巯基、二硫键变化对面片色泽和质构影响研究

李翠翠 陆啟玉 李永丽 闫慧丽 刘紫鹏

(河南工业大学粮油食品学院1，郑州 450001) (南阳理工学院生物与化学工程学院2，南阳 473000) (双汇集团技术中心3，漯河 462000)

蛋白质与小麦粉及其制品色泽、质构的关系十分密切。王培慧[1]研究发现，在0.01水平上小麦粉中粗蛋白含量与L*值呈显著负相关，与b*值呈显著正相关。张影全等[2]的研究结果则是小麦粉色泽、湿面筋及籽粒蛋白含量对面条色泽影响更大。Jin等[3]认为，麦谷蛋白亚基等位基因Glu-A3b能贡献中国鲜湿白盐面条更好的色泽。中筋粉所制面块油炸后气孔密集均匀，色泽更佳[4]。但对粗纤维含量较高的燕麦面条而言，添加不同比例的谷朊粉对生、熟燕麦面条的色泽并无显著影响[5]。多酚氧化酶含量及活性、制粉工艺、储藏环境等也会改变面条色泽[6,7]。另外，冷冻后的面片色泽指标a*与质构参数延展性呈极显著正相关，L*与面片的强韧性呈显著负相关[1]。

对小麦面筋蛋白而言，维持其分子结构稳定最重要的基团是二硫键(SS)及其与巯基(SH)的交换反应[8]，因为共价的SS键可将同一条肽链不同部位或者不同条肽链的氨基酸残基聚拢起来，迅速折叠的肽链连接起来就会形成较稳定的空间拓扑结构，这是构建面筋网络结构的基础[9]。围绕面筋蛋白SH、SS键展开的研究很多，比如Schofield等[10]考察了热处理对蛋白质结构的影响，当处理温度较低时，蛋白质能形成SS键而交联，当温度高于150 ℃时，则蛋白质降解为多肽。Lagrain等[11-12]则认为，麦谷蛋白亚基中游离SH在55 ℃时会氧化生成SS键，交联聚合作用可使提高麦谷蛋白的分子质量，醇溶蛋白在超过90 ℃时发生SH和SS键的交换反应，120 ℃时才会聚合形成麦谷蛋白的结构。Hu等[13]采用170 ℃的热蒸汽处理小麦粉，样品的总SH并无显著改变，游离SH含量显著下降，且小麦粉含水量越高，效果就越明显。亚硫酸钠(Na2SO3)常作为还原剂、护色剂、防腐保鲜剂、漂白剂等广泛应用在食品行业[14]。它能和蛋白质发生作用，使麦谷蛋白、醇溶蛋白的分子间和分子内SS断裂并形成游离SH，从而改变蛋白质网络结构的黏弹性与交联度[15-16]。在蛋白质领域，Na2SO3在抑制酶活性[17-18]、对蛋白质改性等[19-20]方面应用最多，如张淑芬等[21]在酶解面筋蛋白前先用Na2SO3(浓度为0.8 mg/g)预处理，能显著改善面筋蛋白的结构和溶解度、乳化性和起泡性。

目前，大多数研究多集中在面筋蛋白含量、质量、亚基类型等宏观因素的影响力上，对面筋蛋白的SH和SS键的研究也仅限于面筋蛋白本身的结构和性质变化，鲜有研究建立SH、SS键与面片或面条的色泽、质构之间的相关关系。本研究选择未切条但工艺一致、厚度一样的面片代替面条进行测试，研究不同SH、SS键含量对面片色泽、质构的影响及其相关性，为揭示面筋蛋白对加工性质影响以及特定小麦品种培育提供参考。

1 材料与方法

1.1 实验材料

谷朊粉；特一粉；无水Na2SO3；其他试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

FW-200高速万能粉碎机；LGJ-18C型真空冷冻干燥机；UV-7504单光束-紫外分光光度计；JHMZ200和面机；JMTD168/140实验面条机；TA-XT2i质构仪；WSC-S测色色差计。

