林江濤，郭曉丹，蘇東民,2

（1.河南工業(yè)大學糧油食品學院，河南鄭州 450000）（2.鄭州輕工業(yè)大學食品與生物工程學院，河南鄭州 450000）

和面過程是面粉與水充分混合形成面團的必經(jīng)階段。依據(jù)蛋白質的親水性，面筋蛋白吸水膨脹形成的面筋作為支撐面團立體的骨架，在面團的形成中起到重要作用[1]。Baudouin等發(fā)現(xiàn)在水與能量的輸入下，水分子進入蛋白質分子內部，與內部非極性基團發(fā)生排斥作用，導致非極性基團外翻，外翻后與外面的極性基團發(fā)生內聚作用，肽鏈相互交織形成復雜聚合物麥醇溶蛋白與麥谷蛋白[2]。二者吸水膨脹形成復雜的立體網(wǎng)狀結構，作為面團的骨架使面團保持一定的形狀并維持面團特性[3]。在面團的均質化作用下，吸水膨脹的淀粉顆粒通過氫鍵作用開始形成淀粉-水-淀粉體系，此時面團形成大而較為空洞的面筋網(wǎng)絡。在攪拌力的作用下，面筋網(wǎng)絡不斷展開，將膨脹的淀粉顆粒包裹于其中，逐漸形成具有延伸性與彈性的面團[4]。即在整個和面過程中水分充分滲透至小麥粉顆粒內部，促進蛋白質、淀粉吸水的充足性和均勻性，才保證了面筋網(wǎng)絡能在和面過程中充分形成[5]。

實踐表明不同品種的小麥粉在同樣的和面條件下形成面團時消耗的時間不同，即涉及到小麥粉吸水速率的問題。小麥粉吸水速率分為靜態(tài)吸水速率與動態(tài)吸水速率。王明潔等人將高、中、低筋小麥粉放置在不同溫度與濕度條件下測量小麥粉的靜態(tài)吸水速率，研究發(fā)現(xiàn)面筋含量對靜態(tài)吸水速率無顯著性影響[6]。動態(tài)吸水速率即小麥粉遇水并在攪拌力作用下成團的速率，其可分為瞬時吸水速率與平均吸水速率。目前尚無測定小麥粉吸水速率的儀器，通過文獻知粉質儀的測試結果中有加水量與形成時間，可以作為表征吸水速率的參數(shù)[7]。即含有14%水分的小麥粉所能吸收的水量除以當小麥粉面團達到最大稠度時的時間，將其比值定義為小麥粉吸水速率。受限于檢測儀器的局限性本文研究對象為動態(tài)平均吸水速率。吸水速率可用來描述同等重量的小麥粉從加水開始到和制成為一定稠度特性的面團快慢的能力。本文以不同吸水速率的小麥粉為研究對象，通過對其粗蛋白含量、面筋蛋白含量、濕面筋含量、面筋指數(shù)、氨基酸含量進行測定并觀測面團內部微觀網(wǎng)絡結構變化，來分析蛋白質含量和特性對小麥粉吸水速率的影響。

1 材料與方法

1.1 原料

克明高筋、低筋小麥粉，豫糧集團濮陽專用面粉有限公司；金像小麥粉，江蘇南順食品有限公司；百鉆中筋、低筋小麥粉，安琪酵母股份有限公司；維良中筋小麥粉，青島維良食品有限公司；福臨門中筋小麥粉、麥芯粉，中糧面業(yè)（海寧）有限公司；思豐超級雪花粉，新鄉(xiāng)市思豐粉業(yè)有限公司；新良低筋小麥粉，新鄉(xiāng)市新良糧油加工有限公司。

1.2 儀器與設備

FA2204B型電子天平，上海越平科學儀器（蘇州）制造有限公司；MJ-Ⅲ型面筋數(shù)量和質量測定儀，杭州大成光電儀器有限公司；MJZ型面筋指數(shù)測定儀，杭州大成光電儀器有限公司；L550型醫(yī)用離心機，湖南湘儀實驗室儀器開發(fā)有限公司；SHZ-B型水浴恒溫振蕩器，上海博訊醫(yī)療生物儀器股份有限公司；Kjeltec 8400全自動凱氏定氮儀，瑞典福斯分析儀器公司；冷凍干燥機，北京博醫(yī)康實驗儀器有限公司；S-433(D)氨基酸分析儀，德國Sykam(賽卡姆)；810152自動型粉質儀，德國Brabender公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 小麥粉吸水速率的測定

