牦牛骨胶原蛋白肽对面团理化性质及馒头品质的影响

尹曼曼1,韩四海1,2,3*,李彤1,曾浩森1,张卫卫4,白周亚1,2,3,岳崇慧1,2,3,王立博1,2,3,李佩艳1,2,3,罗登林1,2,3

1(河南科技大学 食品与生物工程学院,河南 洛阳,471023)

2(河南省食品原料工程技术研究中心,河南 洛阳,471023)

3(河南省食品绿色加工与质量安全控制国际联合实验室(河南科技大学),河南 洛阳,471023)

4(大咖国际食品(海南)有限公司,海南 定安,571200)

摘 要 为探究牦牛骨胶原蛋白肽在馒头中的应用潜力,该研究采用食品流变仪、流变发酵仪、低场核磁共振仪、扫描电镜及傅里叶变换中远红外光谱仪,分析了不同添加量(0%、0.5%、1%、1.5%和2%,质量分数,以小麦粉干基计)的牦牛骨胶原蛋白肽对馒头面团流变学特性、发酵特性、水分分布、微观结构及蛋白质二级结构的影响。进一步研究了该肽对馒头质构特性、比容、孔隙率、相对结晶度及感官品质的影响。结果表明,当添加量为1.5%时,表现出更高的黏弹性和更稳定的面筋网络;其二氧化碳总产气量、总持气量及最大发酵高度均达到峰值;该肽还能促进弱结合水向结合水转化,提高结合水比例,有效抑制水分迁移;微观结构更致密有序;蛋白质二级结构中,α-螺旋与β-折叠占比分别从26%和22%增加至33%和32%,表明肽的添加促进了面团蛋白质结构的有序化。在牦牛骨胶原蛋白肽添加量为1.5%的条件下,馒头的硬度和咀嚼性显著降低(P<0.05);比容与孔隙率显著提高;相对结晶度明显下降26.04%;同时馒头在此添加量下获得较高的感官评价分值(比对照组高15.5%)。

关键词 牦牛骨胶原蛋白肽;流变特性;馒头;老化;感官评价

馒头是一种传统主食,以其柔软的质地和独特的感官吸引力在许多国家广受欢迎。随着人们健康意识的提高和生活水平的改善,消费者对食品的需求不再局限于味道和饱腹感,而是更加关注食品的营养价值和健康特性。在馒头制作过程中加入一些功能性活性成分,是提高其营养价值的有效途径[1]。多肽兼具优良加工特性与突出生理活性,在食品营养与功能化领域应用潜力显著。近年来,其作为新型营养强化剂逐步应用于食品生产,为食品工业营养升级与功能拓展提供关键物质基础[2]。研究证实,多肽具有抗高血压[3]、抗氧化、调节血脂、免疫调节及抗菌等生理功能。Zhang等[4]发现南极磷虾肽可增强面筋相互作用、促进二硫键形成,从而改善面筋网络结构,其中1.5%添加量对面团和馒头质量有积极影响;Li等[5]则指出鱼胶原蛋白肽引入馒头后,能改善质构特性并显著提升抗氧化能力。此外,多肽凭借肽链中氨基酸残基与其他分子的相互作用,具备优异的乳化性[6]、水溶性、热稳定性及保湿性,且因分子质量小可直接被吸收,尤其适合蛋白质消化能力较弱人群食用。

我国是全球牦牛养殖规模最大、遗传资源最丰富的国家,牦牛存栏量约占全球总量的95%以上。在牦牛肉加工产业中,牦牛骨作为主要副产物常遭废弃,未被充分利用,不仅导致资源浪费,也加剧环境压力[7]。牦牛骨中胶原蛋白含量较为丰富,可作为提取生物活性肽的理想原料。近年来诸多研究报道了牦牛骨胶原蛋白肽(yak bone collagen peptides,YBCP)的制备及生物活性,证实其具有抗高血压、抗骨质疏松、抗氧化、抗衰老及提高免疫力等功效[8]。目前YBCP主要应用于食品、保健品、化妆品[9]及医药领域,但关于其对馒头的作用机理尚未见研究报道。

