不同粒径麦麸纤维对面筋蛋白特性的影响.pdf

48不同粒径麦麸纤维对面筋蛋白特性的影响郑雪珂，陈晖，桑大席，刘海波,朱静，李坤（信阳农林学院食品学院，河南信阳46 40 0 0）摘要：将不同粒径的麦麸纤维以5%添加量（以面筋蛋白粉质量计）添加到小麦面筋蛋白粉中，考察其对面筋蛋白特性的影响。结果表明：随着麦麸纤维粒径的减小，面筋蛋白的游离疏整体上呈下降趋势、二硫键含量逐渐增加；持水性整体上呈下降趋势，持油性整体上呈先升高后降低的趋势；起泡性及泡沫稳定性先降低后升高；乳化性和乳化稳定性整体上呈逐渐增大的趋势；储能模量（G )和损耗模量(G)先升高后降低;硬度逐渐降低，内聚性、咀嚼性和弹性先增大后减小。研究结果有望为麸皮纤维在小麦粉深加工中的应用和面制品的品质改良提供参考。关键词：麦麸纤维；粒径；面筋蛋白；特性；加工应用Effect of wheat bran fiber with differentparticle sizes on gluten protein propertiesZHENG Xue-ke,CHEN Hui,SANG Da-xi,LIU Hai-bo,ZHU Jing,LI Kun(College of Food,Xinyang Agriculture and Forestry University,Xinyang 464000,Henan,China)Abstract:Wheat bran fibers with different particle sizes were added to wheat gluten at a dosage of 5%(based on the mass of gluten protein flour)to investigate their effects on the properties of gluten protein.The results showed that with the decrease of wheat bran fiber particle size,the free sulfhydryl content ofgluten protein decreased and the disulfide bond content increased gradually.On the whole,the waterholding capacity showed a downward trend,and the oil holding capacity showed a first increasing andthen decreasing.Foaming property and foam stability decreased first and then increased.Emulsifyingproperty and emulsifying stability showed a gradual increasing trend on the whole.The storage modulus(G)and loss modulus(G)increased first and then decreased.Hardness decreased gradually,cohe-sion,chewiness and elasticity increased first and then decreased.The research results were expected toprovide reference for the application of wheat bran fiber in the deep processing of wheat flour and thequality improvement of flour products.Key words:wheat bran fiber;particle size;gluten protein;property;processing application中图分类号：TS201.2小麦是世界上最重要的谷物作物之一，通常被加工成精制小麦粉用于制作面条、面包等面制品。然而，摄人过多精制小麦粉制品会大大增加机体患糖尿病、心血管疾病和结肠癌等疾病的风险2-3。为此,研究人员会向精制小麦粉中添加膳食纤维以提高小麦粉的营养价值。而麦麸是膳食纤维的良好来源,对人体健康有显著益处4-5。