螺旋藻粉对面团流变性质及面筋结构的影响.pdf

食品化学 食品科学 2023,Vol.44,No.14 63螺旋藻粉对面团流变性质及面筋结构的影响李 平1，吕莹果1,2,*，李雪琴1,2，陈 洁1,2（1.河南工业大学粮油食品学院，河南 郑州 450001；2.河南省面制主食工程技术研究中心，河南 郑州 450001）摘 要：探究螺旋藻粉对小麦粉面团流变性质、微观结构和面筋蛋白性质的影响。结果表明，在揉混特性方面，螺旋藻粉的添加总体提高了面团的吸水率、面团形成时间和峰值曲线面积，形成面团所需的能量增加。少量添加螺旋藻粉能增强面团强度，降低面团黏度，但添加量较高时面团的耐揉性变差。添加螺旋藻粉后，面团的拉断力逐渐增大，拉断距离降低。同时面团中的游离巯基含量增加，二硫键含量下降。螺旋藻粉的添加量大于6%时，面团的湿面筋含量显著下降，显微照片显示面筋网络破坏严重。聚丙烯酰胺凝胶电泳显示，添加螺旋藻粉后，面团面筋的高分子质量麦谷蛋白含量下降，低分子质量麦谷蛋白含量升高；傅里叶变换红外光谱分析结果表明添加螺旋藻粉使面筋蛋白中有序结构降低，无序结构增多。综合分析推测，向面团中少量添加螺旋藻粉，螺旋藻中的膳食纤维吸水后填充在面团的面筋网络中，强化了面筋蛋白网络的黏结状态，提高面团强度；但螺旋藻粉添加量高于6%后，面筋蛋白的交联受到阻碍，从而弱化面筋，减少面筋蛋白的有序结构，面团的流变学性质发生劣变。关键词：螺旋藻粉；面团；流变性质；面筋蛋白；微观结构Effect of Spirulina Powder on Rheological Properties and Gluten Structure of DoughLI Ping1,L Yingguo1,2,*,LI Xueqin1,2,CHEN Jie1,2(1.College of Food Science and Technology,Henan University of Technology,Zhengzhou 450001,China;2.Henan Province Wheat-flour Staple Food Engineering Technology Research Centre,Zhengzhou 450001,China)Abstract:The effect of Spirulina powder on the rheological properties,microstructure and gluten properties of wheat flour dough was investigated.The results showed that in terms of mixograph characteristics,the addition of Spirulina powder generally increased the water absorption rate,development time and peak curve area of dough,and increased the energy required to form dough.Adding a small amount of Spirulina powder enhanced the strength and reduced the viscosity of dough,but the kneading resistance became weaker at higher concentrations of added Spirulina powder.After adding Spirulina powder,the breaking force of dough gradually increased and the breaking distance decreased.Meanwhile,the free sulfhydryl content increased and the disulfide bond content decreased.When the amount of added Spirulina powder was more than 6%,the wet gluten content decreased significantly,and the micrograph showed that the gluten network