为探究YBCP对面团特性和馒头品质的影响,本研究采用食品流变仪、流变发酵仪、低场核磁共振仪、扫描电镜和傅里叶变换中远红外光谱仪,系统分析YBCP对面团流变特性、发酵特性、水分分布、微观结构和蛋白质的二级结构的影响。进一步通过食品物性分析仪与X-射线衍射仪测定馒头的质构特性和相对结晶度,并结合感官评价,系统评价YBCP对馒头品质的综合影响,以期为YBCP在面制品中的应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 主要原材料

小麦粉(蛋白质含量11.2%,湿面筋含量29.7%),益海嘉里金龙鱼食品集团股份有限公司;YBCP(Ⅰ型胶原蛋白衍生肽:以甘氨酸-脯氨酸-羟脯氨酸特征序列为主,纯度:95.6%,分子质量240~1 000 Da),陕西百川康泽生物科技有限公司;高活性干酵母,安琪酵母有限公司。

1.2 仪器与设备

DHR-3流变仪,美国TA Instruments公司;Chopin F4流变发酵仪,法国肖邦技术公司;TA.XT Express物性分析仪,英国SMS公司;NMI20-015V-I低场核磁共振成像分析仪,上海纽迈公司;TM 3030 Plus台式扫描电镜,日本日立公司;LGJ-10N/C真空冷冻干燥机,北京亚星仪科科技发展有限公司;D8 Advance X射线衍射仪,德国Bruker公司;SC-692多功能搅拌机,广东立然电器工业有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 馒头面团制作过程

设置0.5%、1%、1.5%和2.0%(质量分数,下同)YBCP替代面粉组,以不添加YBCP组为对照。面团基本配方:小麦粉100 g、高活性干酵母1 g、水50 g。酵母先溶于水,将YBCP与面粉混合均匀后加入酵母水溶液,使用多功能搅拌机2档揉制7 min制成馒头面团。

1.3.2 馒头面团动态流变学的测定

参照田金河等[10]的方法并稍作修改。称取4 g面团样品揉成球状,放置在流变仪的感应板中间,选择40 mm平板往下压,将样品周围涂抹一层硅油防止水分蒸发。测量条件设定为:温度25 ℃,动态应变0.5%,间隙2 000 μm,频率范围0.1~100 Hz。弹性模量用G′表示,黏性模量用G″表示,损耗角正切值用tanδ表示。

1.3.3 馒头面团流变发酵特性的测定

参照法国Chopin F4流变发酵仪标准协议测定及吕隆重[11]的方法并略作改动。测试前将仪器预热至37 ℃。取315 g样品置于发酵篮中,确保其在底部均匀分布。随后在37 ℃的发酵篮,2 000 g配重下发酵3 h,测定总产气量(Vt/mL)、总持气量(Vr/mL)及最大发酵高度(Hm/mm)。

1.3.4 馒头面团水分分布的测定

采用低场核磁共振成像分析仪对面团水分迁移情况进行测定。称取1.5 g面团中心部分样品并装入核磁小瓶,转移至MR试管进行测定。采样序列为CPMG,采样频率200 kHz,回波时间0.2 ms,回波个数2 000,采样间隔时间3 500 ms,采样次数16。最后通过反演峰面积T2来反映出结合水、半结合水和自由水3种状态下的水分含量并计算出占比。

1.3.5 馒头面团微观结构的测定

将冷冻干燥后的面团样品固定于导电胶上并进行喷金处理,在5 kV电压下使用扫描电子显微镜放大500 倍观察面团内部结构情况。

1.3.6 馒头面团蛋白质二级结构的测定

将冻干馒头研磨后过100 目筛,取3 mg样品与300 mg KBr粉末混合,于干燥条件下研磨均匀,压制成透明薄片,置于样品仓中。采用傅里叶变换红外光谱仪在4 000~400 cm-1波数范围内进行扫描分析[12]。

