曲 敏，王 宇，朱秀清，朱 穎，劉琳琳，黃雨洋，呂銘守，孫冰玉

谷朊粉基共混黏合體系的構建及在素肉餅中的應用

曲 敏，王 宇，朱秀清※，朱 穎，劉琳琳，黃雨洋，呂銘守，孫冰玉

（哈爾濱商業(yè)大學食品工程學院/黑龍江省普通高校食品科學與工程重點實驗室/黑龍江省谷物食品與谷物資源綜合加工重點實驗室，哈爾濱 150028）

谷朊粉經(jīng)水合作用形成面筋蛋白（Wheat Gluten Protein，WGP）網(wǎng)絡結構，具有良好的黏彈性和延展性，但加熱后其網(wǎng)絡結構易破裂，穩(wěn)定性較低。該研究利用谷朊粉、大豆分離蛋白（Soy Isolated Protein，SPI）、甲基纖維素（Methylcellulose，MC）、谷氨酰胺轉氨酶（Glutamine Transaminage，TG酶）的原料特性，建立植物蛋白、親水膠體、促凝膠酶的共混黏合體系，研究各組分對其理化性質、凝膠特性及結構的貢獻和影響。結果表明，隨著三種原料依次遞進加入WGP，混合體系中二硫鍵含量分別較前一組降低81.03%、升高248.50%和0.70%，游離巰基含量升高68.79%、降低28.90%和20.44%，表面疏水性升高5.07%、降低6.85%、再升高17.17%，高分子量麥谷蛋白組分分子量則逐漸增加；持水性升高5.25%、2.91%、2.79%，凝膠強度升高104.14%、24.66%、3.52%；共混凝膠的儲能模量和損耗模量均逐漸升高；TG酶加入后，阻止了螺旋逐漸向轉角、無規(guī)則卷曲的轉化，螺旋和折疊含量上升?？梢姽不祓ず象w系凝膠的分子間纏結點增多、凝膠性變強。雖然SPI的添加部分破壞了WGP網(wǎng)絡結構，但SPI、MC、TG酶增加了蛋白的聚集程度和凝膠強度。掃描電鏡觀察顯示，SPI鑲嵌在WGP網(wǎng)絡骨架中，形成半網(wǎng)絡半填充的新架構形式；隨著MC和TG酶的依次加入，在形成大量交聯(lián)絲狀結構的基礎上，局部形成連續(xù)膜狀結構將大豆拉絲蛋白（Soy Drawing Protein，SDP）粒子覆蓋。說明SDP粒子被完整、緊密地包裹于谷朊粉-SPI-MC-TG酶共混黏合體系中。利用此黏合體系制成SDP基素肉餅，依次向復水SDP中添加四種原料，顯示素肉餅的硬度、內(nèi)聚性、咀嚼性和彈性等均得以提升。因此，該研究建立谷朊粉基共混黏合體系是改善SDP為主要原料的素肉制品品質的有效方法。

凝膠；質構；谷朊粉；大豆分離蛋白；甲基纖維素；谷氨酰胺轉氨酶；共混黏合體系

0 引 言

谷朊粉又稱為活性面筋粉，主要由麥醇溶蛋白和麥谷蛋白組成，二種蛋白經(jīng)水合作用，通過共價和非共價鍵形成精細而緊密的的網(wǎng)絡結構，即面筋蛋白（Wheat Gluten Protein，WGP）[1]。在WGP中，蛋白質基質相對均勻，呈高度分枝狀，使其具有良好的黏彈性、延展性和薄膜成型性，其網(wǎng)絡結構為面制品的主要骨架，賦予面制品一定的形狀，并作為一種優(yōu)質原料在食品加工中被廣泛應用[2]。

