黑小麦(Triticum aestivum L.)是指籽粒颜色较深,呈紫、蓝、紫蓝和紫黑等颜色小麦类作物的统称,由黑麦和普通小麦杂交而得。与普通小麦相比,黑小麦的营养价值更高,含有更丰富的赖氨酸、微量营养素和花色苷、总酚、总黄酮、二十八烷醇、阿魏酸、戊聚糖等多种生物活性物质,具有降血压、防治糖尿病、预防癌症、延缓衰老等功能[1]。且黑小麦富含的膳食纤维比普通小麦高14.3%,在预防肠道疾病、控制体重、降低血清胆固醇等方面有很高应用价值[1]。黑小麦是重要的天然黑色谷物资源,具有巨大的产品开发潜力,符合未来食品发展趋势。目前国内外对黑小麦的研究主要集中在育种栽培及籽粒营养价值方面,而对其产后加工和产品研发方面的研究很少[1-3]。由于黑小麦粉面筋蛋白强度较低且存在大量膳食纤维,致使黑小麦加工产品的开发受到限制[1]。
谷氨酰胺转氨酶(glutamine transaminase, TG)是一种催化酰基转移的酶,能催化蛋白质及肽和各种伯胺之间产生交联,可有效改善面团流变学特性,提升加工性能[4]。当蛋白质或肽键中赖氨酸残基的ε-氨基作为酰基受体,TG能催化赖氨酸残基上的ε-氨基和谷氨酰胺残基上的γ-羟酰氨基聚合交联,形成蛋白质分子间和分子内的ε-(γ-谷氨酰)赖氨酸异肽键,因此可改善蛋白质结构和功能,提升面团加工性能和产品品质[5-6]。YANG等[7]研究TG对富含纤维面条品质的影响结果表明,TG能促进蛋白质交联,提升面条质构和感官性能,降低蒸煮损失,改善面条微观结构。王佳玉等[8]研究TG对全麦粉面团拉伸和流变特性的影响结果表明,TG能增大全麦粉面团拉伸阻力,增加储能模量(G′)和损耗模量(G″),并证实TG诱导蛋白质分子交联,增强全麦粉面团强度。KANG等[9]研究TG及冷藏对全麦粉面团理化性质的影响发现,TG不仅影响全麦粉面团组成,还影响面条理化性质。夏明敬[10]研究发现,TG能增大藜麦-小麦混合粉吸水率,延长稳定时间,且能增大混合体系糊化黏度,抑制面包老化。
已有研究探讨TG对全麦粉[8]、燕麦粉[11]、藜麦粉及小麦粉[10]面团特性的影响,其改善面筋蛋白,提升面团理化性质及加工产品品质的作用受到国内外学者广泛关注。但关于TG能否有效改善黑小麦粉面团面筋蛋白强度及提升面团理化性质的研究报道很少。因此本文着重探讨TG对黑小麦粉面团物理特性包括糊化特性、热机械学特性、流变学特性和拉伸特性的影响,并从化学性质如蛋白质二级结构、巯基与二硫键的变化以及微观结构给予解释。旨在为开发黑小麦食品、提高其食用品质提供参考。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
黑小麦粉,优麦鲜(重庆)面业有限公司,经检测黑小麦粉主要成分为水分[(13.40±0.05)%],湿面筋[(23.07±0.16)%],灰分[(1.06±0.01)%](干基计,后同),脂肪[(2.61±0.23)%],蛋白质[(13.07±0.14)%],淀粉[(58.52±0.52)%],花青素[(2.17±0.11) mg/100 g],多酚[(21.18±0.19) mg/g],膳食纤维[(6.42±0.29)%],戊聚糖[(1.33±0.00)%]。
TG(300 U/g,食品级),泰兴市东圣生物科技有限公司;所用其余化学试剂均为国产分析纯;所用水均为纯水。
1.2 仪器与设备
RVA-Tec Master快速黏度分析仪,瑞典波通仪器公司;Mixolab混合实验仪,法国肖邦公司;DHR-1流变仪,美国TA公司;TA.xt plus质构仪,英国Stable Micro Systems公司;Phenom台式扫描电镜,荷兰Phenom公司;Spectrum 100傅里叶变换红外光谱仪,美国Perkin Elmer股份有限公司;CHA-B水浴恒温振荡器,常州亚特实验仪器有限公司;QL-861涡旋混合器,海门市齐林贝尔仪器制造有限公司;MC 759紫外可见分光光度计,上海菁华科技仪器有限公司;5804 R离心机,德国Eppendorf公司;SY-10真空冷冻干燥机,北京松源华兴科技发展有限公司。