參照GB/T 14614-2206，使用粉質儀法測定，選用300 g和面缽。

式中：V，小麥粉吸水速率，g/s；WZ，加水量，g；DDT，面團形成時間，s。

1.3.2 小麥粉中粗蛋白含量的測定

稱取0.35 g小麥粉放入消化管中，后加入0.5 g硫酸銅與4.5 g硫酸鉀，加入10 mL濃硫酸后放置在消化爐消化，冷卻消化管后用凱氏定氮儀進行測量。換算系數(shù)5.7。

1.3.3 面筋蛋白組分的提取及含量的測定

采用連續(xù)振蕩法提取面筋蛋白[8]。稱取1 g小麥粉于15 mL離心管中，加入10 mL蒸餾水，用玻璃棒攪拌成勻漿。將離心管放入50 ℃恒溫水浴振蕩0.5 h。后4000 r/min離心20 min，上清液倒入50 mL離心管中。用蒸餾水洗殘渣2次，每次加水10 mL，水浴振蕩10 min，離心10 min，上清液并入提取液中，此為清蛋白組分。上述殘渣中加入10 mL 10%的氯化鈉溶液，同前方法提取離心，上清液并入提取液中，此為球蛋白組分。

向上述殘渣中加入10 mL 75%乙醇，先放入50 ℃水浴振蕩5 min，后在5 ℃下水浴振蕩30 min。同前離心。用乙醇洗殘渣兩次，每次于25 ℃水浴振蕩5 min。上清液并入提取液中，此為麥醇溶蛋白組分。向上述殘渣中加入0.2%氫氧化鈉溶液10 mL，同清蛋白的方法提取離心。上清液并入離心管中，此為麥谷蛋白組分。

將麥醇溶蛋白與麥谷蛋白提取液倒入消化管后，后加入0.5 g硫酸銅與4.5 g硫酸鉀，加入10 mL濃硫酸后放置12 h。后續(xù)測定與粗蛋白步驟一致。

1.3.4 濕面筋含量及面筋指數(shù)的測定

參照GB/T 5506.2-2008進行濕面筋含量測定。參照LS/T 6102-1995進行面筋指數(shù)測定。

1.3.5 SDS沉降值及谷蛋白溶脹指數(shù)的測定

參照GB/T 15685-2011進行小麥沉降值測定。參照GB/T 26627.1-2011進行小麥谷蛋白溶脹指數(shù)測定。

1.3.6 氨基酸含量的測定

參照GB 5009.124-2016中的方法測定小麥粉中氨基酸含量。

1.3.7 面筋網(wǎng)絡微觀結構測定

采用共聚焦激光掃描顯微鏡（CLSM）對面團進行微觀結構的觀測，樣品制備參照Huang等人[9]的方法，并有改動。準確稱取10 g面粉，加5 mL蒸餾水，使用面筋儀和面3 min后制得1 cm3左右的小塊。-20℃冷凍24 h后，用冷凍切片機切成10 μm左右薄片置于載玻片上。室溫條件下用二甲基甲酰胺溶液制備羅丹明B（0.0025%）15 min后用蒸餾水沖洗掉多余染料。每個待測薄片進行4次不同部位觀測，所有樣品均在較高倍數(shù)（20×40）下進行觀察，以便給出更直觀的面團網(wǎng)絡結構形態(tài)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)結果以“平均值±標準偏差”來表示。采用SPSS 20軟件對數(shù)據(jù)進行顯著性分析，不同字母表示樣品間存在顯著性差異（p<0.05）。

2 結果與討論

2.1 不同品牌小麥粉吸水速率分析

如表1所示，不同品種小麥粉間吸水速率變幅為0.17~3.87，不同品種間差異性顯著，平均值為1.51。在下文的敘述中不同品牌的小麥粉將按吸水速率從低到高排序，V1~V10。

表1 不同品牌小麥粉吸水速率的差異Table 1 Determination of water absorption speed of wheat flour

2.2 不同吸水速率小麥粉的粗蛋白含量

小麥粉中的粗蛋白含量與面制品品質密切相關[10]。圖1表明，隨著小麥粉吸水速率的增大，其粗蛋白含量從13.25%降低到6.98%，顯著性下降（p<0.05）。粗蛋白含量下降，相應的其面粉中淀粉含量呈上升趨勢。淀粉的吸水量為自身重量的0.5倍左右，但因其較為疏松的內部空間，使得淀粉的吸水速率相對蛋白質來說較大[11]。Bean等人[12]研究發(fā)現(xiàn)小麥面粉蛋白質含量和不可溶的聚合體蛋白質含量高度相關，即面粉具有較高的蛋白質含量，可具有高含量的不可溶聚合體蛋白質。因此隨著小麥粉蛋白質含量的下降，其中能吸水形成濕面筋的水不溶性蛋白質也隨之下降。面筋含量越少，面團在攪拌時所受阻力越小，小麥粉越容易吸水。

圖1 不同吸水速率小麥粉中的粗蛋白含量Fig.1 Crude protein content in wheat flour at different water absorption speed