由于WGP含有大量的疏水性氨基酸、分子間疏水作用區(qū)域較大，導致WGP溶解性、持水性較低，其網(wǎng)絡結構易破裂、穩(wěn)定性低[3]。大豆分離蛋白（Soy Isolated Protein，SPI）含有大量親水性羧基，吸水能力強，經(jīng)過熱誘導后形成膠束結構的凝膠，將SPI與WGP混合，SPI凝膠填充在WGP網(wǎng)絡中，形成的蛋白交聯(lián)網(wǎng)絡中存在較大的間隙和更多的不規(guī)則性，提高了WGP的持水性和韌性等[4]。因此，可利用SPI的凝膠性，將其與WGP復配，形成穩(wěn)定的交聯(lián)網(wǎng)絡骨架體系，同時，該骨架體系可捕獲產(chǎn)品體系中的脂肪和其他組分，提升了產(chǎn)品的咀嚼性、彈性等品質特性[5]?？ɡz、魔芋膠、黃原膠等不同結構的親水膠體經(jīng)常作為天然增稠劑被廣泛應用于增塑蛋白網(wǎng)絡的研究中。Maria等[6]將黃原膠、瓜爾豆膠、卡拉膠分別添加到小麥面團中，發(fā)現(xiàn)這些親水膠體提升了小麥面團的延展性、黏彈性，使WGP網(wǎng)絡更加緊密、沒有中斷。Azeem等[7]將黃原膠、SPI分別添加到小麥面團中，發(fā)現(xiàn)黃原膠和SPI增強了WGP的水結合能力、硬度，面筋交聯(lián)網(wǎng)絡結構增多。甲基纖維素（Methylcellulose，MC），是一種非離子性纖維素醚，MC鏈上含有具有疏水性的甲氧基和親水羥基，常溫下，MC通過羥基與水分子結合，形成圍繞甲氧基的“籠狀”結構，加熱后，這些結構會扭曲和斷裂，疏水區(qū)域暴露，形成由疏水相互作用驅動的聚集體[8]。MC通過氫鍵和疏水相互作用與蛋白質相結合形成凝膠，同時，由于親水膠體的水分競爭機制導致蛋白發(fā)生失水性聚集從而促進凝膠形成[8]。MC的特性及在食品中的應用正日益受到關注。近年來，應用親水膠體和促凝膠酶等形成的混合體系促進了植物蛋白形成穩(wěn)定的凝膠結構，提高了食品的質構特性和保水性。其中，谷氨酰胺轉氨酶（Glutamine Transaminase，TG酶）含有-羧酰胺基團可與植物蛋白的氨基相結合，催化蛋白質多肽發(fā)生分子內(nèi)和分子間發(fā)生共價交聯(lián)，提高植物蛋白的交聯(lián)和凝膠強度[9]。以上研究集中關注了植物蛋白、親水膠體和TG酶分別應用對食品品質特性的改善，但對于它們聯(lián)合應用形成共混體系的黏合作用機制鮮見報道。本研究以谷朊粉、SPI、MC、TG酶為研究對象，依次建立植物蛋白、親水膠體、促凝膠酶的共混體系，探究各組分對共混體系黏合特性的貢獻；以大豆拉絲蛋白（Soy Drawing Protein，SDP）為原料，與共混黏合體系混合，考察體系中各組分與SDP粒子的相互作用。此共混黏合體系可應用到以植物拉絲蛋白為原料的素肉產(chǎn)品中，改善素肉制品的品質特性，旨在為規(guī)模化工業(yè)生產(chǎn)提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

谷朊粉、大豆分離蛋白、甲基纖維素、谷氨酰胺轉氨酶，河南萬邦實業(yè)有限公司。磷酸氫二鈉，天津市天力化學試劑有限公司；考馬斯亮藍，上海邁坤化工有限公司；十二烷基硫酸鈉，北京生東科技有限公司；冰醋酸，上海豪申化學試劑有限公司；溴酚藍，沈陽先創(chuàng)化工有限公司；丙烯酰胺、雙丙烯酰胺、甘氨酸、過硫酸銨，天津市旭泰化學試劑有限公司；5,5?-二硫代雙（2-硝基苯甲酸）（5,5?-Dithiobis-(2-Nitrobenzoic Acid)，DTNB），上海阿拉丁有限公司；1-苯胺基-8-萘磺酸（1-Anilino-8-Naphthalene Sulfonic Acid，ANS）。

攪拌器，奧克斯責任有限公司；DK-8D型恒溫水浴鍋，上海一恒科學儀器有限公司；L2-4K型低速臺式離心機，湖南可成儀器設備有限公司；ESJ180-4型電子天平，上海恒平科學儀器有限公司；TA-XT2i型質構分析儀，英國StableMicroSystem公司；S-3400N型掃描電鏡，日本Hitachi公司；722G型可見分光光度計，上海精科有限公司；F97Pro型熒光光譜儀，上海凌光技術有限公司；FTIR-650型傅里葉紅外光譜儀，杭州格圖科技有限公司；DYCZ-24DN型電泳儀，北京六一儀器廠；MCR-102流變儀，奧地利安東帕公司；LGJ-12真空冷凍干燥機，寧波市雙嘉儀器有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 共混黏合體系凝膠的制備

參考Tian等[10]和林晗等[11]的方法并加以改進。將SPI、MC、TG酶依次加入到谷朊粉中，探究各組分在共混黏合體系中的黏合作用機制與貢獻。5種樣品，如表1所示，將谷朊粉與水以20∶100（g/mL）的比例混合，記為1號樣品；將SPI與水以20∶100（g/mL）的比例混合，記為2號樣品；將谷朊粉與SPI以9∶10的質量比例混合后，再與水以20∶100（g/mL）的比例混合，記為3號樣品；向3號樣品中加入0.6%MC（以混合蛋白干基為準），記為4號樣品；向4號樣品中加入1%TG酶（以混合蛋白干基為準），記為5號樣品。

表1 共混黏合體系凝膠樣品

以上5組樣品在4 000 r/min條件下攪拌5 min，放入55 ℃的條件下水浴30 min，90 ℃水浴30 min，制得共混黏合體系凝膠。經(jīng)冷凍干燥后粉碎過100目（孔徑0.15 mm）篩備用。

1.2.2 共混黏合體系理化性質的測定

1）二硫鍵的測定

參考榮薈等[12]的方法并進行改進。將1.2.1中制備的凍干粉配制成質量濃度為10 mg/mL的溶液，取400L溶液于10 mL離心管中，加入20L巰基乙醇和1.6 mL尿素-鹽酸胍溶液，于25 ℃恒溫水浴1 h后，于5 000 r/min條件下離心10 min，取出沉淀，清洗兩次，再離心。向離心后的沉淀中加入4 mL 0.01 mol/L、pH值8.0磷酸緩沖溶液和32L的DTNB，于25 ℃恒溫水浴1 h，于10 000 r/min下離心30 min，取上清液在412 nm處測定吸光度，即為總巰基含量。