1.3 实验方法
1.3.1 混合粉及面团的制备
黑小麦粉中分别添加0%、0.2%、0.5%、0.8%、1.1%、1.4%(质量分数)TG,混匀制备成混合粉。分别称取混合粉100 g,缓慢加入40 ℃温水,加水量以混合实验仪测得各自最佳吸水率计,搅拌和面10 min,取出面团用保鲜膜包裹静置30 min,待测。
1.3.2 混合粉糊化特性测定
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》,将3.49 g混合粉和25 mL水转移至干燥洁净样品筒,快速搅拌分散,使用快速黏度分析仪(rapid visco analyzer, RVA)测定其成糊特性。
1.3.3 面团热机械学特性测定
参考MOZA等[12]的方法并适当修改。采用Mixolab混合实验仪,选择Chopin+标准协议模式,和面转速保持80 r/min,调整混合粉重量和加水量使目标扭矩C 1值保持在(1.10±0.05) N·m,面团重量默认75 g,水分基准默认湿基14%,水箱温度为30 ℃。测定黑小麦粉吸水率、形成时间、回生值等指标。
1.3.4 面团动态流变学特性测定
参考LI等[13]的方法并适当修改。采用PP 25圆形检测探头,间距设置2 mm,取1.3.1节制备的面团中心样品约3 g平铺于流变仪载物台,将探头降至预设间距,刮除溢出圆形检测探头外多余样品,并在面团边缘覆盖二甲基硅油防止实验过程中面团边缘水分蒸发。设定平衡时间5 min以消除残存应力,温度25 ℃,应变振幅0.1%,每数量级点数取5,在0.1～20 Hz扫描频率范围进行频率扫描。
1.3.5 面团拉伸特性测定
参考LIU等[14]的方法并稍作改动。取1.3.1节制备的面团样品约30 g,置于质构仪面团制备槽,压制形成60 mm×2 mm面团条,将面团条置于质构仪测试区域内,用A/KIE探头立即测定。
1.3.6 傅里叶变换红外光谱测定
参考杨明柳等[5]的方法并适当修改。将1.3.1面团样品真空冷冻干燥,研磨过200目筛以备用,取约100 mg冻干样品粉末置于傅里叶变换红外光谱仪平台,采用反射扫描模式,用空气做背景扫描。用OMNIC 8.2软件对酰胺I区进行傅里叶自去卷积,再用Peak Fit 4.0软件进行二阶求导,作高斯曲线拟合。根据各吸收峰的位置及面积计算蛋白质二级结构各组分所占比例。
1.3.7 巯基与二硫键的测定
将1.3.1节面团样品真空冷冻干燥,研磨过200目筛以备用。取150 mg冻干样品粉末,参考YANG等[7]的方法测定巯基与二硫键的含量。
1.3.8 扫描电子显微镜观察
参考LI等[13]的方法并适当修改。将1.3.1节制备的面团切成长约20 mm×3 mm×3 mm的长方体样品,放入-40 ℃冰箱12 h,取出立即真空冷冻干燥(-70 ℃)12 h以上,直至冷冻干燥完全。将冻干样品自然掰断,断面向上,用导电胶将观察样品黏在金属圆盘上,真空条件镀金处理,将圆盘放入扫描电镜观察舱,电压设定10 kV,放大倍数2 000倍,观察样品断面表面结构并拍照。
1.4 数据分析
实验结果以平均值±标准偏差表示。利用IBM SPSS Statistics 22.0软件对实验数据进行方差(ANOVA)分析,采用Waller-Duncan检验,P<0.05表示差异显著。采用Origin 2018软件绘制图表。
2 结果与分析
2.1 TG对黑小麦粉糊化特性的影响
