面条面团是由蛋白质、淀粉、脂质和添加剂组成的复杂体系。根据生产中是否添加碱性盐或普通盐，小麦粉面条可以分为2类，黄碱面条和白盐面条[1]。重庆小面面条是典型黄碱面品种，颜色呈诱人亮黄色，口感顺滑、爽口、赋味性好，其品质直接受到面团结构和特性影响，面团品质决定了成品面条好坏，其中面团蛋白特性、淀粉特性对面条质量有重要意义[2]。
碱作为一种重要的面团添加剂，对面团品质有显著改良作用，有助于其形成独特风味、质构和色泽。TAO等[3]认为加入碱性盐增强了面团面筋网络结构，影响了淀粉-面筋相互作用和蒸煮特性。碱还能与面粉中黄酮类化合物反应使面条呈现亮黄色，WANG等[4]发现添加碱使面团外观明亮而发黄。此外，重庆小面面团较传统鲜湿面含水量更高，脂肪、蛋白质等物质更易分解产酸，添加碱可以中和部分酸，延缓面团酸度上升。其次，微生物在碱性环境下也会受到影响，有报道称碱能抑制霉菌生长，延长面条保质期[5]。电解水是近年来出现的一项具有潜在应用前景的食品新技术产品，可通过不同电解质获得，一般分为两类：酸性电解水与碱性电解水，后者生成pH值为10～13的碱性溶液，氧化还原电位(oxidation-reduction potential，ORP)为-800～-900 mV[6]，目前已广泛应用于食品各个领域，如制作饮用水、面包[7]等。当采用钾盐做电解质进行电解时，获得的碱性电解水碱性稳定，水中钠离子含量较低，但富含钾离子，可解决我国大多数人饮食摄入钠过多而钾不足的问题[8]。此外，二硫键是由面团中2个半胱氨酸上的巯基通过氧化反应生成，碱性电解水具有一定抗氧化性，可能会抑制巯基与二硫键转换，从而引起面团结构变化。且碱性电解水富含小分子基团，渗透力强[9]，这将直接影响面筋网络的形成。
目前尚无以钾盐电解的碱性电解水对重庆小面面团理化特性影响的相关研究。本文旨在探索与传统纯水或添加食用碱制作重庆小面相比，碱性电解水对小面面团混合性质、蛋白质含量、蛋白质二级结构、二硫键含量及淀粉糊化、流变学特性的影响。为碱性电解水替代食用碱制作小面面团提供理论依据，也对后续开发健康低钠重庆小面及其蒸煮食用品质评价提供指导。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
重庆小面专用面粉，重庆井谷元食品科技有限公司[经检测面粉含有蛋白质(13.056±0.007)%，脂肪(1.571±0.023)%，水分(13.275±0.004)%，湿面筋(30.553±0.177)%，淀粉(68.219±1.674)%，灰分(0.466±0.021)%]；食用碱(Na2CO3)，山东圣琪生物有限公司；碱性电解水，广东鑫康科技有限公司。
其余实验所用试剂均为分析纯，所用水为去离子水。
1.2 仪器与设备
HH-4恒温水浴锅，金坛市富华仪器有限公司；JF-BA磁力搅拌器，上海京孚仪器有限公司；QL-861涡旋混合器，海门市齐林贝尔仪器制造有限公司；KQ-100 超声波清洗器，昆山市超声仪器有限公司；Mixolab混合实验仪，法国肖邦公司；MCR302模块化旋转与界面流变仪，安东帕商贸有限公司；RVA-Tec Master快速黏度仪，瑞典波通仪器公司；红外光谱扫描仪，珀金埃尔默股份有限公司；新K9860全自动凯氏定氮仪，海能未来技术集团股份有限公司。
1.3 实验方法
1.3.1 碱性电解水制备
采用饱和KCl溶液做电解质，经新康富氢电解水机制备取得，采用pH计测定每批次碱性电解水的pH值与ORP值，碱性电解水特征值：pH约12.0，ORP值在-800～-900 mV。
1.3.2 样品制备
纯水制面：加入适量纯水和面，静置熟化后得纯水面团；将制得面团按GB/T 5506.1—2008《小麦和小麦粉 面筋含量 第1部分：手洗法测定湿面筋》制备即得纯水面筋。将面筋(面团)冷冻干燥48 h后磨成粉，即得纯水面筋(面团)粉。
食用碱制面：取0.2%(质量分数)食用碱溶于纯水后，与适量水一同加入面粉混匀，静置熟化后得食用碱水面团；面筋(面团)粉制备同纯水制备方法。
碱性电解水制面：加入适量碱性电解水和面，静置熟化后得碱性电解水面团；面筋(面团)粉制备同纯水制备方法。
1.3.3 面团热机械学特性分析