1.3.7 馒头的制作过程

将新鲜面团置于35 ℃、83%湿度的醒发箱中一次发酵40 min,随后手工揉搓排气40 次,分割成70 g的面团并整形,再进行二次发酵20 min。发酵完毕置于沸水锅中蒸制25 min,关火焖制5 min。成品馒头于25 ℃室温下冷却1 h后进行分析。以不添加YBCP的样品作为对照组。

1.3.8 馒头质构特性的测定

参照Han等[13]的方法,取馒头中心部位切成2 cm×2 cm×2 cm的正方体,置于物性分析仪平板上,在25 ℃条件下使用P36-R圆柱探头进行测定。测试参数设置为:前、中、后压缩速度分别为2.0、2.0、1.0 mm/s;起始力0.01 N;触发力5 g;压缩应变50%。通过测试获得硬度、弹性、咀嚼性及回复性等质构指标。

1.3.9 馒头比容和孔隙率的测定

采用油菜籽置换法[14]测定馒头的比容(cm3/g)。使用ImageJ 1.52a软件分析其孔隙率:获取馒头中心切面图像,经灰度转换与对比度调整等预处理后,分析孔隙结构。

1.3.10 馒头相对结晶度的测定

利用X射线衍射仪测定冷冻干燥馒头粉末的结晶特性。测定条件:管压 40 kV,管流 40 mA,衍射角扫描范围5°~40°(2θ),扫描速率5°/min。采集的数据经MDI Jade 6.5软件分析,据此计算相对结晶度[15]。

1.3.11 馒头的感官评价

参照GB/T 35991—2018《粮油检验 小麦粉馒头加工品质评价》并稍作修改。首先,筛选并培训20名具有食品专业背景和良好感官识别能力的评价员。将待评价样品切成厚度约20 mm的完整片状。随后,由评价员从色泽(20分)、外观(20分)、口感(20分)、内部结构(20分)和风味(20分)5个方面对样品进行评分。

1.4 数据处理

所有试验均重复3 次。初始数据采用SPSS 27.0进行计算与显著性分析,处理结果以“平均值±标准差”表示,统计学定义显著性为P<0.05。所得数据通过Origin 2022软件绘图,傅里叶中远红外光谱使用Omnic与PeakFit 4.0软件进行分析,结晶度采用MDI Jade 6软件计算。

2 结果与讨论

2.1 YBCP对面团动态流变学特性的影响

通过测定面团动态流变学可直观了解到面团内部的结构变化,而黏弹性是预测面团加工行为的关键参数[16]。馒头面团储能模量(G′)和损耗模量(G″)的频率扫描结果如图1-a所示,结果表明,样品G′和G″随频率的增加而增加,且所有样品G′均大于G″,表明该面团体系具有黏弹性固体的典型特征[17]。YBCP的添加使面团G′和G″始终高于对照组,表明YBCP有助于面筋网络形成,增强了面团的黏弹性。这归因于YBCP与面团蛋白质结合,提升了面团的弹性和结构稳定性。随着YBCP添加量的增加,面团的G′和G″呈先上升后下降趋势,并于1.5%时达到峰值。这是因为适量的YBCP其肽链通过氢键与面筋蛋白交联,填补网络空隙,形成致密坚固的复合凝胶结构,从而提升面团的黏弹性[18]。当添加量增至2%时G′和G″均下降,表明YBCP过量添加可能破坏面筋蛋白与淀粉的原有结构,削弱面团体系的稳定性。Zhang等[4]的研究也表明,在馒头面团中添加过量的南极鳞虾肽会导致聚集体的形成,进而破坏面筋网络结构的连续性。

a-G′和G″特性;b-tanδ特性

图1 不同添加量YBCP对馒头面团流变学特性的影响

Fig.1 Effects of different addition amounts of YBCP on rheological properties of steamed bread dough

