黃蓮燕，張小爽，張君慧，張慧娟,*，王 靜

（1.北京市食品添加劑工程技術(shù)研究中心，北京食品營(yíng)養(yǎng)與人類健康高精尖創(chuàng)新中心，北京工商大學(xué)，北京 100048；2.中糧營(yíng)養(yǎng)健康研究院有限公司，北京 102209）

不同谷物麩皮對(duì)面團(tuán)流變學(xué)特性及面筋蛋白結(jié)構(gòu)的影響

黃蓮燕1，張小爽1，張君慧2，張慧娟1,*，王 靜1

（1.北京市食品添加劑工程技術(shù)研究中心，北京食品營(yíng)養(yǎng)與人類健康高精尖創(chuàng)新中心，北京工商大學(xué)，北京 100048；2.中糧營(yíng)養(yǎng)健康研究院有限公司，北京 102209）

本實(shí)驗(yàn)選用小麥麩皮、黑小麥麩皮、燕麥麩皮為原材料，探究在高添加量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%）情況下不同谷物麩皮對(duì)面團(tuán)流變學(xué)特性、面筋蛋白組成及結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明，谷物麩皮含有豐富的膳食纖維，麩皮的加入使面團(tuán)的吸水率、黏度崩解值顯著增加，回生值顯著降低，面團(tuán)的形成時(shí)間、穩(wěn)定時(shí)間雖與麩皮種類有關(guān)，但整體均呈上升趨勢(shì)；添加麩皮的面筋蛋白中麥谷蛋白與麥醇溶蛋白比例增加了24.7%～73.0%、二硫鍵含量顯著下降了26.0%～35.5%；面筋蛋白中的二級(jí)結(jié)構(gòu)以β-折疊為主，小麥麩皮和黑小麥麩皮的加入使得面筋蛋白中的β-轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)向β-折疊結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化；掃描電子顯微鏡圖顯示麩皮的加入破壞了面筋蛋白原本均勻致密的微觀結(jié)構(gòu)。綜上所述，谷物麩皮的加入改變了面筋蛋白的組成及二級(jí)結(jié)構(gòu)，這些變化可能是導(dǎo)致面團(tuán)流變學(xué)特性及面制品品質(zhì)下降的原因。

熱機(jī)械學(xué)特性；面筋蛋白；二硫鍵；二級(jí)結(jié)構(gòu)；微觀結(jié)構(gòu)

麩皮是谷物加工的主要副產(chǎn)物，來(lái)源廣泛，研究發(fā)現(xiàn)，麩皮不僅含有豐富的膳食纖維，還富含酚酸、木酚素、VE等具有強(qiáng)抗氧化性的活性物質(zhì)[1-2]。其中膳食纖維可以通過(guò)減緩胃排空，阻礙腸道內(nèi)腔中不可吸收復(fù)合物的形成，從而降低各種與飲食相關(guān)的疾病的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，如心血管疾病、糖尿病、肥胖、胃腸道功能紊亂等[3]；而麩皮中的酚酸物質(zhì)在通過(guò)下消化道消化的過(guò)程中可以釋放出生物活性物質(zhì)，預(yù)防結(jié)腸癌及其他慢性疾病的發(fā)生[4]。因此多食用富含膳食纖維的全谷物食品有益于預(yù)防現(xiàn)代人由于久坐的生活習(xí)慣和代謝紊亂等而引起的慢性疾病。然而，目前世界范圍內(nèi)居民膳食纖維的攝入量都比推薦量低[5]，因此若要提高居民的膳食纖維攝入量，傳統(tǒng)的面制主食品無(wú)疑是膳食纖維的最佳載體，而富含膳食纖維且營(yíng)養(yǎng)豐富的谷物麩皮是最佳原料。

目前，已有許多學(xué)者將富含膳食纖維的農(nóng)副產(chǎn)品如麥麩、米糠以及一些生物高聚物如β-葡聚糖、阿拉伯木聚糖等加入面制主食品中，以提高面制品的膳食纖維含量，但研究結(jié)果顯示面團(tuán)流變學(xué)性質(zhì)及面制品品質(zhì)通常會(huì)隨這些物質(zhì)添加量的增加而下降[6-7]。因此如何改良高膳食纖維面制品的品質(zhì)成為了當(dāng)今的研究熱點(diǎn)。前人研究了麩皮粒徑及不同組成成分對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)的影響，然而這些研究的結(jié)果并不完全一致。有研究表明增大麩皮粒徑可以降低麩皮對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)的負(fù)面影響[8]，然而也有研究表明麩皮顆粒的粒徑越小，產(chǎn)品的品質(zhì)越好[9-10]。麩皮對(duì)面團(tuán)流變學(xué)特性及面制品品質(zhì)的影響，可能與麩皮和面筋蛋白的相互作用有關(guān)。面筋蛋白是小麥粉的重要組成部分，對(duì)面團(tuán)流變學(xué)性質(zhì)及產(chǎn)品品質(zhì)起著決定性作用，添加麩皮可能會(huì)影響面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成，最終導(dǎo)致面團(tuán)流變學(xué)特性和產(chǎn)品品質(zhì)的劣變[11-12]。目前，關(guān)于麩皮對(duì)面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)影響的假說(shuō)主要有：麩皮的加入會(huì)稀釋面筋蛋白，刺破氣泡，阻礙面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)的形成，麩皮中富含的膳食纖維會(huì)與淀粉、蛋白質(zhì)等競(jìng)爭(zhēng)水分，導(dǎo)致面團(tuán)中水分重新分布，面筋蛋白部分脫水，結(jié)構(gòu)坍塌，此外麩皮在粉碎過(guò)程中釋放出的活性物質(zhì)也會(huì)對(duì)面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)的形成產(chǎn)生不利影響[9,13-15]。雖然這些假說(shuō)能夠解釋研究中發(fā)現(xiàn)的一些現(xiàn)象，如麩皮面團(tuán)吸水率增加、形成時(shí)間延長(zhǎng)，但麩皮對(duì)面筋蛋白結(jié)構(gòu)及面制品品質(zhì)影響的機(jī)理尚未闡明，仍需進(jìn)一步的研究。

