面筋蛋白對饅頭加工品質(zhì)影響的研究進(jìn)展

◎ 劉思彤，李紅民，劉貴巧，王慧珍，宋慧月，張紀(jì)英

（河北工程大學(xué)，河北 邯鄲 056038）

饅頭是中國北方傳統(tǒng)食品之一，有“中國面包”之稱。雖然近幾年西方飲食文化輸入對中國傳統(tǒng)飲食習(xí)慣有較大的沖擊，但是并未降低人們對饅頭的偏愛，反而逐漸流行于中國南方和許多亞洲國家。隨著人們對飲食與健康越來越重視，雜糧主食化已成為趨勢，饅頭產(chǎn)業(yè)大有前景[1-2]。

饅頭是由小麥粉經(jīng)過一系列工藝制作而成發(fā)酵面制食品，其中小麥粉主要由65%～75%的淀粉、10%～13%的蛋白質(zhì)以及少量的脂肪和多糖組成。小麥蛋白的80%主要為醇溶蛋白（Gliadin，Gli）和麥谷蛋白（Glutenins，Gls）組成的面筋蛋白[3]。在饅頭加工過程中，各種組分及組分間相互作用，發(fā)生了復(fù)雜的化學(xué)、物理變化，這對饅頭的品質(zhì)具有重要的影響[4-5]。

研究顯示，饅頭加工過程中蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與饅頭品質(zhì)有著密切關(guān)系，如面筋蛋白含量在10%～12%的小麥粉適合做硬度較大的北方饅頭，而含量在7%～8%的小麥粉適合做軟質(zhì)的廣式饅頭[6]；Limley等發(fā)現(xiàn)小麥粉的蛋白含量、面筋強(qiáng)度與饅頭的體積及彈性質(zhì)構(gòu)特性呈顯著正相關(guān)，而面筋蛋白是小麥蛋白中最具獨(dú)特性的一組蛋白質(zhì)，對饅頭延展性和彈性的貢獻(xiàn)具有不可代替的作用[7]。目前，大多數(shù)研究集中在饅頭的原料[8]、添加劑[9]和加工工藝[10]等方面，雖然已有關(guān)于麥谷蛋白和醇溶蛋白含量比值對饅頭品質(zhì)的影響的研究[11-12]，但是報(bào)道相對較零散，系統(tǒng)研究麥筋蛋白對饅頭品質(zhì)影響的報(bào)道較少。

本文主要介紹了小麥蛋白中面筋蛋白——醇溶蛋白和谷蛋白的研究現(xiàn)狀，重點(diǎn)綜述了這兩種蛋白對饅頭加工品質(zhì)的影響，旨在探析面筋蛋白對饅頭加工品質(zhì)的影響機(jī)理，為更好地提高饅頭加工品質(zhì)提供理論基礎(chǔ)。

1 小麥蛋白概述

小麥籽粒中含有8%～15%的蛋白，其中10%～15%是白蛋白和球蛋白，85%～90%的是面筋蛋白，面筋蛋白由麥谷蛋白和麥醇溶蛋白組成[13]。

面筋蛋白比例的定量化目前還沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)方法，最常用方法的是用凝膠分離技術(shù)和反相高效液相色譜，且這兩種方法得出的結(jié)果存在差異，但基本上認(rèn)為麥谷蛋白通常比醇溶蛋白含量多，LMW 亞基比HMW 亞基豐富[14]。Seilmeier 等使用RP-HPLC 方法研究了17 個(gè)歐洲小麥品種的蛋白含量，結(jié)果表明，面筋蛋白平均約占總蛋白的80%，其中醇溶蛋白和麥谷蛋白分別占面筋蛋白的39%和61%。LMW 亞基和HMW 亞基的比例約為2 ∶1，分別占面筋蛋白總量的41.5%和19.7%。在醇溶蛋白組分中，α-醇溶蛋白（α-Gli）含量最高，其次是γ-醇溶蛋白（γ-Gli）和ω-醇溶蛋白（ω-Gli）[15]。除具有較高比例的HMW 亞基外，和Dupont 等的研究結(jié)果基本一致[16]。

