轉谷氨酰胺酶對玉米面團加工特性的影響

郜懷帥，楊嘉琪，宋春麗*，任健，劉曉蘭，陳佳鵬

齊齊哈爾大學食品與生物工程學院，黑龍江省玉米主食工業(yè)工程技術研究創(chuàng)新團隊（齊齊哈爾 161006）

玉米面條符合“粗糧細做”的飲食風尚，市場潛力巨大。但是由于玉米中的玉米蛋白不能形成面筋網(wǎng)絡結構，無法賦予玉米面團類似于小麥面團的黏彈性，加工特性差，因而在一些產(chǎn)品的開發(fā)中受到限制。目前以玉米為原料加工制得的玉米面粉，口感粗糙，不易消化，缺乏黏彈性和延展性。由該玉米面粉制得的玉米面條易混湯斷條，煮泡時間長。因此，提供一種制作高品質玉米面條的方法，具有現(xiàn)實意義。

改善玉米面團性質的方法有很多，一種常用的方法是以通過添加不同來源的蛋白質來提高產(chǎn)品的品質、質構以及儲藏穩(wěn)定性，如通過添加面筋蛋白、大豆蛋白以及蛋清蛋白等外源蛋白[1-2]，強化蛋白質網(wǎng)絡結構以及面團的彈性。此外，利用食用膠，如親水膠體或糊化淀粉也能夠很好地控制面團的流變

特性[3]。而目前人們發(fā)現(xiàn)，轉谷氨酰胺酶（TGase，EC2.3.2.13）在改善玉米面團性質方面具有很大的潛力。該酶能夠催化蛋白質分子中谷氨酸胺殘基的γ-酰胺基和賴氨酸殘基的ε-氨基在分子內(nèi)或分子間發(fā)生交聯(lián)，形成ε-（γ-Glu）lys共價鍵[4]，使得面團產(chǎn)生質構變化，從而賦予產(chǎn)品特有的流變學特性和質構特性。此次試驗在添加外源蛋白的基礎上，采用安全有效的轉谷氨酰胺酶交聯(lián)技術改善面團的特性，考察該酶的添加對玉米面團的加工特性（如流變學特性、保水性、質構特性），以及所制面條蒸煮品質的影響規(guī)律，旨在賦予面條良好的營養(yǎng)和質構特性，為解決玉米面條加工過程中的共性關鍵問題提供理論依據(jù)和技術支持。

1 材料和方法

1.1 試驗材料與設備

玉米粉，市售；高筋粉，恒鋒食品經(jīng)貿(mào)有限公司；谷朊粉，河南棗花面業(yè)股份有限公司；蛋清粉，科隆多生物科技有限公司；大豆粉，哈爾濱賓縣禹王植物蛋白有限公司；TGase，江蘇一鳴精細化工有限公司。

S-3400型掃描電子顯微鏡，日立；Kinexus型高級旋轉流變儀，馬爾文；TDZ5-WS型離心機，湘儀。

1.2 試驗方法

1.2.1 玉米面團的制備

按照玉米粉、高筋粉、蛋清粉、大豆粉與谷朊粉質量比30∶55∶10∶4∶1稱取各個配料共100 g，添加不同比例的TGase（添加量分別為50，100和150 U/g面粉），加入70 mL水，玉米粉中各組分進行充分水化后攪拌制得面團，并將面團包裹在保鮮膜中，于37℃保溫3 h。以不添加TGase的玉米面團為對照。

1.2.2 不同TGase添加量時玉米面團的動態(tài)流變學性質分析

參照Ribotta等[3]的方法，利用流變儀測定不同酶添加量的面團在不同頻率時彈性模量（G′）和黏性模量（G′′）的變化情況。選取適當大小的塊狀面團，調整夾板間距使面團結構完整地置于平板上。邊緣涂抹硅油防止水分蒸發(fā)。平衡5 min后，殘余的壓力會松弛。確定應力掃描程序在動態(tài)測量模式下進行。采用pp40平行板，板間距為1 mm，溫度為30℃，記錄頻率1.0～10 Hz時面團的模量變化。

