张 煜,窦博鑫,刘丽宅,张云亮,张 智,高 帅,徐晨冉,刘羽萌,刘 颖,*

(1.哈尔滨商业大学食品工程学院,黑龙江哈尔滨 150076; 2.黑龙江东方学院食品与环境工程学部,黑龙江哈尔滨 150066; 3.黑龙江省北大荒米业集团有限公司,黑龙江哈尔滨 150090)

谷氨酰胺转胺酶(transglutaminase,TGase)是一种广泛分布于哺乳动物、植物、鱼类和微生物中的γ-谷氨酰胺基转移酶,能催化蛋白质结合赖氨酸残基上的ε-氨基和蛋白质结合谷氨酰胺残基上的γ-氨基之间的反应[1]。通过使用TGase可催化蛋白质分子之间形成共价交联键,提高混合面粉中蛋白质的含量,进而改变面团网络结构,增加其稳定性。谷朊粉是从小麦粉当中提取得到的一种天然植物蛋白,由麦醇溶蛋白与麦谷蛋白按一定比例组成[2]。相关研究表明,在面粉中添加10%～20%的谷朊粉,可明显增加面粉当中蛋白质与湿面筋的含量,从而提高面粉强度、面团耐揉混、面包体积等特性[3-5]。马铃薯中的蛋白质主要是球蛋白[6-7],球蛋白是TGase较好的反应底物[8],TGase可催化蛋白质间的交联[9-11]。

国内外已有以马铃薯全粉为原料制作马铃薯面制品的相关研究,张凤婕等[12]通过响应面优化得到添加50%马铃薯全粉下添加4.5%谷朊粉的最优马铃薯面包配方。冯一丹等[13]研究马铃薯面条延展性,确定50%马铃薯全粉添加量下谷朊粉添加5.5%的最优配方。李俊等[14]分析35%添加量的马铃薯泥面条添加谷朊粉4.0%的最佳加工配方。刘丽宅[15]通过综合分析确定马铃薯面条中TGase、谷朊粉、黄原胶等改良剂添加量的最佳加工配方。由于马铃薯全粉中不含有面筋蛋白,因此不具有粘弹性,加水形成的面絮结构松散,通过添加TGase与谷朊粉,可明显优化马铃薯面条的加工特性,结构特性及蒸煮特性。

本研究利用马铃薯全粉与高筋小麦粉比例为3∶7的混合粉为原料,为改善马铃薯全粉添加后的面团特征,研究谷朊粉与TGase对马铃薯与小麦混合粉面团的特征影响,以提高马铃薯面条加工特性,为马铃薯面条的开发与研究提供基础理论支持。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

马铃薯全粉 广州汇涌食品有限公司;高筋小麦粉 五得利面粉集团有限公司;谷氨酰胺转氨酶(食品级,100 U/g) 山东隆科特酶制剂有限公司;谷朊粉(食品级) 封丘县博源制粉有限公司。

NEWAIR型家用面条机 无锡市麦威电器有限公司;ESJ180-4型电子天平 上海恒平科学仪器有限公司;TA.new plus型质构仪 上海瑞玢国际贸易有限公司;220V-AC型电子调节万用电炉 天津泰斯特仪器有限公司;Tec-Master型快速黏度分析仪(RVA) 瑞典Perten仪器公司;AR-1000动态应力流变仪 英国TA Instrument公司。

1.2 实验方法

1.2.1 TGase面团的制备 精确称取高筋小麦粉105 g,马铃薯全粉45 g,并向其中添加不同量的TGase(0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 U/g),加入适量蒸馏水搅拌成为絮状,用手掌将其捏成面团直至没有剩余干粉,而且面团表面光滑,无起皮现象。

谷朊粉、TGase面团的制备:精确称取高筋小麦粉105 g,马铃薯全粉45 g,并向其中添加不同量的谷朊粉(占总质量0、2%、4%、6%、8%、10%)及0.6 U/g TGase,加入适量蒸馏水搅拌成絮状,用手掌将其捏成面团直至没有剩余干粉,而且面团表面光滑,无起皮现象。

1.2.2 指标测定

1.2.2.1 面筋含量的测定 将制作好的面团置于恒定条件(45 ℃、相对湿度70%)的恒温发酵箱中30 min。测定方法参照国标GB/T 5506.2-2008水洗法。

1.2.2.2 粉质特性的测定 参照国标GB/T 14614-2019测定。

1.2.2.3 动态流变学特性的测定 利用动态应力流变仪,参照Marco等人[16]的方法。测定条件:平板间距为1 mm,直径0.4 cm的平板,频率为1.0 Hz,温度为30 ℃,频率变化范围:0.1～10 Hz。

