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        螺旋藻粉對(duì)面團(tuán)流變性質(zhì)及面筋結(jié)構(gòu)的影響

        2023-08-05 09:04:30呂瑩果李雪琴
        食品科學(xué) 2023年14期
        關(guān)鍵詞:螺旋藻小麥粉面筋

        李 平,呂瑩果,2,*,李雪琴,2,陳 潔,2

        (1.河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院,河南 鄭州 450001;2.河南省面制主食工程技術(shù)研究中心,河南 鄭州 450001)

        螺旋藻是一種高營養(yǎng)密度食品原料,其干粉蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%~70%,糖類質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%~23%,脂類質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%~13%,并含有豐富的鈣、鐵、鋅、鈉等礦物質(zhì)和微量元素、維生素和生物活性物質(zhì),被稱為21世紀(jì)最具營養(yǎng)價(jià)值的食物之一,也是“植物基蛋白”的優(yōu)秀來源[1]。螺旋藻粉作為食品配料在面制品中具有提高營養(yǎng)價(jià)值、增色、抗氧化、抗癌、降血糖、降血脂等功效[2],其應(yīng)用不僅符合健康理念而且滿足低碳、環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的消費(fèi)需求。

        已有將螺旋藻在面制品中應(yīng)用以提高其營養(yǎng)價(jià)值的研究。王宏[3]將螺旋藻粉添加到面粉中,制作出營養(yǎng)健康的螺旋藻饅頭;Mostolizadeh等[4]在意大利面的制作中添加螺旋藻粉,增加了意大利面的必需氨基酸和不飽和脂肪酸含量。Ahin[5]在餅干中加入螺旋藻,發(fā)現(xiàn)餅干的蛋白質(zhì)含量增加,營養(yǎng)價(jià)值提高。螺旋藻不僅能夠改善面制品的營養(yǎng)價(jià)值,還會(huì)影響面制品的加工特性與質(zhì)構(gòu)品質(zhì)。Shahsavani等[6]將螺旋藻添加到面條中,發(fā)現(xiàn)隨著螺旋藻的添加,面條的吸水性增加,面條的拉伸強(qiáng)度增強(qiáng),硬度降低,黏彈性得到改善;Zouari等[7]在制作意大利面時(shí)加入螺旋藻,由于面條面筋結(jié)構(gòu)的強(qiáng)化,使意大利面的硬度增加,蒸煮損失下降。Shobha等[8]指出,在無麩質(zhì)面條中添加螺旋藻粉有助于形成淀粉分散較好的蛋白質(zhì)基質(zhì),同時(shí)螺旋藻粉具有吸收水的能力,并將其保持在蛋白質(zhì)-淀粉網(wǎng)絡(luò)中,從而使面條具有較高的膨脹指數(shù)。面團(tuán)的流變學(xué)特性、面筋蛋白組成和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等對(duì)面制品的加工和品質(zhì)有重要影響,Uribe-Wandurrage等[9]測定了螺旋藻粉對(duì)面團(tuán)動(dòng)態(tài)流變學(xué)特性的影響,發(fā)現(xiàn)螺旋藻粉增大了面團(tuán)的硬度,增大了面團(tuán)的儲(chǔ)存模量(G′),降低了面團(tuán)的損耗模量(G″),顯著降低了面團(tuán)tanδ。Montevecchi等[10]的研究表明,螺旋藻粉增大了半全麥粉面團(tuán)的吸水率和韌性,面團(tuán)的面筋含量下降,可擴(kuò)展性顯著降低。

        目前相關(guān)研究主要集中在探討螺旋藻粉對(duì)面制品的營養(yǎng)、感官及質(zhì)構(gòu)品質(zhì)的影響,關(guān)于螺旋藻粉對(duì)面團(tuán)流變性質(zhì)和面筋結(jié)構(gòu)的影響研究不全面,理論機(jī)制研究缺失。因此,本實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)研究螺旋藻粉對(duì)小麥粉揉混特性、拉伸特性的影響,并通過面團(tuán)微觀結(jié)構(gòu)觀察、面筋蛋白傅里葉變換紅外光譜和十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳(sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis,SDS-PAGE)分析,探討螺旋藻粉對(duì)面團(tuán)流變學(xué)特性和面筋結(jié)構(gòu)的影響,以期為螺旋藻粉在面制品中的應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。