2.3 不同吸水速率小麥粉面筋蛋白含量

麥醇溶蛋白與麥谷蛋白相互交聯(lián)共同形成了面筋網(wǎng)絡，賦予面團黏彈性[13]。由圖2所示，在面筋蛋白的組成中，麥谷蛋白含量要顯著高于麥醇溶蛋白。同時隨著小麥粉吸水速率的增大，麥醇溶蛋白含量從4.02%下降到1.53%，麥谷蛋白含量從5.28%降低到2.77%，顯著性下降（p<0.05）。Ceresino等人[14]研究發(fā)現(xiàn)在面團的形成初期，麥谷蛋白首先吸水脹潤，麥醇溶蛋白逐漸脹潤，形成混亂不規(guī)則的面筋網(wǎng)絡結構。其后二者在攪拌力的繼續(xù)作用下使網(wǎng)絡結構得到規(guī)則伸展，形成光滑且富有粘彈性的面筋膜[15]。麥醇溶蛋白與麥谷蛋白的含量越高，形成的面筋膜的韌性越好。面團在形成的過程中，需要不斷被破壞已經(jīng)形成的面筋膜，才能讓吸水作用繼續(xù)進行。在相同的攪拌條件下，面筋膜的韌性越好，需要消耗的時間越多。因此隨著麥醇溶蛋白與麥谷蛋白含量的下降，其面筋膜的韌性也隨之下降，使面團的形成時間縮短，因此小麥粉的吸水速率也隨之增大。

圖2 不同吸水速率小麥粉中面筋蛋白含量Fig.2 Gluten protein content in wheat flour at different water absorption speed

2.4 不同吸水速率小麥粉濕面筋含量與面筋指數(shù)

當面粉加水后，水分開始與醇溶蛋白及麥谷蛋白分子外側的極性基團結合。Nutter等人[16]研究發(fā)現(xiàn)隨著蛋白質分子吸水過程的不斷延續(xù)，水分子滲入蛋白質分子內部，使內部非極性基團外翻，水化了的極性基團內聚，相互交織在一起，形成面筋網(wǎng)絡，并將面粉中的其它成分如淀粉和脂質包圍起來，形成獨特的具有粘彈性的面團。因此面筋的含量與質量對面團的品質有著決定性的作用。面筋指數(shù)是反映面團中面筋質量的標準，面筋指數(shù)越大，面筋質量越好，反之越差[17]。

由圖3可知，隨著小麥粉吸水速率的增大，濕面筋含量從38.81%降低到19.19%，顯著性下降（p<0.05）。面筋指數(shù)對吸水速率無顯著性影響。面筋形成過程主要是蛋白質分子通過氫鍵發(fā)生水合作用。由于水合作用，面筋蛋白產(chǎn)生一定的內聚性和黏附性。由2.3可知隨著小麥粉吸水速率的增加，其麥醇溶蛋白與麥谷蛋白的含量顯著性下降趨勢，因此導致了濕面筋含量的下降。面筋蛋白含量高即在面粉在成團攪拌過程中所形成的面筋膜的量及韌性越好，反之則面筋膜的質量較弱，容易被攪破，從而使小麥粉的吸水速率增加。

圖3 不同吸水速率小麥粉中濕面筋含量及面筋指數(shù)Fig.3 Content and gluten index of wet gluten in wheat flour at different water absorption speed

2.5 不同吸水速率小麥粉沉淀指數(shù)與谷蛋白溶脹指數(shù)

沉降值是懸浮液中的面粉面筋與表面活性劑SDS結合，在酸的作用下發(fā)生膨脹，形成絮狀沉積物。沉淀值是反映面筋蛋白質數(shù)量及質量的一個綜合指標，沉降值越大，表明面筋的量多或者質較好[18]。谷蛋白溶脹指數(shù)（SIG）反映谷蛋白的溶脹特性，趙清宇等人[19]研究發(fā)現(xiàn)谷蛋白溶脹指數(shù)是不溶性谷蛋白含量（GMP）和谷蛋白含量的一個間接反映指標。

由圖4可知，隨著小麥粉吸水速率的增大，沉降值從69.50 mL降低到32.50 mL，谷蛋白溶脹指數(shù)從5.24%下降到3.33%，顯著性下降（p<0.05），且沉降值與SIG有較強的相關性。從2.4可知面筋含量隨小麥粉吸水速率增大呈下降趨勢，這與前人研究一致，沉降值與面筋蛋白含量有極強的相關性。在向面粉中加入SDS乳酸溶液后，不溶性谷蛋白很快就處于溶脹和完全溶脹的階段，而可溶性谷蛋白此時正處于溶脹和分解的階段。當谷蛋白含量較高時，谷蛋白的溶脹量與離心后的沉淀量越大，從而SIG越大。沉降值與SIG與小麥粉的吸水速率皆呈負相關，因此可以作為衡量小麥粉吸水速率的重要指標。