根據(jù)在水溶液和醇溶液中的溶解性，麥谷蛋白和谷蛋白統(tǒng)稱為谷醇溶蛋白，比例約為1 ∶1，共同特點(diǎn)為具有較高含量的谷氨酰胺（38%）和脯氨酸殘基（20%），且都幾乎不含精氨酸和賴氨酸。麥谷蛋白和醇溶蛋白目前被認(rèn)為是單一蛋白家族，是小麥的主要儲(chǔ)藏蛋白，二者的主要區(qū)別是麥谷蛋白能通過分子間二硫鍵形成麥谷蛋白聚合物[17-18]。

根據(jù)分子量分布，麥谷蛋白可進(jìn)一步分為高分子量亞基的麥谷蛋白（HMW-Glu，70 ～90 kDa）和低分子量亞基的麥谷蛋白（LMW-Glu，20 ～45 kDa）， 含量分別為40%和60%；LWM-Glu 又可分為主要的B 型亞基組和兩個(gè)次要的C 型和D 型亞基組。其中HMW-Glu 的基因分別位于A1、B1 和D1 染色體長臂上的Glu-A1、Glu-B1 和Glu-D 位置；而LMW-GS 的基因則分別位于A1、B1 和D1 染色體短臂上的Glu-A3、Glu-B3 和Glu-D 位置[19]。

醇溶蛋白可根據(jù)分子量分為單體（30 ～60 kDa）和聚合物（＞20 MDa），醇溶蛋白單體根據(jù)在低pH值條件下的電泳遷移率，可分為α、β、γ 和ω 麥谷蛋白，半胱氨酸含量分別為7 個(gè)、6.5 個(gè)、1 個(gè)和1個(gè)，比例分別為25%、30%、30%和15%[20]。通過比較氨基酸序列，麥谷蛋白和醇溶蛋白可分為3 類面筋蛋白，如圖1 所示，HWM-Glu 和ω-Glu 形成不同的組，HWM 組合缺乏半胱氨酸稱為貧硫醇溶谷蛋白；α/β-Gli 和LWM-Glu 的B 型亞基稱為富硫醇溶谷蛋白；最后是由α-/γ-Gli 和ω-Gli 形成LWM-Glu 的C型和D 型亞基[13]。

圖1 小麥面筋蛋白的分類和命名圖

面筋是由小麥粉制成的面團(tuán)經(jīng)過洗滌以除去淀粉以及其他顆粒狀和可溶性物質(zhì)后殘留的黏性物質(zhì)。以干重計(jì)，它包含約75%的蛋白質(zhì)，其余大部分為殘留的淀粉和脂質(zhì)。分離的面筋還包含少量其他蛋白質(zhì)，這些蛋白質(zhì)可能與面筋蛋白質(zhì)物理相關(guān)或被困在蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)中，對饅頭加工的品質(zhì)具有重要的影響。

2 面筋蛋白對饅頭品質(zhì)的影響

適當(dāng)水和機(jī)械能的輸入能使小麥面粉形成具有黏彈性的面團(tuán)。在混合過程中，面筋蛋白與水結(jié)合，并通過相互作用形成具有獨(dú)特的黏彈性特性面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)；面筋蛋白對面團(tuán)的黏聚性和彈性以及面團(tuán)的延展性具有決定性作用，其中氫鍵在面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定中起著重要作用。

在眾多模型中，Belton 提出的理論模型認(rèn)可程度較高，其理論指出面筋蛋白網(wǎng)結(jié)構(gòu)主要由環(huán)形和鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)組成，蛋白序列的相互作用主要依靠谷氨酰胺通過鏈間氫鍵形成的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)維持，環(huán)形結(jié)構(gòu)主要由只與水作用的單鏈氨基酸形成；醇溶蛋白在這過程中主要起到增塑作用，對面團(tuán)的黏度具有重要的影響，因此麥谷蛋白和醇溶蛋白的比例也影響著面團(tuán)黏度和彈性之間的平衡[21]。