        1 材料與方法

        1.1 材料與試劑

        香滿園特一粉 益海嘉里(鄭州)食品工業(yè)有限 公司;螺旋藻粉(80 目)鄂托克旗德榮藻業(yè)有限責(zé)任公司;亮綠、四甲基乙二胺(tetramethylethylenediamine,TEMED)、2-硝基苯甲酸(2-nitrobenzoic acid,DTNB)(均為分析純)上海麥克林生化科技有限公司;碘、碘化鉀(均為分析純)山東佰仟化工有限公司;溴化鉀(光譜純)上海展云化工有限公司;考馬斯亮藍(lán)(分析純)上海華碩精細(xì)化工有限公司;丙烯酰胺(分析純)、甲叉雙丙烯酰胺(分析純)、Tris(分析純)、溴酚藍(lán)、甘氨酸、過硫氨酸(分析純)、脲(分析純)天津科密歐化學(xué)試劑有限公司;低分子質(zhì)量蛋白Marker 北京索萊寶科技有限 公司;SDS(分析純)天津市凱通化學(xué)試劑有限公司。

        1.2 儀器與設(shè)備

        JJ124BC型電子天平 常熟雙杰測試儀器廠;JHMZ200型針式和面機(jī) 北京東孚久恒儀器技術(shù)有限公司;LHS-100CL型恒溫恒濕培養(yǎng)箱 上海一恒科技儀器有限公司;PHS-25 TA-XT Plus型質(zhì)構(gòu)儀 英國Stable Micro System公司;E5型光學(xué)顯微鏡 寧波舜宇儀器有限公司;LGJ-10C型真空冷凍干燥機(jī) 四環(huán)福瑞科儀科技發(fā)展(北京)有限公司;505SS型揉混儀 美國National公司;THZ-82型水浴振蕩鍋 杭州旌斐儀器科技有限公司;H-1850型離心機(jī) 湖南湘儀實(shí)驗(yàn)室儀器開發(fā)有限公司;24EN型垂直電泳 北京市六一儀器廠。

        1.3 方法

        1.3.1 面粉揉混特性的測定

        面粉揉混參數(shù)根據(jù)AACC 54-40A標(biāo)準(zhǔn)[11]方法進(jìn)行測定,小麥粉面團(tuán)記為WF;添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%~10%(以混合粉總質(zhì)量計(jì))螺旋藻粉的面團(tuán)分別記為S1~S10;螺旋藻粉記為SP。

        將樣品倒入揉面缽中,加入適量的蒸餾水,固定揉面缽,利用Mixsmart程序,記錄揉混曲線并計(jì)算揉混參數(shù)。根據(jù)研究需要,選擇測定的參數(shù)包括峰值時(shí)間、8 min帶寬、峰值曲線面積、右側(cè)斜率。

        1.3.2 面團(tuán)、面筋蛋白的制備

        稱取100 g特一粉和一定質(zhì)量螺旋藻粉于針式和面機(jī)中,加入適量的蒸餾水和面至其最佳狀態(tài),形成面團(tuán)備用。

        將制備好的面團(tuán)手洗得到濕面筋,然后把濕面筋放入速凍機(jī)冷凍40 min,速凍好的濕面筋用真空冷凍干燥機(jī)干燥48~72 h,得到凍干的面筋蛋白。

        1.3.3 面團(tuán)拉伸特性的測定

        將制備好的面團(tuán),靜置5 min使其應(yīng)力松弛后,采用A/KIE拉伸測定標(biāo)準(zhǔn)探頭。參數(shù)設(shè)定:測前速率2.00 mm/s,測試速率3.30 mm/s,測后速率10.00 mm/s;應(yīng)變位移100.0 mm;自動(dòng)引發(fā),引發(fā)力5.0 g。具體操作:取10 g面團(tuán)進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn),將準(zhǔn)備好的面團(tuán)放置在模具里,壓成2 mm×60 mm的面團(tuán)條。取出面團(tuán)條立即用質(zhì)構(gòu)儀進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn),直至將面團(tuán)條拉斷,重復(fù)實(shí)驗(yàn)3 次。

        1.3.4 濕面筋含量的測定

        參照GB/T 5506.1—2008《小麥和小麥粉 面筋含量 第1部分:手洗法測定濕面筋》測定[12]。按下式計(jì)算濕面筋質(zhì)量分?jǐn)?shù),結(jié)果以每百克含水率為14%的小麥粉面筋含量表示:

        式中:m為濕面筋質(zhì)量/g;m1為每百克小麥粉水 分質(zhì)量/g;86為換算成14%基準(zhǔn)水分試樣的系數(shù);10為試樣質(zhì)量/g。