was seriously damaged.Polyacrylamide gel electrophoresis(PAGE)showed that the proportion of high-molecular-mass glutenin decreased and the proportion of low-molecular-weight glutenin increased after adding Spirulina powder.The results of Fourier transform infrared(FT-IR)spectroscopy showed that the addition of Spirulina powder reduced the content of ordered structure and increased the content of disordered structure in gluten proteins.Therefore,it is speculated that when a small amount of Spirulina powder is added to dough,dietary fiber in Spirulina fills the gluten network in dough after absorbing water,strengthening the adhesive state of the gluten protein network and improving dough strength.However,when the amount of added Spirulina powder is higher than 6%,the cross-linking of gluten proteins is hindered,thereby weakening gluten,reducing the ordered structure content of gluten proteins,and ultimately deteriorating the rheological properties of dough.Keywords:Spirulina powder;dough;rheological properties;gluten;microstructureDOI:10.7506/spkx1002-6630-20221016-145中图分类号：TS213.2 文献标志码：A 文章编号：1002-6630（2023）14-0063-09收稿日期：2022-10-16基金项目：河南工业大学自科创新基金支持计划项目（2020ZKCJ13）第一作者简介：李平（1997）（ORCID:0000-0003-1131-5174），女，硕士，研究方向为面制主食营养及品质。E-mail:*通信作者简介：吕莹果（1982）（ORCID:0000-0003-1620-5775），女，副教授，博士，研究方向为谷物化学与方便主食品加工。E-mail:64 2023,Vol.44,No.14 食品科学 食品化学引文格式：李平,吕莹果,李雪琴,等.螺旋藻粉对面团流变性质及面筋结构的影响J.食品科学,2023,44(14):63-71.DOI:10.7506/spkx1002-6630-20221016-145.http:/LI Ping,L Yingguo,LI Xueqin,et al.Effect of Spirulina powder on rheological properties and gluten structure of doughJ.Food Science,2023,44(14):63-71.(in Chinese with English abstract)DOI:10.7506/spkx1002-6630-20221016-145.http:/螺旋藻是一种高营养密度食品原料，其干粉蛋白质质量分数为50%70%，糖类质量分数为10%23%，脂类质量分数为6%13%，并含有丰富的钙、铁、锌、钠等矿物质和微量元素、维生素和生物活性物质，被称为21世纪最具营养价值的食物之一，也是“植物基蛋白”的优秀来源1。螺旋藻粉作为食品配料在面制品中具有提高营养价值、增色、抗氧化、抗癌、降血糖、降血脂等功效2，其应用不仅符合健康理念而且满足低碳、环保、可持续发展的消费需求。