图1-b显示所有样品的损耗角正切值(tanδ)始终小于1,进一步说明面团以弹性为主导的流变特性,该特性可增强面团在搅拌、揉制过程中的抗拉伸能力,减少面团成型时的塌陷变形。tanδ随频率先降后升的趋势,对应面团在不同加工速率下的力学响应。慢速形变时tanδ降低,表明面团以弹性固体为主,利于保持面团形状稳定;快速形变时tanδ升高,黏性耗散作用相对增强,面团虽更易发生瞬时形变,但过度的能量耗散会加剧结构损伤。

2.2 YBCP对面团流变发酵特性的影响

面团流变发酵特性是评估面团基质品质与酵母活性的核心依据,且对最终产品品质具有直接影响[19]。由图2可知,随YBCP添加量增大,面团二氧化碳总产气量(Vt)、二氧化碳总持气量(Vr)和面团最大发酵高度(Hm)均呈现出先上升后下降的趋势,且在1.5%添加量时达到最大值,分别为1 871.33 mL、1 348.00 mL和48.67 mL,较对照组分别提高了8.32%、9.15%和16.80%。这主要归因于YBCP的高生物利用度及其潜在的生物活性,其低分子质量肽段可作为易于吸收的优质氮源,快速满足酵母生长需求[6]。同时,YBCP通过激活己糖激酶、磷酸果糖激酶等糖酵解关键酶,直接调控酵母代谢速率,在既定发酵时间内显著提升二氧化碳总产气量。此外,YBCP富含甘氨酸-脯氨酸-羟脯氨酸重复序列,其分子结构中的极性基团可与面筋蛋白(谷蛋白)形成氢键交联。这种相互作用增强了面筋网络的延展性与弹性,减少了发酵过程中二氧化碳的泄漏,进而提升总持气量和面团最大发酵高度[20]。然而,YBCP添加过量时,一方面可能会改变面团的流变学性质,使面团变得过于黏稠或紧实,阻碍二氧化碳气体的扩散和逸出;另一方面其引入的高含量短肽及游离氨基酸在体系中形成高渗透压环境,进而显著抑制酵母细胞活性,导致面团发酵能力下降,最终表现为发酵高度回落和持气量减少。

a-二氧化碳总产气量;b-二氧化碳总持气量;c-面团最大发酵高度

图2 不同添加量YBCP对馒头面团流变发酵特性的影响

Fig.2 Effects of different addition amounts of YBCP on the rheological and fermentation characteristics of steamed bread dough

2.3 YBCP对面团水分分布的影响

本次研究主要通过低场核磁共振分析仪检测水分子中氢质子的弛豫时间(T2)来区分不同状态下的水分含量。不同类型的水由3个质子信号表征:T21、T22、T23,分别对应结合水、弱结合水和自由水,而A21、A22、A23可理解为上述3种水的相对含量。通常T2弛豫时间越短,则说明物质和水的结合能力越强,水分子的自由度越低[21]。

如表1所示,随着YBCP添加量的增加,T21、T22与T23均呈现先降低后升高的趋势。与对照组相比,添加1.5%YBCP时,T21和T22最低,这一结果表明该添加量下水分氢键相互作用增强,自旋弛豫时间缩短,结合水更紧密,说明提高了面团的持水能力[4]。随着YBCP添加量的增加,面团中A21呈先上升后下降趋势,而A22则先下降后上升。当YBCP添加量为1.5%时,A21达到最大值,A22降至最低。这一现象可归因于YBCP富含亲水性基团,这些基团可在特定空间范围内与水分子结合,通过限制水分子的自由流动,从而改变其周围水分的分布状态[22]。适量的YBCP有助于稳定淀粉颗粒表面的水分,促使部分弱结合水转化为结合水,进而提高A21的含量,降低A22的含量。当YBCP添加量超过1.5%时,A21有所降低,A22有所回升。这是因为过量的YBCP覆盖在面筋蛋白表面,削弱面筋链间的氢键和疏水相互作用,破坏面筋网络结构的完整性,使其结构趋于松散,进而导致持水能力下降。