收稿日期：2 0 2 3-0 6-2 7基金项目：河南省科技攻关项目（2 32 10 2 110 16 3）；河南省高等学校重点科研项目计划（2 3A550015）；河南省青年科学基金项目（2 12 30 0 410 2 2 8）；信阳农林学院高水平科研孵化器建设基金（FCL202014）；信阳农林学院校青年基金（QN2022026）；信阳农林学院科技创新团队(XNKJTD-001)作者简介：郑雪珂（19 9 3一），女，博士，讲师，研究方向为食品营养与生物。通信作者：李坤（19 8 7 一），男，博士，副教授，研究方向为林业生物资源化学与材料。粮食与油脂文献标志码：A文章编号：10 0 8-9 57 8(2 0 2 3)0 9-0 0 48-0 5面筋蛋白在小麦粉形成面团的过程中发挥着重要作用,其与淀粉在混合搅拌作用下形成面筋蛋白-淀粉网络结构6 。膳食纤维的加入会影响面筋蛋白的特性,进而影响面制品的品质。本研究将不同粒径麦麸纤维加入面筋蛋白中，探究其对面筋蛋白特性的影响，以期为高膳食纤维小麦粉及面制品的加工生产提供理论依据。2023年第36 卷第9 期2023年第36 卷第9 期1材料与方法1.1 材料与试剂小麦麸皮，平顶山市豫香商贸有限公司；面筋蛋白，封丘县华丰粉业有限公司；三羟甲基氨基甲烷（Tris）、甘氨酸（Gly）、埃尔曼（Ellman）试剂、十二烷基硫酸钠（SDS）、尿素（Urea）、乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na),分析纯。1.2仪器与设备RS-FS553粉碎机，合肥荣事达小家电有限公司YH-M3003电子分析天平，五鑫衡器有限公司；MCR102e流变仪，安东帕中国有限公司；TMS-Pro质构仪,北京盈盛恒泰科技有限公司；S10高速分散器，宁波新芝生物科技股份有限公司。1.3试验方法1.3.1样品处理用粉碎机将麦麸纤维粉碎并过标准筛网，得到粒径分别为0.42 5、0.2 50、0.18 0、0.150、0.12 5mm的麦麸纤维。以面筋蛋白粉质量计，按5%的添加量将不同粒径的麦麸纤维加入到面筋蛋白粉中充分混匀，以不添加麦麸纤维的面筋蛋白粉作为对照，保存备用。1.3.2面筋蛋白总疏基、游离疏基、二硫键含量的测定参考刘海波等7 的方法并稍作修改。总巯基的测定：取2 mL质量分数0.2%面筋蛋白溶液,加人5mLTris-Gly缓冲液(含0.0 8 6 mol/L Tris，0.090 mol/L Gly,8 mol/L Urea 和质量分数 0.5%SDS),再加人 0.1 mL Ellman 试剂(0.0 1 mol/L),以25振荡混合2 0 min后，于波长412 nm处测定吸光度。以不加Ellman试剂的溶液作为对照。总疏基含量计算见式（1）。游离疏基的测定：取2 mL质量分数0.2%面筋蛋白溶液,加入5mLTris-Gly缓冲液(含0.0 8 6 mol/LTris,0.090 mol/L Gly 和 4 mmol/L EDTA-2Na,pH 8.0）,其他步骤同总疏基的测定。游离巯基含量计算见式（2）。面筋蛋白二硫键含量计算见式(3)。总疏基含量=73.53 A,D2游离疏基含量=P二硫键合量=总疏基合量二游离疏基合量。2粮食与油脂式中:D,为测总巯基样品的稀释倍数;D为测游离巯基样品的稀释倍数；A，为测总巯基样品在波长412nm处的吸光度；A为测游离巯基样品在波长412nm处的吸光度；7 3.53为Ellman试剂摩尔消光系数，mol/L;p为蛋白质质量浓度,mg/mL。1.3.3面筋蛋白持水性、持油性的测定参照李翠翠等8 的方法并稍作修改。持水性的测定：取1.0 g（m o）样品于离心管中，称取离心管和样品质量为m1，加蒸馏水充分搅拌30min后，以40 0 0 r/min离心2 0 min，弃去上清液，称取离心管和样品质量m2。面筋蛋白持水性按式(4)计算。m2-m1持水性=100%mo持油性的测定：取1.0 g（m）样品于离心管中，称取离心管和样品质量4，加人足量大豆油并充分搅拌30 min后，以40 0 0 r/min离心2 0 min，弃去上层离心油,称取离心管和样品质量m5，面筋蛋白持油性按式(5)计算。ms-m4持油性=100%m31.3.4面筋蛋白起泡性及其稳定性的测定参考张麟9 的方法并稍作修改。称取0.12 5g样品于烧杯中，加人2 5mL蒸馏水,用高速分散器以10000r/min搅拌1min，然后快速倒入量筒中，测定泡沫的体积Va，静置2 0 min后再次测定泡沫的体积Vs。面筋蛋白的起泡性和泡沫稳定性按式(6）(7)计算。