螺旋藻粉对面团流变性质及面筋结构的影响.pdf
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1、食品化学 食品科学 2023,Vol.44,No.14 63螺旋藻粉对面团流变性质及面筋结构的影响李 平1,吕莹果1,2,*,李雪琴1,2,陈 洁1,2(1.河南工业大学粮油食品学院,河南 郑州 450001;2.河南省面制主食工程技术研究中心,河南 郑州 450001)摘 要:探究螺旋藻粉对小麦粉面团流变性质、微观结构和面筋蛋白性质的影响。结果表明,在揉混特性方面,螺旋藻粉的添加总体提高了面团的吸水率、面团形成时间和峰值曲线面积,形成面团所需的能量增加。少量添加螺旋藻粉能增强面团强度,降低面团黏度,但添加量较高时面团的耐揉性变差。添加螺旋藻粉后,面团的拉断力逐渐增大,拉断距离降低。同时面团中
2、的游离巯基含量增加,二硫键含量下降。螺旋藻粉的添加量大于6%时,面团的湿面筋含量显著下降,显微照片显示面筋网络破坏严重。聚丙烯酰胺凝胶电泳显示,添加螺旋藻粉后,面团面筋的高分子质量麦谷蛋白含量下降,低分子质量麦谷蛋白含量升高;傅里叶变换红外光谱分析结果表明添加螺旋藻粉使面筋蛋白中有序结构降低,无序结构增多。综合分析推测,向面团中少量添加螺旋藻粉,螺旋藻中的膳食纤维吸水后填充在面团的面筋网络中,强化了面筋蛋白网络的黏结状态,提高面团强度;但螺旋藻粉添加量高于6%后,面筋蛋白的交联受到阻碍,从而弱化面筋,减少面筋蛋白的有序结构,面团的流变学性质发生劣变。关键词:螺旋藻粉;面团;流变性质;面筋蛋白;
3、微观结构Effect of Spirulina Powder on Rheological Properties and Gluten Structure of DoughLI Ping1,L Yingguo1,2,*,LI Xueqin1,2,CHEN Jie1,2(1.College of Food Science and Technology,Henan University of Technology,Zhengzhou 450001,China;2.Henan Province Wheat-flour Staple Food Engineering Technology Resear
4、ch Centre,Zhengzhou 450001,China)Abstract:The effect of Spirulina powder on the rheological properties,microstructure and gluten properties of wheat flour dough was investigated.The results showed that in terms of mixograph characteristics,the addition of Spirulina powder generally increased the wat
5、er absorption rate,development time and peak curve area of dough,and increased the energy required to form dough.Adding a small amount of Spirulina powder enhanced the strength and reduced the viscosity of dough,but the kneading resistance became weaker at higher concentrations of added Spirulina po
6、wder.After adding Spirulina powder,the breaking force of dough gradually increased and the breaking distance decreased.Meanwhile,the free sulfhydryl content increased and the disulfide bond content decreased.When the amount of added Spirulina powder was more than 6%,the wet gluten content decreased
