牛奶对小麦特二粉面筋聚集特性及显微结构的影响.pdf

食品研究与开发圆园23 年 9 月第 44 卷第 17 期DOI：10.12161/j.issn.1005-6521.2023.17.003基金项目：国家重点研发计划项目（2016YFD0400200）作者简介：乔志航（1997），男（汉），在读硕士研究生，研究方向：生物学。*通信作者：贾峰（1974），男（汉），副教授，博士，研究方向：面筋蛋白分离、纯化及功能分析。牛奶对小麦特二粉面筋聚集特性及显微结构的影响乔志航，赵龙源，王如梦，王雍清，马金婷，王杭，李海峰，王金水，贾峰*（河南工业大学 生物工程学院，河南 郑州 450001）摘要：为探究牛奶对小麦特二粉面筋聚集特性的影响，以 8 g 特二粉作为材料，水粉比为 9 颐 8（mL/g）分别添加 0、1、2、3、4 mL 的牛奶，其余补充蒸馏水至 9 mL，研究不同牛奶添加量对特二粉面筋聚集特性以及湿面筋含量、蛋白质含量、面筋显微结构及淀粉颗粒直径的影响。结果表明，随着牛奶添加量的增加，面筋聚集特性的峰值时间（peakmaximum time，PMT）逐渐减小，而峰值扭矩（Brabender equivalents maximum，BEM）逐渐升高；牛奶添加量与启动能量（S1）和聚集能量（S3）呈正相关，与稳定能量（S2）呈负相关，而 S2与 S3之间存在极显著负相关；添加牛奶可提高面团中湿面筋含量，增加 4 种蛋白可提取量使面筋蛋白与淀粉颗粒分布更均匀，并减少淀粉颗粒的破损。关键词：小麦特二粉；牛奶；峰值时间；峰值扭矩；聚集特性；面团显微结构Effect of Milk on Gluten Aggregation Characteristics and Microstructure ofSecond-Grade Wheat FlourQIAO Zhihang，ZHAO Longyuan，WANG Rumeng，WANG Yongqing，MA Jinting，WANG Hang，LI Haifeng，WANG Jinshui，JIA Feng*（College of Bioengineering，Henan University of Technology，Zhengzhou 450001，Henan，China）粤遭泽贼则葬糟贼：To investigate the effect of milk on gluten aggregation characteristics of second-grade wheat flour，8 gof second-grade wheat flour was used as the material，and water-to-flour ratio was set at 9 颐 8（mL/g）.Milk wasadded in volumes of 0，1，2，3 mL and 4 mL，with the remaining volume supplemented with distilled water to9 mL.The effects of different milk volumes on the gluten aggregation characteristics，wet gluten content，proteincontent，gluten microstructure，and starch particle diameter of second-grade wheat flour were explored.Theresults showed that peak maximum time（PMT）in gluten aggregation characteristics decreased gradually whileBrabender equivalents maximum（BEM）increased with the increase in milk volume.The addition of milk waspositively correlated with starting energy（S1）and aggregation energy（S3），negatively correlated with stableenergy（S2），and there was a significant negative correlation between S2and S3.The addition of milk couldincrease the content of wet gluten in the dough，increase the extractable protein content of the four proteins tomake the distribution of gluten protein and starch particles more uniform，and reduce the damage to starchparticles.