起泡性=100%25泡沫稳定性=V100%V1.3.5面筋蛋白乳化性及其稳定性的测定参照张麟9 的方法并稍作修改。取0.0 4g样品加人2 0 mL蒸馏水，然后加人2 0 mL大豆油，用高速分散器以10 0 0 0 r/min搅拌1min，将混合后的乳化液均分为二,每份体积记为V。1份以30 0 0 r/min离心10 min后测定乳化层体积Vi另1份于水浴锅中73.53 A,Dl(1)P(2)(3)49(4)(5)V.(6)(7)以50 恒温水浴30 min后取出,冷却至室温，然后以30 0 0 r/min离心10 min,测定乳化层体积V2。面筋蛋白的乳化性和乳化稳定性按式（8）（9)计算。乳化性=100%VV(8)501.3.6面筋蛋白流变学特性的测定参考李翠翠等8 的方法并稍作修改。取3.0 g面筋蛋白样品加人2.0 mL蒸馏水制备成湿面筋，置于载物台平板下，刮去平板周围多余样品。在25下以1%应变振幅对样品进行频率扫描。1.3.7面筋蛋白质构特性的测定参照杨静洁等10 1的方法并稍作修改。取3.0 g面筋蛋白样品，加人2.0 mL蒸馏水混匀，揉捏成团，然后制成直径约3cm球体，放在载物台上，选用TPA模式,P/50探头。测定参数：速度6 0 mm/min，起始力0.1N,形变量7 0%,探头回升高度40 mm。1.4数据处理与分析所有试验重复3次，试验数据以平均值标准差表示；采用Excel、SPSS2 2.0 分析数据，采用Ori-gin 8.6 作图。2结果与分析2.1不同粒径麦麸纤维对面筋蛋白游离疏基、二硫键含量的影响二硫键和游离巯基的比例可用于评价面筋聚集行为和面团质量，表示面筋蛋白空间网络结构的紧密程度1。由图1可知：与未加人麦麸纤维的空白对照样品相比,加人麦麸纤维可使面筋蛋白的游离巯基含量增加、二硫键含量减少。随着麦麸纤维粒径的减小，面筋蛋白的游离巯基含量整体上呈下降趋势，而二硫键含量逐渐升高，最后趋于稳定。原因可能是当麦麸纤维粒径较大时，在一定程度上阻碍了面筋网络结构的形成,分子链间二硫基更容4.54.0上3.53.0d(8/oumi)/鲁号2.52.01.51.00.5人0空白未粉碎0.42 50.2 50（粒径/mm图1不同粒径麦麸纤维对面筋蛋白游离疏基、二硫键含量的影响注：不同字母表示差异显著,P0.05，下同。粮食与油脂V2易断裂,从而降低了二硫键含量,增加了游离巯基乳化稳定性=V100%游离疏基a二硫键bbcdcd0.1800.1502023年第36 卷第9 期(9)含量。当麦麸纤维粒径减小到一定程度（0.150、0.125mm)时,其颗粒大小趋近于面筋蛋白颗粒大小，二硫键和游离巯基含量趋近于未加人麦麸纤维的空白对照样品。2.2不同粒径麦麸纤维对面筋蛋白持水性、持油性的影响由图2 可知：与空白对照样品相比,加人麦麸纤维的面筋蛋白的持水性增加，这可能是因为麦麸纤维使面筋蛋白中二硫键断裂,形成游离琉基,面筋蛋白会释放出更多的极性氨基酸，同时也会吸引更多的水分子,从而增强了面筋蛋白与水分子水合程度,持水性提高12 ;随着麦麸纤维粒径的减小,面筋蛋白的持水性整体上呈现出下降的趋势。这可能是麦麸纤维的毛细结构被破坏导致其对水分的束缚作用降低,持水性减小。与空白对照样品相比，加人麦麸纤维的面筋蛋白的持油性显著降低（P 0.0 5），随着麦麸纤维粒径的减小，面筋蛋白的持油性整体上呈先升高后降低的趋势，在麦麸纤维粒径为0.2 50 mm时达到最大值。这可能是因为麦麸纤维使面筋蛋白的分子结构发生解聚，平均疏水性升高,亲油基团对大豆油的吸附作用降低,面筋蛋白的持油性也随之降低，300250%/200F150FC100F50F0空白未粉碎0.42 50.2 50 0.18 0 0.150 0.12 5cdcdabbc0.125持水性持油性bbdaab粒径/mm图2 不同粒径麦麸纤维对面筋蛋白持水性、持油性的影响ab2.3不同粒径麦麸纤维对面筋蛋白起泡性及其稳定性的影响由图3可知：与空白对照样品相比,加入麦麸纤维的面筋蛋白的起泡性和泡沫稳定性都显著增大（P 0.0 5），随着麦麸纤维粒径的减小，面筋蛋白的起泡性和泡沫稳定性先降低后总体升高，当麦麸纤维粒径为0.2 50 mm时,面筋蛋白的起泡性和泡沫bbb2023年第36 卷第9 期稳定性都达到最低值。这可能是因为较大粒径的麦麸加人后，面筋蛋白的网络结构被破坏，肽链伸展,伸展的蛋白质吸附在气一液界面上,形成一层牢固的界面膜，从而提高面筋蛋白的起泡性能；当麦麸纤维粒径为0.2 50 mm时，麦麸纤维对面筋网络的结构的破坏较少，伸展的蛋白质形成的界面膜稳定性较低。