淀粉糊化是淀粉分子膨胀分散在水中形成胶体溶液的过程,伴随着淀粉分子间氢键的断裂。如表1所示,黑小麦粉的峰值黏度、最低黏度均随TG添加量的增加呈先增后减的趋势,分别在TG添加量为1.1%、0.8%时达到最大值,与TG添加量0%相比,分别增大了5.41%、6.01%;最终黏度随TG添加量的增加呈上升趋势。这与王佳玉等[8]研究结果相似。黏度的增加可能是由于TG的加入促进蛋白质交联聚集,使游离于面筋蛋白结构外可糊化的淀粉总量增加[8]。但过量TG造成蛋白质分子过度交联聚集,在面筋蛋白与淀粉粒的竞争吸水中导致淀粉粒有效吸水分子减少,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,致使黏度开始下降[15]。衰减值可反映淀粉的耐剪切性,其值越低,淀粉耐剪切性越强[16]。随TG添加量的增加,黑小麦粉衰减值呈先减小后增大的趋势,说明少量TG的加入会增强淀粉颗粒的耐剪切性,但较多TG会间接导致淀粉粒有效吸水分子减少,淀粉分子崩解与氢键断裂,抗机械剪切力减弱。随TG添加量的增加,黑小麦粉峰值时间和糊化温度变化趋势不明显,但都比TG添加量为0%时大,TG促进蛋白质分子交联聚集,蛋白之间结合更紧密,面团结构变得更紧密,使峰值时间和糊化温度变高。因此,在黑小麦粉中添加适量TG,会使黑小麦粉淀粉体系黏度间接增大、峰值时间和糊化温度变高,衰减值降低,黑小麦粉淀粉糊化特性得到提升。夏明敬[10]在研究TG对藜麦-小麦粉面团的影响结果也表明,TG通过影响蛋白及蛋白与淀粉间的相互作用而间接影响淀粉糊化特性。
表1 TG对黑小麦粉糊化特性的影响
Table 1 Effect of TG on the pasting properties of black wheat flour
TG添加量/%峰值黏度/cp最低黏度/cp衰减值/cp最终黏度/cp峰值时间/min糊化温度/℃02 514.50±16.26b1 432.50±23.33b1 082.00±7.07b3 758.00±0.00c5.47±0.00a84.00±0.07b0.22 554.00±0.00ab1 502.50±3.54a1 051.50±3.54b3 810.50±3.54bc5.57±0.05a85.23±0.53ab0.52 562.00±22.63ab1 511.00±5.66a1 051.00±16.97b3 840.50±27.58bc5.54±0.00a84.85±0.00ab0.82 574.75±58.72ab1 518.00±22.73a1 056.75±39.00b3 886.50±66.34b5.62±0.06a85.38±0.74ab1.12 650.00±1.41a1 302.00±60.81c1 348.00±59.40a4 128.50±7.78a5.57±0.05a86.00±0.64a1.42 608.33±57.50ab1 287.00±33.87c1 321.33±34.96a4 196.67±52.37a5.56±0.10a85.57±0.78a
注:同列不同小写字母表示存在显著性差异(P<0.05)(下同)。
2.2 TG对黑小麦粉面团热机械学特性的影响