运藻赠 憎燥则凿泽：second-grade wheat flour；milk；peak maximum time（PMT）；Brabender equivalents maximum（BEM）；aggregation characteristics；microstructure of dough引文格式：乔志航，赵龙源，王如梦，等.牛奶对小麦特二粉面筋聚集特性及显微结构的影响J.食品研究与开发，2023，44（17）：15-20.QIAOZhihang，ZHAOLongyuan，WANGRumeng，etal.EffectofMilkonGlutenAggregationCharacteristicsandMicrostructureofSecond-GradeWheatFlourJ.Food Research and Development，2023，44（17）：15-20.基础研究15食品研究与开发圆园23 年 9 月第 44 卷第 17 期图 1面筋聚集过程 5 个关键点的选取Fig.1Selection of five key points in gluten aggregation process特二粉面团形成的面筋筋力适中，适合制作馒头和面条等主食1-2，但其面团形成的面筋筋力制作面包时需要添加改良剂3，制作饼干时需要较低筋力的面粉4。牛奶中富含多种蛋白质及人体必需的 8 种氨基酸，其中一些活性成分对人体免疫调节和慢性基础病预防具有重要作用5-6，能抑制血管紧张素转化酶降低血压7、降低心血管疾病等。另外，大多数动物乳汁均含有可对抗多种微生物的乳铁蛋白，具有消除疲劳、提高体能的功效8；Hu 等9研究发现，硫酸乙酰肝素蛋白多糖作为 SARS-CoV-2 的一个附着因子，乳铁蛋白可以结合该多糖，从而阻断病毒附着到宿主细胞，对病毒具有一定的预防和抑制作用；在烘焙食品中，乳清可强化营养、改善风味及品质10。研究表明，牛奶添加到面粉中可提高面筋的硬度，尤其是低筋粉的面筋硬度，并有助于提高面筋的黏弹性，特别是面筋的黏性11。Zhou 等12研究发现乳清蛋白会显著影响面团的结构和面包的质量。将牛奶中呈胶体状球形结构的酪蛋白及牛奶蛋白衍生的活性肽加入到特二粉中，它们可以在水合作用下参与面团面筋的形成13。同时，牛奶的增加可引起面筋聚集特性的改变及面团的形成，进而影响面制品的品质。面粉面团的特性常见的采用吹泡仪、粉质仪和拉伸仪检测面团的流变学特性等指标反映面粉的品质14-15；或者采用质构仪等检测面团的质构特性指标反映面团的特性反映面粉的品质16-20。这些仪器一般需要200300 g 面粉，或者检测操作比较繁琐用时较长，不利于快速检测。目前，面筋聚集仪原理是利用高剪切力快速形成面筋网格结构并迅速破坏21，一般需要面粉 810 g，测试时间 35 min，样本用量较少，可快速分析小麦面筋聚集特性21，其主要包括峰值时间（peakmaximum time，PMT）、峰值扭矩（Brabender equivalentsmaximum，BEM）与能量面积等指标，可间接反映面筋的品质特征22，也可间接评价面团的品质5-7。综上所述，小麦粉面筋蛋白聚集特性可作为快速评价面团品质的一个间接指标23，也可作为间接反映面条和馒头等最终产品的加工特性和食用品质的指标。通过分析添加牛奶对特二粉面团特性的影响，能够扩展其面粉的适用范围，提高其面粉的应用价值。但是，目前研究牛奶对其面筋聚集特性的研究较少。因此，本试验探究不同牛奶添加量对小麦特二粉面筋聚集特性的影响，以及面筋聚集过程中的湿面筋含量、蛋白含量及面筋显微结构的变化，以期为提高小麦粉面团特性与面制品质量提供参考。1材料与方法1.1材料与试剂特制二等小麦粉（特二粉）（能量：1 508 kJ/100 g，蛋白质：12.2 g/100 g，脂肪：1.6 g/100 g，碳水化合物：73.0 g/100 g）：五得利面粉集团有限公司；纯牛奶：山东省济南伊利乳业有限责任公司；无碘食盐（NaCl）：中盐皓龙有限责任公司；乙醇：上海信帆生物科技有限公司；十二烷基硫酸钠（sodium dodecyl sulfate，SDS）：南京森贝伽生物科技有限公司；碘化钾：北京百奥莱博科技有限公司。所用试剂均为分析纯。