已有将螺旋藻在面制品中应用以提高其营养价值的研究。王宏3将螺旋藻粉添加到面粉中，制作出营养健康的螺旋藻馒头；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饱和脂肪酸含量。Ahin5在饼干中加入螺旋藻，发现饼干的蛋白质含量增加，营养价值提高。螺旋藻不仅能够改善面制品的营养价值，还会影响面制品的加工特性与质构品质。Shahsavani等6将螺旋藻添加到面条中，发现随着螺旋藻的添加，面条的吸水性增加，面条的拉伸强度增强，硬度降低，黏弹性得到改善；Zouari等7在制作意大利面时加入螺旋藻，由于面条面筋结构的强化，使意大利面的硬度增加，蒸煮损失下降。Shobha等8指出，在无麸质面条中添加螺旋藻粉有助于形成淀粉分散较好的蛋白质基质，同时螺旋藻粉具有吸收水的能力，并将其保持在蛋白质-淀粉网络中，从而使面条具有较高的膨胀指数。面团的流变学特性、面筋蛋白组成和网络结构等对面制品的加工和品质有重要影响，Uribe-Wandurrage等9测定了螺旋藻粉对面团动态流变学特性的影响，发现螺旋藻粉增大了面团的硬度，增大了面团的储存模量（G），降低了面团的损耗模量（G”），显著降低了面团tan。Montevecchi等10的研究表明，螺旋藻粉增大了半全麦粉面团的吸水率和韧性，面团的面筋含量下降，可扩展性显著降低。目前相关研究主要集中在探讨螺旋藻粉对面制品的营养、感官及质构品质的影响，关于螺旋藻粉对面团流变性质和面筋结构的影响研究不全面，理论机制研究缺失。因此，本实验重点研究螺旋藻粉对小麦粉揉混特性、拉伸特性的影响，并通过面团微观结构观察、面筋蛋白傅里叶变换红外光谱和十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳（sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis，SDS-PAGE）分析，探讨螺旋藻粉对面团流变学特性和面筋结构的影响，以期为螺旋藻粉在面制品中的应用提供理论基础。1 材料与方法1.1 材料与试剂香满园特一粉 益海嘉里（郑州）食品工业有限 公 司；螺 旋 藻 粉（8 0 目）鄂 托 克 旗 德 荣藻 业 有 限 责 任 公 司；亮 绿、四 甲 基 乙 二 胺（tetramethylethylenediamine，TEMED）、2-硝基苯甲酸（2-nitrobenzoic acid，DTNB）（均为分析纯）上海麦克林生化科技有限公司；碘、碘化钾（均为分析纯）山东佰仟化工有限公司；溴化钾（光谱纯）上海展云化工有限公司；考马斯亮蓝（分析纯）上海华硕精细化工有限公司；丙烯酰胺（分析纯）、甲叉双丙烯酰胺（分析纯）、Tris（分析纯）、溴酚蓝、甘氨酸、过硫氨酸（分析纯）、脲（分析纯）天津科密欧化学试剂有限公司；低分子质量蛋白Marker 北京索莱宝科技有限 公司；SDS（分析纯）天津市凯通化学试剂有限公司。1.2 仪器与设备JJ124BC型电子天平 常熟双杰测试仪器厂；JHMZ200型针式和面机 北京东孚久恒仪器技术有限公司；LHS-100CL型恒温恒湿培养箱 上海一恒科技仪器有限公司；PHS-25 TA-XT Plus型质构仪 英国Stable Micro System公司；E5型光学显微镜 宁波舜宇仪器有限公司；LGJ-10C型真空冷冻干燥机 四环福瑞科仪科技发展（北京）有限公司；505SS型揉混仪 美国National公司；THZ-82型水浴振荡锅 杭州旌斐仪器科技有限公司；H-1850型离心机 湖南湘仪实验室仪器开发有限公司；24EN型垂直电泳 北京市六一仪器厂。1.3 方法1.3.1 面粉揉混特性的测定面粉揉混参数根据AACC 54-40A标准11方法进行测定，小麦粉面团记为WF；添加质量分数1%10%（以混合粉总质量计）螺旋藻粉的面团分别记为S1S10；螺旋藻粉记为SP。将样品倒入揉面钵中，加入适量的蒸馏水，固定揉面钵，利用Mixsmart程序，记录揉混曲线并计算揉混食品化学 食品科学 2023,Vol.44,No.14 65参数。根据研究需要，选择测定的参数包括峰值时间、8 min带宽、峰值曲线面积、右侧斜率。1.3.2 面团、面筋蛋白的制备称取100 g特一粉和一定质量螺旋藻粉于针式和面机中，加入适量的蒸馏水和面至其最佳状态，形成面团备用。