將1.2.1中制備的凍干粉配制成濃度為10 mg/mL的溶液，取2 mL溶液加入等量的0.01 mol/L、pH值8.0磷酸緩沖溶液和67L的DTNB，于25 ℃恒溫水浴1 h，在10 000 r/min下離心30 min，取上清液在412 nm處測定吸光度，即為游離巰基含量。

式中412為吸光度值；為蛋白質溶液的濃度，mg/mL；為稀釋倍數(shù)。

2）表面疏水性的測定

參考石佳卉等[13]的方法并加以改進。將1.2.1中制備的凍干粉溶于0.01 mol/L pH值7.0的磷酸緩沖溶液中，并將蛋白濃度分別稀釋為0.5、0.25、0.125、0.062 5 mg/mL。每個濃度樣品取4 mL，分別與20L ANS溶液（0.01 mol/L pH值7.2磷酸緩沖溶液，8 mmol/L ANS）旋渦振蕩5 s，充分混勻后黑暗處理10 min 后進行測定。具體參數(shù)設置如下：激發(fā)波長390 nm；發(fā)射波長470 nm；狹縫寬5 nm。

3）SDS-PAGE凝膠電泳

參考江連州等[14]的方法并稍作修改。采用10%的分離膠，4%的濃縮膠來測量。將1.2.1中制備的凍干粉以2 mg/mL的質量濃度溶于8 mol/L尿素溶液中保持1 h，在5 000 r/min離心10 min；取10L上清液與10L還原型上樣緩沖液混合（含-巰基乙醇），在95 ℃下加熱5 min后，每個膠道上15L樣品。

1.2.3 共混黏合體系凝膠特性的測定

1）流變學性質的測定

取1.2.1中制備的適量凝膠于流變儀平板上，所選夾具為40 mm平板，溫度25 ℃，掃描頻率范圍為0.01～10 Hz，應變振幅為1%，記錄每個樣品的儲能模量（）和損耗模量（）。

2）凝膠強度的測定

采用質構儀對1.2.1中制備的凝膠進行凝膠強度檢測。選用P/0.5型號圓柱探針，測前速度1.0 mm/s、測試速率0.5 mm/s、返回速率10.0 mm/s；觸發(fā)力5.0 g、測試循環(huán)次數(shù)1次、測試距離10 mm。

3）持水性的測定

參考杜洪振等[15]的方法，測定1.2.1中制備的凝膠的持水性。將2 g凝膠樣品裝入離心管中，于4 ℃，10 000×的條件下離心15 min，稱取離心前后的質量。

式中1為離心前質量，g；2為離心后質量，g。

1.2.4 共混黏合體系凝膠二級結構的測定

將凝膠樣品與溴化鉀混合壓片，放入傅里葉紅外檢測器測樣口。掃描次數(shù)為32，分辨率為4 cm-1，掃描波數(shù)范圍為400～4 000 cm-1，所得數(shù)據(jù)采用Peakfit軟件進行分析。

1.2.5 共混黏合體系對拉絲蛋白粒子的作用觀察

將20 gSDP浸泡在45 ℃水中，復水30 min至無硬心后取出，瀝干水分后為干基的2.5倍。將復水的SDP放入斬拌機，斬拌3 min。向斬拌機中，分別加入3～5號樣品各13 g，慢慢攪拌至形成均勻、具有黏性的團狀物，記為樣品A、B、C。各組樣品轉入55 ℃水浴處理30 min后，90 ℃水浴30 min。參照朱秀清等[16]的方法，并加以改進。將樣品A、B、C分別切成約0.8 cm×0.6 cm×0.1 cm薄片，然后用pH值6.8戊二醛溶液進行固定，用pH值6.8磷酸緩沖溶液沖洗樣品，后進行脫水、干燥。將處理后的樣品均勻固定在貼膠的電鏡進樣臺上，進行噴金處理，在掃描電鏡（Scanning Electron Microscope，SEM）下觀察試驗結果。

1.2.6 共混黏合體系的應用

1）素肉餅的制備

參考李翠芳等[17]的研究方法并加以改進。將20 g SDP浸泡在含有0.05 g紅曲色素的45 ℃水中，復水30 min至無硬心后取出，瀝干水分后為干基的2.5倍。將復水的SDP放入斬拌機，斬拌3 min。向斬拌機中，分別加入15 g谷朊粉記為樣品1；加入15 gSPI記為樣品2；加入15 g谷朊粉與SPI的混合粉（混合比例9:10），記為樣品3；向樣品3中加入0.09 gMC記為樣品4；向樣品4中加入0.15 gTG酶記為樣品5，在所有樣品中加入20 g冰水、5 g植物油、0.05 g牛肉香精、1 g鹽，慢慢攪拌至形成均勻、具有黏性的團狀物，轉入55 ℃水浴處理30 min。混合原料用直徑8.5 cm、厚度10 mm的模具壓制成型，于100 ℃下蒸煮20 min，取出，室溫冷卻。