黑小麦粉在混合实验仪的变温与揉混双重作用下形成黑小麦粉面团,面粉水合形成面团本质是面筋蛋白质吸水形成面筋网络结构的过程[8]。由表2可知,黑小麦粉面团吸水率随TG添加量的增加而逐渐降低。吸水率的降低可能是由于在面筋蛋白吸水过程中,水分子与氨基酸残基等亲水基团结合,而TG作用于蛋白质使面筋蛋白相互交联,肽链氨基酸残基相互交联,因此肽链上氨基酸亲水性残基数量减少,面团吸水率下降,有利于强化面筋网络结构[17-18]。黑小麦粉面团形成时间与稳定时间随TG添加量的增加先增大后减小,且均在TG添加量为1.1%时达到最大值,与TG添加量0%相比,分别增大了326.27%、16.84%,表明添加TG使黑小麦粉面团稳定性与面筋强度上升,强化了面筋蛋白结构,这与李鑫等[19]研究结果一致。这是因为TG促进蛋白质分子发生交联及聚集,使面筋蛋白之间结合更加紧密,增强二硫键稳定性,延缓面筋网络形成,延长面团吸水过程,从而延长面团形成时间与稳定时间[16]。但当TG添加量为1.4%时,面团形成时间与稳定时间开始降低,这是由于TG添加量过多致蛋白质分子过度交联聚集,反而不利于面筋蛋白整体形成稳定紧密的结构。随TG添加量的增加,黑小麦粉面团峰值扭矩与最大黏度值呈先升后降的趋势,且均在TG添加量为1.1%时达到最大值,与TG添加量0%相比,分别增加了14.45%、12.90%,表明添加TG增大了黑小麦粉面团黏度,与上述表1中TG对黑小麦粉黏度的影响结果一致。蛋白质弱化度可反映面筋强度,其值越低,代表面筋强度越强[15]。TG的加入降低了黑小麦粉面团蛋白质弱化度,当TG添加量为1.1%时有最低值0.56 N·m,与TG添加量0%(0.65 N·m)相比,蛋白质弱化度降低了13.85%,增强了面团筋力,使面筋网络结构更牢固,面团加工性能更好。回生值与淀粉重排有关,反映淀粉老化程度和产品货架期,理论上其值越低,淀粉越不易老化,产品货架期越长[16]。TG的加入增强了面筋网络结构,降低了淀粉分子发生重排的速率,导致回升值降低,其中TG添加量为1.1%时回升值达到最低值0.83 N·m,与TG添加量0%(1.04 N·m)相比降低了20.19%,有利于延缓淀粉老化与延长产品货架期。综合来看,TG的加入提升了黑小麦粉面团热机械学特性,其中TG添加量为1.1%时提升效果最显著。
表2 TG对黑小麦粉面团热机械学特性的影响
Table 2 Effect of TG on thermo-mechanical properties of black wheat dough
TG添加量/%吸水率/%形成时间/min稳定时间/min峰值扭矩/(N·m)蛋白质弱化度/(N·m)回生值/(N·m)最大黏度值/(N·m)062.50±0.00a1.18±0.01d9.50±0.00e3.53±0.20c0.65±0.02a1.04±0.01a3.10±0.20b0.262.45±0.07a1.19±0.01d9.80±0.00d3.66±0.08bc0.60±0.01b0.99±0.04a3.18±0.06b0.562.20±0.00b1.54±0.04c9.90±0.00d3.69±0.08bc0.58±0.01bc0.97±0.07a3.19±0.08b0.861.85±0.07c1.55±0.07c10.20±0.14c3.73±0.07bc0.57±0.01c0.85±0.01b3.21±0.07b1.161.65±0.07d5.03±0.03a11.10±0.14a4.04±0.02a0.56±0.01c0.83±0.01b3.50±0.03a1.461.20±0.00e4.94±0.02b10.55±0.07b3.87±0.01ab0.57±0.01c0.85±0.00b3.29±0.01ab
2.3 TG对黑小麦粉面团动态流变学特性的影响