参考MOZA等[10]的方法并略作修改，使用Mixolab混合仪进行测定，选择Chopin+模式，面粉质量默认75 g，搅拌速度维持80 r/min，调整加水量使C1值稳定在(1.10±0.05)N·m。测试条件：30 ℃混揉8 min，4 ℃/min 升至90 ℃保持7 min，4 ℃/min降温至50 ℃保持5 min，记录随时间变化的扭矩值。
1.3.4 糊化特性测定
参考GB/T 24853—2010《小麦、黑麦及其粉类和淀粉糊化特性测定 快速粘度仪法》，使用快速黏度仪(rapid visco-analyser，RVA)测定面粉糊化特性，根据糊化曲线计算峰值黏度、谷值黏度、衰减值、最终黏度、糊化温度、回生值。
1.3.5 面团动态流变学特性测定
参考LI等[11]的方法，称取75 g面粉，参考Mixolab混合试验仪所得吸水率，加入相应水量揉成面团，用保鲜膜密封包裹，25 ℃静置20 min。静置后面团中心取出适量样品平铺于流变仪载物台，选用PP 25圆形检测探头，设置间隙2 mm。平板先降至预设间距，刮刀去除多余面团样品，并在面团边缘涂一层矿物油防止实验过程中水分蒸发，平衡5 min消除残存应力。随后在动态测量模式下进行应力扫描，以确定线性黏弹性区域(linear viscoelastic region，LVR)，选择合适应力保证在频率扫描时不会破坏面团结构。应变振幅扫描范围0.000 1%～10%，温度25 ℃，频率1 Hz。
频率扫描：温度恒定25 ℃，应变振幅值0.01%，扫描频率0.1～10 Hz。测定样品储能模量(G′)、损耗模量(G″)与损耗角正切值(tan δ)随角频率变化曲线。
温度扫描：固定频率1 Hz，应变振幅值0.01%。25 ℃平衡5 min，以5 ℃/min 升温至95 ℃。记录样品G′、G″与tan δ随温度变化的曲线。
1.3.6 面团蛋白质组分与麦谷蛋白大聚体含量测定
参考GUO等[12]方法并略作修改。取0.5～1 g冻干面筋粉，分级提取蛋白。
(1)清蛋白与球蛋白测定：烧杯中加10 mL蒸馏水，磁力搅拌2 h，8 500 r/min离心20 min，上清液转入25 mL容量瓶中；沉淀加入10 mL 0.5% NaCl溶液重复提取1次，合并上清液后加水定容，用自动凯氏定氮仪测定蛋白质含量。
(2)醇溶蛋白测定：在上述所得沉淀中加入10 mL 70%乙醇，同步骤(1)方法重复提取2次，自动凯氏定氮仪测定。
(3)麦谷蛋白计算：总蛋白含量减去其他蛋白(清蛋白与球蛋白)与麦醇溶蛋白含量。
(4)麦谷蛋白大聚体(glutenin macropolymer，GMP)测定：将步骤(2)所得沉淀加入10 mL 1.5% 十二烷基硫酸钠，磁力搅拌1 h，8 500 r/min离心20 min，沉淀重复提取1次，小心刮下沉淀上层凝胶，用自动凯氏定氮仪测定蛋白质含量。
1.3.7 游离巯基与二硫键含量测定
将150 mg冻干面筋粉混匀于1 mL Tris-Gly缓冲溶液，加入5 mL含4.7 g盐酸胍的缓冲溶液，最后用缓冲溶液定容至10 mL，摇床室温振荡30 min，试验备用。
游离巯基测定：参考WANG等[13]的方法并略作修改。取1 mL样液，加入4 mL脲-盐酸胍缓冲液，混匀后加入0.05 mL Ellman’s试剂，涡旋1 min，25 ℃保温避光保藏30 min，波长412 nm处测定吸光值。以蒸馏水代替样品作对照。
总巯基测定：取1 mL样液，加入4 mL脲-盐酸胍缓冲液、0.05 mL β-巯基乙醇，在25 ℃下保温1 h，加入10 mL体积分数12%的三氯乙酸，继续保温1 h，样品在8 000 r/min下离心15 min，沉淀再用5 mL 12%三氯乙酸溶液洗涤并离心，重复2次；之后将沉淀物溶于10 mL 8 mol/L Urea中，加入0.04 mL Ellman’s试剂，迅速混合后25 ℃保温反应30 min，波长412 nm处测定吸光度，以蒸馏水代替样品作对照。
(1)
式中：c(SH)，游离(总)巯基含量，μmol/L；73.53，106/(1.36×104)，其中1.36×104是摩尔吸收率，106是从摩尔基准到μmol/L/mL基准以及从毫克到克的转化率；A412，412 nm处吸光度；ρ，样品质量浓度，mg/mL；D，稀释度。