2）素肉餅蒸煮損失測定

將素肉餅切成3.0 cm×3.0 cm×2.0 cm的小塊，稱重。蒸煮后，取出在室溫下冷卻，再稱量。計算蒸煮前后樣品質量的變化。蒸煮損失按下式計算：

3）素肉餅質構測定

將素肉餅切成2.0 cm×2.0 cm×1.0 cm的小塊，利用質構分析儀對其進行分析。使用P50探針將樣品壓縮變形，觸發(fā)力5.0 g，預測速度5.0 mm/s，測試速度1.0 mm/s，測試后速度2.0 mm/s。

1.3 數(shù)據(jù)分析

每組試驗重復3次，試驗數(shù)據(jù)經(jīng)SPSS17.0軟件分析，在0.05水平上對試驗結果進行差異顯著性分析，用Origin 2018軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 共混黏合體系理化性質的測定結果

2.1.1 游離巰基和二硫鍵分析

WGP網(wǎng)絡主要是由麥谷蛋白和麥醇溶蛋白之間以二硫鍵相連形成的大分子纖維狀聚合體，當外界環(huán)境改變時，二硫鍵斷裂引起WGP網(wǎng)絡發(fā)生展開，進而解聚，巰基含量增加[18]。如圖1可知，1組二硫鍵含量最多，2組游離巰基含量較多，與1、2組相比，3組游離巰基含量顯著升高（<0.05），分別升高了68.79%、32.48%，二硫鍵含量顯著降低（<0.05），分別降低了81.03%、38.29%。

注：上標不同字母表示同一指標在0.05水平差異顯著；樣品編號1、2、3、4、5分別表示谷朊粉、SPI、SPI+谷朊粉、SPI+谷朊粉+MC、SPI+谷朊粉+MC+TG酶，下同。

可見，在雙蛋白凝膠形成的過程中，SPI的加入抑制了WGP分子間的二硫鍵連接，阻止WGP網(wǎng)絡結構的形成，同時，由于SPI分子內(nèi)部游離巰基含量較高，SPI的添加引起WGP游離巰基含量升高，這與Tian等[19]的研究結果一致，此外Tian等認為，SPI和WGP間通過二硫鍵連接形成凝膠聚合物。4組較3組，游離巰基含量下降28.90%，二硫鍵含量升高248.50%。MC加入后使二硫鍵明顯增多，可能是因為MC通過羥基、疏水相互作用與雙蛋白發(fā)生作用，且MC的吸水作用可促進雙蛋白聚集，導致游離巰基的部分包埋、向二硫鍵轉化，使雙蛋白凝膠網(wǎng)絡結構穩(wěn)定性進一步加強。這個結果印證了Li等[20]的研究，Li等在將黃原膠、卡拉膠、阿拉伯膠分別添加到大豆蛋白中發(fā)現(xiàn)，親水膠體與蛋白之間存在強烈的水分競爭關系，親水膠體吸附蛋白側鏈上的水形成凝膠，促進蛋白發(fā)生失水性交聯(lián)，導致二硫鍵含量上升。5組較4組，游離巰基含量下降20.44%，二硫鍵變化不大，升高了0.70%（＞0.05）。TG酶的加入引發(fā)了蛋白交聯(lián)，導致游離巰基降低、二硫鍵少量增加，對WGP-SPI-MC凝膠網(wǎng)絡起到進一步加固作用。因此，SPI與WGP結合導致WGP中的二硫鍵部分斷裂、減少，MC和TG酶的添加促進了WGP和SPI之間的交聯(lián)，相較于3組共混黏合體系中二硫鍵含量增加、游離巰基含量減少。

2.1.2 表面疏水性分析

蛋白質的大部分疏水殘基處于分子內(nèi)部，其結構的穩(wěn)定很大程度依賴于分子內(nèi)的疏水作用，蛋白質結構的重要特征是疏水與親水作用之間的平衡，這涉及二硫鍵、氫鍵等作用力以及蛋白質的折疊方式，當外界環(huán)境改變時，蛋白構象發(fā)生改變，疏水基團暴露，導致蛋白的表面疏水性增加[21-22]。由圖2可得，SPI的表面疏水性低于WGP，隨著SPI、MC、TG酶依次加入WGP，表面疏水性呈現(xiàn)先上升再下降再上升的趨勢，混合體系中表面疏水性的含量分別較前一組升高5.07%、降低6.85%、升高17.17%。可見，SPI的加入導致二硫鍵斷裂、疏水鍵暴露，表面疏水性顯著提高（<0.05）；MC與雙蛋白暴露出的疏水基團結合，導致蛋白質-多糖聚集體的形成，使得表面疏水性降低，此結論與Yuan等[23]提出的親水膠體含有大量的親水基團可加強與WGP的相互作用的研究一致。TG酶對WGP和SPI的促交聯(lián)作用，引起二硫鍵含量升高、疏水基團暴露，表面疏水性升高。因此，MC的加入使WGP-SPI體系中的表面疏水性下降，TG酶使WGP-SPI-MC體系中的表面疏水性上升。