圖4 不同吸水速率小麥粉沉降值與谷蛋白溶脹指數(shù)Fig.4 Settlement values of wheat flour at different water absorption speed and glutenin swelling index

2.6 不同吸水速率小麥粉中氨基酸含量

由表2可知小麥粉中谷氨酸、脯氨酸、亮氨酸含量較高。隨著小麥粉吸水速率的增大，天冬氨酸、蘇氨酸、絲氨酸、纈氨酸、異亮氨酸含量顯著性下降（p<0.05），其余氨基酸含量呈現(xiàn)部分下降趨勢。Dangi等人[20]研究表明，麥醇溶蛋白多由非極性氨基酸組成，其中含量豐富的谷氨酸主要以谷氨酰胺的形式存在，谷氨酰胺和非極性氨基酸以氫鍵方式鍵合蛋白質。半胱氨酸含量雖少，但大部分是以氧化的形式存在，即游離巰基在面粉的加工過程中形成分子間二硫鍵，這對面筋結構的形成有著重要作用。同時極性氨基酸以靜電的方式鍵合蛋白質[21]。麥谷蛋白亞基之間憑借二硫鍵形成大分子聚合體，并通過非共價力等連接成緊密、有序的三維結構，而體積較小的球狀麥醇溶蛋白則通過氫鍵和疏水鍵結合到麥谷蛋白形成的網(wǎng)絡主干結構中[22]。谷氨酸含量從4.54%降低到2.48%、脯氨酸含量從1.40%降低到0.83%、半胱氨酸含量從0.14%降低到0.04%，因此隨著氨基酸含量的下降，蛋白質分子間的作用力隨之下降，使蛋白質的結構相對較差，從而面筋蛋白的結構韌性變弱，相對較易形成面團，從而使小麥粉的吸水速率增大。

表2 不同吸水速率小麥粉中氨基酸含量變化Table 2 Changes of amino acid content in wheat flour at different water absorption speed

2.7 不同吸水速率對面團微觀網(wǎng)絡結構的影響

面筋蛋白在水合作用和能量輸入的條件下，形成連續(xù)立體的立體網(wǎng)狀結構并將淀粉顆粒包裹于其中[23]，這是面團形成的基礎。由于小麥粉的吸水速率不同，在相同的揉混條件下，面團達到的狀態(tài)也不盡相同。通過CLSM可以觀測面團內部面筋網(wǎng)絡的結構的差異。

如圖5所示，紅色部分是面筋網(wǎng)絡結構及水溶性蛋白質，小塊的橢圓或圓形黑色部分是淀粉顆粒，大塊不規(guī)則空隙為面團內部的空洞[24]。從圖中可以看出在吸水速率較小的小麥粉中，淀粉與蛋白的結合較為緊密，這可能是因為面筋蛋白含量較高，形成的面筋網(wǎng)絡更為緊致，將淀粉顆粒緊緊包裹。吸水速率較大的粉中，面筋網(wǎng)絡結構較為疏松，可能是因為淀粉含量較高，稀懈了面筋結構。因此面團內部結構緊密時水分不易滲入，導致小麥粉的吸水速率較低。而面團內部疏松多空時，水分更易滲入，故使小麥粉有較高的吸水速率。

圖5 不同吸水速率面團中的微觀網(wǎng)絡結構Fig.5 Microstructure of dough with different water absorption speed

3 結論

本文以不同吸水速率小麥粉為基礎，測定了粗蛋白含量、面筋蛋白含量、濕面筋含量、面筋指數(shù)、沉降值、谷蛋白溶脹指數(shù)、氨基酸含量及觀測了面團的微觀網(wǎng)絡結構。實驗結果表明蛋白質特性對小麥粉吸水速率有顯著性影響。蛋白質含量越高，小麥粉的吸水速率越低；面筋蛋白含量越高從而形成的面筋膜質量越好，使面團的形成消耗較多的時間；濕面筋含量隨吸水速率的增大而顯著性減小，面筋指數(shù)對吸水速率無顯著性影響；沉降值與谷蛋白溶脹指數(shù)與吸水速率呈顯著性負相關；小麥粉中半胱氨酸含量下降時會影響麥谷蛋白分子間的二硫鍵形成，導致分子間作用力下降，使面筋結構疏松，小麥粉吸水速率升高。同時面團內部結構也會對吸水速率產(chǎn)生影響，面團內部結構緊密時，水分子不易滲透，從而小麥粉吸水速率較低，反之則高。因此應當根據(jù)生產(chǎn)的實際需要，選擇適宜吸水速率的小麥粉。