本實(shí)驗(yàn)選用3 種不同的谷物（小麥、黑小麥、燕麥）麩皮，按質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%的添加量加入到小麥粉中，通過(guò)谷物綜合測(cè)定儀、傅里葉變換紅外光譜（Fourier transform infrared spectroscopy，F(xiàn)T-IR）、掃描電子顯微鏡（scanning electron microscope，SEM）等探究不同谷物麩皮對(duì)面團(tuán)流變學(xué)特性及面筋蛋白結(jié)構(gòu)的影響，以期為麩皮面制品品質(zhì)的改良提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

小麥、燕麥麩皮由河北熱河有限公司提供；黑小麥麩皮由濟(jì)南渲益農(nóng)業(yè)科技有限公司提供；高筋小麥粉購(gòu)于當(dāng)?shù)爻小?/p>

熱穩(wěn)定α-淀粉酶（40 000 U/g） 北京迪朗生化科技有限公司；堿性蛋白酶（200 000 U/g） 北京奧博星生物技術(shù)有限責(zé)任公司；淀粉葡萄糖苷酶液（100 000 U/mL） 上海麥克林生化科技有限公司；正己烷、硼酸、硫酸、鹽酸、氫氧化鈉、甲基紅、溴甲酚綠、無(wú)水碳酸鈉、三羥甲基氨基甲烷、丙酮、2-（N-嗎啉代）乙烷磺酸、冰乙酸、無(wú)水乙醇、異丙醇、5,5-二硫代（二硝基苯甲酸）、二硫糖醇（dithiothreitol，DTE）均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

FW-100高速萬(wàn)能粉碎機(jī) 北京中興偉業(yè)儀器有限公司；FDV-氣引式超細(xì)粉碎機(jī) 臺(tái)灣佑崎有限公司；JA5003電子天平 上海精密科學(xué)儀器有限公司；HM730和面機(jī) 青島漢商電氣有限公司；Cary 100紫外分光光度計(jì) 安捷倫科技（中國(guó)）有限公司；CR22N高速離心機(jī) 日本Hitachi公司；SHZ-82A恒溫振蕩器 常州國(guó)華電器有限公司；馬弗爐 納博熱（上海）工業(yè)爐有限公司；干燥箱 天津市通利信達(dá)儀器廠；SHBⅢ循環(huán)水式多用真空泵 鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司；Kjeltec 8200凱氏定氮儀 丹麥FOSS有限公司；Mixolab谷物綜合特性測(cè)定儀 法國(guó)Chopin公司；Free Zone?真空冷凍干燥機(jī)美國(guó)Labconco公司；FT-IR儀 美國(guó)賽默飛世爾科技有限公司；NovaNano450 SEM 美國(guó)FEI公司。

1.3 方法

1.3.1 麩皮的制備及基本成分的測(cè)定

麩皮粒徑的大小會(huì)影響面團(tuán)及面制品的品質(zhì)，粒徑過(guò)大或者過(guò)小都會(huì)對(duì)面團(tuán)及面制品品質(zhì)產(chǎn)生較大的劣變效果，本實(shí)驗(yàn)選用中等粒徑（80 目）的麩皮，研究不同谷物麩皮對(duì)面團(tuán)流變學(xué)特性及面筋蛋白結(jié)構(gòu)的影響[16-17]。采用超微粉碎機(jī)對(duì)麩皮進(jìn)行研磨，過(guò)80 目篩，將未能過(guò)篩的麩皮繼續(xù)研磨，直至所有麩皮能夠通過(guò)80 目篩，將磨碎后的3 種谷物麩皮分別以質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%的添加量加入小麥粉中，充分混勻制得不同谷物麩皮混合粉，未添加麩皮的小麥粉為空白對(duì)照組，密封保存在4 ℃的冰箱中備用。

麩皮水分含量測(cè)定參照GB/T 5009.3—2010《食品中水分的測(cè)定》[18]；灰分測(cè)定參照GB/T 5009.4—2010《食品中灰分的測(cè)定》[19]；粗蛋白含量測(cè)定參照GB/T 5009.5—2010《食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定》[20]；粗脂肪含量測(cè)定參照GB/T 5009.6—2003《食品中脂肪的測(cè)定》[21]；膳食纖維含量的測(cè)定參照GB/T 5009.88—2014《食品中膳食纖維的測(cè)定》[22]。