1.3 方法

1.3.1 混合粉的制备及测定

质量浓度为15 mg/g的面筋蛋白悬浮液中加入不同量的Na2SO3(添加量分别为0、0.1、0.3、0.5、0.7、1.0、1.5 mg/g 蛋白)，10 000 r/min下均质20 s后匀速搅拌20 min，静置10 min，使Na2SO3和蛋白质充分反应，用等量蒸馏水反复洗涤至溶液中不含Na2SO3，样品冷冻干燥、粉碎过筛。处理后的面筋蛋白按4%的比例加入特一粉混匀，然后置于恒温恒湿箱中复水，直至混合粉含水量达到14%，收集样品于密封袋中备用，同时以不添加面筋蛋白的特一粉做空白对照。依据Li等[22]的方法测定混粉的游离SH、总SH及SS键含量。

1.3.2 面片的制备

100 g混合粉同蒸馏水(添加量为吸水率的一半)用和面机混合120 s，然后将面絮用四层湿纱布封盆口室温熟化30 min，通过实验面条机压面(用前清理干净)，辊间距为2.95 mm压面1次，三折合片后压面1次，两折合片后压面一次。迅速用四层湿纱布封盆口室温熟化20 min，随后调整辊间距为2.45 mm，压面3次，调整辊间距为1.75 mm，并压面3次，然后调整辊间距为1 mm，仍然压面3次，装入自封袋中备用[23]。

1.3.3 面片色泽的测定

用测色色差计评价色泽，以L*、a*、b*值表示混合粉的色泽变化[24]。

1.3.4 面片的质构分析

选择2.95 mm厚的面片，用模具切割成直径为12 mm左右的圆面片进行分析，配套探头为HDP/TPB。参数为：测试前和测试时的速度均为2 mm/s，测试后速度为10 mm/s，突破距离为70 mm，感应力为5 g，可得抗张强度和延展性两个参数[25]。

1.4 数据分析

采用Excel 2013进行数据整理和图表绘制，数据在P<0.05水平上的显著性采用SPSS 17.0软件中的Duncan进行分析，相关性分析则采用Pearson相关系数以及Two-tailed双侧显著性检验完成。

2 结果与分析

2.1 谷朊粉和特一粉成分分析

经测定，本研究的谷朊粉蛋白质质量分数为77.68%，淀粉质量分数为8.71%，灰分和脂肪质量分数分别为1.48%、0.95%，含水量为11.5%；小麦粉蛋白质质量分数为9.67%，淀粉质量分数为72.21%，灰分和脂肪质量分数分别为0.55%、0.78%，含水量为13.5%。

2.2 SH、SS键含量分析

由表1可知，对照组的游离SH、总SH、SS键含量均显著低于混合粉的(P<0.05)。随着所用Na2SO3浓度的增大，混合粉的游离SH含量显著上升，SS键含量显著下降，总SH含量无显著变化。游离SH/SS比值则是对照组的最小，Na2SO3浓度为1.5 mg/g 蛋白时所得混合粉的最大，各组间存在显著差异(P<0.05)。这说明，Na2SO3作为一种还原剂，能将面筋蛋白的SS键部分断裂并形成游离SH。Na2SO3浓度越大，面筋蛋白中断裂的SS也就越多，混合粉的SS含量就越小，游离SH变化则与之相反。处理后的面筋蛋白按4%的比例加入特一粉，会显著影响特一粉的游离SH、SS键含量及二者之比，对总SH含量影响不大。

表1 混合粉中游离SH、总SH、SS键和游离SH/SS比值的变化

Na2SO3浓度/mg/g蛋白游离SH/μmol/g总SH/μmol/gSS键/μmol/g游离SH/SS比值对照1.15±0.05h25.45±0.39b12.15±0.18f0.1±0.01h0.01.62±0.05g30.00±0.37a13.93±0.18a0.12±0.01g0.12.23±0.05f30.42±0.38a13.53±0.17b0.17±0.01f0.32.61±0.05e30.63±0.38a13.26±0.18b0.20±0.01e0.52.76±0.05d30.31±0.38a12.95±0.17c0.21±0.01d0.72.89±0.05c30.28±0.38a12.80±0.18cd0.23±0.01c1.03.12±0.05b30.24±0.37a12.55±0.18de0.25±0.00b1.53.23±0.05a30.27±0.38a12.46±0.18e0.26±0.00a