圖2 表面疏水性檢測結果

2.1.3 SDS-PAGE凝膠電泳分析

WGP主要由麥谷蛋白和麥醇溶蛋白組成：麥谷蛋白亞基組成為高分子量麥谷蛋白（High Molecular Weight Glutenin，HMW-GS）與低分子量麥谷蛋白（Low Molecular Weight Glutenin Subunit，LMW-GS），分子量范圍分別為80～130 kDa和10～70 kDa；麥醇溶蛋白亞基組成為四類，其中亞基的分子質量范圍接近，約為30～50 kDa，亞基的分子質量范圍在45～75 kDa之間[4]。SPI主要由大豆球蛋白（Glycinin，11S）和-伴球蛋白（-conglycinin，7S）組成，其分子量范圍分別為14.4～43.0 kDa和43.0～97.4 kDa。其中11S的亞基組成主要分為酸性亞基（AS）、分子量約為38 kDa和堿性亞基（BS）、分子量約為17 kDa，二者通過二硫鍵連接；7S主要是由（分子量約為67 kDa）、?（分子量約為71 kDa）和（分子量約為50 kDa）三種亞基所組成[24]。

利用QUANTITY-ONE軟件對電泳圖進行分析。從圖3可以看出，與1、2組相比，3、4、5組中HMW-GS組的分子量組分明顯增大，亞基組分和LMW-G的較高分子量組分增大，并伴有40 kDa左右的組分出現(xiàn)，其余組分分子量減少或消失，說明SPI與WGP發(fā)生交聯(lián)互作，新組分的分子量大于WGP。而5組的相應變化略小。此結論與Zhang等[25]研究一致。Zhang等將SPI、TG酶依次添加到WGP中發(fā)現(xiàn)，SPI的加入使WGP分子量增大，TG酶處理后可使蛋白分子量變小。可見，SPI的加入可擾亂WGP網(wǎng)絡結構，并且SPI與WGP相交聯(lián)的可溶性部分較少，導致部分亞基消失。MC的加入，強化了蛋白之間的交聯(lián)，使蛋白產(chǎn)生聚集體，部分組分的分子量升高，TG酶則使大聚集體分散成均勻的小聚集體。

注：1-5泳道分別為：SPI、谷朊粉、SPI+谷朊粉、SPI+谷朊粉+MC、SPI+谷朊粉+MC+TG酶；HMW-GS為高分子量麥谷蛋白、LMW-GS為低分子量麥谷蛋白、α、β、γ、ω為麥醇溶蛋白的組成成分；AS為11S中的酸性亞基、BS為11S中的堿性亞基、α、α?、β為7S蛋白的組成成分。

2.2 共混黏合體系凝膠特性的測定

2.2.1 流變學特性檢測

圖4為凝膠樣品的頻率掃描結果，其中表示儲能模量，表述為凝膠的彈性，其值越大，凝膠受力后的復原力越強，同時，越大，凝膠中分子鏈的纏結點越多，表示損耗模量，通常與凝膠的黏性相關，其值越大，凝膠間越不易流動[26]。如圖所示，五組凝膠樣品的均大于，說明樣品是以彈性為主的凝膠體。其中，1、2組的和值最低，隨著SPI、MC、TG酶的依次加入，WGP的和逐漸升高，且5組較4組升高的最為明顯，其曲線的趨勢呈迅速上升后趨于平緩，即形成更牢固的凝膠網(wǎng)絡結構。說明，SPI、MC、TG酶的依次加入增加了凝膠體系中分子鏈的纏結點，增大凝膠化程度。MC、TG酶的存在增加了和的值，但雙蛋白曲線形態(tài)并未改變，因此，當凝膠形成時，蛋白仍然在共混體系中占主導地位。SPI的強吸水性和凝膠性增加了雙蛋白分子間的纏結點，提高蛋白凝膠的黏性、彈性。MC的增稠作用進一步提高雙蛋白凝膠的黏度，且MC與蛋白之間以氫鍵相連，也可能提高黏度，從而和的值得以提高。此結論與Zhang等[27]提出的親水膠體對WGP的流變學特性起協(xié)同作用的結論一致。TG酶的加入大幅度了提升雙蛋白分子間的交聯(lián)程度。孫樂常等[28]的研究表明TG酶能有效促進蛋白結構中二硫鍵形成，促進蛋白相互作用，因此和提高，形成凝膠性與穩(wěn)定性較好的凝膠。與本文的結論一致。

注：樣品編號1、2、3、4、5分別表示谷朊粉、SPI、SPI+谷朊粉、SPI+谷朊粉+MC、SPI+谷朊粉+MC+TG酶。

2.2.2 凝膠強度分析

凝膠強度通常用于客觀評估蛋白在形成凝膠時聚集和固定水的能力[29]。如圖5所示，SPI的凝膠強度高于WGP，且隨著SPI、MC、TG酶的依次加入，凝膠強度呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢，其中，5組達到最大值，混合體系的凝膠強度分別較前一組升高104.14%、24.66%、3.52%。結果表明，SPI、MC、TG酶均可提高WGP的凝膠強度。WGP網(wǎng)絡雖然表現(xiàn)為良好的黏度、延展性，彈性，但凝膠性和凝膠強度較低，SPI的熱凝膠性、吸水性較強，水合后快速形成膠束填充在面筋網(wǎng)絡中，從而提高WGP的凝膠強度。

