李國(guó)強(qiáng) 李曉明

（煙臺(tái)南山學(xué)院，山東煙臺(tái)265713）

小麥面筋蛋白由醇溶蛋白和谷蛋白組成，其中醇溶蛋白是一種單體蛋白，結(jié)構(gòu)緊密呈球形，分子量較小,由-S-S-結(jié)構(gòu)相連，水合后無彈性，具有很強(qiáng)的黏性、韌性。谷蛋白相對(duì)分子量較大，由分子內(nèi)和分子外-S-S-組成，因此化合鍵力較強(qiáng)，賦予面筋蛋白良好的彈性。這兩種蛋白賦予了面筋蛋白粘彈的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特性，是其它動(dòng)植物蛋白無以媲美的[1]。

當(dāng)谷朊粉吸水經(jīng)水合作用后形成一定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的濕蛋白，形成良好的黏彈性、熱穩(wěn)定性、延伸性及乳化特性。但由于谷朊粉含有較多的疏水性氨基酸，分子內(nèi)與分子間疏水作用區(qū)域較大，很難符合食品的加工需求。近些年，為了拓寬谷朊粉在食品生產(chǎn)和加工中的應(yīng)用，國(guó)內(nèi)外一些學(xué)者對(duì)谷朊粉分別進(jìn)行了物理改性、化學(xué)改性、生物改性，取得了一定的研究成果。鑒于此，本文分析了超聲波改性對(duì)谷朊粉性質(zhì)的影響，以期為谷朊粉在食品生產(chǎn)和加工中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

2 材料與方法

2.1 實(shí)驗(yàn)材料

面粉，購(gòu)于青島白櫻花實(shí)業(yè)有限公司；

金龍魚維生素A營(yíng)養(yǎng)大豆油，購(gòu)于益海（煙臺(tái)）糧油工業(yè)有限公司；

90 %乙醇、NaOH溶液、HCl溶液、85%（W/V）的磷酸均購(gòu)于青州鑫海科技公司。

2.2 儀器設(shè)備

DHG-9070A烘箱，上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；

JJ-2組織搗碎勻漿機(jī)，金壇市精達(dá)儀器制造廠；

721 型紫外可見光光度計(jì)，上海光譜儀器有限公司；

TE612-L電子天平，北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司；

LXJ-IIB離心機(jī)，上海安亭科學(xué)儀器廠；

電熱恒溫水浴鍋，龍口市先科儀器公司；

85 -2恒溫磁力攪拌器，北京華人新創(chuàng)科技有限公司；

超聲波清洗機(jī)，昆山市超聲波儀器有限公司；

pH酸度計(jì)，意大利HANNA；

冷凍干燥機(jī)，由青島農(nóng)業(yè)大學(xué)組裝。

2.3 試驗(yàn)方法

2.3.1 樣品處理

將40g水與100g面粉混勻后放入和面機(jī)中和成面團(tuán)。然后將面團(tuán)在流水上沖洗以去除其中的淀粉等物質(zhì)，用碘液測(cè)試至不再變藍(lán)為止，即得到所需的小麥面筋蛋白，將其冷凍在-20℃下備用。

將待超聲波處理的小麥面筋蛋白放于燒杯中，浸沒在超聲波清洗器的水槽中，處理功率是350W、560W和 700W；處理時(shí)間依次為5min、10min、15min、20min。將小麥面筋蛋白冷凍干燥后將其磨成粉備用。

2.3.2 谷朊粉溶解性與持水能力的測(cè)定

取1g樣品加入100mL水，調(diào)節(jié)pH值，用恒溫磁力攪拌器室溫下攪拌20min，然后將混合物移入已稱重的離心管中，以3000r/min離心分離10min，將上清液移至100mL容量瓶中定容，將沉淀物稱重，用考馬斯亮藍(lán)法測(cè)定蛋白質(zhì)的含量。小麥面筋蛋白持水性和蛋白質(zhì)溶解性分別用式（1）和式（2）計(jì)算

式（2）中，P1為每1mL上清液中蛋白質(zhì)的質(zhì)量，g/mL；

M為樣品水分，%；

Pr為樣品中粗蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；

PS即為蛋白質(zhì)溶解度[2]，g/mL。

2.3.3 乳化性質(zhì)的測(cè)定

取1g谷朊粉樣品，用水溶解并調(diào)節(jié)不同的pH值，然后定容至100mL，取100mL樣品溶液和100mL大豆色拉油混合，以8000r/min轉(zhuǎn)速攪打90s，將攪打后的樣品在4000r/min下離心20min，測(cè)量試管中上層乳化層的高度和下層液體的高度。在20℃下重復(fù)實(shí)驗(yàn)3次，取相近的數(shù)值以平均值作為測(cè)定結(jié)果。按公式（3）計(jì)算蛋白的乳化能力EA：