将制备好的面团手洗得到湿面筋，然后把湿面筋放入速冻机冷冻40 min，速冻好的湿面筋用真空冷冻干燥机干燥4872 h，得到冻干的面筋蛋白。1.3.3 面团拉伸特性的测定将制备好的面团，静置5 min使其应力松弛后，采用A/KIE拉伸测定标准探头。参数设定：测前速率2.00 mm/s，测试速率3.30 mm/s，测后速率10.00 mm/s；应变位移100.0 mm；自动引发，引发力5.0 g。具体操作：取10 g面团进行拉伸实验，将准备好的面团放置在模具里，压成2 mm60 mm的面团条。取出面团条立即用质构仪进行拉伸实验，直至将面团条拉断，重复实验3 次。1.3.4 湿面筋含量的测定参照GB/T 5506.12008小麦和小麦粉 面筋含量 第1部分：手洗法测定湿面筋测定12。按下式计算湿面筋质量分数，结果以每百克含水率为14%的小麦粉面筋含量表示：100?m18610?/%?100?m（1）式中：m为湿面筋质量/g；m1为每百克小麦粉水 分质量/g；86为换算成14%基准水分试样的系数；10为试样质量/g。1.3.5 面团微观结构的观察1.3.5.1 光学显微镜观察将制备好的面团放入冰箱冷冻2 h，用小刀切出呈现透明状态的薄面片，将其展平铺在载玻片上，用0.1%亮绿水溶液染色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 min13。面筋蛋白被亮绿水溶液染成绿色，直链淀粉被Lugol氏碘液染成蓝色，支链淀粉被染成紫色。盖上盖玻片，放在显微镜下于40 倍物镜和10 倍目镜下观察后拍照。1.3.5.2 扫描电子显微镜观察取冷冻干燥后的面团切成表面平整的小面块，面块用戊二醛固定48 h，再用锇酸固定2 h；CO2超临界点干燥后，将样品固定在样品台上。采用Hitachi IB-5离子镀膜仪进行喷金处理后，置于S-570扫描电子显微镜下放大2 000 倍并拍照。1.3.6 面团中游离巯基含量的测定参考石长硕14的方法，先用0.2 mol/L Tris-Gly缓冲溶液（pH 8.0，含有8 mol/L尿素、1%SDS、3 mmol/L乙二胺四乙酸）将-半胱氨酸配成2 mmol/L的标准溶液，然后将标准溶液梯度稀释为0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06 mmol/L。分别取4 mL稀释后的标准溶液加入0.1 mL 10 mmol/L DTNB溶液，混匀后在室温下显色20 min，在412 nm波长处测定溶液的吸光度，绘制标准曲线。参考Chan等15的方法并进行适当修改。称取不同螺旋藻粉添加量的冻干面团样品400 mg溶于10 mL 0.2 mol/L Tris-Gly缓冲溶液中，涡旋振荡5 min后，5 000 r/min离心15 min。取4 mL上清液，加入0.1 mL 10 mmol/L DTNB溶液，混和均匀，显色20 min，在412 nm波长处测定吸光度，并通过L-半胱氨酸标准曲线计算溶液中游离巯基含量。按下式计算面团中游离巯基含量：cn?/?mol/g?（2）式中：n为根据标准曲线计算出的溶液中游离巯基含量/（mol/mL）；c为样品质量浓度/（g/mL）。1.3.7 面团中二硫键含量的测定参考Chan等15的方法并进行适当修改。取1.3.6节 中离心后的上清液1 mL，加入0.1 mL-巯基乙醇和4 mL 0.2 mol/L Tris-Gly缓冲溶液，混匀后在室温下静置1 h，加入10 mL 12%三氯乙酸溶液，混匀静置1 h后，4 500 r/min离心15 min。倒掉上清液，加入5 mL 12%三氯乙酸溶液洗涤沉淀2 次，然后在沉淀中加入10 mL 0.2 mol/L Tris-Gly缓冲溶液，复溶后加入0.1 mL 10 mmol/L DTNB，显色20 min，测定412 nm波长处的吸光度，通过L-半胱氨酸标准曲线计算溶液中总巯基含量。按下式计算面团中总巯基含量：cV1nV2?/?mol/g?（3）式中：n为根据标准曲线计算出的溶液中巯基含 量/（mol/mL）；c为样品质量浓度/（g/mL）；V1为上清液体积/mL；V2为沉淀复溶后体积/mL。按下式计算面团中二硫键含量：2?/?mol/g?（4）1.3.8 SDS-PAGE分析称取5 mg面筋蛋白或螺旋藻粉样品，溶于1 mL样品缓冲液中，振荡使其充分溶解后，煮沸5 min，10 000 r/min离心5 min。