        1.3.5 面團(tuán)微觀結(jié)構(gòu)的觀察1.3.5.1 光學(xué)顯微鏡觀察

        將制備好的面團(tuán)放入冰箱冷凍2 h,用小刀切出呈現(xiàn)透明狀態(tài)的薄面片,將其展平鋪在載玻片上,用0.1%亮綠水溶液染色1 min,再用Lugol氏碘液(含0.33 g/100 mL I2)和0.67 g/100 mL KI染色1 min[13]。面筋蛋白被亮綠水溶液染成綠色,直鏈淀粉被Lugol氏碘液染成藍(lán)色,支鏈淀粉被染成紫色。蓋上蓋玻片,放在顯微鏡下于40 倍物鏡和10 倍目鏡下觀察后拍照。

        1.3.5.2 掃描電子顯微鏡觀察

        取冷凍干燥后的面團(tuán)切成表面平整的小面塊,面塊用戊二醛固定48 h,再用鋨酸固定2 h;CO2超臨界點(diǎn)干燥后,將樣品固定在樣品臺(tái)上。采用Hitachi IB-5離子鍍膜儀進(jìn)行噴金處理后,置于S-570掃描電子顯微鏡下放大2000 倍并拍照。

        1.3.6 面團(tuán)中游離巰基含量的測定

        參考石長碩[14]的方法,先用0.2 mol/L Tris-Gly緩沖溶液(pH 8.0,含有8 mol/L尿素、1% SDS、3 mmol/L乙二胺四乙酸)將-半胱氨酸配成2 mmol/L的標(biāo)準(zhǔn)溶液,然后將標(biāo)準(zhǔn)溶液梯度稀釋為0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06 mmol/L。分別取4 mL稀釋后的標(biāo)準(zhǔn)溶液加入0.1 mL 10 mmol/L DTNB溶液,混勻后在室溫下顯色20 min,在412 nm波長處測定溶液的吸光度,繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

        參考Chan等[15]的方法并進(jìn)行適當(dāng)修改。稱取不同螺旋藻粉添加量的凍干面團(tuán)樣品400 mg溶于10 mL 0.2 mol/L Tris-Gly緩沖溶液中,渦旋振蕩5 min后,5000 r/min離心15 min。取4 mL上清液,加入0.1 mL 10 mmol/L DTNB溶液,混和均勻,顯色20 min,在412 nm波長處測定吸光度,并通過L-半胱氨酸標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算溶液中游離巰基含量。按下式計(jì)算面團(tuán)中游離巰基含量:

        式中:n為根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算出的溶液中游離巰基含量/(μmol/mL);c為樣品質(zhì)量濃度/(g/mL)。

        1.3.7 面團(tuán)中二硫鍵含量的測定

        參考Chan等[15]的方法并進(jìn)行適當(dāng)修改。取1.3.6節(jié) 中離心后的上清液1 mL,加入0.1 mLβ-巰基乙醇和4 mL 0.2 mol/L Tris-Gly緩沖溶液,混勻后在室溫下靜置1 h,加入10 mL 12%三氯乙酸溶液,混勻靜置1 h后,4500 r/min離心15 min。倒掉上清液,加入5 mL 12%三氯乙酸溶液洗滌沉淀2 次,然后在沉淀中加入10 mL 0.2 mol/L Tris-Gly緩沖溶液,復(fù)溶后加入0.1 mL 10 mmol/L DTNB,顯色20 min,測定412 nm波長處的吸光度,通過L-半胱氨酸標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算溶液中總巰基含量。按下式計(jì)算面團(tuán)中總巰基含量:

        式中:n為根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算出的溶液中巰基含 量/(μmol/mL);c為樣品質(zhì)量濃度/(g/mL);V1為上清液體積/mL;V2為沉淀復(fù)溶后體積/mL。

        按下式計(jì)算面團(tuán)中二硫鍵含量:

        1.3.8 SDS-PAGE分析

        稱取5 mg面筋蛋白或螺旋藻粉樣品,溶于1 mL樣品緩沖液中,振蕩使其充分溶解后,煮沸5 min,10000 r/min離心5 min。利用垂直PAGE進(jìn)行分析,分離膠12%,濃縮膠5%,上樣量10 μL;設(shè)置初始電壓為80 V,待其將進(jìn)入分離膠時(shí)調(diào)至120 V,離底部1 cm左右時(shí)停止電泳。染色脫色處理后,使用Quantit One軟件對(duì)圖像進(jìn)行分析。