1.3.2 面團(tuán)熱機(jī)械學(xué)性質(zhì)的測(cè)定

Mixolab谷物綜合特性測(cè)定儀可用于分析谷物粉及面團(tuán)體系流變學(xué)特性、酶活力指數(shù)、黏度指數(shù)及面筋指數(shù)等物化特性。它可以通過(guò)設(shè)定恒溫、升溫和降溫過(guò)程的測(cè)定條件，從而分析在加熱和機(jī)械功作用下，樣品淀粉糊化、老化及蛋白質(zhì)弱化等信息[23]。采用Mixolab谷物綜合特性測(cè)定儀研究高添加量的不同谷物麩皮對(duì)面團(tuán)熱機(jī)械學(xué)特性的影響，通過(guò)實(shí)時(shí)測(cè)量?jī)蓚€(gè)揉捏臂之間面團(tuán)的扭矩，從而研究面團(tuán)在加熱過(guò)程中蛋白質(zhì)和淀粉的性質(zhì)。混合實(shí)驗(yàn)儀設(shè)定參數(shù)按照“Chopin+”標(biāo)準(zhǔn)：根據(jù)樣品粉的水分含量，計(jì)算樣品粉的質(zhì)量，使加水后面團(tuán)總質(zhì)量為75 g，首先使面團(tuán)扭矩達(dá)到1.1 N·m，30 ℃恒溫8 min后以4 ℃/min的速率加熱至90 ℃，保持7 min，之后以4 ℃/min的速率冷卻至50 ℃，恒溫5 min，整個(gè)過(guò)程面團(tuán)攪拌速率保持在80 r/min。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中可獲得面團(tuán)吸水率、C1～C5扭矩值、面團(tuán)形成時(shí)間、面團(tuán)穩(wěn)定時(shí)間、黏度崩解值、回生值等數(shù)據(jù)[24-26]。

1.3.3 面筋蛋白的洗滌

參照Day等[27]的方法稍作修改。稱取100 g樣品粉放入揉面機(jī)中，根據(jù)Mixolab谷物綜合特性測(cè)定儀測(cè)定的吸水率調(diào)整加水量，揉混5 min，面團(tuán)揉好后靜置30 min，以便更好地形成面筋蛋白。然后用去離子水洗滌，直至洗出的清水遇碘不變藍(lán)色，剩下的便是面筋蛋白。將得到的面筋蛋白立即放入-80 ℃冰箱中冷凍，隨后用真空冷凍干燥機(jī)冷凍干燥48～72 h，得到冷凍干燥的面筋蛋白，留一小塊面筋蛋白用于SEM的觀察，其余面筋蛋白均用高速萬(wàn)能粉碎機(jī)粉碎并過(guò)80 目篩，儲(chǔ)存于4 ℃冰箱中備用。

1.3.4 麥谷蛋白和麥醇溶蛋白比例的測(cè)定

參照李煒煒等[28]的方法并稍作修改。稱取20 g冷凍干燥的面筋蛋白粉置于300 mL 70%的乙醇中，在室溫下用磁力攪拌器攪拌2 h，然后在室溫下4 000 r/min離心10 min，收集上清液，沉淀按照上述操作重復(fù)兩次。將上清液混合后用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器濃縮，進(jìn)行真空冷凍干燥得到麥醇溶蛋白。沉淀物用蒸餾水洗滌3次，除去殘留的乙醇，進(jìn)行真空冷凍干燥得到麥谷蛋白。計(jì)算麥醇溶蛋白和麥谷蛋白的比例。

1.3.5 巰基、二硫鍵含量的測(cè)定

參照Morel等[29]的方法對(duì)面筋蛋白的巰基、二硫鍵含量進(jìn)行分析。游離巰基含量的測(cè)定：取40 mg粉碎后面筋蛋白加入5.5 mL Ellman’s試劑（異丙醇、250 mmol/L Tris-HCl緩沖液（pH 8.5）、4 g/L 5,5-二硫代（二硝基苯甲酸）（5∶5∶1，V/V）），4 800 r/min離心10 min，在412 nm波長(zhǎng)處用分光光度計(jì)測(cè)定吸光度。

總巰基含量的測(cè)定：30 mg粉碎后面筋蛋白，用DTE還原（用80 mmol/L Tris-HCl緩沖液配制40 mmol/L的DTE溶液，pH 8.5），60 ℃反應(yīng)2 h后，加入3 mL 100 mmol/L的冰醋酸丙酮溶液終止反應(yīng)，4 ℃條件下6 000 r/min離心10 min，沉淀物懸浮于300 μL100 mmol/L冰醋酸溶液中，然后再用3 mL 100 mmol/L的冰醋酸丙酮溶液洗滌沉淀，離心，重復(fù)3 次，沉淀用Ellman’s試劑溶解，412 nm波長(zhǎng)處測(cè)定吸光度。

式中：A為樣品在412 nm波長(zhǎng)處的吸光度；ε為消光系數(shù)（13 600 mol-1·cm-1）；b為比色皿厚度（1 cm）；V為樣品體積/L；m為樣品質(zhì)量/g。

1.3.6 FT-IR分析

采用FT-IR分析面筋蛋白的二級(jí)結(jié)構(gòu)，在分辨率為4 cm-1的條件下，掃描次數(shù)為32 次/s，每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)定3 次。FT-IR酰胺Ⅰ帶（1 600～1 700 cm-1）是反映蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)的區(qū)域，用Omnic 8.0軟件截取1 600～1 700 cm-1波段，用PeakFit 4.12軟件對(duì)截取的波段進(jìn)行基線校正、高斯去卷積、二階導(dǎo)數(shù)擬合，得到擬合出的各個(gè)子峰的峰面積百分含量，按表1找到子峰的歸屬并進(jìn)行加和，即得該二級(jí)結(jié)構(gòu)的百分含量[14,29]。

表1 蛋白質(zhì)酰胺Ⅰ帶組分的特征頻率和峰的歸屬Table 1 Wavenumber and band assignment in amide Ⅰ region