利用垂直PAGE进行分析，分离胶12%，浓缩胶5%，上样量10 L；设置初始电压为80 V，待其将进入分离胶时调至120 V，离底部1 cm左右时停止电泳。染色脱色处理后，使用Quantit One软件对图像进行分析。1.3.9 傅里叶变换红外光谱分析将制备好的面筋蛋白冷冻干燥后磨粉，过80 目筛，称取12 mg样品和干燥后的溴化钾100 mg于研钵中，充分研磨均匀，压片。然后将制得的均匀透明薄片转移到傅里叶变换红外光谱仪中进行全波段（4 000400 cm1）66 2023,Vol.44,No.14 食品科学 食品化学扫描，扫描次数为32 次。用Peakfit 4.12软件对1 7001 600 cm1吸收峰处图谱依次进行基线校正、高斯去卷积和二阶导数拟合，分析面筋蛋白的二级结构。1.4 数据处理数据采用SPSS 22.0软件进行统计分析，采用Waller-Duncan多重比较，P0.05，差异显著。用Origin 2021软件绘制图形。2 结果与分析2.1 螺旋藻粉对面粉揉混特性的影响揉混参数主要反映面团在揉混、搅拌过程中的面团塑性、弹性和黏性特征，特别是中线峰值处的指标与加工品质密切相关，是面团流变学特性的重要参数16。由图1可知，添加螺旋藻粉后面团的揉混曲线有明显的变化，添加量高于8%后，面团的耐揉性质明显降低（图1A10、A11）。102030405060708090A112345678TXTRMRMPMLTLTP9?/AU?/min102030405060708090A212345678TXTTTRMRMPMLTLTP9?/AU?/min102030405060708090A312345678TXTTMPMRMLTLTP9?/AU?/min102030405060708090A412345678TXTTTRMRMPMLTLTP9?/AU?/min102030405060708090A512345678TXTTTRMRMPMLMLTL9?/AU?/min102030405060708090A612345678TXTTTRMRMPMLTLTP9?/AU?/min102030405060708090A712345678TXTTTRMRMPMLTLTP9?/AU?/min102030405060708090A812345678TXTTTRMRMPMLTLTP9?/AU?/min102030405060708090A912345678TXTTTRMRMPMLTLTP9?/AU?/min102030405060708090A1012345678TXTTTRMRMPMLTL TP9?/AU?/min食品化学 食品科学 2023,Vol.44,No.14 67102030405060708090A1112345678TXTTTRMRMPMLTLTP9?/AU?/minBA.混合粉（面粉与螺旋藻粉）的揉混图；B.添加螺旋藻面团图；下标111分别为WF和S1S10。图 1 添加螺旋藻粉的面粉揉混图Fig.1 Mixographs of wheat flour with Spirulina powder由表1可知，添加螺旋藻粉之后，面团的加水量和峰值时间增大。峰值时间代表了面团形成所需要的搅拌时间，此时的面团流动性最小、可塑性最大，通常面团和面时间越长，耐揉性越好17。添加螺旋藻粉后面团峰值时间增大，可能是由于螺旋藻中的多糖、膳食纤维和面筋蛋白、淀粉颗粒竞争吸收水分，从而提高了吸水量，降低了淀粉颗粒和面筋蛋白的吸水速度，增加了和面时间。坛紫菜与螺旋藻同属于可食用藻类，师文涛18研究发现，面团的形成时间随着坛紫菜粉的增加呈上升趋势，推测其中丰富的膳食纤维与面团面筋蛋白竞争水分，与本研究结论相同。另外，小麦粉中的蛋白质含量也会影响揉混曲线的峰值时间19-20，赵惠贤等21指出，形成面团的峰值时间和面粉的蛋白质含量显著正相关，蛋白质含量越高，峰值时间越长。螺旋藻中蛋白质含量丰富，添加到小麦粉后使其总体蛋白质含量提高，从而也可能提高峰值时间。8 min带宽能够反映面团的面筋强度和黏度，带越宽，表示面筋的强度越强，面团的黏度越小22-23。由表1可知，随着螺旋藻粉的添加，8 min带宽整体呈下降趋势，说明螺旋藻粉降低了面团的强度和黏度。但添加量为3%4%时，8 min带宽有小幅度升高，说明此时螺旋藻粉在面团中混合均匀，交联性较好。峰值曲线面积是形成面团所需要做功的一个量度16。添加螺旋藻粉后，峰值曲线面积呈增加趋势，可能是因为添加螺旋藻粉后，面团硬度增加，增大了面团搅拌时的阻力。