表1 YBCP添加量对面团内水分弛豫时间和峰面积比例

Table 1 Effects of YBCP addition on the relaxation time of water and the peak area ratio within dough

添加量/%T21/msT22/msT23/msA21/%A22/%A23/%00.19±0.00a13.29±0.61a112.98±7.21a5.97±0.03c91.34±0.13a2.70±0.11a0.50.18±0.01a13.16±0.00ab112.98±7.21a6.34±0.03b90.76±0.31b2.90±0.33a1.00.17±0.01b13.16±0.00ab108.76±0.00a6.91±0.11a90.39±0.11ab2.70±0.02a1.50.16±0.00b12.66±0.32b108.76±0.00a7.06±0.06a90.29±0.17c2.65±0.12a2.00.17±0.01b13.16±0.00ab112.98±7.21a6.44±0.16b90.65±0.21ab2.91±0.34a

注:不同的上标字母表示差异显著(P<0.05)(下同)。

2.4 YBCP对面团微观结构的影响

如图3所示,与对照组相比,当YBCP添加量为0%~1.5%时,面团气孔逐渐变小且分布均匀,淀粉颗粒被面筋紧密包裹,呈现有序镶嵌结构;当添加量超过1.5%时,则出现巨型气孔,淀粉颗粒暴露,网络结构松散并形成大面积空洞。这是因为在添加量为0%~1.5%时,YBCP通过极性侧链与面筋蛋白形成氢键,其非极性区域借助疏水作用增强网络稳定性,促进面筋均匀包裹淀粉颗粒。同时,YBCP的亲水性有助于优化面筋水合,减少局部水分聚集,从而抑制大气孔形成。然而,当添加量超过1.5%时,面筋的空间网络结构减弱。这主要归因于YBCP的乳化作用,其促使面筋基质中的淀粉颗粒发生聚集,从而干扰了面筋网络的有序构建,导致结构整体有序性下降。有研究者发现,面团中添加过量的肽,会增强其与面筋蛋白之间的水分竞争作用,而该竞争作用的增强也会进一步加剧面筋网络结构的破坏程度[5]。

a-0%;b-0.5%;c-1.0%;d-1.5%;e-2.0%

图3 不同添加量的YBCP馒头面团扫描电镜图像(500×)

Fig.3 Scanning electron microscope images of YBCP steamed bread dough with varying addition amounts(500×)

2.5 YBCP对面团蛋白质二级结构的影响

傅里叶红外光谱仪主要用于分析样品的化学结构和分子间的相互作用,尤其是蛋白质二级结构,例如,α-螺旋、β-折叠、β-转角和无规则卷曲。α-螺旋被认为是面筋蛋白中最稳定的结构,主要通过氢键支撑其螺旋结构;β-折叠同样依赖氢键形成片层结构,二者均为致密稳定的有序结构,共同赋予面筋蛋白良好的弹性;而两者的相对含量越高,意味着面筋网状结构的形成越致密,黏弹性越好。相反,β-转角和无规则卷曲被视为一种无序结构,两者的含量越高,意味着形成的面筋网络结构的性能越差。

如图4所示,与对照组相比,添加YBCP面团的α-螺旋(从26%升至33%)与β-折叠(从22%升至32%)占比增加,在添加量为1.5%时达到最大。当添加量超过1.5%时,α-螺旋和β-折叠占比开始下降。β-转角和无规则卷曲以一定的比例存在。随着YBCP添加量从0%升至1.5%,α-螺旋和β-折叠比例逐步增加,说明YBCP的加入在一定程度上可以促进面团中蛋白质的二级结构由无序向有序结构的转变。这是由于YBCP中富含甘氨酸-脯氨酸-羟脯氨酸等特征序列,可与蛋白基质形成氢键和疏水键,这些小肽通过氢键与蛋白结合并降低体系自由度,诱导α-螺旋与β-折叠形成。此外,YBCP在面团中还能通过暴露疏水基团和重组氢键网络,促进蛋白质的有序化,强化面筋网络结构的稳定性。夏萌萌等[23]研究发现,α-螺旋和β-折叠可协同增强面筋网络的韧性与弹性,有助于保持面包在发酵和烘焙过程中的形态完整性。