1.3.7 SEM觀察

參照Gómez等[31]的方法，將冷凍干燥所得的面筋蛋白用小錘破裂，取其內(nèi)表面進(jìn)行噴金鍍膜，將處理好的樣品立即放入SEM載物腔內(nèi)抽真空，加壓至5 kV，然后分別用從小到大的放大倍數(shù)進(jìn)行觀察、拍照。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有實(shí)驗(yàn)均設(shè)定3組平行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果用 ±s表示，實(shí)驗(yàn)結(jié)果采用Excel 2010和SPSS Statistics 22軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，采用單因素方差分析法檢驗(yàn)，顯著性水平為p＜0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 3 種谷物麩皮的基本成分

表2 不同谷物麩皮基本成分Table 2 Proximate components of wheat bran, rye bran,and oat bran

由表2可知，3 種谷物麩皮均含有豐富的膳食纖維，尤其是小麥麩皮和黑小麥麩皮，總膳食纖維含量高達(dá)41.00%和53.42%，燕麥麩皮的膳食纖維含量相對(duì)較低為29.66%，這一結(jié)果與顧堯臣[32]報(bào)道的谷物麩皮膳食纖維含量相一致。且3 種谷物麩皮中的膳食纖維多為不可溶性膳食纖維，可溶性膳食纖維含量極低，其中黑小麥麩可溶性膳食纖維含量最低，僅為1.45%，小麥麩和燕麥麩中可溶性膳食纖維含量也分別僅為2.85%、4.47%。

2.2 不同谷物麩皮對(duì)面團(tuán)熱機(jī)械學(xué)特性的影響

表3 不同谷物麩皮對(duì)面團(tuán)熱機(jī)械學(xué)特性的影響Table 3 Effects of different cereal brans on thermomechanical properties of dough

從表3可知，3 組麩皮面團(tuán)的吸水率（72.41%～78.81%）較對(duì)照（5 8.0 0%）均顯著增加（p＜0.0 5），這與前人的研究結(jié)果一致[33-34]。加入麩皮后面團(tuán)吸水率增加可能是由于麩皮中含有豐富的膳食纖維，膳食纖維含有大量的羥基基團(tuán)，可以與水通過(guò)氫鍵結(jié)合在一起，使得膳食纖維具有比小麥粉中的主要成分淀粉、蛋白質(zhì)更強(qiáng)的吸水性，因此面團(tuán)吸水率增加[35]。但是本實(shí)驗(yàn)中吸水率最高的是膳食纖維含量最低的燕麥麩面團(tuán)而不是膳食纖維含量最高的黑小麥麩面團(tuán)，這說(shuō)明面團(tuán)的吸水率不能單用膳食纖維含量及膳食纖維的持水力來(lái)解釋，還可能與麩皮中的其他物質(zhì)成分以及與面粉的相互作用有關(guān)。Noort等[10]的研究結(jié)果證明了這一觀點(diǎn)，他們將糊粉層強(qiáng)化過(guò)的小麥麩皮與未強(qiáng)化過(guò)的小麥麩皮添加到小麥粉中，發(fā)現(xiàn)前者面團(tuán)有更高的吸水率。面團(tuán)的形成時(shí)間能反映面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)的形成速度，面筋含量越高，面筋筋力越強(qiáng)，則面團(tuán)形成時(shí)間越長(zhǎng)。除了燕麥麩皮組外，麩皮面團(tuán)的形成時(shí)間與對(duì)照組相比均顯著延長(zhǎng)，這說(shuō)明添加小麥和黑小麥麩皮后需要更長(zhǎng)的時(shí)間形成穩(wěn)定的面團(tuán)。Sudha等[36]將不同的谷物麩皮（小麥、大米、黑小麥）加入小麥粉中，發(fā)現(xiàn)添加谷物麩皮后面團(tuán)的形成時(shí)間延長(zhǎng)。麩皮面團(tuán)形成時(shí)間的延長(zhǎng)，可能是麩皮中的膳食纖維和阿拉伯木聚糖凝膠會(huì)與小麥面筋蛋白之間產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)性吸水現(xiàn)象，部分水分從小麥面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)遷移到膳食纖維或阿拉伯木聚糖凝膠體系中，導(dǎo)致小麥面筋蛋白形成面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的時(shí)間延長(zhǎng)[37-39]?；厣当硎竞说牡矸塾隼浜蟪霈F(xiàn)的淀粉分子重新排列并重結(jié)晶的現(xiàn)象，在宏觀上表現(xiàn)為淀粉糊凝膠化，對(duì)于面制品而言，一般建議回生值不要過(guò)低[40]。黏度崩解值代表的是面團(tuán)的糊化穩(wěn)定性，黏度崩解值越小表示面團(tuán)的糊化穩(wěn)定性越好[40]。而表3數(shù)據(jù)表明，加入小麥、黑小麥、燕麥麩皮后面團(tuán)的回生值與對(duì)照組相比均顯著降低（p＜0.05），而黏度崩解值顯著增加（p＜0.05）。綜上所述，加入3 種谷物麩皮都能顯著降低面團(tuán)的熱機(jī)械學(xué)性質(zhì)，并且麩皮對(duì)面團(tuán)熱機(jī)械學(xué)性質(zhì)的影響與麩皮種類、組成成分有關(guān)。