注：同一列中不同字母代表数据间具有显著性差异(P<0.05)。

2.3 面片色泽变化研究

据图1可知，对照组的L*值最高，a*值和b*值最低，这与Pierre等[26]的研究结果吻合，即蛋白质含量与鲜湿面条L*值显著负相关，与a*值和b*值显著正相关，具体的机制可能是蛋白质含量可通过改变面团的水分活度而改变多酚氧化酶活性和褐变速率，除此之外，蛋白质含量升高就会导致淀粉的相对含量降低，更强、更大的面筋网络阻碍了淀粉颗粒对光的反射，致使光的反射率下降，亮度变小。

不同面片的L*值随时间增长呈下降趋势，尤其在前4 h范围内下降速率最大，这与Li等[27]的研究结果一致。b*值随时间增长呈上升趋势，a*值在0～96 h范围内随时间增长呈上升趋势。这些数据说明，随着湿面片储藏时间的延长，颜色会变暗并向红、黄色发展。这主要是面片发生了褐变反应，面片中的酚类物质在多酚氧化酶及氧气的共同作用下生成醌，醌的稳定性较差，既可以自身聚合，亦可以与蛋白质的活性基团(如SH、ε-NH2)反应生成黑色、褐色物质。不过，a*值在储存96 h后呈现显著下降趋势，即面片色泽向绿色方向发展，因为随着储藏时间的延长，微生物也开始生长，霉菌、酵母菌会在面片内部及表面滋生，导致面片表面出现绿色、红色斑点。此外，0～24 h时间内的L*值、a*值和b*值变化幅度较大，而后色泽变化越来越小。混合粉中SS键含量越低，面片L*值也越低，b*值越高，a*值变化规律不明显，这是因为SS键含量越低，则转化的SH含量就越多，醌类物质就能和更多的SH反应生成其他物质(如蛋白-5-S-巯基丙氨基多巴)，导致面片变暗、变褐。

学者为了更系统地表述色泽而用L*-a*-b*的最终值表示色泽好坏，值越大，色泽越好[28]。表2列出了生面片L*-a*-b*值的变化，在不发生变质的前提下，面片色泽都是随着放置时间的延长变差，而随混合粉中SS键的减少，所制面片的色泽显著变差(P﹤0.05)，说明混合粉SS键含量影响其制品的色泽品质。

图1 混合粉中SH、SS键含量对面片色泽的影响

表3为鲜切面片在最佳蒸煮时间下水煮后的色泽变化结果。生面片的L*值、a*值、b*值的变化范围分别为63.28～66.06、-3.23～-2.1和12.33～13.53。整体来说，熟面片的L*、a*、b*值均变小，降幅分别为4.36%～12.27%、1.05%～3.66%，4.03%～6.21%，即面片亮度会变暗，红、黄度降低，面片的色泽向绿、蓝方向转变，整体色泽变浅。分析其原因：(1)面片水煮后，气体受热溢出，淀粉颗粒吸水膨胀，同时发生糊化作用，淀粉粒的构象发生变化，无序化程度增加，透光率变大；(2)麦谷蛋白受热发生聚合变性，形成麦谷蛋白大聚体，面筋网络变得更牢固，对淀粉等其他组分的束缚更紧，改变了光反射的程度；(3)其中的叶黄素酯、类胡萝卜素受热更易氧化，所含不饱和共轭双键变成饱和键，导致面片黄度指数下降；(4)高温也会导致面片中的多酚氧化酶失活而有效阻止酶促反应的进行。对照组的L*值显著高于添加面筋蛋白组的(P<0.05)，这是由于添加的面筋蛋白使面片网络更致密，色泽变暗。但混合粉所制熟面片的L*、a*、b*值无明显变化规律，即SS键含量对熟面片的色泽无显著影响。这可能是对煮后面片色泽的影响因素较多，各种因素交互作用，掩盖了SS键的影响。此外，从混合粉到熟面片，中间经历了多个工艺，每个工艺都会影响SS键的含量，因此，系统考察混合粉到熟面片各工艺点SS键变化与熟面片色泽的关系可能更好。也有可能是各样品混合粉中SS键含量梯度还不够大，不足以反应其对色泽的影响。