(2)
式中：c(SS),二硫键含量，μmol/L;c(N1)，还原前巯基的含量，μmol/L；c(N2)，还原后的巯基含量，μmol/L。
1.3.8 蛋白质二级结构测定
参考李雪琴等[14]方法进行测定。将湿面筋样品冷冻干燥并研磨过200目筛以备用。取适量样品置于玛瑙研钵，样品与溴化钾以质量比1∶100均匀研磨，研磨好的样品用配套压片机压制成薄片，进行红外光谱检测。扫描范围400～4 000 cm-1，扫描次数32次，分辨率4 cm-1，测试时用空气做空白扣除背景。使用Peak Fit 4.12软件对酰胺I区(1 600～1 700 cm-1)进行去卷积和二级求导后，确定蛋白质二级结构定量计算。
1.3.9 数据处理
采用Excel 2019、Origin 2018、Peak Fit 4.12、Statistic 9等软件进行数据处理分析。
2 结果与分析
由表1可知，与纯水制面相比，加入碱性电解水或食用碱制面均显著降低了面团吸水率，促进面筋网络强化[15]。加入碱性物质后，面团蛋白质弱化度下降，稳定时间、热稳定性显著提高，证明加入食用碱与碱性电解水均改变了面团结构，形成了更牢固的面筋网络，面团更加稳定[16]。但加碱面团回生值升高，面团更易老化，这可能归因于2个方面：(1)碱性物质与水结合，降低了自由水含量；(2)碱性物质能将淀粉水解为短链分子，从而加速了老化[17]。且由于碱性物质加入，蛋白质组分含量发生变化，导致面团达到最佳状态需要更长的时间。
表1 面团热机械学特性指标
Table 1 Thermomechanical properties of starch in dough
指标纯水制面食用碱水制面碱性电解水制面吸水率/%60.800a59.400c59.500b蛋白质弱化度/(N·m)0.640±0.007a0.507±0.009b0.480±0.018b最小扭矩/(N·m)0.497±0.007b0.620±0.010a0.632±0.003a面团形成时间/min3.980±0.283c5.017±0.021b7.123±0.428a面团稳定时间/min6.600±0.000c9.200±0.141b9.350±0.050a峰值扭矩/(N·m)1.888±0.009c2.073±0.003a2.004±0.002b最大黏度值/(N·m)1.391±0.002b1.453±0.002a1.371±0.001b热稳定性/(N·m)0.038±0.001b0.052±0.004a0.054±0.006a回生值/(N·m)0.639±0.014b0.994±0.010a1.047±0.114a
注:同行数据上标不同字母表示差异显著，P < 0.05(下同)
2.1 面团热机械学特性的测定
与食用碱面团相比，加入碱性电解水后面团峰值黏度与最大黏度值降低，面团糊化能力减弱，这可能与其强渗透性有关。但碱性电解水面团热稳定性与食用碱面团无显著性差异，且其稳定时间较食用碱面团与纯水面团分别高出1.6%、29.41%，LI等[18]研究结果也表明加碱面团稳定时间有所提升。碱性电解水制作重庆小面具有优势，能够替代市售食用碱帮助面团形成稳定面筋网络。
2.2 面团糊化特性分析
淀粉糊化本质是处于晶态与半晶态淀粉分子转变为无定形态，形成一种间隙较大立体网状结构的过程。由表2可知，与纯水面团相比，碱性电解水与食用碱能显著增加淀粉糊化温度、起始糊化时间，这可能是由于碱性环境下淀粉相对吸水量减小，淀粉链重排导致更有序的淀粉结构，晶体热稳定性提升，热转变温度提高[3]，其次碱性环境下分子内化学键强度增加，淀粉结构解体和糊状形成需要更多的热量[19]。而碱性电解水面团峰值黏度、峰值时间、最低黏度与最终黏度下降，与混合仪实验结果相反，可能是由于糊化实验中水量/面粉比远远高于实际添加比，随着温度上升，过量碱作用下，部分淀粉颗粒膨胀破裂，淀粉间氢键断裂，加热糊化时流动阻力变小，致使黏度降低[16,20]，LAI等[17]研究表明添加NaOH与Na2CO3使淀粉悬浮液中OH-/CO32-增加，导致淀粉糊黏度急剧下降。与此同时随着淀粉分子崩解与链段断裂，面团回生值、崩解值也分别出现上升与下降。