2.3 不同谷物麩皮對(duì)面筋蛋白組成及結(jié)構(gòu)的影響

面筋蛋白是小麥粉的主要成分，對(duì)面制品的品質(zhì)有著非常重要的影響。根據(jù)溶解度的不同可將面筋蛋白分為醇溶蛋白和麥谷蛋白。麥谷蛋白既有分子內(nèi)二硫鍵也含有分子間二硫鍵，分子質(zhì)量較大，呈纖維狀，占面筋蛋白的30%～40%，能夠賦予面筋蛋白彈性；醇溶蛋白僅具有分子內(nèi)二硫鍵，分子質(zhì)量較小，呈球狀，占面筋蛋白的40%～50%，能夠賦予面筋蛋白黏性[41]。麥谷蛋白和麥醇溶蛋白之間通過(guò)二硫鍵、氫鍵及疏水相互作用形成具有特殊黏彈性質(zhì)的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，賦予小麥面團(tuán)特殊的流變學(xué)特性[42-43]。從表4可知，加入谷物麩皮后，面筋蛋白的組成發(fā)生了變化，麥谷蛋白含量顯著增加（p＜0.05），而麥醇溶蛋白含量顯著降低（p＜0.05），與對(duì)照組相比，小麥麩皮組、黑小麥麩皮組及燕麥麩皮組面筋蛋白中麥谷蛋白和麥醇溶蛋白的比例分別增加了44.9%、24.7%、73.0%。這表明谷物麩皮的加入會(huì)改變面筋蛋白的組成，影響面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)的黏彈性，麥谷蛋白與麥醇溶蛋白比例的改變可能與面團(tuán)流變學(xué)性質(zhì)及面制品品質(zhì)降低有關(guān)。

二硫鍵是面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中重要的化學(xué)鍵，對(duì)維持面筋蛋白的穩(wěn)定及面團(tuán)的流變學(xué)性質(zhì)有著非常重要的作用。由表4可知，加入谷物麩皮后，面筋蛋白的游離巰基含量增加，但總巰基含量顯著降低（p＜0.05），小麥麩皮組、黑小麥麩皮組、燕麥麩皮組面筋蛋白二硫鍵含量與對(duì)照組相比分別降低了33.0%、26.0%、35.5%。二硫鍵含量的降低表明麩皮的加入阻礙了二硫鍵的形成，面筋蛋白的穩(wěn)定性受到了嚴(yán)重的破壞。

圖1是面筋蛋白圖1 600～1 700 cm-1波段擬合后特征曲線圖，面筋蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)的含量如表4所示。面筋蛋白的二級(jí)結(jié)構(gòu)以β-折疊為主，α-螺旋和β-轉(zhuǎn)角所占的比例較小，這與張浩[30]的研究結(jié)果一致。本實(shí)驗(yàn)中對(duì)照組面筋蛋白的β-折疊、α-螺旋、β-轉(zhuǎn)角的含量分別為34.95%，16.94%、20.88%。加入小麥麩皮和黑小麥麩皮的面筋蛋白的β-折疊結(jié)構(gòu)含量顯著增加（p＜0.05），β-轉(zhuǎn)角含量顯著下降（p＜0.05），α-螺旋含量沒(méi)有顯著性變化（P＞0.05），而燕麥麩皮面筋蛋白的二級(jí)結(jié)構(gòu)與小麥粉面筋蛋白相比并沒(méi)有顯著性差異。β-折疊結(jié)構(gòu)含量的增加伴隨β-轉(zhuǎn)角含量的下降說(shuō)明這兩種結(jié)構(gòu)之間可以發(fā)生相互轉(zhuǎn)化。Bock等[14]的研究也發(fā)現(xiàn)添加小麥麩皮到小麥粉中會(huì)使面筋蛋白的β-轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為β-折疊，導(dǎo)致面團(tuán)中的水分重新分布、面筋蛋白部分脫水。Wang Pei等[44]的研究發(fā)現(xiàn)，麥谷蛋白比麥醇溶蛋白中含有更多的β-折疊結(jié)構(gòu)。因此，麥谷蛋白和麥醇溶蛋白比例高的面筋蛋白可能會(huì)具有更高含量的β-折疊結(jié)構(gòu)，這與小麥麩皮和黑小麥麩皮組面筋蛋白中麥谷蛋白和麥醇溶蛋白的比例結(jié)果一致。然而，燕麥麩皮組面筋蛋白的麥谷蛋白和麥醇溶蛋白比例最高，但是其面筋蛋白的β-折疊結(jié)構(gòu)卻沒(méi)有明顯的增加，這表明面筋蛋白結(jié)構(gòu)的變化不僅與麥谷蛋白和麥醇溶蛋白的含量有關(guān)，還受其他因素的影響。

表4 添加不同谷物麩皮的面筋蛋白的理化性質(zhì)及二級(jí)結(jié)構(gòu)Table 4 Composition and secondary structure of glutens with different cereal brans added

圖1 對(duì)照組（A）、小麥麩皮（B）、黑小麥麩皮（C）、燕麥麩皮（D）組面筋蛋白酰胺Ⅰ帶去卷積示意圖Fig. 1 Deconvolution of amide band of control (A), and glutens with added wheat bran (B), rye bran (C) and oat bran (D)