1.2.2.4 糊化特性的测定 利用快速黏度分析仪,参照国标GB/T 24853-2010法测定。量取(25.0±0.1) mL水(按14%湿基校正)移入干燥洁净的样品筒中。用称量皿准确称取(3.50±0.01) g待测试样。将搅拌器置于样品筒中并上下快速搅动10次,使试样分散。将搅拌器置于样品筒中并可靠地插接到搅拌器的连接器上,将仪器的搅拌器电动机塔帽压下,驱动测试程序。测试过程将由计算机控制,按规定的测试程序进行。

1.3 数据处理

各指标的测定,均重复三次,取平均值(n=3)。使用SPSS 20.0对各组数据进行差异与显著性分析,P<0.05为显著差异,数据用平均值±标准差表示。

2 结果与分析

2.1 TGase添加量对混合粉面筋含量的影响

由图1可知,在混合面粉中添加不同量的TGase,湿面筋的含量先增大后减小,当TGase添加量大于0.6 U/g时,混合粉中的湿面筋含量发生明显减小,可能是由于添加过多TGase会使不溶性的麦醇溶蛋白残基水解产生可溶性的谷氨酸[11],从而使大分子的蛋白质变为可溶性的聚合物,溶解于水环境中流失,导致混合粉中的湿面筋含量减少。

图1 TGase添加量对混合粉湿面筋含量的影响Fig.1 Effect of TGase addition on wet gluten content of mixed flour注:不同小写字母表示差异显著(P<0.05)，图4同。

表1 TGase添加量对混合粉面团粉质指标的影响Table 1 Effect of TGase addition on flour quality indexes of mixed flour dough

2.2 TGase添加量对混合粉粉质特性的影响

由表1可知,随着TGase的加入,混合面团吸水率先减少后升高,但总体呈下降趋势,当TGase添加至1.0 U/g时吸水率降至88.9%,可能是因为混合粉中的谷氨酸与赖氨酸发生交联使亲水性氨基酸暴露的亲水键减少[17]。当添加0.6 U/g TGase时,形成时间与稳定时间达到最大值,而弱化度达到最小值264 BU,可能是由于TGase催化蛋白质发生交联,延长了混合粉的形成时间。同时蛋白质会使面筋网络结构更加致密且稳定,导致混合粉稳定时间不断增大。表面面筋网络结构随TGase添加量的增多而增强,从而对机械搅拌的承受能力逐渐增大,在过度搅拌时面筋变弱的速度降低,形成的面团不易变软发黏,所以混合粉的弱化度逐渐减小。

表2 TGase添加量对混合粉糊化特性的影响Table 2 Effect of TGase addition on gelatinization properties of mixed powder

2.3 TGase添加量对混合粉动态流变特性的影响

由图2、图3分析可知,随着TGase不断的加入,G′和G″先增大到最大值后降低,当TGase添加量为0.6 U/g时,G′和G″在各个频率均为最大值,且其结果明显优于没有添加TGase的混合粉,说明TGase的加入可明显改善混合粉面团的流变性。混合粉中添加TGase可促使蛋白质之间发生交联作用、形成致密的面筋网络结构,使混合粉面团的粘弹性发生明显提高。Bonet等[17-18]人也发现添加TGase可使面团筋力增强。

图2 不同添加量TGase对混合粉面团G′的影响Fig.2 Effect of different amount of TGase on G′ of mixed flour dough

图3 不同添加量 TGase对混合粉面团G″的影响Fig.3 Effect of different amount of TGase on G″ of mixed flour dough

2.4 TGase添加量对混合粉糊化特性的影响

由表2分析可知,当TGase不断加入时,混合粉糊化特性中的峰值、谷值和最终黏度均增大。衰减值先减小后增大。因为TGase的加入使得面团淀粉回生进度减缓。当0.6 U/g TGase时,回生值最小702.1±86.5 cP。

综合分析以上所有样本试验可知,当TGase添加量达0.6 U/g时,面团综合特性最佳,因此将其确定为最佳添加量,后续研究谷朊粉混合粉面团中添加TGase 量设定为0.6 U/g。

2.5 谷朊粉添加对含TGase混合粉面筋特性的影响

表3 谷朊粉添加量对含TGase混合粉面团粉质特性的影响Table 3 Effect of gluten addition on flour properties of dough mixed with TGase

由图4可知,当谷朊粉添加量大于6%时,面团中湿面筋的含量较未加入TGase面团中湿面筋含量增大。由于谷朊粉主要是由麦醇溶蛋白与麦谷蛋白组成,谷朊粉的添加增大了TGase发生蛋白质交联作用时的底物含量,而TGase促使谷朊粉中蛋白质进行交联,从而形成紧密强度大的面筋网络结构,因此混合粉中湿面筋的含量增大。如果添加的谷朊粉含量较少,则不能够显著增强混合粉面团中蛋白质之间的交联作用。