1.2仪器与设备GlutoPeak 面筋聚集仪：德国布拉本德公司；NikonE200MV 显微镜：南京尼康江南光学仪器有限公司；MX-E 固定混匀仪、D1524R 高速离心机：大龙兴创实验仪器北京股份公司；FA1104N 电子天平：上海精密科学仪器有限公司；Nano Drop2000 超微量紫外分光光度计：赛默飞世尔科技有限责任公司。1.3试验方法1.3.1特二粉面团面筋聚集特性参数的测定面筋聚集仪采用水粉比为 9 颐 8（mL/g），溶液为9 mL，特二粉为 8 g，将牛奶分别按照 0、1、2、3、4 mL 添加到面粉中，加水时将牛奶中的水分抵消以保持不同处理的水分含量在 9 mL，混合搅拌 7 次左右，再进行面筋聚集检测。根据预试验选取添加 1 mL 牛奶进行面筋聚集过程、面筋含量、蛋白质组分含量及显微结构分析。面筋聚集仪检测条件：温度设定为 25 益，测定时长为 300 s，转子转速为 2 500 r/min 时，分别记录峰值时间（PMT）、峰值扭矩（BEM）、启动能量（S1）、稳定能量（S2）和聚集能量（S3）。1.3.2面筋聚集过程 5 个关键点的选取根据面筋聚集过程中扭矩和时间的变化情况见图 1，分别选取以下 5 个典型的点进行检测：A 点为扭矩的上升期与平稳期的交点；B 点为扭矩的平稳期与快速上升期的交点；C 点为扭矩的快速上升期与快速下降期的交点；D 点为扭矩的快速下降期与缓慢平衡期的交点；E 点是最终达到平衡期的终点。能量根据聚6040200060300时间/s120180240PMTS2S3BAS1EDC15 s基础研究16食品研究与开发圆园23 年 9 月第 44 卷第 17 期集特性，又分为三部分：启动能量（S1）是零点到 A 点所需要的能量；稳定能量（S2）是 A 点到 B 点所需要的能量；聚集能量（S3）是 B 点到 C 点后 15 s 处所需要的能量。1.3.3特二粉面团湿、干面筋含量的测定面筋聚集过程中分别取 AE 点 5 个点检测湿面筋和干面筋含量。湿面筋含量检测参考 GB/T 5506.22008 小麦和小麦粉 面筋含量 第 2 部分：仪器法测定湿面筋。湿面筋和干面筋含量计算公式如下。S=M2M3伊M0+M1M0伊100G=M4M3伊M0+M1M0伊100式中：S 为湿面筋含量，%；G 为干面筋含量，%；M0为特二粉质量，g；M1为水的质量，g；M2为湿面筋质量，g；M3为取样面团质量，g；M4为干面筋质量，g。1.3.4特二粉面团蛋白质组分含量的测定小麦面团中水溶蛋白、盐溶蛋白、醇溶蛋白、SDS可溶性麦谷蛋白的提取、检测与含量计算参考贾峰等1的方法进行。其中，SDS 可溶性麦谷蛋白为表述方便，以下简称麦谷蛋白。1.3.5特二粉面筋聚集过程中面团显微结构观察选取 AE 点的面团样品，制成显微观察玻片，使用显微镜分别观察 40伊、100伊、400伊下的面筋蛋白网络结构及淀粉颗粒的分布情况。1.3.6淀粉颗粒直径的检测分别选取 AE 点处 400伊的面团样品显微照片，利用显微镜的软件 ISCapture，使用测量线检测淀粉颗粒直径，每个图片中淀粉颗粒从大到小取 610 个进行直径测量，计算平均值。1.4统计分析所有试验数据最少进行 3 次重复。结果采用 Mi原crosoft Excel 2019 进行统计分析，计算平均值；使用CORREL 函数进行相关性分析。采用 SPSS 27.0 的Duncans multiple range test 进行显著性分析，显著性水平为 P0.05。2结果与分析2.1牛奶对面筋聚集特性的影响牛奶对特二粉面筋聚集特性过程中的变化如图 2所示。由图 2 可知，添加牛奶组与对照组比较发现，添加了牛奶可使面筋聚集特性更加稳定，这是由于酪蛋白容易形成胶团状的网络结构，且在维持稳定方面，k-酪蛋白发挥着由为重要的作用24。随着牛奶添加量的增加，峰值扭矩呈现上升的趋势，峰值时间则呈现下降趋势。添加牛奶可以加快面筋聚集的形成过程，同时也可以使面筋强度得到加强。推测可能是牛奶中的蛋白质与醇溶蛋白和麦谷蛋白通过 H 键和范德华力以及共价键等其他静电相互作用的协同作用，有利于面筋的形成13。2.1.1牛奶对面筋聚集特性 PMT 的影响牛奶对特二粉面筋聚集特性 PMT 的影响如图 3所示。由图 3 可知，当未添加牛奶时，面筋聚集特性PMT值最大为 87.50 s；当添加 1 mL 牛奶时，PMT 值相比对照组缩短了 14.50 s，下降比例为 16.57%；随着牛奶添加量的增加，PMT 值呈线性下降，牛奶添加量与 PMT值之间的关系符合负相关关系 y=-10.85x+96.05（R2=0.985）。推测牛奶中酪蛋白具有的胶束作用提高了面粉中面筋蛋白的面筋聚集速度，使 PMT 下降25。