表2 面团糊化特性指标
Table 2 Gelatinization characteristics index of dough
指标纯水制面食用碱水制面碱性电解水制面糊化温度/℃70.100±0.071c88.025±0.035a79.475±0.672b起始糊化时间/min2.670±0.000c4.130±0.000a3.435±0.049b峰值黏度/(mPa·s)3 044.500±37.477a3 060.000±65.054a2 697.000±36.770b峰值时间/min7.000±0.000a6.635±0.233ab6.235±0.049b最低黏度/(mPa·s)2 692.500±34.648a2 019.500±53.033b1 717.000±39.598c最终黏度/(mPa·s)3 648.000±14.142a3 374.500±48.790b3 154.000±2.828c衰减值/(mPa·s)352.000±2.828c1 040.500±12.021a980.000±2.828b回生值/(mPa·s)955.500±20.506b1 355.000±4.243a1 437.000±42.426a
2.3 面团流变学分析
2.3.1 频率扫描
由图1可知，加入纯水与碱性物质面团的弹性模量(G′)在整个线性区域大于黏性模量(G″)，且G′和G″随振荡频率增大而升高，表明面团弹性软固体性质占优势，具有典型黏弹性。
加入碱性添加剂后，在高剪切频率下，面团模量上升，且碱性电解水面团模量变化更显著，这表明加入碱性电解水改善了面团黏弹性。WANG等[21]研究也表明制作空心面时加入NaHCO3可以改善其弹性、硬度、耐嚼性。碱性电解水具有收敛面筋作用，影响面筋蛋白网络结构、稳定性，使面团弹性增加，这与混合仪实验结果一致。
整个频率变化范围内，损耗因子tan δ(G″/G′)<1，整体呈先下降后上升趋势，后期随着频率升高，面团内部缓慢聚集成致密空间，导致面团黏性增加；tan δ随着碱性物质的加入呈现降低趋势，表明加碱后面团样品具有更高固体样品行为，黏弹性增强[16]。
图1 面团G′、G″及损耗因子tan δ随角频率变化曲线
Fig.1 Plot of G′, G″ and tan δ versus ω for dough sample
2.3.2 温度扫描
由图2可知，在25～60 ℃内，tan δ与模量无明显变化，面团结构稳定；但随着温度增加，G′和G″不断上升，在83 ℃左右出现明显峰值，此时达到糊化温度，淀粉溶胀，分子链重新排列，蛋白质变性，面团黏弹性增大；随温度继续升高，面团面筋网状结构崩溃，淀粉粒破裂，面团黏弹性急剧下降[22]。碱性电解水与食用碱面团模量在整个温度变化范围内均有所提高，而损耗因子呈下降趋势，表明加入碱性电解水有助于面团在高温下保持良好稳定性。
2.4 面团蛋白质组分及麦谷蛋白大聚体(GMP)含量
面筋蛋白由麦醇溶蛋白与麦谷蛋白组成，决定了面团的黏弹性，其中GMP对面团流变学性质有重要影响。由表3可看到面团各级蛋白含量发生变化，与纯水面团相比，添加碱性添加剂后面团总蛋白含量下降，麦醇溶蛋白含量上升，清球蛋白与麦谷蛋白含量出现不同程度降低。麦醇溶蛋白和麦谷蛋白只有以适当比例(最适比为1.0)存在时才能形成良好的黏弹性网络，面团才具有良好的流变性[23]，较纯水面团，碱性电解水面团与食用碱面团麦醇溶蛋白/麦谷蛋白均接近最适比，且碱性电解水面团的麦谷蛋白大聚体含量提高，麦谷蛋白大聚体有助于面团弹性[24]，表明碱性电解水有助于面团面筋网络黏弹性提升，这与流变学实验结果一致。
图2 面团G′、G″及损耗因子tan δ随温度变化曲线
Fig.2 Typical temperature dependence of G′, G″ and tan δ versus ω for dough sample
表3 面团蛋白质组分及麦谷蛋白大聚体含量
Table 3 Protein components and gluten macroaggregates content of dough