2.4 不同谷物麩皮對(duì)面筋蛋白微觀結(jié)構(gòu)的影響

不同谷物麩皮對(duì)面筋蛋白微觀結(jié)構(gòu)的影響如圖2所示，添加不同谷物麩皮后面筋蛋白的微觀結(jié)構(gòu)明顯不同。從圖2A可知，未添加麩皮的對(duì)照組面筋蛋白孔洞大小均勻且光滑，這表明小麥粉面筋蛋白結(jié)構(gòu)致密統(tǒng)一，具有較好的穩(wěn)定性。然而添加谷物麩皮后，面筋蛋白的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生了明顯的變化，添加小麥麩皮（圖2B）的面筋蛋白孔洞出現(xiàn)鋸齒狀的邊緣，孔洞的大小也不均勻；添加黑小麥麩皮（圖2C）的面筋蛋白展現(xiàn)出類似纖維狀的結(jié)構(gòu)；而添加燕麥麩皮（圖2D）面筋蛋白結(jié)構(gòu)孔洞坍塌嚴(yán)重。面筋蛋白的SEM圖表明谷物麩皮的加入會(huì)破壞面筋蛋白的微觀結(jié)構(gòu)，降低其穩(wěn)定性，且谷物麩皮對(duì)面筋蛋白微觀結(jié)構(gòu)的影響與麩皮的種類及成分有關(guān)。

圖2 對(duì)照組（A）、小麥麩皮（B）、黑小麥麩皮（C）、燕麥麩皮（D）組面筋蛋白的SEM圖Fig. 2 Scanning electron microscopic images of control (A), glutens with added wheat bran (B), rye bran (C) and oat bran (D)

3 結(jié) 論

本實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，小麥、黑小麥及燕麥麩皮都含有豐富的膳食纖維，將這3 種麩皮添加到小麥粉中會(huì)對(duì)面團(tuán)的熱機(jī)械學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生很大的影響，面團(tuán)吸水率、形成時(shí)間、穩(wěn)定時(shí)間、黏度崩解值分別增加，回生值降低，面團(tuán)品質(zhì)下降。加入麩皮后，面筋蛋白的麥谷蛋白和麥醇溶蛋白比例顯著增加（p＜0.05），二硫鍵含量顯著下降（p＜0.05），β-轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)向β-折疊結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化（圖3）。面筋蛋白組成及結(jié)構(gòu)的變化表明添加麩皮破壞了面筋蛋白的穩(wěn)定性，這與面筋蛋白的SEM圖觀察結(jié)果一致。綜上，加入麩皮后面團(tuán)流變學(xué)特性及面制品品質(zhì)的下降可能與面筋蛋白組成及結(jié)構(gòu)的變化有關(guān)，但麩皮如何影響面筋蛋白及面制品品質(zhì)仍需進(jìn)一步研究。

圖3 麩皮對(duì)面筋蛋白組成及結(jié)構(gòu)影響示意圖Fig. 3 Schematic description of the effect of cereal bran on the composition and structure of gluten

[1] 朱小喬, 劉通迅. 小麥麩皮的功能組分及其在食品中的開發(fā)應(yīng)用[J]. 糧油食品科技, 2000, 8(6): 18-21. DOI:10.3969/j.issn.1007-7561.2000.06.010.

[2] LIU R H. Whole grain phytochemicals and health[J]. Journal of Cereal Science, 2007, 46(3): 207-219. DOI:10.1016/j.jcs.2007.06.010.

[3] DEVI P B, VIJAYABHARATHI R, SATHYABAMA S, et al. Health benefits of finger millet (Eleusine coracana L.) polyphenols and dietary fiber: a review[J]. Journal of Food Science and Technology,2014, 51(6): 1021-1040. DOI:10.1007/s13197-011-0584-9.

[4] SHAHIDI F, NACZK M. Phenolics in food and nutraceuticals[M].Boca Raton: CRC Press, 2003: 1-545.

[5] HAMAKER B R. Technology of functional cereal products[M]. Boca Raton: CRC press, 2007: 1-538.

[6] POMERANZ Y, SHOGREN M D, FINNEY K F, et al. Fiber in breadmaking-effects on functional properties[J]. Cereal Chemistry,1977, 21(8): 435-435.

[7] 師萱, 陳婭, 羅金華. 膳食纖維在焙烤食品中應(yīng)用[J]. 糧食與油脂,2009(3): 4-6. DOI:10.3969/j.issn.1008-9578.2009.03.002.

[8] ZHANG D, MOORE W R. Wheat bran particle size ef f ects on bread baking performance and quality[J]. Journal of the Science of Food and Agriculture, 1999, 79(6): 805-809. DOI:10.1002/(SICI)1097-0010(19990501)79:6＜805::AID-JSFA285＞3.0.CO;2-E.

[9] KOCK S D, TAYLOR J, TAYLOR J R N. Ef f ect of heat treatment and particle size of dif f erent brans on loaf volume of brown bread[J]. LWTFood Science and Technology, 1999, 32(6): 349-356. DOI:10.1006/fstl.1999.0564.

[10] NOORT W W J, HAASTER D V, HEMERY Y, et al. The effect of particle size of wheat bran fractions on bread quality-evidence for fi bre-protein interactions[J]. Journal of Cereal Science, 2010, 52(1):59-64. DOI:10.1016/j.jcs.2010.03.003.

[11] MACRITCHIE F. Wheat proteins: characterization and role in flour functionality[J]. Cereal Foods World, 1999, 44(4): 188-193.

[12] GRAYBOSCH R, PETERSON C J, MOORE K J, et al. Comparative effects of wheat flour protein, lipid, and pentosan Composition in relation to baking and milling quality[J]. Cereal Chemistry, 1993,70(1): 95-101.

[13] GAN Z, GALLIARD T, ELLIS P R, et al. Effect of the outer bran layers on the loaf volume of wheat bread[J]. Journal of Cereal Science,1992, 15(2): 151-163. DOI:10.1016/S0733-5210(09)80066-0.

[14] BOCK J E, DAMODARAN S. Bran-induced changes in water structure and gluten conformation in model gluten dough studied by Fourier transform infrared spectroscopy[J]. Food Hydrocolloids, 2013,31(2): 146-155. DOI:10.1016/j.foodhyd.2012.10.014.