1.2.3 玉米面團掃描電子顯微鏡分析

參照Haga等[5]的方法，將樣品脫水后利用掃描電子顯微鏡觀察面團的微觀結構。取不同TGase添加量的玉米面團，切成長5 mm、厚3 mm的面團。在戊二醛中浸漬24 h，pH為7.0，用濃度為0.1 mol/L的磷酸鹽緩沖液沖洗4次，每次10 min。然后依次用30%，50%，70%和90%乙醇處理，每次15 min，接下來用100%乙醇處理3次，每次30 min。脫水后凍干。利用掃描電子顯微鏡觀察面團的微觀結構，放大倍數(shù)為400倍。

1.2.4 面團保水力的測定

參照AACC56-20的方法測定面團的保水力。向離心管加2.0 g冷凍干燥后的面團和40 mL蒸餾水，稱其質量。在室溫下振蕩1 h，然后以轉速1 000 r/min離心15 min，移出上清液，稱定殘余樣品的質量，計算2次稱量樣品的質量差。保水性以每克玉米面粉結合水的質量來表示。

1.2.5 鮮濕面條質構特性的測定

參照康志敏等[6]的方法略有改動，測定鮮濕面條的質構特性（TPA）。測定指標：硬度、彈性、黏附性、咀嚼性。咀嚼性數(shù)值為硬度、彈性、黏附性三者乘積。隨機取煮后面條，截取合適的長度，平行放置于載物臺上。物性分析儀探頭為圓盤擠壓探頭p50探頭。測定前、中、后速度均為1.0 mm/s，形變量為60%，觸發(fā)力為5 N，兩次壓縮間隔為1 s。每種面團測定6根面條，結果取平均值。

1.2.6 鮮濕面條蒸煮損失率分析

參照LS/T 3212—2014[7]測定樣品烹調損失率。計算一定量的面條樣品煮熟后，溶解和脫落到煮面水中的固形物部分占樣品的質量分數(shù)（%）。

2 結果與討論

2.1 TGase添加量對玉米面團動態(tài)流變學特性的影響

食品的加工特性和流變學特性在生產(chǎn)和制作中十分重要，它直接關系到產(chǎn)品的品質、開發(fā)難度和市場前景。四種玉米面團的G′和G′′隨頻率的變化如圖1所示。

面團具有黏彈特性，G′表示物體的類固體性質（彈性），G′′表示物體的類液體性質（黏性）。從圖1可以看出，在測定頻率0.1～10 Hz范圍內(nèi)，玉米面團的G′始終高于G′′，這體現(xiàn)出玉米面團的彈性是其主要表達形式。此外可以看出，隨著TGase添加量的增加，面團的G′顯著增加。當頻率為10 Hz時，未添加TGase的玉米面團的G′為33 200 Pa，添加TGase（50～ 150 U/g）的玉米面團的G′為90 600～107 800 Pa。這是由于TGase的添加促使蛋白質發(fā)生分子內(nèi)/間交聯(lián)，導致蛋白質的相對分子質量增加，故面團的空間結構發(fā)生變化。可以看出，添加TGase有利于增加玉米面條的黏彈特性，但是該酶的添加量對玉米面團的模量變化影響并不顯著。

2.2 TGase添加量對玉米面團微結構的影響

面團品質與其微觀結構關系密切。利用掃描電子顯微鏡（SEM）觀察面團的微觀結構是最常用方法之一。不同TGase添加量的面團微觀結構如圖2所示。

在未添加TGase的對照組中，面團的微觀結構特征在于，淀粉顆粒鑲嵌在一些面筋基質（主要為添加的高筋粉）中[8]，但是表面的面筋結構比較松散，且不連續(xù)（圖2a）。這是由于添加的玉米粉比例較大（30%），而玉米粉缺乏面筋結構導致。相對于對照組，加入TGase后的面團的內(nèi)部結構發(fā)生了變化。當添加TGase量為50 U/g面粉時，由于該酶的催化作用，外源蛋白發(fā)揮了顯著的作用，面團表現(xiàn)出了明顯的面筋網(wǎng)絡結構，同時淀粉顆粒分布得更加均一（圖2b）。當增加TGase的添加量時，面團結構更加致密（圖2c～d）。因此，SEM結果表明，添加TGase一定程度上賦予了類似面筋的網(wǎng)絡結構，改善了玉米面團的結構，進而改善了面團的流變特性。