G′,又称弹性模量,代表物体在受到外力作用时的变形程度,G′越大,物体受外力时变形越小,弹性越好;G″,又称黏性模量,代表物体在受到外力作用时抵抗流动的能力,G″越大,物体受外力时越不易流动,黏性越强。由图1可知,不同TG添加量的黑小麦粉面团G′和G″均随扫描频率的增加而增大,即所有样品的G′和G″均表现出频率依赖性,面团表现为弱凝胶流变学体系[20]。且随频率的增加,所有面团样品的G′始终高于G″,表明各面团弹性性质占优势,具有典型黏弹性。同一频率下,与TG添加量0%相比,TG的加入增大了黑小麦粉面团的G′和G″,这与KANG等[9]研究结果一致。且随TG添加量的增大,G′和G″均呈先升后降的趋势,在TG添加量为0.8%时黑小麦粉面团具有最高的G′和G″,这表明TG可明显提高黑小麦粉面团黏弹性,可能是因为TG促进黑小麦粉面团中蛋白质分子交联聚集,增强面团强度,改善面筋网络结构[21],一定程度上减小了黑小麦粉中纤维对蛋白质分子交联和面筋网络对淀粉颗粒包裹的干扰作用,从而使以蛋白质和淀粉为基质形成的黑小麦粉面团黏弹性增加[16]。但添加过量TG会导致蛋白质过度交联聚集,部分淀粉颗粒被迫溶出,不利于面筋网络结构的整体强度与紧密性,黏弹性有所下降。BAUER等[22]研究结果也表明,添加TG使小麦粉面团黏弹性与强度增大,但添加量过高会致面团面筋网络结构丧失,加工性能变差,产品品质降低。因此,在实际生产中,选择合适添加量TG可显著提高黑小麦粉面团黏弹性,增强面团强度。
a-储能模量(G′);b-损耗模量(G″);c-耗损角正切值(tan δ)
图1 TG对黑小麦粉面团储能模量(G′)、损耗模量(G″)、耗损角正切值(tan δ)的影响
Fig.1 The influence of TG on storage modulus (G′), loss modulus (G″), and loss tangent (tan δ) of black wheat dough
损耗角正切tan δ=G″/G′,即面团中黏性模量与弹性模量的比例,tan δ越小,表明黑小麦粉面团中高聚物数量越多或分子聚合度越大,面团强度越大,可反映面团综合黏弹性[23]。由图1可知,tan δ<1,且随频率的增加,所有面团样品的tan δ均先迅速减小后缓慢增加,这可能是因为在面团形成前期黑小麦粉中的纤维阻碍了面筋网络结构的形成,致面团稳定性差,在受到外力时越易流动,面团黏性小;在达到一定频率时,面筋蛋白缓慢聚集形成紧密的空间结构,逐渐减小纤维对面团强度的影响,面团黏性增大[16]。在同一扫描频率下,与TG添加量0%相比,TG的加入降低了黑小麦粉面团的tan δ,且在TG添加量为0.8%时达到最低值,这正是由于TG的加入促进黑小麦粉面团中蛋白质分子间交联形成大聚体,使高聚物数量增多,分子聚合度增大,综合黏弹性增大,面团强度增强。
2.4 TG对黑小麦粉面团拉伸特性的影响
拉伸能量代表面团筋力;拉伸阻力代表面团强度;延展度反映面团的延伸性与可塑性;拉伸比是拉伸阻力与延展度的比值,其值越高代表面团强度越强,延伸性越差,过低则代表面团可塑性低,制作面制品时不易成型[24]。如表3所示,黑小麦粉面团的拉伸能量、拉伸阻力和拉伸比均随TG添加量的增加逐渐增大,表明TG促进面筋蛋白分子交联形成大聚体,增强了面团筋力与强度,使面团可塑性高,制作面制品时易成型。但延展度随TG添加量的增加而逐渐降低,说明面团延伸性变差。张帅[25]认为面团延伸性主要归因于面筋蛋白质分子的延伸。而TG促进蛋白质分子交联纠缠可能阻碍了蛋白质分子的延伸。王佳玉等[8]研究TG对全麦粉面团拉伸特性的影响结果也表明,TG可有效增强全麦粉面团强度,但使其延伸性变差,适当控制酶反应时间可能会直接影响面团拉伸特性。
表3 TG对黑小麦粉面团拉伸特性的影响
Table 3 Effect of TG on tensile properties of black wheat dough