式（1）中，W為樣品的質(zhì)量，g；

W1為沉淀物的質(zhì)量，g；

WR為持水能力。

將乳化后的樣品置于80℃水浴鍋中，加熱30min后，立即用冷凝水冷卻至室溫，然后在4000r/min下離心20min，測(cè)量離心管中上層乳化層的高度，在20℃下重復(fù)試驗(yàn)3次，取相近的數(shù)值以平均值作為測(cè)定結(jié)果。按公式（4）計(jì)算蛋白的乳化穩(wěn)定性ES：

2.3.4 起泡性的測(cè)定

取1.000g蛋白樣品，用水溶解并調(diào)節(jié)不同的pH值，然后定容至100mL，在組織搗碎機(jī)中以8000r/min速度攪打混合2min，將乳化液轉(zhuǎn)移到量筒中。

用乳化層的體積（cm3）表示樣品的乳化能力，樣品的乳化層體積降低一半的時(shí)間（min）表示樣品的乳化穩(wěn)定性。

3 結(jié)果與討論

3.1 溶解性與持水性

3.1.1 pH對(duì)谷朊粉溶解性與持水性的影響

由圖1可知，谷朊粉的溶解性隨pH呈現(xiàn)“U”形，在酸性條件下，谷朊粉溶解性隨著pH值的增大而減?。辉趬A性條件下，谷朊粉的溶解性隨pH的增大而增大，而在pH=6的中性條件下谷朊粉溶解性最低。這主要是因?yàn)楣入梅鄣牡入婞c(diǎn)在pH5～8之間，在此條件下蛋白質(zhì)發(fā)生凝聚沉淀，溶解度變差[3]。在酸性或堿性條件下，偏離了谷朊粉的等電點(diǎn)，蛋白質(zhì)分子帶凈電荷，產(chǎn)生電荷排斥促進(jìn)了谷朊粉在水溶液中的溶解度。

圖1 pH對(duì)谷朊粉溶解性與持水性的影響Fig.1 Effect of pH value on solubility and water retention of wheat gluten

圖1顯示，谷朊粉的持水性隨pH的變化較為平緩，pH值在5～8之間，持水能力較低；pH值較低和較高時(shí)，持水能力較高。

3.1.2 超聲波改性對(duì)谷朊粉溶解性與持水性的影響

圖2 超聲波處理功率和時(shí)間對(duì)谷朊粉溶解性(a)以及持水性(b)的影響Fig.2 Effects of ultrasonic power and treatment time on the solubility(a)and the water retention ability(b)of wheat gluten

蛋白質(zhì)的吸水性與持水性是產(chǎn)品質(zhì)量控制的一項(xiàng)重要指標(biāo)，生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)活性谷朊粉，水合作用后要吸收接近于其自身重量2倍的水分，國(guó)內(nèi)活性谷朊粉的吸水率在150%～180%[4]。在本實(shí)驗(yàn)中，由圖2(a)可知，隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)谷朊粉的溶解性逐漸增加；超聲波處理功率越大，其溶解性越大。由圖2(b)可知，隨著超聲波處理時(shí)間的延長(zhǎng)，小麥面筋蛋白持水性逐漸下降。

這可能是因?yàn)槌暡ㄌ幚砗螅入梅鄣鞍踪|(zhì)的表面疏水性發(fā)生了明顯變化，當(dāng)谷朊粉蛋白發(fā)生折疊時(shí)，其蛋白表面疏水性降低；當(dāng)谷朊粉蛋白伸展時(shí)，其蛋白表面疏水性增加[5]。

3.2 乳化性及乳化穩(wěn)定性

3.2.1 pH值對(duì)谷朊粉乳化性的影響

圖3 pH對(duì)谷朊粉乳化能力和乳化穩(wěn)定性的影響Fig.3 Effect of pH on emulsion capacity and emulsion stability of wheat gluten

如圖3所示，谷朊粉的乳化性以及乳化穩(wěn)定性的曲線呈現(xiàn)“U”型，即在較低pH時(shí)，谷朊粉的乳化性及乳化穩(wěn)定性隨pH的升高而降低；在pH=6時(shí)，乳化性以及乳化穩(wěn)定性最低；在較高pH時(shí)，乳化性以及乳化穩(wěn)定性隨pH的升高而升高。其趨勢(shì)跟小麥面筋蛋白的溶解度的曲線相似。

這可能是因?yàn)閜H對(duì)于乳化性以及乳化穩(wěn)定性的影響是間接的，通常是通過影響溶解度、結(jié)構(gòu)、表面特性來實(shí)現(xiàn)的。因此pH對(duì)冷凍干燥小麥面筋蛋白的乳化性以及乳化穩(wěn)定性曲線與pH對(duì)溶解度的曲線相似。

3.2.2 超聲波功率和處理時(shí)間對(duì)谷朊粉乳化性與乳化穩(wěn)定性的影響

圖4 超聲波功率和時(shí)間對(duì)小麥面筋蛋白的乳化性(a)以及乳化穩(wěn)定性(b)的影響Fig.4 Effects of ultrasonic power and treatment time on the emulsifying activity(a)and the emulsifying stability(b)of wheat gluten

