超高壓改性谷粉變性機理及對面條加工品質的影響

超高壓加工對食品蛋白質改性的作用食品超標技術是指將食品材料置于超高壓容器中，在一定溫度下（通常不超過100mpa，一般來說不超過100mpa的壓力范圍），并在一定溫度下處理相應的時間，導致食品成分的非同價值（氫鍵、離子鍵、疏水鍵等）的破壞或形成，這改變了食品材料的性質。蛋白質是食品物料的重要組成成分。依據蛋白質自身結構、加壓水平、溫度、pH值、離子強度、溶劑組成、蛋白質濃度等諸多因素影響,超高壓加工可對蛋白質產生不同程度的改性作用,使其出現變性、凝聚或凝膠化現象,而在此過程中食品的顏色、風味和營養價值不受或很少受影響。超高壓加工蛋白質出現的性質變化完全不同于傳統熱加工方法對蛋白質改性的影響,食品蛋白超高壓加工現已成為食品工業高新技術研究領域的熱點之一。谷朊粉俗稱活性面筋粉,是以小麥面粉為原料,采用水洗、分離、干燥等物理手段而獲得的一種高蛋白聚合物,主要由麥醇溶蛋白、麥谷蛋白組成。與大豆蛋白、花生蛋白相比,小麥面筋蛋白溶解性、乳化性、起泡性等功能特性較差,不能滿足食品工業以及其他行業的要求,限制了其應用范圍。超高壓加工技術對食品蛋白質改性具有良好效果。研究表明,谷朊粉在超高壓作用下,面團的粘彈性增大,且谷朊粉蛋白的雙硫鍵交聯作用增強,蛋白結構發生改變。作者在研究中也發現超高壓能顯著改變谷朊粉的溶解度、乳化性、起泡性等理化性質,且在室溫下400MPa處理10min時對物性的改善最佳。當前,國內外學者僅對超高壓加工改善谷朊粉自身功能性質的影響開展了初步研究,而對超高壓改性后的谷朊粉在具體食品加工中能否提高應用效果、擴大應用范圍的研究未見報道。因此,本文在前期研究的基礎上,選擇最佳超高壓改性條件下的谷朊粉為原料,且與未經超高壓改性的普通谷朊粉(以下均稱普通谷朊粉)作對比,研究超高壓改性谷朊粉對面條加工品質的影響,探討利用超高壓技術加工谷朊粉,以實現其在實際食品加工中增效應用的切實可行性。1材料和方法1.1率10.650.f%谷朊粉,安徽瑞福祥食品有限公司,粗蛋白含量(77.30±0.72)%、含水率(10.50±0.06)%、粗脂肪(1.98±0.58)%、碳水化合物(4.01±0.67)%;營養小麥粉,安徽良夫面粉有限公司,濕面筋含量(28.60±0.53)%,含水率(11.32±0.07)%;食鹽、純堿,食品級。1.2儀器和檢測方法UHP-700型超高壓實驗機(內蒙古包頭機械科技有限公司);JSM-6490LV型掃描電子顯微鏡(日本電子株式會社);DSC-60型差示掃描量熱儀(日本島津公司);TA-XTplus型質構儀(英國StableMicroSystems公司);JFZD2004-058型電子粉質儀(北京東方孚德技術發展中心);JM3102型電子天平(上海民橋精密科學儀器有限公司);TDL-40B型離心機(上海安亭科學儀器廠);100-1型家用軋面機(永康市海鷗電器有限公司)。1.3測試方法1.3.1篩下物的提取稱取80g谷朊粉,用兩層聚乙烯塑料袋抽真空密封包裝后放置于超高壓設備的容器空腔中,室溫下壓力400MPa處理樣品10min。將處理后的樣品粉碎,用100目標準篩過篩,收集篩下物置于冰箱中冷藏(4℃)保存備用。將冷凍干燥的普通谷朊粉和超高壓改性谷朊粉分別置于密閉容器盒中,用2.5%的戊二醛溶液固定,并用pH值7.2的磷酸鹽緩沖液沖洗3次,然后用50%、70%、90%、100%乙醇梯度脫水,再用乙酸異戊酯沖洗3次(置換乙醇)后,經CO2臨界干燥、離子濺射金膜后,利用掃描電子顯微鏡進行觀察并拍照。1.3.2變性溫度的測定參照文獻的方法,用DSC-60型差示掃描量熱儀分別測定普通谷朊粉和超高壓改性谷朊粉的變性溫度。儀器操作條件為:He氣氛,升溫速度10℃/min。1.3.3添加量對營養小麥粉的影響稱取100g營養小麥粉,按照0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%、3.5%的添加量分別配制添加超高壓改性谷朊粉和普通谷朊粉的營養小麥粉樣品。