TG添加量/%拉伸能量/(g·mm)拉伸阻力/g延展度/mm拉伸比/(g/mm)0685.96±67.35b41.56±4.89d19.24±0.48a2.16±0.30c0.2714.72±16.86ab51.89±3.96c17.94±0.97a2.91±0.36c0.5726.49±15.07ab65.07±3.44b14.89±1.65b4.41±0.72b0.8753.22±3.33ab72.49±1.03b14.17±0.34b5.12±0.05b1.1775.06±65.37ab74.31±1.47ab14.42±0.98b5.17±0.24b1.4829.31±78.71a83.43±7.85a13.78±0.12b6.05±0.52a
2.5 TG对黑小麦粉面团蛋白质二级结构的影响
蛋白质二级结构是指多肽链上主链有规则重复的构象,其变化在一定程度上决定了蛋白质的加工性能[5]。由图2可知,与TG添加量0%相比,不同TG添加量的黑小麦粉面团红外光谱中吸收峰的位置差异较小,且无旧峰消失和新峰产生,说明添加TG不会改变黑小麦粉面团蛋白质二级结构的吸收峰。但峰的强度有所变化,说明TG影响了黑小麦粉面团蛋白质的空间结构。
图2 不同TG添加量的黑小麦粉面团红外光谱图
Fig.2 Infrared spectrum of black wheat dough with different amount addition of TG
酰胺Ⅰ区(1 600～1 700 cm-1)的伸缩振动频率取决于C
O和N—H之间的氢键性质,特征振动频率反映蛋白质或多肽的特定二级结构[7]。因此酰胺Ⅰ区可反映蛋白质的二级结构,其中1 600～1 640 cm-1为β-折叠,1 640～1 650 cm-1为无规则卷曲,1 650～1 660 cm-1为α-螺旋,1 660～1 695 cm-1为β-转角[5]。蛋白质二级结构对应4个组分所占比例见图3,结果显示,当TG添加量较少时,黑小麦粉面团蛋白二级结构变化不大,但当TG添加量为0.8%、1.1%、1.4%时,与TG添加量0%相比,其β-转角相对含量依次减少了30.07%、28.75%、28.39%,α-螺旋相对含量依次增加了12.46%、124.60%、13.92%,β-折叠相对含量依次增加了16.03%、17.22%、13.44%,无规则卷曲相对含量在TG添加量为1.1%时变为0%。这说明TG和蛋白质发生了一定程度的交联反应,使蛋白质二级结构中的β-转角转变为α-螺旋、β-折叠和无规则卷曲,同时无规则卷曲和α-螺旋之间也可能存在互相转变。α-螺旋赋予蛋白弹性,是蛋白中最稳定的二级结构,其螺旋状结构依靠多肽链内氢键维持构型,β-折叠是蛋白中最主要的二级结构,其构象的稳定也与氢键有关[26]。而TG的添加能增强蛋白质分子内和分子间氢键的相互作用,推测TG促进了蛋白质分子内和分子间氢键的连接,有利于α-螺旋和β-折叠结构的稳定。因此α-螺旋和β-折叠相对含量的增加一方面赋予了面团良好的弹性,另一方面增强了蛋白质结构的稳定性。在蛋白质二级结构中,α-螺旋与β-折叠为有序结构,β-转角与无规则卷曲为无序结构。与TG添加量0%相比,不同TG添加量的黑小麦粉面团蛋白质有序结构所占百分比有不同程度的上升,其中在TG添加量为1.1%时有序结构高达67.61%,表明TG的加入使黑小麦粉面团蛋白质分子间氢键作用增强,蛋白弹性和结构稳定性提高,与上述研究结果一致。
图3 TG对黑小麦粉面团蛋白质二级结构的影响
Fig.3 Effect of TG on protein secondary structure of black wheat dough
2.6 TG对黑小麦粉面团巯基与二硫键的影响