圖5 凝膠強度檢測結果

MC不僅可通過羥基與蛋白發(fā)生相互作用，還可在熱凝膠過程中吸收自由水，增大凝膠面，從而形成穩(wěn)定有序的三維凝膠結構，改善雙蛋白凝膠強度。Xin等[30]也得到過類似結論，發(fā)現(xiàn)親水膠體促進蛋白基質之間的連接，從而協(xié)同WGP形成更為連續(xù)的網(wǎng)絡結構，提高WGP的凝膠強度。TG酶的交聯(lián)作用使共混黏合體系凝膠強度提升，其持水能力增強，王逢秋節(jié)等[26]的研究表明在豆腐凝膠中加入TG酶可顯著提升豆腐凝膠的保水性及凝膠強度。

2.2.3 持水性分析

持水性可表示凝膠對水的保持能力，它通常用于評估凝膠的質量[31]。如圖6所示，SPI的持水性高于WGP，且隨著SPI、MC、TG酶的依次加入，持水性呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢，5組達到最大值，混合體系的持水性分別較前一組升高5.25%、2.91%、2.79%。結合前文結果可知，SPI、MC、TG酶的加入，使WGP凝膠體系中分子鏈的纏結點增多，凝膠強度增強，從而提高其持水能力。WGP溶于水后形成纖維狀凝膠網(wǎng)絡，SPI通過共價和非共價作用填充在連續(xù)相凝膠網(wǎng)絡上形成雙蛋白凝膠[7]，因SPI吸水性更高，故增強了雙蛋白凝膠體系的親水性，使WGP持水性上升[4]。蛋白凝膠的持水能力受到許多因素的影響，包括水合、疏水相互作用等[32]。MC的吸水性是影響雙蛋白凝膠體系持水性的因素。MC的加入可能會在凝膠的過程中吸收凝膠網(wǎng)絡中的自由水，從而促進蛋白-蛋白之間的相互作用以形成更為緊密的三維網(wǎng)絡。同時，MC的強吸水性可提高共混黏合體系凝膠的水結合能力，這與Wu等[32]探究親水膠體對魚糜凝膠作用的研究結果一致。

圖6 持水性檢測結果

2.3 共混黏合體系凝膠二級結構的測定

蛋白的二級結構是由主鏈上酰胺基和羰基之間形成的氫鍵維持的，主要由4種構象組成：螺旋和折疊所代表的有序結構，轉角和無規(guī)卷曲所代表的無序結構[33]。螺旋結構向折疊結構的轉變是蛋白凝膠化的基礎，無序結構是蛋白聚集的標志，轉角大部分存在分子表面，穩(wěn)定其鄰近的肽段，從而提升凝膠的韌性，蛋白的凝膠特性由蛋白二級結構的相對含量決定[34]。圖7a，分析酰胺I帶1 600～1 700 cm-1，經(jīng)過去卷積和擬合，得到二級結構的含量變化見7b。由圖7b可知，隨著SPI、MC的依次加入，折疊、轉角、無規(guī)則卷曲比例呈上升趨勢，螺旋呈下降趨勢，TG酶加入后，螺旋和折疊所代表的有序結構上升，轉角、無規(guī)則卷曲所代表的無序結構下降。可見，SPI、MC與WGP作用使蛋白二級結構的折疊和無序結構增加，形成蛋白聚集體，促進蛋白凝膠化。TG酶的添加使蛋白二級結構的無序結構向有序結構發(fā)生轉變，WGP和SPI形成的雙蛋白體系穩(wěn)定性得以提高，其凝膠性進一步增強。這與Tian和Chen等的研究結果一致[35-36]。Tian等將SPI添加到面筋蛋白中發(fā)現(xiàn)，SPI通過二硫鍵和疏水鍵與面筋蛋白形成大分子凝膠聚合物，導致螺旋含量下降，折疊和無規(guī)則卷曲含量增加。Chen等將凝乳聚糖加入到魚糜蛋白中發(fā)現(xiàn)，親水膠體通過游離羥基與蛋白質結合，促進蛋白凝膠化，使二級結構螺旋向折疊轉變。因此，將SPI、MC添加到谷朊粉中，均引起共混體系中折疊含量的增加，即引起蛋白質聚集和凝膠行為。而MC和TG酶介導下的WGP和SPI體系中螺旋和折疊的有序結構上升，使雙蛋白體系的穩(wěn)定性獲得提高。

注：樣品編號1、2、3、4、5分別表示谷朊粉、SPI、SPI+谷朊粉、SPI+谷朊粉+MC、SPI+谷朊粉+MC+TG酶。

2.4 共混黏合體系對拉絲蛋白粒子的作用

利用SEM進行結構表征可以反映蛋白質交聯(lián)的程度[31]。如圖8所示，當僅含有谷朊粉、SPI、SDP時，圖8a可觀察到，在三蛋白體系中，WGP是主要網(wǎng)絡骨架，SPI交聯(lián)其上、對WGP網(wǎng)絡起支撐作用，形成半網(wǎng)絡半填充的新架構形式共同包裹SDP粒子。但蛋白交聯(lián)網(wǎng)絡分布不均、部分間隙過大，對SDP粒子的包裹不完全；加入MC后（圖8b），體系中出現(xiàn)絲狀結構，使蛋白交聯(lián)網(wǎng)絡密度增大，并變得均勻、孔隙減小，WGP-SPI交聯(lián)網(wǎng)絡呈現(xiàn)出了強有力牽引的絲狀立體網(wǎng)絡結構，將SDP粒子更緊密的包裹，但仍有部分SDP粒子暴露在表面；再加入TG酶后（圖8c），體系表面出現(xiàn)了連續(xù)的蛋白膜，蛋白膜與絲狀結構相互交織成網(wǎng)狀薄膜，使SDP粒子完全包裹在其中。Jun等[37]將大豆蛋白、TG酶依次加入到大麥面團中進行SEM觀察時發(fā)現(xiàn)，添加TG酶后，WGP與大豆蛋白的雙蛋白網(wǎng)絡結構變得光滑、致密和連續(xù)。這與本文的研究結果一致。因此，SPI、谷朊粉、MC和TG酶相互作用，提高了共混黏合體系的凝膠強度、保水能力，形成更致密、更均勻的凝膠網(wǎng)絡，將SDP粒子均勻包裹。