2.1.2牛奶对面筋聚集特性 BEM 的影响牛奶对特二粉面筋聚集特性 BEM 的影响如图 4所示。由图 4 可知，牛奶添加量为 0 mL 时，面筋聚集特性 BEM 值最小，为 46.50 BU；当牛奶添加量为 1 mL时，BEM 值随之增加，牛奶添加量与 BEM 值之间的关系符合正相关关系 y=4.15x+42.25（R2=0.976）。推测牛奶中的乳清蛋白逐渐凝胶化，强化了与面粉中面筋蛋806040200060300峰值时间/s1201802404 mL 牛奶3 mL 牛奶2 mL 牛奶1 mL 牛奶对照组图 2牛奶对面筋聚集特性的影响Fig.2Effect of milk on the aggregation characteristics100908070605040014牛奶添加量/mL23y=-10.85x+96.05R2=0.985图 3牛奶对特二粉面筋聚集特性 PMT 的影响Fig.3Effect of milk on PMT in aggregation characteristics ofgluten of second-grade wheat flour基础研究17食品研究与开发圆园23 年 9 月第 44 卷第 17 期由表 2 可以看出，牛奶组和对照组在 A 点时湿面筋含量分别为 9.18%和 11.59%，B 点时均达到最高值，分别为 14.20%和 20.56%。B 点之后的湿面筋含量开始急剧下降；添加牛奶的 C、D 两点能够洗出少量的湿面筋，原因可能是牛奶中酪蛋白胶束之间具有相互作用25，增加了面筋蛋白之间的相互作用力，虽然面筋的网络结构非常脆弱，但尚可洗出一部分面筋。牛奶组和对照组在 A 点时干面筋含量分别为 3.03%和 4.11%，B点时均达到最高值，分别为 4.93%和 5.10%。结果表明，添加牛奶可提高面团中湿面筋的含量。添加牛奶 1 mL 后，水溶蛋白含量呈上升趋势，在A 点时水溶蛋白含量最低，在 E 点时水溶蛋白含量最高；盐溶蛋白含量变化呈波浪式，先升高后降低再升高再降低，B 点含量最高，C 点最低；醇溶蛋白含量在D 点之前持续增加，在 D 点处达到最高，之后又降低；麦谷蛋白含量在 A 点时最高，然后逐渐下降，到 D 点时麦谷蛋白含量最低，E 点又升高。添加牛奶使可提取的 4 种蛋白质含量均有所增加，其中，醇溶蛋白提取总量明显增加，比对照组增加 2.98 倍，由此表明，添加牛奶能改变蛋白质的溶解性。2.3牛奶对面团的显微结构的影响牛奶对面团的显微结构的影响如图 5 所示。由图 5 可以看出，牛奶组 A 点处的淀粉颗粒与面筋蛋白分布不均匀，且有部分淀粉颗粒未被面筋蛋白包覆，表明其网状结构疏松面筋蛋白网络尚未形成；未添加牛奶时，淀粉颗粒裸露在面筋结构表面的更多，面筋网络结构更加不明显；B 点时面筋蛋白的网状组织疏松，但淀粉颗粒排列比较均匀，少量的面筋蛋白包白结合的力量，增大面筋聚集的扭矩值26-27。2.1.3牛奶对面筋聚集特性中能量的影响牛奶对特二粉面筋聚集特性中能量的影响如表 1所示。由表 1 可以看出，牛奶添加量为 0 mL 时，能量面积 S1有最小值 73.20 cm2；牛奶添加量为 4 mL 时，能量面积 S1有最大值为 122.15 cm2，S1与牛奶添加量呈正相关。牛奶添加量为 1 mL 时，能量面积 S2有最大值616.05 cm2，牛奶添加量为 4 mL 时，能量面积 S2有最小值 112.95 cm2，S2与牛奶添加量呈负相关。牛奶添加量为 4 mL 时，能量面积 S3达到最大值 1 638.60 cm2，未添加牛奶时，能量面积 S3有最小值 1 204.00 cm2，S3与牛奶添加量呈正相关。2.2牛奶对干、湿面筋含量及蛋白含量的影响牛奶对干、湿面筋含量及蛋白含量的影响如表 2所示。70656055504540014牛奶添加量/mL23y=4.15x+42.25R2=0.976图 4牛奶对特二粉面筋聚集特性 BEM 的影响Fig.4Effect of milk on the BEM in aggregation characteristicsof gluten of second-grade wheat flour表 1牛奶对面筋聚集过程中能量的影响Table 1Effect of milk on the energy during gluten aggregation注：同列不同小写字母表示 P0.05 水平上组间差异显著。