        1.3.9 傅里葉變換紅外光譜分析

        將制備好的面筋蛋白冷凍干燥后磨粉,過80 目篩,稱取1~2 mg樣品和干燥后的溴化鉀100 mg于研缽中,充分研磨均勻,壓片。然后將制得的均勻透明薄片轉(zhuǎn)移到傅里葉變換紅外光譜儀中進(jìn)行全波段(4000~400 cm-1)掃描,掃描次數(shù)為32 次。用Peakfit 4.12 軟件對(duì)1700~1600 cm-1吸收峰處圖譜依次進(jìn)行基線校正、高斯去卷積和二階導(dǎo)數(shù)擬合,分析面筋蛋白的二級(jí)結(jié)構(gòu)。

        1.4 數(shù)據(jù)處理

        數(shù)據(jù)采用SPSS 22.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,采用Waller-Duncan多重比較,P<0.05,差異顯著。用Origin 2021軟件繪制圖形。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 螺旋藻粉對(duì)面粉揉混特性的影響

        揉混參數(shù)主要反映面團(tuán)在揉混、攪拌過程中的面團(tuán)塑性、彈性和黏性特征,特別是中線峰值處的指標(biāo)與加工品質(zhì)密切相關(guān),是面團(tuán)流變學(xué)特性的重要參數(shù)[16]。由圖1可知,添加螺旋藻粉后面團(tuán)的揉混曲線有明顯的變化,添加量高于8%后,面團(tuán)的耐揉性質(zhì)明顯降低(圖1A10、A11)。

        圖1 添加螺旋藻粉的面粉揉混圖Fig.1 Mixographs of wheat flour with Spirulina powder

        由表1可知,添加螺旋藻粉之后,面團(tuán)的加水量和峰值時(shí)間增大。峰值時(shí)間代表了面團(tuán)形成所需要的攪拌時(shí)間,此時(shí)的面團(tuán)流動(dòng)性最小、可塑性最大,通常面團(tuán)和面時(shí)間越長,耐揉性越好[17]。添加螺旋藻粉后面團(tuán)峰值時(shí)間增大,可能是由于螺旋藻中的多糖、膳食纖維和面筋蛋白、淀粉顆粒競爭吸收水分,從而提高了吸水量,降低了淀粉顆粒和面筋蛋白的吸水速度,增加了和面時(shí)間。壇紫菜與螺旋藻同屬于可食用藻類,師文濤[18]研究發(fā)現(xiàn),面團(tuán)的形成時(shí)間隨著壇紫菜粉的增加呈上升趨勢,推測其中豐富的膳食纖維與面團(tuán)面筋蛋白競爭水分,與本研究結(jié)論相同。另外,小麥粉中的蛋白質(zhì)含量也會(huì)影響揉混曲線的峰值時(shí)間[19-20],趙惠賢等[21]指出,形成面團(tuán)的峰值時(shí)間和面粉的蛋白質(zhì)含量顯著正相關(guān),蛋白質(zhì)含量越高,峰值時(shí)間越長。螺旋藻中蛋白質(zhì)含量豐富,添加到小麥粉后使其總體蛋白質(zhì)含量提高,從而也可能提高峰值時(shí)間。8 min帶寬能夠反映面團(tuán)的面筋強(qiáng)度和黏度,帶越寬,表示面筋的強(qiáng)度越強(qiáng),面團(tuán)的黏度越小[22-23]。由表1可知,隨著螺旋藻粉的添加,8 min帶寬整體呈下降趨勢,說明螺旋藻粉降低了面團(tuán)的強(qiáng)度和黏度。但添加量為3%~4%時(shí),8 min帶寬有小幅度升高,說明此時(shí)螺旋藻粉在面團(tuán)中混合均勻,交聯(lián)性較好。峰值曲線面積是形成面團(tuán)所需要做功的一個(gè)量度[16]。添加螺旋藻粉后,峰值曲線面積呈增加趨勢,可能是因?yàn)樘砑勇菪宸酆螅鎴F(tuán)硬度增加,增大了面團(tuán)攪拌時(shí)的阻力。右側(cè)斜率一般是指峰值時(shí)間后1 min曲線的斜率,其絕對(duì)值越小,面粉的耐揉性越好[24]。由表1可知,隨著螺旋藻粉的添加,右側(cè)斜率的絕對(duì)值整體呈增大趨勢,說明螺旋藻粉的加入使面團(tuán)體系不穩(wěn)定,耐揉性變差。

        從揉混性質(zhì)來看,螺旋藻粉的添加總體上提高了面團(tuán)的吸水率、面團(tuán)形成時(shí)間和峰值曲線面積,形成面團(tuán)所需的能量增加,從揉混數(shù)據(jù)來看,少量添加螺旋藻粉能增強(qiáng)面團(tuán)耐揉強(qiáng)度,但添加量較高時(shí)面團(tuán)的耐揉性變差。