如圖9所示，谷朊粉水合后，在二硫鍵、疏水作用、氫鍵等作用下形成WGP多聚體網(wǎng)絡結構，作為共混黏合體系的骨架[3]。SPI含有大量的親水基團，經(jīng)水合加熱后，蛋白質分子受熱變性，蛋白鏈展開，同時高溫加快蛋白質分子熱運動，有助于蛋白質間活性基團的相互交聯(lián)，冷卻后，熱動能的降低有助于重新聚集、締合，形成蛋白凝膠[38]。添加SPI后，SPI形成的膠束結構凝膠，通過二硫鍵、疏水作用等共價、非共價的形式與WGP結合，鑲嵌在WGP網(wǎng)絡中，形成半網(wǎng)絡半填充的新架構形式；盡管SPI的添加導致面筋網(wǎng)絡結構部分解聚，面筋網(wǎng)絡孔徑增大、二硫鍵含量下降、表面疏水性升高，但卻使其持水性和凝膠強度得以提高。依次添加MC后，MC溶于水后迅速膨脹形成凝膠網(wǎng)絡，由于MC的水分競爭導致雙蛋白發(fā)生失水性聚集促進凝膠，同時，MC可通過氫鍵和疏水相互作用與蛋白質相結合形成交聯(lián)網(wǎng)絡，MC與蛋白強烈的交互作用阻礙了SPI對WGP網(wǎng)絡造成的解聚現(xiàn)象。再添加TG酶后，進一步誘導促進了SPI和WGP氨基酸之間的交聯(lián)，使骨架網(wǎng)絡結構緊密，并局部形成連續(xù)膜結構，提高蛋白交聯(lián)網(wǎng)絡的強度、保水能力，形成更致密、更均勻的凝膠網(wǎng)絡將SDP粒子完整、緊密包裹。

注：箭頭指向SDP粒子。

圖9 共混體系的黏合及對SDP粒子的作用機制圖

2.5 共混黏合體系對素肉餅品質的影響

從圖10和表2可知，隨著SPI、MC和TG的依次加入，素肉餅的彈性、硬度、咀嚼性均明顯升高，蒸煮損失呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。其中，1組素肉餅表面粗糙、孔隙較大；2組素肉餅過于細膩、缺乏肉感；3組素肉餅結構更加緊實，但SDP顆粒分布不均、表面孔洞粗大；4組素肉餅SDP顆粒分布較為均勻，但外觀仍有缺口；5組素肉餅外觀完整、緊實，表面細膩。因此，谷朊粉、SPI、MC和TG的依次添加，使素肉餅逐漸增加了緊實感，硬度、咀嚼性和彈性等得以提升，而在MC和TG協(xié)同作用下，進一步促進了谷朊粉和SPI的交聯(lián)及與拉絲蛋白顆粒的連接，并提高素肉餅的這些品質特性，而回復性和內(nèi)聚性沒有因這些成分的添加受到影響。此結論部分與陳林等[39]提出的適量添加SPI可提高素肉香腸硬度的結論一致。

注：樣品編號1、2、3、4、5分別表示谷朊粉、SPI、SPI+谷朊粉、SPI+谷朊粉+MC、SPI+谷朊粉+MC+TG酶。

表2 質構特性和蒸煮損失檢測結果

注：同一列中不同小寫字母表示顯著性差異（<0.05）。

Note: different lowercase letters in the same column showed significant differences (<0.05).

3 結 論

本研究利用谷朊粉、大豆分離蛋白（Soy Isolated Protein，SPI）、甲基纖維素（Methylcellulose，MC）、谷氨酰胺轉氨酶（Glutamine Transaminase，TG酶）的原料特性，依次建立植物蛋白、親水膠體、促凝膠酶的共混黏合體系，研究發(fā)現(xiàn)：

1）隨著SPI、MC和TG酶依次遞進加入谷朊粉，混合體系中的二硫鍵呈現(xiàn)先下降后升高的趨勢，高分子量麥谷蛋白組分分子量和游離巰基呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，表面疏水性呈現(xiàn)先上升再下降再上升的趨勢；持水性、凝膠強度、儲能模量、損耗模量以及-折疊數(shù)值均逐漸上。說明在面筋蛋白（Wheat Gluten Protein，WGP）、SPI、MC和TG酶的貢獻下，共混黏合體系凝膠的分子間纏結點增多，蛋白的聚集程度和凝膠強度增加。