指标纯水制面食用碱水制面碱性电解水制面总蛋白含量/%12.252±0.023a11.743±0.056b11.644±0.010b清球蛋白含量/%1.591±0.002a1.201±0.003c1.381±0.009b麦醇溶蛋白含量/%4.614±0.013b5.306±0.023a5.320±0.090a麦谷蛋白含量/%6.047±0.015a5.239±0.023b4.937±0.090c麦醇溶蛋白/麦谷蛋白0.763±0.004c1.013±0.008b1.078±0.038a麦谷蛋白大聚体含量/%1.484±0.013a1.543±0.050a1.655±0.086a
2.5 面团游离巯基与二硫键含量分析
巯基与二硫键含量变化是衡量面筋网络结构的重要指标，由表4可知，与纯水面团相比，加入碱性电解水与食用碱后面团游离巯基含量显著下降，二硫键含量显著上升，这与石林凡[25]研究报道碱性物质有助于二硫键产生结果一致。表明加入碱性电解水促进了面团二硫键交联，使面筋蛋白分子结合更紧密，有助于SH-SS交换反应以及巯基的氧化反应[26]。
表4 面团游离巯基与二硫键含量 单位：μg/mL
Table 4 Contents of thiol and disulfide bonds of dough
指标纯水制面食用碱水制面碱性电解水制面游离巯基2.351±0.036a1.871±0.036c2.035±0.018b二硫键27.379±0.069b28.636±0.017a28.652±0.121a
2.6 蛋白质二级结构分析
参考帅天罡[27]的方法，确定各个波长区间对应二级结构归属，其中β-折叠与α-螺旋为有序结构，β-转角与无规则卷曲为无序结构。
由表5可知，加入碱性添加剂影响面团蛋白二级结构。与纯水面团相比，食用碱水面团与碱性电解水面团蛋白质有序结构与β-折叠百分比有不同程度上升，而β-转角与无序结构百分比下降，其中碱性电解水面团有序结构高达52%以上，分子间氢键相互作用增强，面团面筋结构趋于稳定。此外碱性电解水面团α-螺旋显著上升，这可能是由于碱性电解水具有强渗透性，影响面筋网络的形成，促进了无序结构向α-螺旋转化，同时α-螺旋结构赋予面团结构弹性[28]，表明加入碱性电解水增加了面团弹性基团，面团弹性提高，与上述研究一致。
表5 面筋蛋白二级结构 单位：%
Table 5 Secondary structure of gluten proteins
指标纯水制面食用碱水制面碱性电解水制面β-折叠37.86±0.86a38.77±0.13a38.89±0.07aα-螺旋12.60±0.02b12.39±0.35b13.74±0.56aβ-转角36.43±0.88a36.34±0.68a34.04±0.82a无规则卷曲13.10±0.01b12.50±0.34ab13.58±0.19a有序结构50.46±0.89b51.16±0.36ab52.38±0.83a无序结构49.54±0.89a48.84±0.36ab47.62±0.83b
3 结论
通过测定面团热机械学特性、糊化特性、流变学特性、面筋蛋白质组分变化、麦谷蛋白大聚体含量、游离巯基与二硫键含量、蛋白质二级结构变化，分析加入碱性电解水制作重庆小面对其面团理化特性的影响，并与纯水、传统食用碱进行比较。结果表明，碱性电解水对面团品质有显著改善作用，碱性电解水作碱性添加剂加入重庆小面，面团蛋白弱化度降低，热稳性与黏度上升，面团稳定时间较纯水与食用碱面团提高29.41%、1.6%，面团糊化能力在碱性条件下减弱，但淀粉糊化温度与起始糊化时间增加，淀粉排列更有序，晶体结构更稳定。碱性电解水面团弹性模量与黏性模量上升，损耗因子下降，其麦醇溶蛋白与麦谷蛋白比值接近最适比，且麦谷蛋白大聚体含量增加，面团具有更多固体行为，黏弹性提升。蛋白质结构方面，面团二硫键含量增加，面筋蛋白分子结合更紧密；蛋白质二级有序结构含量上升，β-折叠、α-螺旋结构占比增加，碱性电解水增强了面筋网络结构，面团更加稳定。碱性电解水改善了重庆小面面团理化特性，进而提高了面条品质，能替代传统食用碱作为小面碱性添加剂，这为面团碱性添加剂提供了新的选择性。
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