图4 YBCP对馒头面团蛋白质二级结构的影响

Fig.4 Effects of YBCP on the secondary structure of steamed bread dough proteins

2.6 YBCP对馒头质构特性的影响

馒头质构特性是衡量其质地与口感的重要指标,主要包括硬度、弹性、回复性以及咀嚼性[24]。其中,硬度作为馒头质构的核心表征参数,直接关联产品的食用体验,而松软适口的质构状态,是衡量馒头品质是否达标的重要正向指标。从表2可以发现,与对照组相比,添加0%~1.5%的YBCP使得馒头硬度下降,当YBCP添加量在1.5%时,馒头硬度达到最低值(P<0.05),说明在此添加量下的馒头更加柔软。YBCP通过调控淀粉与蛋白质之间的界面作用,有效改变了面团体系中水分的分布状态与迁移。水分分布分析证实,面团的持水能力增强,从而延缓了淀粉的降解,最终导致馒头硬度的显著下降[25]。然而,过量YBCP会在面筋网络中形成较大聚集体,阻碍蛋白有序交联,削弱网络支撑性,导致蒸煮后结构塌陷、硬度回升。咀嚼性与硬度变化趋势一致,在1.5%添加量下也达到最低,这与鱼皮胶原蛋白肽相关研究中观察到的规律相符[5]。YBCP添加量至0%~1.5%,馒头的弹性和回复性逐渐上升,在添加量1.5%时,馒头弹性和回复性达到最大值,这是因为YBCP的多肽链可吸附在淀粉颗粒表面,抑制淀粉颗粒在蒸煮过程中的过度膨胀和破裂,维持淀粉-面筋复合体系的结构稳定性;此外,YBCP与淀粉分子形成的氢键可延缓淀粉糊化后的回生,减少老化淀粉对结构柔韧性的破坏,间接保障馒头的弹性和回复性[26]。但是过量的YBCP会导致面筋网络支撑性不足,蒸煮过程中馒头内部气体易发生逃逸,无法形成均匀的气孔结构,反而出现局部塌陷,馒头弹性和回复性有所下降。

表2 YBCP添加量对馒头品质的影响

Table 2 Effects of YBCP addition on steamed bread quality

添加量/%硬度/g咀嚼性/g弹性/mm回复性比容/(cm3/g)孔隙率/%01 065.67±23.50a914.88±15.92a0.91±0.01c0.53±0.03c1.94±0.03d43.96±0.87d0.51 006.33±12.74b833.36±12.58b0.94±0.01bc0.55±0.02bc2.14±0.03c47.51±0.97c1.0835.67±18.44c761.98±18.60c0.97±0.01ab0.58±0.01a2.25±0.03b51.68±0.74b1.5790.00±10.00d711.21±9.20d1.02±0.07a0.59±0.01a2.29±0.02a55.42±0.91a2.0826.67±15.28c760.33±16.50c0.98±0.01ab0.57±0.01ab2.18±0.02c53.27±1.09b

2.7 YBCP对馒头比容和孔隙率的影响

比容作为馒头的客观评价指标,直接影响消费者选择。如图5和表2所示,随着YBCP添加量的增加,馒头的比容在0%~1.5%逐渐增大,并在添加量为1.5%时达到最大值;当添加量超过1.5%时,馒头比容开始下降。这是因为YBCP富含氨基酸等营养成分,可作为酵母生长的有效氮源,促进酵母增殖与酶合成;其活性基团还能螯合面团中抑制酵母活性的Fe3+和Cu2+等重金属离子,维持酵母细胞完整性,从而增强产气能力,提高比容[27]。然而,当YBCP添加量超过1.5%时,过量的肽会干扰面筋蛋白二硫键的正常交联,破坏面筋网络的连续性与致密性。此时面筋无法有效保持气体,酵母产生的CO2易逸出,面团持气能力下降,最终导致馒头比容降低。

a-1~a-5分别为添加 0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%(质量分数)的YBCP馒头外观图像;b-1~b-5,c-1~c-5依次为同等条件下YBCP对馒头气孔大小和分布的影响