參照GB/T5506.2—2008方法,測定上述兩大類營養小麥粉樣品的面筋含量。1.3.4u3000合片軋面制備工藝參照SB/T10137—1993方法,稱取100g面粉樣品,加入35mL自來水(水溫30℃,水中加入2g食鹽,0.15g純堿),手工和面5min左右,使料坯手握成團,經輕輕搓揉仍能成為松散的顆粒面團狀,靜置醒發20min。調整壓輥間距為1mm,在家用軋面機上經3次合片軋制后得到所需單片,將單片再靜置醒發20min。將醒發好的面片經2次合片軋制,得到所需面片,將面片切成寬3mm、長20cm的細長面條。1.3.5實驗品評小組的培養參照SB/T10137—1993面條煮制要求和評分標準(表1)、GB10220—1988感官分析方法總論,選擇6位評價人員組成實驗品嘗小組,按照標準要求,選擇不同品質的面條對實驗品嘗小組人員進行先期培訓5次,經培訓合格、熟悉面條感官評價項目及過程后開始實驗面條樣品的感官評價。按照面條感官評價評分標準所得面條的感官評分去掉最高分和最低分,剩下得分加和平均即為面條的最終評價得分。1.3.6硬度、拉斷力的測定選取煮熟的面條用水沖洗3次,自然淋水,在濾網上靜置15s后置于TA-XTplus型質構儀上測定面條的硬度、拉斷力。重復測定3次,取其平均值。質構儀的參數設定為:測試前速度2mm/s;測試速度2mm/s;測試后速度2.0mm/s;測試距離75mm;數據獲取速度200幀/s。1.3.7測定了面粉的成分性能參照GB/T14614—2006方法,以形成時間、穩定時間、弱化度、粉質指數等為考察指標測定面粉的粉質特性。1.3.8樣品平均值的顯著性分析實驗中所有數據都是3次測定的平均值,利用MicrosoftExcel軟件多重比較檢驗(p<0.05),評價樣品平均值之間的差異顯著性。2結果與討論2.1超高壓改性對谷粉性質結構的影響圖1、2是普通谷朊粉、超高壓改性谷朊粉放大500倍的電鏡照片。由電鏡照片易見:普通谷朊粉表面組織結構不均一,出現孔徑不一的蜂窩狀小孔,表明蛋白與蛋白、蛋白與淀粉間結合不是非常緊密。超高壓改性谷朊粉表面組織結構較均一,出現撕裂狀的纖維狀結構,表明蛋白與蛋白、蛋白與淀粉間結合緊密,交聯程度增大,超高壓處理對谷朊粉的性質結構產生了顯著影響。這也為添加超高壓改性谷朊粉能夠增加普通面粉的品質提供了一個有效佐證。2.2谷粉變性溫度蛋白質的差示掃描熱量法(DSC)是一種通過加熱蛋白質,破壞其二級、三級、四級結構,測量變性過程中的能量變化情況來反映蛋白質結構特征的分析方法。普通谷朊粉和超高壓改性谷朊粉變性溫度測定如圖3所示,普通谷朊粉的起始變性溫度為66.75℃,終止變性溫度為169.43℃,變性峰值溫度為117.02℃。超高壓改性谷朊粉的起始變性溫度為77.50℃,終止變性溫度為170.59℃,變性峰值溫度為119.76℃。通常,聚合物的熱變性溫度因交聯而提高。比較普通谷朊粉和超高壓改性谷朊粉DSC曲線可知,超高壓改性谷朊粉的變性峰值溫度比普通谷朊粉的變性峰值溫度升高了2.74℃,這說明谷朊粉經超高壓處理后,其蛋白交聯程度增大,這也與普通谷朊粉、超高壓改性谷朊粉顯微照片所得結果相一致。2.3谷粉添加對面粉濕一、四水合物含量的影響濕面筋是反映面粉蛋白質含量和持水力大小的一項重要指標。向普通營養小麥粉中分別添加超高壓改性谷朊粉和普通谷朊粉,所得強化的營養小麥粉濕面筋含量變化與添加量的關系如圖4所示。與未添加谷朊粉的小麥粉相比,添加超高壓改性谷朊粉和普通谷朊粉均對營養小麥粉濕面筋的含量產生顯著影響,濕面筋含量均隨著谷朊粉添加量的增加而增大(p<0.05)。在添加量小于和等于1.5%時,添加超高壓改性谷朊粉的面粉濕面筋含量略高,但影響不顯著(p>0.05);在添加量大于1.5%時,與添加普通谷朊粉相比,添加超高壓改性谷朊粉的面粉濕面筋含量略高,影響顯著(p<0.05),說明添加超高壓改性谷朊粉的面粉增筋效果優于未經超高壓處理的普通谷朊粉。添加谷朊粉對面粉的增筋機理在于:谷朊粉的主要成分是蛋白質,添加到小麥粉中可增加其蛋白含量,濕面筋值增高。