        2.2 螺旋藻粉對(duì)面團(tuán)拉伸特性的影響

        面團(tuán)拉伸特性是指面團(tuán)受力后發(fā)生形變,外力消失后,面團(tuán)表現(xiàn)出的彈性和可塑性[25]。拉斷力可以反映面團(tuán)的強(qiáng)度,拉斷距離可以反映面團(tuán)的延展性和可 塑性[26]。由圖2可知,添加螺旋藻粉后,面團(tuán)的拉斷力增加,拉斷距離降低。此結(jié)果表明螺旋藻粉的添加增強(qiáng)了面團(tuán)強(qiáng)度,增大了面團(tuán)被拉斷所需要的阻力,這和揉混特性中螺旋藻粉的加入增大了峰值曲線面積的結(jié)果一致,這可能是因?yàn)槁菪宸壑械纳攀忱w維吸水后發(fā)生膨脹,填充在面團(tuán)的面筋網(wǎng)絡(luò)中,增加了面團(tuán)的強(qiáng)度[27];同時(shí),螺旋藻粉的加入阻礙了面團(tuán)面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成,蛋白分子間的作用力降低,使面團(tuán)的延展性降低,拉斷距離降低。田海娟等[28]的研究表明,紫蘇葉中膳食纖維含量較高,會(huì)增大面團(tuán)的拉斷阻力,降低面團(tuán)的延展度,與本研究結(jié)果一致。張?jiān)虑傻萚29]指出,香菇粉阻塞了面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),使面團(tuán)變硬,導(dǎo)致面團(tuán)的拉斷阻力變大,延伸度變小。

        圖2 螺旋藻粉添加量對(duì)面團(tuán)拉伸性能的影響Fig.2 Effect of Spirulina powder addition on tensile properties of dough

        2.3 螺旋藻粉對(duì)面團(tuán)濕面筋含量的影響

        面粉揉混特性和面團(tuán)流變學(xué)性質(zhì)的變化可能與面筋蛋白的含量和強(qiáng)度有關(guān)[30]。由圖3可知,添加螺旋藻粉后,混粉面團(tuán)濕面筋含量顯著降低(P<0.05),添加量高于6%后濕面筋含量下降趨勢愈發(fā)迅速。直觀來看,這是因?yàn)槁菪宸廴〈瞬糠中←湻郏軌蛐纬蓾衩娼畹柠湽鹊鞍缀望湸既艿鞍缀拷档?。為了進(jìn)一步說明螺旋藻粉添加對(duì)面筋形成的影響,將混粉面團(tuán)的濕面筋含量與除去螺旋藻粉的小麥粉面團(tuán)(即100%、98%、96%、94%、92%、90%小麥粉)的濕面筋含量對(duì)比,發(fā)現(xiàn)當(dāng)螺旋藻粉的添加量為2%和4%時(shí),混粉面團(tuán)濕面筋含量相對(duì)于98%和96%的純小麥粉面團(tuán),濕面筋含量并沒有顯著降低,說明螺旋藻粉添加量為2%和4%時(shí),其對(duì)面筋蛋白形成的負(fù)面影響較小。但當(dāng)螺旋藻粉的添加量達(dá)到6%和8%時(shí),混粉面團(tuán)濕面筋含量明顯低于小麥粉面團(tuán)的濕面筋含量,這表明面團(tuán)濕面筋含量的區(qū)別不僅在于面筋蛋白數(shù)量,螺旋藻粉添加量過多,會(huì)破壞麥醇溶蛋白和麥谷蛋白之間的交聯(lián),阻礙面筋的形成,還可能會(huì)導(dǎo)致部分面筋蛋白無法與其他面筋蛋白相互作用,在沖洗過程中被沖去,從而使混粉濕面筋含量顯著下降。添加8%、10%螺旋藻粉的面團(tuán)基本洗不出面筋,說明該添加量條件下小麥面筋蛋白難以形成完整的面筋網(wǎng)絡(luò),因此后續(xù)實(shí)驗(yàn)將螺旋藻粉的最高添加量限定在8%以下,在面筋蛋白的研究中螺旋藻粉的最高添加量為6%。

        圖3 添加螺旋藻粉對(duì)面團(tuán)濕面筋含量的影響Fig.3 Effect of Spirulina powder on wet gluten content of dough