[15] COLLAR C, SANTOS E, ROSELL C M. Assessment of the rheological prof i le of fi bre-enriched bread doughs by response surface methodology[J]. Journal of Food Engineering, 2007, 78(3): 820-826.DOI:10.1016/j.jfoodeng.2005.11.026.

[16] GAINES C S, MIKKER R E, DONELSON J R, et al. Optimizing grinder type and methods of expressing wheat meal particle size for wheat texture (hardness or softness) measurement and near-infrared ref l ectance spectroscopy[J]. Cereal Chemistry, 1987, 64(1): 46-49.

[17] 邵佩蘭, 徐明. 麥麩膳食纖維面條烹煮品質(zhì)特性的研究[J]. 農(nóng)業(yè)科學(xué)研究, 2007(2): 27-29. DOI:10.3969/j.issn.1673-0747.2007.02.007.

[18] 衛(wèi)生部. 食品中水分的測(cè)定: GB/T 5009.3—2010[S]. 北京: 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2010: 1-2.

[19] 衛(wèi)生部. 食品中灰分的測(cè)定: GB/T 5009.4—2010[S]. 北京: 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2010: 1-2.

[20] 衛(wèi)生部. 食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定: GB/T 5009.5—2010[S]. 北京: 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2010: 1-3.

[21] 衛(wèi)生部. 食品中脂肪的測(cè)定: GB/T 5009.6—2003[S]. 北京: 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2003: 44-45.

[22] 衛(wèi)生部. 食品中膳食纖維的測(cè)定: GB/T 5009.88—2014[S]. 北京: 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2014: 1-7.

[23] 王鳳, 黃衛(wèi)寧, 劉若詩(shī), 等. 采用Mixolab和Rheometer研究含外源蛋白燕麥面團(tuán)的熱機(jī)械學(xué)和動(dòng)態(tài)流變學(xué)特性[J]. 食品科學(xué), 2009,30(13): 147-152. DOI:10.3321/j.issn:1002-6630.2009.13.035.

[24] MARCO C, ROSELL C M. Breadmaking performance of protein enriched, gluten-free breads[J]. European Food Research and Technology, 2008, 227(4): 1205-1213. DOI:10.1007/s00217-008-0838-6.

[25] DAP?EVI? T, HADNA?EV M, POJI? M. Evaluation of the possibility to replace conventional rheological wheat flour quality control instruments with the new measurement tool-mixolab[J].Agriculturae Conspectus Scientif i cus, 2009, 74(3): 169-174.

[26] 張慧娟, 黃蓮燕, 王靜, 等. 青稞添加量對(duì)面團(tuán)熱機(jī)械學(xué)性質(zhì)及饅頭品質(zhì)的影響[J]. 中國(guó)食品學(xué)報(bào), 2016, 16(4): 104-112. DOI:10.16429/j.1009-7848.2016.04.015.

[27] DAY L, AUGUSTIN M A, PEARCE R J, et al. Enhancement of gluten quality combined with reduced lipid content through a new saltwashing process[J]. Journal of Food Engineering, 2009, 95(2): 365-372.DOI:10.1016/j.jfoodeng.2009.05.018.

[28] 李煒煒, 陸啟玉. 面筋蛋白及其組分含量對(duì)鮮濕面條色澤的影響研究[J]. 食品研究與開發(fā), 2010, 31(4): 157-161. DOI:10.3969/j.issn.1005-6521.2010.04.049.

[29] MOREL M H, REDL A, GUILBERT S. Mechanism of heat and shear mediated aggregation of wheat gluten protein upon mixing[J].Biomacromolecules, 2002, 3(3): 488-497. DOI:10.1021/bm015639p.

[30] 張浩. 面筋蛋白性質(zhì)與餃子皮品質(zhì)關(guān)系研究[D]. 鄭州: 河南工業(yè)大學(xué), 2013: 1-83.

[31] GóMEZ A V, FERRER E G, ANON M C, et al. Changes in secondary structure of gluten proteins due to emulsif i ers[J]. Journal of Molecular Structure, 2013, 1033: 51-58. DOI:10.1016/j.molstruc.2012.08.031.

[32] 顧堯臣. 小宗糧食加工(一)[J]. 糧食與飼料工業(yè), 1999(4): 12-16.DOI:10.3969/j.issn.1003-6202.1999.04.004.

[33] AHMED J, ALMUSALLAM A S, AL-SALMAN F, et al. Rheological properties of water insoluble date fiber incorporated wheat flour dough[J]. LWT - Food Science and Technology, 2013, 51(2): 409-416.DOI:10.1016/j.lwt.2012.11.018.

[34] MI? A, GRUNDAS S, DZIKI D, et al. Use of farinograph measurements for predicting extensograph traits of bread dough enriched with carob fi bre and oat wholemeal[J]. Journal of Food Engineering, 2012, 108(1): 1-12.DOI:10.1016/j.jfoodeng.2011.08.007.

[35] ROSELL C M, ROJAS J A, DE BARBER C B. Influence of hydrocolloids on dough rheology and bread quality[J]. Food Hydrocolloids, 2001, 15(1): 75-81. DOI:10.1016/S0268-005X(00)00054-0.

[36] SUDHA M L, VETRIMANI R, LEELAVATHI K. Inf l uence of fi bre from dif f erent cereals on the rheological characteristics of wheat fl our dough and on biscuit quality[J]. Food Chemistry, 2007, 100(4): 1365-1370.DOI:10.1016/j.foodchem.2005.12.013.