2）在WGP和大豆拉絲蛋白（Soy Drawing Protein，SDP）粒子中依次遞進加入SPI、MC和TG酶，掃描電鏡觀察結果顯示，在SPI鑲嵌WGP形成的半網(wǎng)絡半填充新架構基礎上，形成大量交聯(lián)絲狀結構，直至局部形成連續(xù)膜狀結構，將SDP粒子完整、緊密地包裹于谷朊粉、SPI、MC、TG酶共混黏合體系中。

3）將此共混黏合體系應用于素肉餅的制作，谷朊粉、SPI、MC和TG的依次遞進添加，使素肉餅的外觀及內(nèi)在品質逐漸改善，硬度、咀嚼性和彈性等得以提升。因此，建立谷朊粉基共混黏合體系是改善SDP為主要原料的素肉制品組織粗糙、肉質感差、易散不成型問題的有效方法。但在實際應用中可根據(jù)開發(fā)產(chǎn)品的特點，依據(jù)共混黏合體系的機理適當調整水的添加比例。

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Construction of gluten based blend adhesive system and its application in vegetable meat pie

Qu Min, Wang Yu, Zhu Xiuqing※, Zhu Ying, Liu Linlin, Huang Yuyang, Lyu Mingshou, Sun Bingyu

(/150028)

Wheat Gluten Protein (WGP) prepared by gluten through hydration build a great and compact network structure, which has great viscoelasticity, extensibility and film formability. However, the structure is easy to break after heating due to low stability and water-holding capacity. In this research, a blended system was established to contain the vegetable protein, hydrophilic colloid, and coagulating gelatinase using the wheat gluten, Soy Isolated Protein (SPI), Methylcellulose (MC), and Glutamine Transaminase (TG). It is vital to investigate the effects and relationship between above components of the physicochemical properties, gel properties and structure in the blended adhesion system. The results showed that the SPI, MC and TG were added step by step to WGP and the disulfide bond content in the mixed system decreased by 81.03%, increased by 248.50% and 0.70%, the free sulfhydryl group content increased by 68.79%, 28.90% and 20.44%. Meanwhile, the surface hydrophobicity increased by 5.07%, decreased by 6.85%, and increased by 17.17%, decreased by molecule weight of glutenin component increased gradually with the gradual addition of WGP into the mixed system. The water holding capacity increased by 5.25%, 2.91%, and 2.79%, and the gel strength increased by 104.14%, 24.66%, and 3.52%. When it comes to the molecular weight, SPI could perturb the WGP network structure, and the less soluble parts of SPI intersect with WGP leading to the disappearance of some subunits.The MC was added to strengthen the cross-linking between proteins, further producing increasing aggregates for the molecular weight, but the TG enzymes dispersed the large aggregates into the uniform small aggregates. During the progressive addition of the three fractions, the tangles of molecular chains in the gel system increased with the degree of gelation, and the storage modulus and loss modulus rise gradually.The TG enzyme was added to prevent the transforming of-helix structure into-turn and irregular coil structure, leading to the increase in the-helix and-sheet content. The intermolecular entanglement points of the gel in the blend bonding system promoted stronger gel property. This showed that the addition of SPI partially destructed the network structure of WGP, but the MC and TG enzymes would promote the aggregation degree and strength of proteingel. The gelstructure wasformed by SPI bind to the WGP covalent, disulfide bonds, and hydrophobic interactions. The MC was added to cause the double protein water loss aggregation through hydrogen bonding. The TG enzyme was further induced to promote the crosslinking between SPI and WGP to make the skeleton network structure closely. The SEM observation indicated that the SPI was embedded in the WGP network skeleton, forming a new architecture as half network and half filling. With the addition of MC and TG enzymes in turn, on the basis of a large number of cross-linked filamentous structures, local continuous membrane structures were formed to cover the particles by Soybean Drawing Protein (SDP).It showed that the SDP particles were completely and tightly wrapped in the gluten SPI-MC-TG enzyme blend adhesive system. The SDPbased meatloaf was made using this bonding system, and four raw materials were added to the rehydrated SDP in turn, which showed that the hardness, cohesion, chewiness, and elasticity of the meatloafwere improved. Therefore, it is an effective way to establish the glutenbased blending adhesive system for better quality meat products, particularly with the SDP as the main raw material.

gels; texture; gluten; soy isolated protein; methylcellulose; glutamine transaminage; mixed adhesive system

10.11975/j.issn.1002-6819.2022.19.031

TS251.93

A

1002-6819(2022)-19-0285-10

曲敏，王宇，朱秀清，等. 谷朊粉基共混黏合體系的構建及在素肉餅中的應用[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報，2022，38(19)：285-294.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2022.19.031 http://www.tcsae.org

Qu Min, Wang Yu, Zhu Xiuqing, et al. Construction of gluten based blend adhesive system and its application in vegetable meat pie[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2022, 38(19): 285-294. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2022.19.031 http://www.tcsae.org

2022-09-01

2022-09-30

黑龍江省“百千萬”工程科技重大專項（2021ZX12B04-01）

曲敏，博士，教授，研究方向為糧食化學與農(nóng)產(chǎn)品加工技術。Email：qumin777@126.com

朱秀清，碩士，教授，研究方向為蛋白質分子化學及大豆深加工。Email：xqzhuwang@163.com