        2.4 螺旋藻粉對(duì)面團(tuán)微觀結(jié)構(gòu)的影響

        面團(tuán)是由面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)和鑲嵌在面筋蛋白中的淀粉顆粒組成的系統(tǒng)[31]。為了直觀觀察螺旋藻粉對(duì)面筋網(wǎng)絡(luò)和面團(tuán)結(jié)構(gòu)的影響,分別使用光學(xué)顯微鏡和掃描電鏡觀察面團(tuán)的微觀結(jié)構(gòu)。由于螺旋藻粉本身為綠色,面筋蛋白染色后也呈綠色,為了區(qū)分兩者,分別對(duì)面團(tuán)進(jìn)行僅將淀粉顆粒染色和淀粉、蛋白同時(shí)染色兩種處理方式進(jìn)行對(duì)照。

        由圖4可明顯觀察到,在僅將淀粉顆粒染色的面團(tuán)中,淀粉顆粒呈紫色,螺旋藻粉呈淺綠色,隨著螺旋藻粉添加量的增加,面團(tuán)體系中的淀粉濃度被明顯稀釋,這也證實(shí)了螺旋藻粉中的淀粉含量較少。對(duì)面團(tuán)的淀粉和蛋白均進(jìn)行了染色處理后,淀粉顆粒呈紫色,面筋蛋白呈深綠色,螺旋藻粉呈淺綠色,但多被深綠色的面筋蛋白包裹和覆蓋。染色照片可以清晰看到不添加螺旋藻粉的小麥粉面團(tuán)有完整連續(xù)的綠色面筋網(wǎng)絡(luò),淀粉顆粒均勻分布于面筋網(wǎng)絡(luò)之間,從掃描電子顯微圖也可以看到淀粉顆粒鑲嵌于面筋網(wǎng)絡(luò)之中。當(dāng)螺旋藻粉添加量為2%、4%時(shí),從光學(xué)顯微圖可以看到綠色的面筋網(wǎng)絡(luò)有序性變差,但更加連續(xù)和明顯,包裹住了大部分的淀粉顆粒(圖4B2、B3)。面團(tuán)的掃描電子顯微圖顯示蛋白質(zhì)形成網(wǎng)絡(luò)黏結(jié)交聯(lián)狀態(tài),面團(tuán)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)緊密均勻,淀粉顆粒被面筋蛋白緊緊包裹和覆蓋。當(dāng)螺旋藻粉的添加量為6%、8%時(shí),光學(xué)顯微圖顯示面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不再連續(xù),被破壞成“節(jié)狀”,部分淀粉顆粒重新顯露出來(圖4B4、B5),掃描電子顯微圖也顯示出面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)不再完整,脆弱的面筋結(jié)構(gòu)不能完全包裹住淀粉顆粒,甚至出現(xiàn)大量的空洞(圖4C中紅圈標(biāo)注)??赡苁且?yàn)殡S著螺旋藻粉的增多,面筋蛋白質(zhì)被稀釋,影響了面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的完整性,因此出現(xiàn)裂縫。同時(shí),面團(tuán)微觀結(jié)構(gòu)觀察結(jié)果很好地解釋了適量的螺旋藻粉添加提高了面團(tuán)的強(qiáng)度,而過量的螺旋藻粉使面團(tuán)和面筋的結(jié)構(gòu)遭到破壞,從而對(duì)面團(tuán)的流變學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生不利影響。這也解釋了螺旋藻粉添加量高于6%的面團(tuán)在揉混測試中右側(cè)斜率和8 min帶寬降低,濕面筋含量顯著下降以及面團(tuán)拉伸特性變差的現(xiàn)象。

        圖4 螺旋藻粉添加量對(duì)面團(tuán)微觀結(jié)構(gòu)的影響Fig.4 Effect of Spirulina powder addition on the microstructure of dough

        2.5 螺旋藻粉對(duì)面團(tuán)中游離巰基和二硫鍵含量的影響

        小麥粉在和面過程中吸收水分,面筋蛋白與水發(fā)生水化作用,游離巰基彼此相互結(jié)合形成二硫鍵,或與二硫鍵相互交換[18]。面筋蛋白由麥谷蛋白和麥醇溶蛋白通過二硫鍵交聯(lián)而成,游離巰基和二硫鍵的含量可以反映面筋網(wǎng)絡(luò)的形成程度,影響著面制品的品質(zhì)[32]。由圖5可知,與小麥面團(tuán)相比,添加螺旋藻粉的面團(tuán)游離巰基含量增加,二硫鍵含量顯著下降(P<0.05)。這一方面是因?yàn)槁菪宸鄞媪瞬糠中←湻?,面筋蛋白含量減少,另一方面因?yàn)槁菪宸鄣奶砑酉♂屃嗣娼畹鞍?,阻礙了面筋蛋白二硫鍵的形成。朱璠等[33]研究發(fā)現(xiàn)麩皮膳食纖維使得面團(tuán)中的二硫鍵含量下降,游離巰基含量增多,也是由于面筋蛋白被相對(duì)稀釋,交聯(lián)作用減弱。有研究發(fā)現(xiàn)[34],面筋蛋白還原程度越高,二硫鍵斷裂越多,面團(tuán)的延展性越差。本研究結(jié)果也解釋了螺旋藻粉添加面團(tuán)拉斷距離顯著下降的現(xiàn)象。