右侧斜率一般是指峰值时间后1 min曲线的斜率，其绝对值越小，面粉的耐揉性越好24。由表1可知，随着螺旋藻粉的添加，右侧斜率的绝对值整体呈增大趋势，说明螺旋藻粉的加入使面团体系不稳定，耐揉性变差。从揉混性质来看，螺旋藻粉的添加总体上提高了面团的吸水率、面团形成时间和峰值曲线面积，形成面团所需的能量增加，从揉混数据来看，少量添加螺旋藻粉能增强面团耐揉强度，但添加量较高时面团的耐揉性变差。表 1 螺旋藻粉添加量对面粉揉混特性分析Table 1 Mixograph characteristics of wheat flour with Spirulina powder编号螺旋藻粉添加量/%加水量/%峰值时间/min8 min带宽/AU峰值曲线面积/AU右侧斜率WF0522.460.13c14.332.78a115.640.64b1.800.53aS11542.940.09bc9.760.03b138.892.00b3.710.01bS22563.060.08abc9.530.21b143.232.99a3.690.06bS33573.160.22ab10.030.47b145.066.28a3.270.05abS44583.140.11ab10.200.75b145.274.43a3.050.93abS55583.510.50ab9.391.41b145.0230.00a3.060.70abS66583.280.55ab10.171.05b150.9111.64a3.330.90bS77593.370.16ab9.661.85b150.616.47a3.880.27bS88603.380.09ab8.421.34b154.557.58a3.890.52bS99603.630.01a7.211.02b163.032.38a3.780.79bS1010613.620.02a7.720.30b162.510.73a3.790.01b注：数据表示为 s；同列不同字母表示差异显著（P0.05）。2.2 螺旋藻粉对面团拉伸特性的影响面团拉伸特性是指面团受力后发生形变，外力消失后，面团表现出的弹性和可塑性25。拉断力可以反映面团的强度，拉断距离可以反映面团的延展性和可 塑性26。由图2可知，添加螺旋藻粉后，面团的拉断力增加，拉断距离降低。此结果表明螺旋藻粉的添加增强了面团强度，增大了面团被拉断所需要的阻力，这和揉混特性中螺旋藻粉的加入增大了峰值曲线面积的结果一致，这可能是因为螺旋藻粉中的膳食纤维吸水后发生膨胀，填充在面团的面筋网络中，增加了面团的强度27；同时，螺旋藻粉的加入阻碍了面团面筋网络结构的形成，蛋白分子间的作用力降低，使面团的延展性降低，拉断距离降低。田海娟等28的研究表明，紫苏叶中膳食纤维含量较高，会增大面团的拉断阻力，降低面团的延展度，与本研究结果一致。张月巧等29指出，香菇粉阻塞了面筋网络结构，使面团变硬，导致面团的拉断阻力变大，延伸度变小。WFS2S4S6S8S1014161820226560557570?/g?/mm?dcdbcbcabababaaacdd同一指标不同字母表示差异显著（P0.05）。图 2 螺旋藻粉添加量对面团拉伸性能的影响Fig.2 Effect of Spirulina powder addition on tensile properties of dough68 2023,Vol.44,No.14 食品科学 食品化学2.3 螺旋藻粉对面团湿面筋含量的影响030454020253515105?/%?WFS2S4S6S8S10?图 3 添加螺旋藻粉对面团湿面筋含量的影响Fig.3 Effect of Spirulina powder on wet gluten content of dough面粉揉混特性和面团流变学性质的变化可能与面筋蛋白的含量和强度有关30。由图3可知，添加螺旋藻粉后，混粉面团湿面筋含量显著降低（P0.05），添加量高于6%后湿面筋含量下降趋势愈发迅速。直观来看，这是因为螺旋藻粉取代了部分小麦粉，能够形成湿面筋的麦谷蛋白和麦醇溶蛋白含量降低。为了进一步说明螺旋藻粉添加对面筋形成的影响，将混粉面团的湿面筋含量与除去螺旋藻粉的小麦粉面团（即100%、98%、96%、94%、92%、90%小麦粉）的湿面筋含量对比，发现当螺旋藻粉的添加量为2%和4%时，混粉面团湿面筋含量相对于98%和96%的纯小麦粉面团，湿面筋含量并没有显著降低，说明螺旋藻粉添加量为2%和4%时，其对面筋蛋白形成的负面影响较小。