(jié)構(gòu)與分子內(nèi)β-折疊結(jié)構(gòu)含量均增加。無規(guī)則卷曲結(jié)構(gòu)含量不受六偏磷酸鈉的影響。然而，α-螺旋、β-轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)以及分子間非平面弱氫鍵結(jié)構(gòu)隨六偏磷酸鈉添加量的增加，發(fā)生同樣的變化。當六偏磷酸鈉添加量較低時，隨著六偏磷酸鈉添加量的增加，α-螺旋、β-轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)以及分子間非平面弱氫鍵結(jié)構(gòu)含量均略有增加，當六偏磷酸鈉添加量超過0.4%時，隨著添加量的增加，α-螺旋、β-轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)以及分子間非平面弱氫鍵結(jié)構(gòu)含量隨之降低，說明添加一定量的六偏磷酸鈉后，面筋蛋白體系中的β-折疊結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為β-轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)，使面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)趨于不穩(wěn)定，這也可能是六偏磷酸鈉使面條硬度降低的因素之一。

從以上試驗結(jié)果來看，不同的磷酸鹽對面筋蛋白二級結(jié)構(gòu)的影響各有不同，添加焦磷酸鈉使得面筋蛋白二級結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定，添加三聚磷酸鈉對面筋蛋白二級結(jié)構(gòu)的影響較小，也使面筋蛋白二級結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定，而添加六偏磷酸鈉使面筋蛋白結(jié)構(gòu)更加不穩(wěn)定。綜上，在面條加工過程中磷酸鹽的種類及其添加量對面條的品質(zhì)有重要的影響。

圖7 面筋蛋白傅里葉紅外光譜特征曲線Fig.7 Fourier infrared spectrum characteristic curve of gluten

3 結(jié)論

本試驗結(jié)果表明：3 種磷酸鹽對面筋蛋白流變學特性有不同程度的影響。焦磷酸鈉的添加量過低或過高，均會降低面筋蛋白的彈性。當其添加量為0.4%，0.8%時，面筋蛋白的黏彈性有所增強。添加三聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉均提高了面筋蛋白的黏彈性。添加焦磷酸后，面筋蛋白平均分子質(zhì)量略有增加，而三聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉對其影響不顯著。添加焦磷酸鈉使面筋蛋白二級結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定。添加三聚磷酸鈉雖對面筋蛋白二級結(jié)構(gòu)的影響較小，但也使面筋蛋白二級結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定，而添加六偏磷酸鈉使得面筋蛋白結(jié)構(gòu)趨于不穩(wěn)定。

表2 焦磷酸鈉對面筋蛋白酰胺Ⅰ帶特征普帶歸屬及含量的影響Table 2 Effect of TSPP on the distribution and content of the gluten I branch

表3 三聚磷酸鈉對面筋蛋白酰胺Ⅰ帶特征普帶歸屬及含量的影響Table 3 Effect of STPP on the characteristics and content of fascinating amine I

表4 六偏磷酸鈉對面筋蛋白酰胺Ⅰ帶特征普帶歸屬及含量的影響Table 4 Effect of SMP on the characteristics and content of fascinating amine I