表2 混合粉中SH、SS键含量对生面片L*-a*-b*结果的影响

注：同一列中不同字母代表数据间具有显著性差异(P<0.05)，下同。

表3 混合粉中SH、SS键含量对煮后面片L*、a*、b*值的影响

2.4 面片的质构变化

由表4可知，对照组的抗张强度显著低于混合粉所制面片的(P﹤0.05)，延展性显著高于混合粉所制面片的(P﹤0.05)，这与班福进等[29]的研究结果一致，面筋蛋白含量与质构实验时穿破面片所做的功呈正相关。Na2SO3浓度为0 mg/g pro时所制面片的抗张强度最大，然后随混合粉中SS键含量的减少，面片的抗张强度也逐步降低，各混合样品间差异显著(P﹤0.05)。抗张强度代表面筋的拉伸强度，也叫韧性，面筋越多，筋力就越强。根据前人的报道，饺子皮的强韧性与小麦粉粉质指数和面筋蛋白中的SS含量呈极显著正相关[30]，Na2SO3浓度为0 mg/g pro时所制面片的延展性在混合粉样品中最高，Na2SO3浓度为1.5 mg/g pro时所制面片的延展性最低，而其余5组面片间无明显差异(P﹤0.05)。单分子醇溶蛋白可通过非共价相互作用形成不稳定的体系，贡献延展性[31]，上述结果可能是较高的Na2SO3浓度对醇溶蛋白的共价SS有影响，进而改变体系中非共价键的相互作用所致。总之，优质的面片应具有良好的抗张强度和延展性，因此不难看出，Na2SO3浓度为0 mg/g pro时所制面片的质量最好。

表4 面片抗张强度和延展性的变化

2.5 各主要参数的相关性分析

由表5可知，混合粉中游离SH含量、游离SH/SS比值均与生面片的L*极显著负相关(r=-0.975，r=-0.957)，与a*呈极显著正相关关系(r均为0.976)，与b*呈显著正相关关系(r=0.788，r=0.812)，但与熟面片的色泽指标无显著相关性。混合粉中SS含量与其他色泽指标相关性不显著。表6则显示，游离SH含量、游离SH/SS比值与生面片的延展性分别呈极显著和显著负相关(r=-0.871，r=-0.822)，SS键含量与生面片的抗张强度极显著正相关(r=0.949)。

表5 混合粉中SH、SS键含量与所制面片色泽指标的相关性分析

注：**表示在0.01水平(双侧)上极显著相关，*表示在0.05水平(双侧)上显著相关，下同。

表6 混合粉中SH、SS键含量与所制面片质构参数的相关性分析

3 结论

将处理的面筋蛋白加入特一粉会显著影响特一粉的游离SH、SS含量及二者之比，对总SH含量影响不大。随混合粉中SS键的减少，生面片L*值显著降低，b*值显著升高，a*值变化规律不明显，生面片整体色泽显著变差，熟面片的色泽无显著变化；面片的抗张强度逐步降低且差异显著，延展性变化无明显规律。相关性分析表明，混合粉中游离SH含量、游离SH/SS比值均与生面片的L*呈极显著负相关，和a*极显著正相关，与b*显著正相关，但与熟面片的色泽指标无显著相关性，SS键含量与色泽指标相关性不显著。游离SH含量、游离SH/SS比值与生面片的延展性分别呈极显著和显著负相关，SS键含量与生面片的抗张强度极显著正相关。