        圖5 面團(tuán)中游離巰基和二硫鍵含量的變化Fig.5 Changes in contents of free sulfydryl and disulfide bonds in dough

        2.6 面筋蛋白的SDS-PAGE分析

        根據(jù)分子質(zhì)量大小,麥谷蛋白可以分為高分子質(zhì)量麥谷蛋白(HMW-GS)(65~90 kDa)和低分子質(zhì)量麥谷蛋白(LMW-GS)(30~60 kDa),麥醇溶蛋白分子質(zhì)量多在30~75 kDa之間[35]。為了方便分析,根據(jù)麥谷蛋白的分子質(zhì)量分區(qū),將蛋白分為高于60 kDa的HMW區(qū)域和30~60 kDa的LMW區(qū)域,如圖6所示。

        圖6 面筋蛋白的SDS-PAGE結(jié)果Fig.6 SDS-PAGE patterns of gluten proteins in dough with Spirulina powder

        螺旋藻是一類蛋白含量較高的原料,其蛋白含量大于60%。由圖6可知,螺旋藻粉的蛋白分子質(zhì)量在50 kDa以下,Quantity One分析結(jié)果顯示分子質(zhì)量18 kDa的蛋白約占總蛋白的62.69%,其余蛋白主要分布在30~50 kDa之間的低分子質(zhì)量區(qū)。通過Quantit One對(duì)兩個(gè)區(qū)域條帶進(jìn)行定量分析,結(jié)果表明相對(duì)于小麥面團(tuán)而言,螺旋藻粉的面團(tuán)面筋蛋白的高分子質(zhì)量區(qū)域蛋白含量明顯下降,低分子質(zhì)量區(qū)域蛋白含量有所增加,添加6%螺旋藻粉的面團(tuán)面筋蛋白的高分子質(zhì)量蛋白降低為小麥面團(tuán)的一半,低分子質(zhì)量區(qū)域的蛋白含量也稍有下降。說明螺旋藻粉的添加阻礙了高分子質(zhì)量面筋蛋白的形成,從而阻礙了面筋網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展并影響面團(tuán)流變學(xué)特性,這一結(jié)果與面團(tuán)揉混特性、濕面筋含量、微觀結(jié)構(gòu)結(jié)果一致。

        2.7 螺旋藻粉對(duì)面筋蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)的影響

        由圖7可知,添加螺旋藻粉后,面筋蛋白的紅外光譜圖與原小麥粉面團(tuán)面筋蛋白大致相似,但整體上降低了面筋蛋白的譜圖強(qiáng)度,包括3323 cm-1處羥基的伸縮振動(dòng)峰[36]、1652 cm-1處羰基的伸縮振動(dòng)峰[37]、1539 cm-1處—NH的彎曲振動(dòng)峰以及1360~1320 cm-1處C—N的伸縮振動(dòng)峰[38],這些都是蛋白質(zhì)酰胺結(jié)構(gòu)的組成部分。未添加螺旋藻粉時(shí),蛋白質(zhì)通過谷氨酰胺的殘基相互作用形成酰胺鍵,肽鏈之間通過氫鍵連接,添加螺旋藻粉后,促進(jìn)水與氨基酸、肽鏈、面筋蛋白等競爭分子間、分子內(nèi)的—OH、C=O、—NH等位點(diǎn)的結(jié)合,減弱了谷氨酰胺殘基以及肽鏈氫鍵之間的相互作用,導(dǎo)致肽鏈之間因分子間作用力減弱而伸直,面筋蛋白的無序結(jié)構(gòu)增多,從而破壞了面筋蛋白結(jié)構(gòu)[39]。在1500~1400 cm-1區(qū)間的吸收峰表示糖類C—H 彎曲振動(dòng),與其他樣品相比,添加6%螺旋藻粉的面團(tuán)面筋蛋白出現(xiàn)較明顯的吸收峰,可能是螺旋藻粉中獨(dú)有的多糖成分的吸收峰[40]。