由圖4(a)可知，隨著超聲波時(shí)間的延長(zhǎng)，谷朊粉的乳化性逐漸增加；由圖4(b)可知超聲波處理的谷朊粉的乳化穩(wěn)定性略有下降，350W超聲波處理的谷朊粉的乳化穩(wěn)定性最高。

這可能是因?yàn)槌暡ǖ奶幚硎沟鞍踪|(zhì)分子的緊密構(gòu)象破壞，使包埋于分子內(nèi)部疏水性氨基酸側(cè)鏈基團(tuán)暴露，在乳化體系形成易溶性的脂類復(fù)合物，使谷朊粉的乳化性提高。但是谷朊粉的水解時(shí)間延長(zhǎng)，其水解度也在增大，包裹在油滴表面的肽段變小，油滴表面的保護(hù)層越來越薄，最終導(dǎo)致了乳化性的降低[6]。較低的超聲波處理功率使得冷凍干燥的小麥面筋蛋白的乳化穩(wěn)定性較高，其原因可能是，經(jīng)超聲波處理后，小麥面筋蛋白分子柔性降低，乳化穩(wěn)定性也隨之降低[7]。

3.3 起泡性及起泡穩(wěn)定性

3.3.1 pH值對(duì)谷朊粉起泡性、起泡穩(wěn)定性的影響

圖5 pH值對(duì)谷朊粉起泡性、起泡穩(wěn)定性的影響Fig.5 Effect of pH value on foam ing ability and foam ing stability of wheat gluten

由圖5可知，冷凍干燥小麥面筋蛋白的起泡性隨pH的變化不顯著。在pH<6時(shí)，冷凍干燥小麥面筋蛋白起泡性隨著pH的增大而減小；pH=6時(shí)，起泡性最??；pH>6時(shí)，冷凍干燥小麥面筋蛋白的起泡性隨著pH的增大而增大。

冷凍干燥小麥面筋蛋白的起泡穩(wěn)定性則隨著pH的變化顯著。在pH<8時(shí)，冷凍干燥小麥面筋蛋白起泡穩(wěn)定性隨pH的增大而增大；pH=8時(shí)，起泡穩(wěn)定性最大；pH>8時(shí)，冷凍干燥小麥面筋蛋白的起泡穩(wěn)定性隨pH的增大而減小。

這可能是因?yàn)?，在pH=6時(shí)，冷凍干燥小麥面筋蛋白的溶解度最低，較低的溶解度影響了其起泡性。pH=8時(shí)，起泡穩(wěn)定性最大，這是因?yàn)樵诖藀H下蛋白質(zhì)內(nèi)部靜電斥力最小，通過非共價(jià)鍵相連的蛋白質(zhì)分子之間的凝聚力最大，且蛋白質(zhì)水合作用造成其吸附力在空氣與水的界面更大，這增加了泡沫薄膜厚度并提高了泡沫薄膜的流變力學(xué)性能[8]。

3.3.2 超聲波功率和時(shí)間谷朊粉起泡性、起泡穩(wěn)定性的影響

由圖6(a)可知，谷朊粉的起泡性隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)先增大后減小，處理功率越大起泡性越強(qiáng)，在700W處理10min時(shí)起泡性達(dá)到最大值。由圖6(b)可知，冷凍干燥小麥面筋蛋白的起泡穩(wěn)定性隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)而降低，超聲波處理功率越大，冷凍干燥小麥面筋蛋白的起泡穩(wěn)定性越小。

圖6 超聲波功率和時(shí)間對(duì)冷凍干燥小麥面筋蛋白起泡性(a)及起泡穩(wěn)定性(b)的影響Fig.6 Effects of ultrasonic power and treatment time on the foam ing capacity(a)and foam ing stability(b)of wheat gluten

這可能是因?yàn)殡S著超聲波功率和處理時(shí)間進(jìn)一步延長(zhǎng)，谷朊粉蛋白分子表面疏水性降低，這樣由蛋白分子間相互作用形成的穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和界面膜遭到破壞，產(chǎn)生的泡沫界面膜由于缺乏韌性而容易破裂。因此，小麥面筋蛋白的起泡性開始下降[9]。

4 結(jié)論

1）pH值為3～12范圍內(nèi)，谷朊粉的溶解度、持水特性、乳化特性、乳化穩(wěn)定性及起泡特性呈現(xiàn)“U”型，pH6時(shí)值最小，起泡穩(wěn)定性先增大后減小，在pH8時(shí)值最大。

2）隨著超聲波處理處理時(shí)間的延長(zhǎng)，谷朊粉的溶解度、起泡穩(wěn)定性、乳化穩(wěn)定性均逐漸降低，350W處理時(shí)較大；冷凍干燥小麥面筋蛋白的持水性隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)而先降低后增加，在5min時(shí)達(dá)到最低點(diǎn)，700W處理時(shí)值較大；冷凍干燥小麥面筋蛋白的乳化性、起泡性隨著超聲波時(shí)間的延長(zhǎng)先略有增加后又降低，在5min時(shí)達(dá)到最高點(diǎn)，700W時(shí)值較大。

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