但当螺旋藻粉的添加量达到6%和8%时，混粉面团湿面筋含量明显低于小麦粉面团的湿面筋含量，这表明面团湿面筋含量的区别不仅在于面筋蛋白数量，螺旋藻粉添加量过多，会破坏麦醇溶蛋白和麦谷蛋白之间的交联，阻碍面筋的形成，还可能会导致部分面筋蛋白无法与其他面筋蛋白相互作用，在冲洗过程中被冲去，从而使混粉湿面筋含量显著下降。添加8%、10%螺旋藻粉的面团基本洗不出面筋，说明该添加量条件下小麦面筋蛋白难以形成完整的面筋网络，因此后续实验将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为6%。2.4 螺旋藻粉对面团微观结构的影响面团是由面筋蛋白网络和镶嵌在面筋蛋白中的淀粉颗粒组成的系统31。为了直观观察螺旋藻粉对面筋网络和面团结构的影响，分别使用光学显微镜和扫描电镜观察面团的微观结构。由于螺旋藻粉本身为绿色，面筋蛋白染色后也呈绿色，为了区分两者，分别对面团进行仅将淀粉颗粒染色和淀粉、蛋白同时染色两种处理方式进行对照。由图4可明显观察到，在仅将淀粉颗粒染色的面团中，淀粉颗粒呈紫色，螺旋藻粉呈浅绿色，随着螺旋藻粉添加量的增加，面团体系中的淀粉浓度被明显稀释，这也证实了螺旋藻粉中的淀粉含量较少。对面团的淀粉和蛋白均进行了染色处理后，淀粉颗粒呈紫色，面筋蛋白呈深绿色，螺旋藻粉呈浅绿色，但多被深绿色的面筋蛋白包裹和覆盖。染色照片可以清晰看到不添加螺旋藻粉的小麦粉面团有完整连续的绿色面筋网络，淀粉颗粒均匀分布于面筋网络之间，从扫描电子显微图也可以看到淀粉颗粒镶嵌于面筋网络之中。当螺旋藻粉添加量为2%、4%时，从光学显微图可以看到绿色的面筋网络有序性变差，但更加连续和明显，包裹住了大部分的淀粉颗粒（图4B2、B3）。面团的扫描电子显微图显示蛋白质形成网络黏结交联状态，面团内部的结构紧密均匀，淀粉颗粒被面筋蛋白紧紧包裹和覆盖。当螺旋藻粉的添加量为6%、8%时，光学显微图显示面筋蛋白网络结构不再连续，被破坏成“节状”，部分淀粉颗粒重新显露出来（图4B4、B5），扫描电子显微图也显示出面筋蛋白网络不再完整，脆弱的面筋结构不能完全包裹住淀粉颗粒，甚至出现大量的空洞（图4C中红圈标注）。可能是因为随着螺旋藻粉的增多，面筋蛋白质被稀释，影响了面筋网络结构的完整性，因此出现裂缝。同时，面团微观结构观察结果很好地解释了适量的螺旋藻粉添加提高了面团的强度，而过量的螺旋藻粉使面团和面筋的结构遭到破坏，从而对面团的流变学性质产生不利影响。这也解释了螺旋藻粉添加量高于6%的面团在揉混测试中右侧斜率和8 min带宽降低，湿面筋含量显著下降以及面团拉伸特性变差的现象。A1A2A3A4A5B1B2B3食品化学 食品科学 2023,Vol.44,No.14 69B4B550 m50 m50 mC1C2C350 m50 mC4C5A、B分别为淀粉染色、淀粉和蛋白染色的光学显微图，其中深绿色为面筋蛋白网络、紫色为淀粉颗粒、黄绿色为螺旋藻粉（400）；C.扫描电子显微图（2 000）；下标15.WF、S2、S4、S6、S8。图 4 螺旋藻粉添加量对面团微观结构的影响Fig.4 Effect of Spirulina powder addition on the microstructure of dough2.5 螺旋藻粉对面团中游离巯基和二硫键含量的影响小麦粉在和面过程中吸收水分，面筋蛋白与水发生水化作用，游离巯基彼此相互结合形成二硫键，或与二硫键相互交换18。面筋蛋白由麦谷蛋白和麦醇溶蛋白通过二硫键交联而成，游离巯基和二硫键的含量可以反映面筋网络的形成程度，影响着面制品的品质32。由图5可知，与小麦面团相比，添加螺旋藻粉的面团游离巯基含量增加，二硫键含量显著下降（P0.05）。这一方面是因为螺旋藻粉代替了部分小麦粉，面筋蛋白含量减少，另一方面因为螺旋藻粉的添加稀释了面筋蛋白，阻碍了面筋蛋白二硫键的形成。朱璠等33研究发现麸皮膳食纤维使得面团中的二硫键含量下降，游离巯基含量增多，也是由于面筋蛋白被相对稀释，交联作用减弱。有研究发现34，面筋蛋白还原程度越高，二硫键断裂越多，面团的延展性越差。本研究结果也解释了螺旋藻粉添加面团拉断距离显著下降的现象。0.0WFddABBCDcbaS2S4S6S80.01.40.72.12.83.50.80.41.61.2?/?mol/g?/?mol/g?小写字母不同表示各组间游离巯基含量差异显著（P0.05）；大写字母表示各组间二硫键含量差异显著（P0.05）。