7、significantly,and the micrograph showed that the gluten network was seriously damaged.Polyacrylamide gel electrophoresis(PAGE)showed that the proportion of high-molecular-mass glutenin decreased and the proportion of low-molecular-weight glutenin increased after adding Spirulina powder.The results o
8、f Fourier transform infrared(FT-IR)spectroscopy showed that the addition of Spirulina powder reduced the content of ordered structure and increased the content of disordered structure in gluten proteins.Therefore,it is speculated that when a small amount of Spirulina powder is added to dough,dietary
9、 fiber in Spirulina fills the gluten network in dough after absorbing water,strengthening the adhesive state of the gluten protein network and improving dough strength.However,when the amount of added Spirulina powder is higher than 6%,the cross-linking of gluten proteins is hindered,thereby weakeni
10、ng gluten,reducing the ordered structure content of gluten proteins,and ultimately deteriorating the rheological properties of dough.Keywords:Spirulina powder;dough;rheological properties;gluten;microstructureDOI:10.7506/spkx1002-6630-20221016-145中图分类号:TS213.2 文献标志码:A 文章编号:1002-6630(2023)14-0063-09收
11、稿日期:2022-10-16基金项目:河南工业大学自科创新基金支持计划项目(2020ZKCJ13)第一作者简介:李平(1997)(ORCID:0000-0003-1131-5174),女,硕士,研究方向为面制主食营养及品质。E-mail:*通信作者简介:吕莹果(1982)(ORCID:0000-0003-1620-5775),女,副教授,博士,研究方向为谷物化学与方便主食品加工。E-mail:64 2023,Vol.44,No.14 食品科学 食品化学引文格式:李平,吕莹果,李雪琴,等.螺旋藻粉对面团流变性质及面筋结构的影响J.食品科学,2023,44(14):63-71.DOI:10.750
12、6/spkx1002-6630-20221016-145.http:/LI Ping,L Yingguo,LI Xueqin,et al.Effect of Spirulina powder on rheological properties and gluten structure of doughJ.Food Science,2023,44(14):63-71.(in Chinese with English abstract)DOI:10.7506/spkx1002-6630-20221016-145.http:/螺旋藻是一种高营养密度食品原料,其干粉蛋白质质量分数为50%70%,糖类质
13、量分数为10%23%,脂类质量分数为6%13%,并含有丰富的钙、铁、锌、钠等矿物质和微量元素、维生素和生物活性物质,被称为21世纪最具营养价值的食物之一,也是“植物基蛋白”的优秀来源1。螺旋藻粉作为食品配料在面制品中具有提高营养价值、增色、抗氧化、抗癌、降血糖、降血脂等功效2,其应用不仅符合健康理念而且满足低碳、环保、可持续发展的消费需求。已有将螺旋藻在面制品中应用以提高其营养价值的研究。王宏3将螺旋藻粉添加到面粉中,制作出营养健康的螺旋藻馒头;Mostolizadeh等4在意大利面的制作中添加螺旋藻粉,增加了意大利面的必需氨基酸和不饱和脂肪酸含量。Ahin5在饼干中加入螺旋藻,发现饼干的蛋白