        圖7 面筋蛋白的傅里葉變換紅外光譜圖Fig.7 FTIR spectra of gluten proteins in dough with Spirulina powder

        紅外圖譜中,酰胺I帶(1700~1600 cm-1)為C=O、C—N的伸縮振動(dòng)、N—H彎曲振動(dòng)的偶合,包含了蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)信息,常用于蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的分 析[37]。此光譜區(qū)域中,1665~1652 cm-1為α-螺旋結(jié)構(gòu),1640~1610 cm-1和1700~1685 cm-1為β-折疊結(jié)構(gòu),1682~1665 cm-1為β-轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu),1652~1644 cm-1為無規(guī)卷曲結(jié)構(gòu)[41]。α-螺旋結(jié)構(gòu)依靠鏈內(nèi)的氫鍵保持穩(wěn)定,β-折疊由兩條及以上伸展的多肽鏈依靠鏈間的氫鍵相連,β-折疊結(jié)構(gòu)比α-螺旋更加穩(wěn)定[42]。通常認(rèn)為β-折疊和α-螺旋屬于蛋白質(zhì)的有序結(jié)構(gòu),β-轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲屬于無序結(jié)構(gòu)[43]。根據(jù)紅外光譜圖,利用Peakfit軟件對(duì)酰胺I帶進(jìn)行處理和分析,得到不同樣品的二級(jí)結(jié)構(gòu)相對(duì)含量。由圖8可知,與小麥粉面筋蛋白相比,隨著螺旋藻粉添加量的增加,面筋蛋白中α-螺旋和β-折疊相對(duì)含量降低,說明螺旋藻粉的添加可能破壞了多肽鏈鏈間的氫鍵。β-轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲相對(duì)含量升高??傮w來講,添加螺旋藻粉后,面筋蛋白中有序結(jié)構(gòu)降低,無序結(jié)構(gòu)增多的現(xiàn)象明顯,這可與面筋網(wǎng)絡(luò)顯微圖互相印證。

        圖8 面筋蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)的相對(duì)含量變化Fig.8 Changes in relative content of secondary structure in gluten proteins

        2.8 螺旋藻粉在面筋形成中的作用模型假設(shè)

        綜合以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果及現(xiàn)象,發(fā)現(xiàn)在小麥粉面團(tuán)中少量添加螺旋藻粉能提高面團(tuán)的強(qiáng)度,這可能是由于螺旋藻粉中的膳食纖維吸水后填充在面團(tuán)的面筋網(wǎng)絡(luò)中,強(qiáng)化了面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)的黏結(jié)狀態(tài),提高了面團(tuán)強(qiáng)度;但添加較多的螺旋藻粉時(shí),會(huì)阻礙面筋蛋白的交聯(lián),從而弱化面筋,減少面筋蛋白的有序結(jié)構(gòu),使面團(tuán)的流變學(xué)性質(zhì)劣變。其作用模型假設(shè)如圖9所示。

        3 結(jié)論

        研究了螺旋藻粉對(duì)小麥粉面團(tuán)揉混特性、拉伸特性、面團(tuán)濕面筋含量、微觀結(jié)構(gòu)、面筋蛋白的二級(jí)結(jié)構(gòu)以及面筋蛋白亞基組成的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)少量螺旋藻粉的添加總體上提高了面團(tuán)的吸水率、面團(tuán)形成時(shí)間和峰值曲線面積,形成面團(tuán)所需的能量增加,面筋強(qiáng)度增強(qiáng),面團(tuán)延展性降低,但添加量較高時(shí)面團(tuán)的耐揉性變差。螺旋粉添加量高于6%時(shí),面團(tuán)游離巰基含量顯著增加,二硫鍵含量顯著下降,濕面筋含量顯著下降,面筋網(wǎng)絡(luò)破壞嚴(yán)重,面筋蛋白中HMW-GS含量降低;LMWGS含量增加,同時(shí)面筋蛋白中有序結(jié)構(gòu)降低,無序結(jié)構(gòu)增多。推測面團(tuán)中少量添加螺旋藻粉,其膳食纖維吸水后填充在面團(tuán)的面筋網(wǎng)絡(luò)中,增強(qiáng)了面團(tuán)強(qiáng)度,隨著但螺旋藻粉添加量的提高,面筋蛋白的交聯(lián)受到阻礙,從而弱化面筋,導(dǎo)致面團(tuán)流變學(xué)性質(zhì)發(fā)生劣變。

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