圖1 TGase添加量對玉米面團流變特性的影響

圖2 不同TGase添加量的面團的掃描電鏡分析圖

2.3 TGase對玉米面團保水力的影響

保水力主要表征面團中淀粉的吸水膨脹能力，蛋白質也同樣發(fā)揮一定的作用。保水力越高，淀粉顆粒和蛋白質就能吸收越多的水分，可以間接反映出面團品質，如質構性質及蒸煮時間。不同TGase添加量對面團保水力的影響如圖3所示。

從圖3可以看出，沒有添加TGase的面團的保水力較低（0.87 g/g），這是由于面團中含有30%（干基）的玉米粉，而玉米粉為一種非面筋谷物，保水能力差。添加TGase的面團的保水性增加，當TGase酶的添加量為100 U/g面粉時，保水力最高，達到了1.27 g/g。相對于未添加TGase的玉米面團，此時面團的保水力增加了46.4%。這與彭飛[9]的研究結果一致：在添加燕麥蛋白（非面筋蛋白）的情況下，面團保水力增強，最高達到1.325 g/g。這是因為TGase催化蛋白質分子內(nèi)及分子間交聯(lián)，有利于促使面筋形成網(wǎng)絡結構，從而束縛更多的水分。面團保水力的增加，有利于增強玉米面團成型效果。結果表明，添加TGase有利于增強面團的保水力。

圖3 不同添加量的TGase對玉米面團保水效果的影響

2.4 TGase添加量對鮮濕玉米面條的質構特性影響

通過質構儀可以對食品的硬度、彈性和咀嚼性等質構特性進行客觀的測定，得到的這些指標有助于消費者判斷許多食品的品質。不同TGase添加量的鮮濕玉米面條的硬度、彈性、黏附性以及咀嚼性的測定結果如表1所示。

由表1可以看出，隨著面團中TGase添加量的增加，所制得的鮮濕玉米面條的硬度和彈性顯著增加，黏附性并沒有發(fā)生顯著的變化。TGase處理能夠增加面團的硬度，這與一些研究報道一致[10-11]。TGase對蛋白質的交聯(lián)作用產(chǎn)生了類似面筋蛋白的作用，賦予面條一定的彈性[12]。相應地，玉米面條的咀嚼性顯著提高，相對于未添加TGase的玉米面團制作的鮮濕面條，在酶的添加范圍（50～150 U/g面粉）內(nèi)，面條的咀嚼性增加了1.56～6.11倍。這對玉米面條的品質有很大貢獻，更適用于喜好筋道面條的人群。

表1 不同添加量的TGase對鮮濕玉米面條質構性質的影響

2.5 TGase對玉米面條蒸煮品質的影響

在面條的蒸煮過程中損失小、得率高，對于提高玉米面條產(chǎn)品的品質以及市場競爭力都具有重要的意義。不同TGase添加量所制得的玉米面條的烹調損失率見表2。

從表2可以看出，添加TGase使面條的烹調損耗率下降，烹調損失率隨著TGase添加量的增加而下降，未添加TGase的玉米面條的烹調損失為12.1%，添加150 U/g的TGase的玉米面條的烹調損失率降至9.8%（LS/T 3212—2014規(guī)定，掛面的烹調損失率應≤10.0%）。可以看出，當玉米粉固形物含量為30%時，制備面團時添加轉谷氨酰胺酶有利于減少面條的烹調損失。TGase的添加降低了蒸煮損失。這是因為TGase的添加，使面團中的蛋白質組分發(fā)生了交聯(lián)，提高了面團的保水力、硬度和彈性，從而減少了面團的烹調損失率。

表2 不同TGase添加量對烹調損失率的影響

3 結論

轉谷氨酰胺酶添加到玉米面團中，能夠改善面團的流變學特性、保水力和質構特性，同時提高了蒸煮得率和烹調損失率。具體表現(xiàn)為面團的彈性模量增加；相對于未添加TGase的玉米面團，當TGase添加量為50～150 U/g面粉時，面團的保水力增加32.6%～ 46.4%。鮮濕玉米面條的硬度、彈性增加，相應地其咀嚼性顯著提高。玉米面條的烹調損失率下降。