图4 不同谷朊粉添加量对含TGase 混合粉面团面筋特性的影响Fig.4 Effect of different gluten addition on gluten properties of dough with TGase mixed flour

2.6 谷朊粉对含TGase混合粉粉质特性的影响

由表3可知,当谷朊粉添加8%时,未加入TGase的混合粉面团吸水率、形成时间、稳定时间、弱化度均达到最优效果。当添加TGase后混合粉面团的形成时间从3.20±0.21 min增大到5.30±0.21 min,稳定时间从2.80±0.01 min增大到3.60±0.35 min,弱化度从259±1.08 BU下降到216±1.08 BU。当谷朊粉不断加入时,面团的吸水率均逐渐增大。在加入谷阮粉的混合粉中加入TGase,促使谷朊粉中的蛋白质与面粉蛋白大分子发生交联作用[2],面筋含量增加且形成强度高、结构致密、稳定的面筋网络结构,此结构促使面团稳定性增加。由于面团的稳定性增加,所以面团的稳定时间延长且弱化度降低。

2.7 谷朊粉添加量对含TGase混合粉动态流变特性的影响

由图5和图6可知,添加不同含量的谷朊粉会使弹性模量G′与黏性模量G″均先增大后减小,当谷朊粉添加量为8%时弹性模量G′与黏性模量G″最大。由于谷朊粉的氨基酸含量中谷氨酸占多数,而赖氨酸占少数,此特征与马铃薯全粉相似[19],因此混合粉中添加谷朊粉达到10.0%时,TGase的作用被限制,面团的G′和G″降低。

图5 谷朊粉添加量对混合粉面团G′的影响Fig.5 Effect of gluten addition on G′ of mixed flour dough

图6 谷朊粉添加量对混合粉面团G″的影响Fig.6 Effect of gluten addition on G″ of mixed flour dough

由图7、图8可知,在含有谷朊粉的混合粉中添加0.6 U/g的TGase后,混合粉面团G′和 G″都有明显的增大,且当谷朊粉的添加量达到8%时,G″的增加程度达到最大。Huang等[19]发现,TGase能够地促进蛋白质交联形成稳定面筋网络结构,增强面团的粘弹性,而且在交联时会有新的共价键形成,因此面团的流变特性也会发生变化。

表4 谷朊粉添加量对TGase含混合粉糊化特性的影响Table 4 Effect of gluten addition on gelatinization properties of TGase containing mixed powder

图7 谷朊粉添加量对含TGase混合粉面团G′的影响Fig.7 Effect of gluten addition on dough G′ of mixed flour containing TGase

图8 谷朊粉添加量对含TGase混合粉面团G″的影响Fig.8 Effect of gluten addition on dough G″ containing TGase mixed flour

2.8 谷朊粉添加量对含TGase混合粉糊化特性的影响

由表4可知,在混合面粉中加入谷朊粉,混合粉面团的峰值黏度、谷值黏度、最终黏度、衰减值均呈现增大趋势。谷朊粉的加入导致回生值减小,说明谷朊粉能够有效的减小淀粉的回生进程。回生值反映了面粉糊化之后淀粉分子重新结晶的程度[20-21]。

在含有谷朊粉的混合粉中添加0.6 U/g TGase后,混合粉面团糊化的峰值黏度、最终黏度、衰减值均出现增大现象,由于TGase的加入,使得谷朊粉与面粉中本来含有的蛋白质和多肽之间形成新的共价键并进行连接,充实面团的整个面筋结构形成更加紧密、持水能力提高、淀粉糊化程度提高[22-23]。在添加有0.6 U/g TGase的混合粉中添加8.0%的谷朊粉,混合粉面团的综合特性最佳。

3 结论

在混合粉中添加TGase后,当添加量为0.6 U/g时,混合粉面团的吸水率、形成时间、稳定时间均达到最大值,分别为89.7%±0.39%、4.4±0.39 min、2.6±0.35 min,且弹性模量G′与粘性模量G″达到最大值。随着TGase含量增加,混合粉峰值、谷值与最终粘度均增大,回生值在TGase 0.6 U/g时达到最小值702.1±86.5 cP。

在混合粉中添加谷朊粉,混合粉面团湿面筋含量增加,混合粉吸水率、形成时间、稳定时间出现明显增大,且弱化度显著减小。混合粉面团G′和G″都有明显的增大趋势,峰值黏度、谷值黏度、最终黏度、衰减值均增大。在含有8%谷朊粉混合粉中添加0.6 U/g TGase后,混合粉面团的弱化度达到最小值216±1.08 BU,衰减值达到534.2±54.5 cP,面团综合特性最佳。