随着粒径的进一步减小,起泡性逐渐增加,可能是更微小的蛋白颗粒使溶液分布更均匀，导致其更容易发泡且起泡量增大。40Fa35302520F1510F5F0空白未粉碎0.42 50.2 50 0.18 0 0.150 0.12 5图3不同粒径麦麸纤维对面筋蛋白起泡性及其稳定性的影响2.4不同粒径麦麸纤维对面筋蛋白乳化性及其稳定性的影响由图4可知：与空白对照样品相比,加人麦麸纤维使面筋蛋白的乳化性和乳化稳定性均显著降低（P 0.0 5）,这可能是加人的麦麸纤维扰乱了面筋蛋白的均匀结构，导致其乳化能力减弱，乳化稳定性减小；随着麦麸纤维粒径的减小，面筋蛋白的乳化性和乳化稳定性总体上呈现逐渐增大的趋势。纤维颗粒在面筋蛋白中分布更均匀细腻,促进了其60F乳化稳定性ab工bc650F%4030F20F100空白未粉碎0.42 50.2 50 0.18 0 0.150 0.12 5图4不同粒径麦麸纤维对面筋蛋白乳化性及其稳定性的影响粮食与油脂对水一油的混合和稳定，乳化性和乳化稳定性也随之逐渐增大。2.5不同粒径麦麸纤维对面筋蛋白流变学特性的影响储能模量（G）和损耗模量（G）分别表示面筋蛋白的弹性和黏性。由图5可知：G始终大于G,说明在整个面筋体系中弹性的比例较大,流动性较差。随着麦麸纤维粒径的减小,面筋蛋白的G和G呈先升高后降低的趋势,且在麦麸纤维粒径为0.2 50 mm时达到最大值,可能是因为加人0.2 50 mm的麦麸纤起泡性泡沫稳定性bbaabC粒径/mmCCde51维提高了面筋团的吸水率，强化了面筋团的筋力13。而当加入麦麸纤维粒径大于0.2 50 mm时，小粒径麦麸纤维均匀镶嵌在面筋网络中，对面筋蛋bab粒径/mmab乳化性白的正常交联产生了阻碍作用,G和G降低，从而造成面筋团黏弹性降低1418:000室息一16000耒粉碎0.425mm14.0000.250mm0.180mm12000+0.150mm0.125mmd/010000800060004000200000.1120001000080000.125mmed/.6 000F400020008.图5不同粒径麦麸纤维对面筋蛋白流变学特性的影响2.6不同粒径麦麸纤维对面筋蛋白质构特性的影响由表1可知：与空白对照样品相比,加入麦麸纤维可显著增加面筋的硬度,且随着麦麸纤维粒径的减小,硬度逐渐减小；内聚性、咀嚼性和弹性均呈现先增后减的趋势，且在当麦麸纤维粒径为0.2 50 mm1.0角频率/(rad/s)(a)空息耒粉碎一0.425mm0.250mm+0.180mm+0.150mm1.0角频率/(rad/s)(b)10.010.0100.0100.052时达到最大值。面筋蛋白质构特性变化的原因可能是不同粒径麦麸纤维的加入影响了面筋蛋白交联作用及其与水的结合程度，从而影响面筋蛋白的组织结构和表观性能14-15 表1不同粒径麦麸纤维对面筋蛋白质构特性的影响粒径/mm硬度/N空白2.25 0.21e未粉碎4.10 0.20a0.4253.60 0.12b0.2503.45 0.11b0.1803.02 0.12c0.1502.62 0.11d0.1252.54 0.20d注：不同字母表示差异显著，P0.05。3结论本文探究了不同粒径麦麸纤维对面筋蛋白游离巯基和二硫键含量、持水性、持油性、起泡性及泡沫稳定性、乳化性及乳化稳定性、流变学特性、质构特性的影响。结果表明：随着麦麸纤维粒径的减小，面筋蛋白的游离巯基含量整体上呈下降趋势、二硫键含量逐渐增加；持水性整体上呈下降趋势，持油性整体上呈先升高后降低的趋势；起泡性及泡沫稳定性先降低后升高；乳化性和乳化稳定性总体上呈现逐渐增大的趋势；G和G先升高后降低；硬度逐渐降低,内聚性、咀嚼性和弹性先增大后减小。不同粒径的麦麸纤维掺人面筋蛋白，促进或阻碍了面筋网络的形成和交联,导致面筋的紧致和疏松，从而影响面筋蛋白相关特性的变化,后续可以借助拉曼光谱、紫外吸收光谱、分子对接技术等手段进一步探究不同粒径麦麸纤维与面筋蛋白的互作机制,为其在面筋改良及面制品中的生产应用提供参考。