谷朊粉經超高壓加工,谷朊蛋白結構中相鄰的自由巰基相互作用,新增形成雙硫鍵,將其添加到小麥粉中,谷朊蛋白與蛋白、蛋白質與淀粉間交聯作用比未經超高壓處理的普通谷朊粉大,持水力強。因而,在相同添加量下,超高壓改性谷朊粉對面粉濕面筋含量影響大于未經超高壓處理的普通谷朊粉。2.4超高壓改性谷粉添加量對面條品質的影響色澤、表觀狀態、適口性、韌性、粘性、光滑性、食味是感官評價面條質量的7個重要指標,以其為標準研究添加超高壓改性谷朊粉和普通谷朊粉對面條質量的影響,所得結果如表2所示。添加超高壓改性谷朊粉和普通谷朊粉對面條感官評分影響為:隨著谷朊粉添加量的增大評分先增大后減小。超高壓改性谷朊粉添加量1.5%～3%時面條評分均超過90分,添加量3%時面條評分達到最高91.5分,而添加量超過3%時,面條評分開始下降。普通朊粉添加量2.5%時面條評分達到最高87.5分,在添加量范圍內,所有面條的得分均沒有超過90分。在相同添加量下,超高壓改性谷朊粉面條的感官評分均高于普通谷朊粉面條,且影響顯著(p<0.05),表明超高壓改性谷朊粉對面條品質的提升影響大于普通谷朊粉。超高壓改性谷朊粉和普通谷朊粉對面條感官品質影響主要在于,谷朊粉添加量的增大增加了面條中蛋白質含量,面條筋力增強,口感提高,感官評分升高。但在添加量超過一定比例后,蛋白質含量過高對面條品質產生負面影響,感官評分降低。谷朊粉經超高壓處理,雙硫鍵的變化增加了濕面團的粘彈性,在相同添加量下,對面條感官品質影響高于普通谷朊粉。2.5超高壓改性谷粉對面條拉斷力和硬度的影響面條的拉斷力反映了面條的韌性和延展性,硬度則表示面條達到一定變形時所必須的力,反映了在感官上用牙咬斷面條所用力的大小。利用TA-XTplus型質構儀測定添加超高壓改性谷朊粉和普通谷朊粉制作面條的拉斷力、硬度情況如圖5、6所示。由圖5可以看出,超高壓改性谷朊粉添加量3%時,面條拉斷力達到最大值101.477N;普通谷朊粉添加量2.5%時,拉斷力達到最大值83.369N。在相同添加水平下,超高壓改性谷朊粉面條的拉斷力普遍大于普通谷朊粉面條的拉斷力,且影響顯著(p<0.05),這與超高壓改性谷朊粉能顯著增大濕面團粘彈性的結論相吻合。由圖6可以看出,添加超高壓改性谷朊粉、普通谷朊粉,面條硬度均比未添加谷朊粉的面條硬度小。在添加量超過1%時,添加超高壓改性谷朊粉面條硬度大于添加普通谷朊粉面條硬度。在相同添加水平下,超高壓改性谷朊粉對面條的硬度影響大于普通谷朊粉,且影響顯著(p<0.05)。添加超高壓改性谷朊粉對面條硬度的影響規律與面條在感官評價中適口性的評分基本一致。面條硬度的增大說明面條中蛋白質構成的空間骨架更為堅固、穩定,實驗所得結果與Apichartsrangkoon、Kieffer等研究結果相吻合,也與普通谷朊粉和超高壓改性谷朊粉顯微結構變化結果相統一。2.6添加超高壓改性谷粉、普通谷粉對營養小麥粉粉質特性的影響形成時間、穩定時間、弱化度、粉質指數是考察小麥粉品質高低的4個主要指標。其中,形成時間、穩定時間、粉質指數越大,表示面粉的筋力越強,面筋網絡越牢固,面粉質量越好。而弱化度越大,表示面團筋力越差,面團過度攪拌后面筋衰減程度越大,面粉的質量越不好。綜合考慮添加超高壓改性谷朊粉、普通谷朊粉對營養小麥粉面筋含量、面條感官評價得分、拉斷力、硬度的影響,選擇超高壓改性谷朊粉最佳添加量為3%的營養小麥粉為對象,研究其粉質特性,具體結果如表3所示。與未添加谷朊粉的營養小麥粉相比較,分別添加3.0%超高壓改性谷朊粉和普通谷朊粉的面粉的形成時間、穩定時間、粉質指數均得到較大提高,而弱化度指標減小,這表明添加3.0%超高壓改性谷朊粉和普通谷朊粉對面粉品質具有較好的增效作用。而在3.0%的相同添加量下,超高壓改性谷朊粉對面粉品質的增效作用強于普通谷朊粉,這也為添加超高壓改性谷朊粉對面條感官評價得分、拉斷力、硬度的影響強于普通谷朊粉提供了解釋。3超高壓改性谷粉和普通谷粉添加量對面團品質的影響見表3.(1)超高壓加工谷朊粉增強了蛋白間的交聯作用,谷朊粉變性峰值溫度由117.