2.1 面筋蛋白含量對饅頭品質(zhì)的影響

通常小麥蛋白含量在10%～11%，即含有中到高強(qiáng)度面筋的面粉適合做饅頭，過高或過低面筋含量則影響?zhàn)z頭的外觀、質(zhì)地和食用的品質(zhì)[22-23]。研究顯示，饅頭的質(zhì)量與面筋蛋白含量顯著相關(guān)，但是有關(guān)面筋與饅頭品質(zhì)之間的相關(guān)性報(bào)道并不一致。這可能是因?yàn)槌他湽鹊鞍祝←湹矸垡矊︷z頭品質(zhì)有著很大的影響[24]。ZHU Yue 等[11]研究顯示，隨著面筋蛋白含量的增加，饅頭的色澤由變深變黃，體積收縮，硬度和咀嚼度隨之下降，饅頭的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變得致密多孔，同時(shí)還能有效得控制水分遷移而抑制淀粉糊化。Jekle 等[25]也發(fā)現(xiàn)類似的研究結(jié)果，隨著面筋蛋白比例的增加，阻止了水的擴(kuò)散，并延遲了糊化作用，降低了糊化程度。XU Fen 等[26]研究同樣顯示隨著面筋蛋白比例的增加，饅頭的糊化溫度隨著面筋比例的增加而顯著增加，面筋蛋白包裹在馬鈴薯淀粉顆粒周圍，形成了水?dāng)U散屏障，淀粉顆粒對面筋網(wǎng)絡(luò)具有稀釋作用。GAO Xin 等[27]深入研究了淀粉與面筋蛋白的相互作用，提出了A/Lunity（A 型淀粉顆粒含量除以面筋網(wǎng)絡(luò)的空隙率）和B-A/Lunity（B-A 型淀粉顆粒比除以空隙率）來表征不同大小的淀粉顆粒與面團(tuán)中面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)的相互作用程度，結(jié)果表明，由于淀粉顆粒與面筋的密切相互作用，隨著B-A/Lacunity 的增加，面團(tuán)的穩(wěn)定時(shí)間增加，面團(tuán)具有較大的穩(wěn)定性，應(yīng)用A/Lunity 和B-A/Lunity 作為新的指標(biāo)，進(jìn)一步闡明淀粉與面筋之間的精確影響，可以更好地評(píng)價(jià)面團(tuán)的性能。

2.2 醇溶蛋白對饅頭品質(zhì)的影響

醇溶蛋白是由疏水性多肽通過分子內(nèi)的二硫鍵形成的單鏈蛋白，其分子量相對較低對面團(tuán)穩(wěn)定性和饅頭質(zhì)地有重要影響[28-29]。于國利等[30-31]研究顯示不同的醇溶蛋白組分（Gli8、Gli9、Gli10、Gli11 和Gli15）對饅頭品質(zhì)特性有不同的影響，總體上，均能使疏水性增加，氫鍵有所減少，但對二硫鍵影響較小。醇溶蛋白能降低饅頭的彈性、回復(fù)性和黏附性，其中Gli8、Gli9、Gli10 組分對饅頭的硬度、咀嚼性有增強(qiáng)作用，Gli8 對饅頭質(zhì)構(gòu)、感官評(píng)分和比容有較大影響。Khatkar 等[32]研究顯示隨著醇溶蛋白含量的增加（5%～10%），面團(tuán)的峰值高度減小，表明面團(tuán)強(qiáng)度有所降低；此外，面團(tuán)穩(wěn)定性也從3.20 降至1.40，面筋的熱穩(wěn)定性降低；隨著面筋中醇溶蛋白占比的增加，面筋結(jié)構(gòu)的緊密度大大降低，從而導(dǎo)致形成了更開放的弱面筋網(wǎng)絡(luò)。