14、质含量增加,营养价值提高。螺旋藻不仅能够改善面制品的营养价值,还会影响面制品的加工特性与质构品质。Shahsavani等6将螺旋藻添加到面条中,发现随着螺旋藻的添加,面条的吸水性增加,面条的拉伸强度增强,硬度降低,黏弹性得到改善;Zouari等7在制作意大利面时加入螺旋藻,由于面条面筋结构的强化,使意大利面的硬度增加,蒸煮损失下降。Shobha等8指出,在无麸质面条中添加螺旋藻粉有助于形成淀粉分散较好的蛋白质基质,同时螺旋藻粉具有吸收水的能力,并将其保持在蛋白质-淀粉网络中,从而使面条具有较高的膨胀指数。面团的流变学特性、面筋蛋白组成和网络结构等对面制品的加工和品质有重要影响,Uribe-Wa
15、ndurrage等9测定了螺旋藻粉对面团动态流变学特性的影响,发现螺旋藻粉增大了面团的硬度,增大了面团的储存模量(G),降低了面团的损耗模量(G”),显著降低了面团tan。Montevecchi等10的研究表明,螺旋藻粉增大了半全麦粉面团的吸水率和韧性,面团的面筋含量下降,可扩展性显著降低。目前相关研究主要集中在探讨螺旋藻粉对面制品的营养、感官及质构品质的影响,关于螺旋藻粉对面团流变性质和面筋结构的影响研究不全面,理论机制研究缺失。因此,本实验重点研究螺旋藻粉对小麦粉揉混特性、拉伸特性的影响,并通过面团微观结构观察、面筋蛋白傅里叶变换红外光谱和十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳(sodium
16、dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis,SDS-PAGE)分析,探讨螺旋藻粉对面团流变学特性和面筋结构的影响,以期为螺旋藻粉在面制品中的应用提供理论基础。1 材料与方法1.1 材料与试剂香满园特一粉 益海嘉里(郑州)食品工业有限 公 司;螺 旋 藻 粉(8 0 目)鄂 托 克 旗 德 荣藻 业 有 限 责 任 公 司;亮 绿、四 甲 基 乙 二 胺(tetramethylethylenediamine,TEMED)、2-硝基苯甲酸(2-nitrobenzoic acid,DTNB)(均为分析纯)上海麦克林生化科技有限公司;碘、碘化钾
17、(均为分析纯)山东佰仟化工有限公司;溴化钾(光谱纯)上海展云化工有限公司;考马斯亮蓝(分析纯)上海华硕精细化工有限公司;丙烯酰胺(分析纯)、甲叉双丙烯酰胺(分析纯)、Tris(分析纯)、溴酚蓝、甘氨酸、过硫氨酸(分析纯)、脲(分析纯)天津科密欧化学试剂有限公司;低分子质量蛋白Marker 北京索莱宝科技有限 公司;SDS(分析纯)天津市凯通化学试剂有限公司。1.2 仪器与设备JJ124BC型电子天平 常熟双杰测试仪器厂;JHMZ200型针式和面机 北京东孚久恒仪器技术有限公司;LHS-100CL型恒温恒湿培养箱 上海一恒科技仪器有限公司;PHS-25 TA-XT Plus型质构仪 英国Stab
18、le Micro System公司;E5型光学显微镜 宁波舜宇仪器有限公司;LGJ-10C型真空冷冻干燥机 四环福瑞科仪科技发展(北京)有限公司;505SS型揉混仪 美国National公司;THZ-82型水浴振荡锅 杭州旌斐仪器科技有限公司;H-1850型离心机 湖南湘仪实验室仪器开发有限公司;24EN型垂直电泳 北京市六一仪器厂。1.3 方法1.3.1 面粉揉混特性的测定面粉揉混参数根据AACC 54-40A标准11方法进行测定,小麦粉面团记为WF;添加质量分数1%10%(以混合粉总质量计)螺旋藻粉的面团分别记为S1S10;螺旋藻粉记为SP。将样品倒入揉面钵中,加入适量的蒸馏水,固定揉面钵
19、,利用Mixsmart程序,记录揉混曲线并计算揉混食品化学 食品科学 2023,Vol.44,No.14 65参数。根据研究需要,选择测定的参数包括峰值时间、8 min带宽、峰值曲线面积、右侧斜率。1.3.2 面团、面筋蛋白的制备称取100 g特一粉和一定质量螺旋藻粉于针式和面机中,加入适量的蒸馏水和面至其最佳状态,形成面团备用。将制备好的面团手洗得到湿面筋,然后把湿面筋放入速冻机冷冻40 min,速冻好的湿面筋用真空冷冻干燥机干燥4872 h,得到冻干的面筋蛋白。1.3.3 面团拉伸特性的测定将制备好的面团,静置5 min使其应力松弛后,采用A/KIE拉伸测定标准探头。参数设定:测前速率2.