牛奶添加量/mL启动能量 S1/cm2稳定能量 S2/cm2聚集能量 S3/cm2073.20b591.80a1 204.00b173.40b616.05a1 220.55b285.70b268.35b1 539.90a389.55b212.20b1 553.20a4122.15a112.95c1 638.60a表 2牛奶对湿和干面筋含量及蛋白含量的影响Table 2Effect of milk on wet and dry gluten content and protein content样品组取样点面筋含量/%可提取蛋白含量/%湿面筋干面筋水溶蛋白盐溶蛋白醇溶蛋白麦谷蛋白对照组A11.594.111.452 3b1.858 4b2.247 3b8.552 0aB20.565.101.191 1c1.923 0d1.778 8c6.426 5cC-1.533 8ab1.893 7c2.471 7a7.138 7bD-1.245 0b1.745 6cd2.229 1b6.801 8bcE-1.566 2a1.897 1a2.244 2b7.099 7b牛奶组A9.183.031.387 4d2.091 9b7.770 6b9.388 8aB14.204.931.462 5cd2.204 1a9.194 4a9.038 8bC6.010.471.578 2b2.065 8b9.281 9a7.690 9dD0.660.011.495 7bc2.129 0ab9.507 9a6.985 2eE-1.681 1a2.074 4b7.923 4b8.070 9c注：-表示未洗出面筋；同列不同小写字母表示 P0.05 水平上组间差异显著。基础研究18食品研究与开发圆园23 年 9 月第 44 卷第 17 期住了淀粉，但二者的分布不均衡，只有少量的蛋白质网状结构形成；C 点时面筋蛋白网格结构成熟紧实，淀粉颗粒均匀散布面筋蛋白之间，蛋白质网格结构建立；D 点时蛋白质的网状结构没有明显的改变，淀粉粒子的分布逐渐分散，部分面筋网络开始断裂，但大部分仍保持完整；在 E 点蛋白网络结构依然完好，淀粉粒子有一定程度的破碎，但分布比较均匀，面筋网络视觉上保持良好的状态。结果表明，添加牛奶有利于面筋网络结构形成和面筋蛋白分布更加均匀。2.4牛奶对淀粉颗粒直径的影响牛奶对淀粉颗粒直径的影响如图 6 所示。由图 6 可以看出，淀粉颗粒的平均直径总体呈下降的趋势，从 A 点到 B 点淀粉颗粒的平均直径下降明显，而 B 点到 E 点的淀粉颗粒的直径变化不明显。添加牛奶处理均比对照组的淀粉颗粒的平均直径大，表明牛奶的添加能有效保护淀粉颗粒的破损，特别是在面筋聚集的初期，可有效减少淀粉颗粒的破损。3结论结果表明，随着牛奶添加量的增加，面筋聚集特性的 PMT 逐渐减小，呈负相关关系，说明牛奶的添加加快了面筋的形成，缩短了面筋聚集时间；BEM 逐渐升高，呈正相关关系。S1和 S3与牛奶添加量呈正相关，S2与牛奶添加量呈负相关。添加牛奶可增加面团中湿面筋的含量并且能提高 4 种蛋白可提取的含量，其中，醇溶蛋白的提取总量明显增加，比对照组增加 2.98 倍。添加牛奶使面筋蛋白与淀粉颗粒分布更均匀，在面筋聚集的初期可有效减少淀粉颗粒的破损。参考文献：1贾峰,周晓配,秦梦梦,等.一种微量有效检测小麦面粉筋力的方法J.河南工业大学学报(自然科学版),2016,37(1):1-4.JIA Feng,ZHOU Xiaopei,QIN Mengmeng,et al.An effective de原termination method of the wheat flour gluten with micro scale by UVspectrophotometryJ.Journal of Henan University of Technology(Natural Science Edition),2016,37(1):1-4.（I）对照组；（II）牛奶组。图 5牛奶对面筋聚集过程中面团显微结构的影响Fig.5Effect of milk on dough microstructure during gluten aggregation对照组牛奶组CDBEA4003002001000图 6牛奶对淀粉颗粒平均直径的影响Fig.6Effect of milk on the diameter of starch（I）（II）基础研究19食品研究与开发圆园23 年 9 月第 44 卷第 17 期2贾峰,耿瑞蝶,张长付,等.小麦特一粉和特二粉的面筋聚集特性分析J.河南工业大学学报(自然科学版),2020,41(1):1-7.JIA Feng,GENG Ruidie,ZHANG Changfu,et 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