[37] 畢寧寧, 謝巖黎, 趙文紅. 麩皮的添加量對(duì)面團(tuán)流變學(xué)特性和饅頭品質(zhì)的影響[J]. 糧食與飼料工業(yè), 2014(2): 28-30; 51. DOI:10.7631/j.issn.1003-6202.2014.02.008.

[38] 申瑞玲, 董吉林, 程珊珊, 等. 麩皮面粉面團(tuán)的粉質(zhì)和拉伸特性[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2009, 25(增刊1): 237-240. DOI:10.3969/j.issn.1002-6819.2009.z1.048.

[39] WANG W M, VAN VLIET T, HAMER R J. How gluten properties are af f ected by pentosans[J]. Journal of Cereal Science, 2004, 39(3): 395-402.DOI:10.1016/j.jcs.2004.02.002.

[40] 張艷, 唐建衛(wèi), HUMIERES G D, 等. 混合實(shí)驗(yàn)儀參數(shù)與和面儀、快速黏度儀參數(shù)的關(guān)系及其對(duì)面條品質(zhì)的影響[J]. 作物學(xué)報(bào), 2011,37(8): 1441-1448. DOI:10.3724/SP.J.1006.2011.01441.

[41] 呂立志, 范喜梅. 小麥面筋蛋白及其乳化性研究概述[J]. 湖北農(nóng)業(yè)科學(xué), 2011, 50(6): 1088-1090. DOI:10.3969/j.issn.0439-8114.2011.06.003.

[42] NAWROCKA A, CHARGOT M S, MI? A, et al. Dietary Fiberinduced changes in the structure and thermal properties of gluten proteins studied by fourier transform-raman spectroscopy and thermogravimetry[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry,2016, 64(10): 2094-2104. DOI:10.1021/acs.jafc.5b05712.

[43] SHEWRY P R, HALFORD N G, BELTON P S, et al. The structure and properties of gluten: an elastic protein from wheat grain[J].Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series B:Biological Sciences, 2002, 357: 133-142. DOI:10.1098/rstb.2001.1024.

[44] WANG Pei, XU Lei, NIKOO M, et al. Effect of frozen storage on the conformational, thermal and microscopic properties of gluten: comparative studies on gluten-, glutenin- and gliadin-rich fractions[J]. Food Hydrocolloids, 2014, 35: 238-246. DOI:10.1016/j.foodhyd.2013.05.015.

Effect of Different Cereal Brans on Dough Rheological Properties and Gluten Secondary Structure

HUANG Lianyan1, ZHANG Xiaoshuang1, ZHANG Junhui2, ZHANG Huijuan1,*, WANG Jing1
(1. Beijing Engineering and Technology Research Center of Food Additives, Beijing Advanced Innovation Center for Food Nutrition and Human Health, Beijing Technology and Business University, Beijing 100048, China;2. Nutrition & Health Research Institute, COFCO Corporation, Beijing 102209, China)

The effects of a high level (30%, m/m) of different cereal brans (wheat, triticale and oat) added to wheat fl our on dough rheological properties, and gluten composition and secondary structure were studied. The results showed that addition of cereal bran, rich in dietary fi ber, resulted in a remarkable increase of water-absorbing capacity and breakdown viscosity,a distinct decrease of setback viscosity and in general an increase of dough development time and stability time, which were dependent on cereal varieties. Moreover, an increase in gliadin and glutenin of 24.7%–73.0% and a reduction in disulf i de bond content of 26.0%–35.5% were found. β-Sheet was the predominant secondary structure of gluten proteins, and addition of wheat and triticale brans led to the conversion of β-turn to β-sheet. The scanning electron microscopy showed that addition of cereal bran destroyed the compact and uniform microstructure of gluten. Together these fi ndings indicated that bran addition could result in changes in gluten composition and secondary structure, leading to the deterioration of dough rheological properties and the fi nal product quality.

thermomechanical property; gluten protein; disulf i de bonds; secondary structure; microstructure

10.7506/spkx1002-6630-201723001

TS209

A

1002-6630（2017）23-0001-07

黃蓮燕, 張小爽, 張君慧, 等. 不同谷物麩皮對(duì)面團(tuán)流變學(xué)特性及面筋蛋白結(jié)構(gòu)的影響[J]. 食品科學(xué), 2017, 38(23): 1-7.

DOI:10.7506/spkx1002-6630-201723001. http://www.spkx.net.cn

2017-04-05

“十三五”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃重點(diǎn)專項(xiàng)（2017YFD0401105）；國(guó)家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項(xiàng)目（31401522）；北京市教委科研類專項(xiàng)科技創(chuàng)新平臺(tái)項(xiàng)目（19008001226）；北京市優(yōu)秀人才教育資助青年拔尖團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目；北京工商大學(xué)2017年研究生科研能力提升計(jì)劃項(xiàng)目

黃蓮燕（1992—），女，碩士研究生，研究方向?yàn)槭称房茖W(xué)。E-mail：huanlanyanz@163.com

*通信作者：張慧娟（1983—），女，副教授，博士，研究方向?yàn)槭称房茖W(xué)。E-mail：zhanghuijuan@th.btbu.edu.cn

HUANG Lianyan, ZHANG Xiaoshuang, ZHANG Junhui, et al. Effect of different cereal brans on dough rheological properties and gluten secondary structure[J]. Food Science, 2017, 38(23): 1-7. (in Chinese with English abstract)

DOI:10.7506/spkx1002-6630-201723001. http://www.spkx.net.cn