图 5 面团中游离巯基和二硫键含量的变化Fig.5 Changes in contents of free sulfydryl and disulfide bonds in dough2.6 面筋蛋白的SDS-PAGE分析根据分子质量大小，麦谷蛋白可以分为高分子质量麦谷蛋白（HMW-GS）（6590 kDa）和低分子质量麦谷蛋白（LMW-GS）（3060 kDa），麦醇溶蛋白分子质量多在3075 kDa之间35。为了方便分析，根据麦谷蛋白的分子质量分区，将蛋白分为高于60 kDa的HMW区域和3060 kDa的LMW区域，如图6所示。WFM97.4 kDa66.2 kDa43.0 kDa31.0 kDa22.0 kDa14.4 kDaS2 S4 S6 SPHMW?aLMW?62.69%11.1210.9213.110WFS4S2S61520b10520.29?/%?0WFS4S2S63080706050c40201052.1175.0068.6361.67?/%?a.电泳图：M为低分子质量蛋白Marker，62.69%为螺旋藻蛋白中分子质量为18 kDa的蛋白占总蛋白的质量分数；b.HMW区域蛋白含量变化图；c.LMW区域蛋白含量变化图。图 6 面筋蛋白的SDS-PAGE结果Fig.6 SDS-PAGE patterns of gluten proteins in dough with Spirulina powder螺旋藻是一类蛋白含量较高的原料，其蛋白含量大于60%。由图6可知，螺旋藻粉的蛋白分子质量在50 kDa以下，Quantity One分析结果显示分子质量18 kDa的蛋白约占总蛋白的62.69%，其余蛋白主要分布在3050 kDa之间的低分子质量区。通过Quantit One对两个区域条带进行定量分析，结果表明相对于小麦面团而言，螺旋藻粉的面团面筋蛋白的高分子质量区域蛋白含量明显下降，低分子质量区域蛋白含量有所增加，添加6%螺旋藻粉的面团面筋蛋白的高分子质量蛋白降低为小麦面团的一半，低分子质量区域的蛋白含量也稍有下降。说明螺旋藻粉的添加阻碍了高分子质量面筋蛋白的形成，从而70 2023,Vol.44,No.14 食品科学 食品化学阻碍了面筋网络的扩展并影响面团流变学特性，这一结果与面团揉混特性、湿面筋含量、微观结构结果一致。2.7 螺旋藻粉对面筋蛋白二级结构的影响由图7可知，添加螺旋藻粉后，面筋蛋白的红外光谱图与原小麦粉面团面筋蛋白大致相似，但整体上降低了面筋蛋白的谱图强度，包括3 323 cm1处羟基的伸缩振动峰36、1 652 cm1处羰基的伸缩振动峰37、1 539 cm1处NH的弯曲振动峰以及1 3601 320 cm1 处CN的伸缩振动峰38，这些都是蛋白质酰胺结构的组成部分。未添加螺旋藻粉时，蛋白质通过谷氨酰胺的残基相互作用形成酰胺键，肽链之间通过氢键连接，添加螺旋藻粉后，促进水与氨基酸、肽链、面筋蛋白等竞争分子间、分子内的OH、CO、NH等位点的结合，减弱了谷氨酰胺残基以及肽链氢键之间的相互作用，导致肽链之间因分子间作用力减弱而伸直，面筋蛋白的无序结构增多，从而破坏了面筋蛋白结构39。在1 5001 400 cm1区间的吸收峰表示糖类CH 弯曲振动，与其他样品相比，添加6%螺旋藻粉的面团面筋蛋白出现较明显的吸收峰，可能是螺旋藻粉中独有的多糖成分的吸收峰40。40003 0002 0001 00000.00.20.40.60.8?/cm1?/cm1WFS2S4S61 500 1 480 1 460 1 440 1 420 1 4000.180.200.220.240.260.280.300.320.34图 7 面筋蛋白的傅里叶变换红外光谱图Fig.7 FTIR spectra of gluten proteins in dough with Spirulina powder红外图谱中，酰胺I带（1 7001 600 cm1）为CO、CN的伸缩振动、NH弯曲振动的偶合，包含了蛋白质二级结构信息，常用于蛋白质二级结构的分 析37。此光谱区域中，1 6651 652 cm1为-螺旋结构，1 6401 610 cm1和1 7001 685 cm1为-折叠结构，1 6821 665 cm1为-转角结构，1 6521 644 cm1为无规卷曲结构41。-螺旋结构依靠链内的氢键保持稳定，-折叠由两条及以上伸展的多肽链依靠链间的氢键相连，-折叠结构比-螺旋更加稳定42。通常认为-折叠和-螺旋属于蛋白质的有