参考文献 1 MA S,WANG Z,LIU H M,et al.Supplementation ofwheat flour products with wheat bran dietary fiber:Pur-pose,mechanisms,and challenges J.Trends in FoodScience&Technology,2022,123:281-289.2 SUN X Y,BU Z W,QIAO B Q,et al.The effects ofwheat cultivar,flour particle size and bran content on therheology and microstructure of dough and the texture ofwhole wheat breads and noodles J.Food Chemistry,粮食与油脂2023,410:135447.3 DE BONDT Y,HERMANS W,MOLDENAERS P,et al.Selective modification of wheat bran affects its impact ongluten-starch dough rheology,microstructure and breadvolume J.Food Hydrocolloids,2021,113:106348.【4姚慧慧，王燕，赵传文小麦麸皮膳食纤维及其在食内聚性咀嚼性/g1.03 0.09a64.33 4.09a20.80 0.07c47.29 3.85 bc10.85 0.07bc53.44 4.02b 18.89 1.08b0.97 0.05ab63.78 3.59*20.20 1.12ab0.92 0.06 abe550.59 3.72 bc 20.03 1.24ab0.88 0.06bc446.91 2.95bc18.78 1.16b0.87 0.07bc45.77 2.6718.55 1.11b2023年第36 卷第9 期弹性品中的应用研究进展J粮食与油脂，2 0 18，31(10)：21.13 1.32a10-12.14.88 1.19c 5 LI X N,WANG L P,JIANG P,et al.The effect of wheatbran dietary fibre and raw wheat bran on the flour anddough properties:A comparative study J.LWT-FoodScience and Technology,2023,173:114304.6 CA PPELLI A,BET T A CCINI L,CINI E.T h e k n e a d i n gprocess:A systematic review of the effects on dough rhe-ology and resulting bread characteristics,including im-provement strategies J.Trends in Food Science&Technology,2020,104:91-101.7】刘海波，廖超，郑万琴，等微波处理小麦面粉对淀粉及蛋白性质的影响J食品与发酵工业，2 0 2 0，46(14):91-97.【8 李翠翠，陆玉，马宇翔，等琉基、二硫键变化对小麦面筋蛋白性质的影响J中国食品学报，2 0 19，19(7):93-98.【9 张麟冻藏温度对非发酵面团面筋蛋白及冷冻饺子皮品质的影响研究D新乡：河南科技学院，2 0 2 2.【10】杨静洁，张波，张影全，等冷冻温度对非发酵面团蛋白质结构及面团特性的影响J中国粮油学报2020,35(5):11 17.11 ZHANG J,LI M Q,LI C R,et al.Effect of wheat braninsoluble dietary fiber with different particle size on thetexture properties,protein secondary structure,and micro-structure of noodles J.Grain&Oil Science and Tech-nology,2019,2(4):97-102.【12 施建斌，隋勇，蔡沙，等不同粒度麦麸对面条蒸煮特性和质构特性的影响J，食品研究与开发，2 0 2 2，43(1):1-6.13安兆鹏，王然，赵文哲，等小麦麸皮对面团及面筋蛋白特性的影响J食品研究与开发，2 0 18，39(9):11-17.14 BOITA E R F,ORO T,BRESSIANI J,et al.Rheologicalproperties of wheat flour dough and pan bread with wheatbran J.Journal of Cereal Science,2016,71:177-182.15王玮超微粉碎麸皮的功能特性及应用研究D郑州：河南工业大学，2 0 16.