2.3 麥谷蛋白對饅頭品質(zhì)的影響

研究顯示，麥谷蛋白是由通過鏈間二硫鍵交聯(lián)高分子量和低分子量亞基形成的大分子聚合物，而醇溶蛋白的分子量較小，只能形成分子內(nèi)二硫鍵和非共價(jià)鍵。醇溶蛋白有助于面團(tuán)增黏，而麥谷蛋白則有助于增強(qiáng)面團(tuán)彈性，因此，研究認(rèn)為醇溶蛋白和麥谷蛋白對改善面團(tuán)的黏性和彈性至關(guān)重要，而麥谷蛋白大分子聚合物是小麥品質(zhì)的關(guān)鍵，且與饅頭體積和面團(tuán)延展性密切相關(guān)。此外，許多研究報(bào)道了麥谷蛋白對優(yōu)質(zhì)面包質(zhì)地影響中的重要作用[33]。麥谷蛋白可分為高分子量（HMW-Glu）和低分子量（LMW-Glu）亞基，其中HMW-Glu 構(gòu)成線性鏈和蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而LMW-Glu 線性鏈分支形成簇和聚集體結(jié)構(gòu)。已有研究顯示HMW-Glu 和LMW-Glu 的組成差異引起了麥谷蛋白聚合物的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的變化而導(dǎo)致了烘烤質(zhì)量的改變，認(rèn)為HMW-Glu 與面團(tuán)的強(qiáng)度和彈性有關(guān)[34]。例如，ZHANG Yingjun 等[35]研究發(fā)現(xiàn)小麥中HMW-Glu 亞基的缺失顯著降低了面團(tuán)強(qiáng)度和面包烘烤質(zhì)量。有研究顯示LMW-Glu 的Glu-A3 b 亞基對沉降量和沉降指數(shù)具有積極影響，而Glu-B3 g 等位基因則對沉降量和面筋強(qiáng)度具有更積極的影響[36]。HMWGlu 被認(rèn)為是調(diào)節(jié)面團(tuán)流變特性的主要成分，其Bx7亞基可改善小麥的品質(zhì)和面團(tuán)的流變學(xué)性質(zhì)[37]。據(jù)報(bào)道，與正常的Bx7 亞基相比，小麥近等基因系的Bx7 OE 亞基在面筋二級(jí)結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的β-結(jié)構(gòu)含量增加，并且與面團(tuán)流變特性有關(guān)。此外，二級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測表明，β-結(jié)構(gòu)含量較高的HMW-Glu 可能有助于形成更好的面筋結(jié)構(gòu)；而更長的重復(fù)結(jié)構(gòu)域可以產(chǎn)生更多的β-轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)，從而改善面團(tuán)的彈性[38]。

2.4 麥谷蛋白/醇溶蛋白比值對饅頭品質(zhì)的影響

淀粉糊化還受多糖、鹽和面筋含量以及醇溶蛋白和麥谷蛋白比例的影響，LI Yi 等[39]研究了醇溶蛋白/麥谷蛋白比值對小麥淀粉糊化、熱學(xué)和結(jié)構(gòu)特性的影響，結(jié)果顯示，隨著Gli/Glu 比值的減小，焓變和降解溫度略有增加。對于所有不同的Gli/Glu比值的樣品，在1 022 cm-1處的光譜強(qiáng)度隨著淀粉糊化而增加后減少，Gli/Glu 比值對加熱過程中淀粉顆粒的無定形和結(jié)晶區(qū)域的形成有重要影響。通過研究面筋蛋白質(zhì)成分的變化及其對淀粉的熱學(xué)性質(zhì)和分子結(jié)構(gòu)的影響，優(yōu)化蛋白質(zhì)成分的比例、控制淀粉和面粉的結(jié)構(gòu)特征以及摻混對獲得理想品質(zhì)的饅頭有所幫助。徐小青等[12]研究結(jié)果顯示，隨著Gli/Glu 比值的減小，重組粉中的濕面筋含量下降，面筋指數(shù)上升，面團(tuán)形成時(shí)間和穩(wěn)定時(shí)間先增加后減小；拉伸面積先增后減，延伸度減小。Barak 等[40]研究結(jié)果顯示，Gli/Glu 比值對面團(tuán)穩(wěn)定性、面團(tuán)發(fā)育時(shí)間、峰值黏度、面包比容和面包糠硬度有明顯影響，但較高的Gli/Glu 比值對面包的體積和面包糠的堅(jiān)硬度有不利影響，表明了平衡兩個(gè)面筋子組分對于提高面包質(zhì)量的重要性。

3 結(jié)語

目前，大量關(guān)于面筋蛋白對饅頭加工質(zhì)量影響的研究主要集中在原料性狀研究和篩選領(lǐng)域，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)小麥籽粒的HMW-Glu 在決定流變面團(tuán)特性和最終用途特性方面起著關(guān)鍵作用，且谷氨酰胺側(cè)鏈介導(dǎo)的鏈間二硫鍵和氫鍵對于穩(wěn)定面筋結(jié)構(gòu)至關(guān)重要。在加工過程中面筋蛋白及其組分如何影響?zhàn)z頭品質(zhì)及其結(jié)構(gòu)變化的研究報(bào)道相對較少，而在加工過程中蛋白結(jié)構(gòu)的變化對其功能品質(zhì)具有決定性的影響，最終也將影響?zhàn)z頭品質(zhì)，因此還要從加工過程及其方式探究面筋蛋白對饅頭品質(zhì)的影響，以期通過原料和加工精準(zhǔn)調(diào)控技術(shù)改善饅頭品質(zhì)。