20、00 mm/s,测试速率3.30 mm/s,测后速率10.00 mm/s;应变位移100.0 mm;自动引发,引发力5.0 g。具体操作:取10 g面团进行拉伸实验,将准备好的面团放置在模具里,压成2 mm60 mm的面团条。取出面团条立即用质构仪进行拉伸实验,直至将面团条拉断,重复实验3 次。1.3.4 湿面筋含量的测定参照GB/T 5506.12008小麦和小麦粉 面筋含量 第1部分:手洗法测定湿面筋测定12。按下式计算湿面筋质量分数,结果以每百克含水率为14%的小麦粉面筋含量表示:100?m18610?/%?100?m(1)式中:m为湿面筋质量/g;m1为每百克小麦粉水 分质量/g;86
21、为换算成14%基准水分试样的系数;10为试样质量/g。1.3.5 面团微观结构的观察1.3.5.1 光学显微镜观察将制备好的面团放入冰箱冷冻2 h,用小刀切出呈现透明状态的薄面片,将其展平铺在载玻片上,用0.1%亮绿水溶液染色1 min,再用Lugol氏碘液(含0.33 g/100 mL I2)和0.67 g/100 mL KI染色1 min13。面筋蛋白被亮绿水溶液染成绿色,直链淀粉被Lugol氏碘液染成蓝色,支链淀粉被染成紫色。盖上盖玻片,放在显微镜下于40 倍物镜和10 倍目镜下观察后拍照。1.3.5.2 扫描电子显微镜观察取冷冻干燥后的面团切成表面平整的小面块,面块用戊二醛固定48 h
22、,再用锇酸固定2 h;CO2超临界点干燥后,将样品固定在样品台上。采用Hitachi IB-5离子镀膜仪进行喷金处理后,置于S-570扫描电子显微镜下放大2 000 倍并拍照。1.3.6 面团中游离巯基含量的测定参考石长硕14的方法,先用0.2 mol/L Tris-Gly缓冲溶液(pH 8.0,含有8 mol/L尿素、1%SDS、3 mmol/L乙二胺四乙酸)将-半胱氨酸配成2 mmol/L的标准溶液,然后将标准溶液梯度稀释为0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06 mmol/L。分别取4 mL稀释后的标准溶液加入0.1 mL 10 mmol/L DTNB溶液,混匀后在室温
23、下显色20 min,在412 nm波长处测定溶液的吸光度,绘制标准曲线。参考Chan等15的方法并进行适当修改。称取不同螺旋藻粉添加量的冻干面团样品400 mg溶于10 mL 0.2 mol/L Tris-Gly缓冲溶液中,涡旋振荡5 min后,5 000 r/min离心15 min。取4 mL上清液,加入0.1 mL 10 mmol/L DTNB溶液,混和均匀,显色20 min,在412 nm波长处测定吸光度,并通过L-半胱氨酸标准曲线计算溶液中游离巯基含量。按下式计算面团中游离巯基含量:cn?/?mol/g?(2)式中:n为根据标准曲线计算出的溶液中游离巯基含量/(mol/mL);c为样品
24、质量浓度/(g/mL)。1.3.7 面团中二硫键含量的测定参考Chan等15的方法并进行适当修改。取1.3.6节 中离心后的上清液1 mL,加入0.1 mL-巯基乙醇和4 mL 0.2 mol/L Tris-Gly缓冲溶液,混匀后在室温下静置1 h,加入10 mL 12%三氯乙酸溶液,混匀静置1 h后,4 500 r/min离心15 min。倒掉上清液,加入5 mL 12%三氯乙酸溶液洗涤沉淀2 次,然后在沉淀中加入10 mL 0.2 mol/L Tris-Gly缓冲溶液,复溶后加入0.1 mL 10 mmol/L DTNB,显色20 min,测定412 nm波长处的吸光度,通过L-半胱氨酸标
25、准曲线计算溶液中总巯基含量。按下式计算面团中总巯基含量:cV1nV2?/?mol/g?(3)式中:n为根据标准曲线计算出的溶液中巯基含 量/(mol/mL);c为样品质量浓度/(g/mL);V1为上清液体积/mL;V2为沉淀复溶后体积/mL。按下式计算面团中二硫键含量:2?/?mol/g?(4)1.3.8 SDS-PAGE分析称取5 mg面筋蛋白或螺旋藻粉样品,溶于1 mL样品缓冲液中,振荡使其充分溶解后,煮沸5 min,10 000 r/min离心5 min。利用垂直PAGE进行分析,分离胶12%,浓缩胶5%,上样量10 L;设置初始电压为80 V,待其将进入分离胶时调至120 V,离底部1
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