在黑小麦粉面团形成过程中,面筋蛋白吸水,游离巯基间互相连接,或是游离巯基转化为二硫键,二硫键相互结合使蛋白质分子链扩展连接,产生交联作用形成大分子聚合体,最终形成面筋网络结构[27]。因此游离巯基与二硫键含量是反映面筋蛋白交联程度的重要指标,游离巯基含量越低或二硫键含量越高,表明蛋白质交联程度越深,面筋蛋白网络结构越完善,面团筋力越强。由图4可知,黑小麦粉面团游离巯基含量随TG添加量的增加而降低,当TG添加量为1.1%时达到最低值3.12 μmol/g,与TG添加量为0%(3.83 μmol/g)相比减少18.54%。与游离巯基含量变化相对应,二硫键含量随TG添加量的增加而增加,当TG添加量为1.1%时分子间二硫键形成最多(3.68 μmol/g)。因此添加TG能有效减少黑小麦粉面团中游离巯基含量,同时使二硫键含量显著增加,YANG等[7]研究TG对富含纤维面条游离巯基与二硫键含量的影响也得到类似的结论,说明TG促进黑小麦粉面团游离巯基向二硫键转化,蛋白质交联程度加深,面筋蛋白网络结构更完善,面团筋力更强。
图4 TG对黑小麦粉面团巯基与二硫键含量的影响
Fig.4 Effect of TG on the content of sulfhydryl and disulfide bonds in black wheat dough
注:不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。
2.7 TG对黑小麦粉面团微观结构的影响
黑小麦粉面团是由圆形或椭圆形、表面较光滑、无明显裂缝的大小淀粉颗粒、纤维与镶嵌包裹淀粉颗粒与纤维的面筋蛋白组成的连续基质[28]。如图5所示,未添加TG的黑小麦粉面团(图5-a)由于存在较多纤维,阻断了面筋网络结构的形成,致面筋蛋白微观结构疏松,孔洞较多,少有连续的成片面筋膜,淀粉颗粒与面筋蛋白结合度低[16]。图5-b～图5-d显示随TG添加量的增加,面筋结构更紧密稳定,孔洞减少,有连续均匀的成片面筋膜,淀粉颗粒与纤维被紧密包裹在面筋网络结构中[7]。这进一步证实在TG的作用下,蛋白质发生交联形成大量多聚体,促进蛋白质与淀粉颗粒、纤维之间互相黏连,使连续基质更稳定,提升面团品质与加工性能[24]。图5-e～图5-f表明TG添加量过多致蛋白质过度交联,淀粉颗粒被迫暴露,面团稳定性下降,这与上述动态流变学实验结果一致。杨怡飞[29]在研究不同添加量TG对鲜湿面微观结构的影响中也得到相似的结论。整体来看,当TG添加量为0.8%～1.1%时黑小麦粉面团微观结构较为完整紧密。
a-TG 0%;b-TG 0.2%;c-TG 0.5%;d-TG 0.8%;e-TG 1.1%;f-TG 1.4%
图5 TG对黑小麦粉面团微观结构的影响(2 000×)
Fig.5 Effect of TG on microstructure of black wheat dough (2 000×)
3 结论
本研究发现,TG能促进黑小麦粉面团蛋白质聚集交联,改善黑小麦粉面团理化特性。适量TG的添加能增大黑小麦粉面团的黏度,延长形成时间与稳定时间,且能增大储能模量和损耗模量,增强面团综合黏弹性和拉伸强度。在蛋白质结构方面,TG使黑小麦粉面团蛋白质二级有序结构上升,蛋白弹性和结构稳定性提高;面团二硫键含量增加,蛋白质交联程度加深,面筋蛋白网络结构更完善。但TG的加入会降低黑小麦粉面团的延伸性,且TG添加过量会导致蛋白质交联过度,淀粉颗粒被迫溶出,面团黏度开始下降,综合黏弹性下降,稳定性降低。因此控制TG添加量对黑小麦粉面团的理化特性及蛋白结构稳定性至关重要。本文中TG添加量为1.1%时对黑小麦粉面团理化特性改善效果最显著,可为开发黑小麦食品、提高其食用品质提供参考,也对后续研究TG对黑小麦面团品质的影响具有指导意义。在未来还可对黑小麦健康功能食品的开发及黑小麦食品品质的改良作进一步研究。
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