图5 YBCP对馒头外观和孔径分布的影响

Fig.5 Influence of YBCP on the appearance and pore size distribution of steamed bread

由表2可得知,馒头的孔隙率在添加YBCP的0%~1.5%呈现增大的趋势,并在1.5%时达到最大值;添加量超过1.5%后,孔隙率则开始下降。这表明适量YBCP有助于优化面筋网络、稳定气泡界面并增强持气性,从而改善内部孔隙结构。其中1.5%添加量的效果最显著,这可能源于YBCP对酵母细胞的保护作用及其对面团析气与持气能力的平衡。当添加量超过1.5%时,过量的YBCP可能会加剧面筋蛋白的弱化,使已形成的孔隙在后续醒发和蒸制过程中发生塌陷,进一步减少有效孔隙数量。与对照组相比,YBCP添加量不超过1.5%,可在一定程度上改善馒头的孔隙率。

2.8 YBCP对馒头相对结晶度的影响

馒头中淀粉的相对结晶度是影响馒头质地和保质期的关键因素。了解蒸制过程中淀粉结晶度的变化,有助于提高馒头的品质。从图6可知,所有样品在20°均出现明显的衍射峰,这是典型的V型结晶,代表着直链淀粉-脂质复合物的形成[28]。YBCP的加入未产生新的衍射峰,表明其未改变晶体类型。

图6 不同添加量的YBCP馒头X射线衍射图

Fig.6 X-ray diffraction patterns of YBCP-flavored steamed bread with different addition amounts

注:不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。

如图6所示,当YBCP添加量为0%~1.5%时,相对结晶度逐渐下降并在1.5%时达到最低;当添加量为1.5%~2.0%时,相对结晶度重新上升。相对结晶度初期下降这是因为YBCP特定短链肽段可通过吸附在晶核表面或关键生长位点,抑制晶体成核与生长,从而降低结晶度。Zhang等[29]研究结果表明,适量添加小麦低聚肽可显著降低相对结晶度。当添加量在1.5%~2.0%时,相对结晶度上升是由于过量YBCP通过分子间作用力形成弱凝胶状结构,限制水分流动性,为晶体生长提供受限空间,反而提高局部饱和度,诱导有序结晶。因此,当YBCP添加量为1.5%能够有效延缓馒头的老化。

2.9 YBCP对馒头感官评价的影响

感官评价综合分析不同配方馒头在色泽、外观、口感、内部结构及风味等方面的表现。评价前,将蒸制好的新鲜馒头置于室温冷却1 h。通过观察图7发现,与对照组相比,添加1.5%YBCP的馒头各项指标均有所改善。该添加量下馒头色泽莹润,这源于YBCP的保水作用,其通过抑制水分散失,避免了表面结构过度致密化,从而有助于保持其自然色泽[25];同时YBCP对面筋网络的强化作用提升了面团持气性与结构强度,使馒头表面光滑、外形饱满;YBCP优异的持水性可避免蒸后水分快速流失,令口感湿软柔滑;其还能优化面团气孔结构,形成更蓬松均匀的内部质地。此外,YBCP中小分子肽可参与美拉德反应并贡献风味,赋予馒头鲜香醇厚的特征。当YBCP添加量超过1.5%时,馒头的色泽、外观、口感、内部结构及风味评分均显著下降。这可能由于过量YBCP干扰面筋网络形成,并引入不良腥味。总体而言,在YBCP添加量为1.5%时,馒头的各项评分均较高。

图7 YBCP对馒头感官评分的影响

Fig.7 Influence of YBCP on the sensory evaluation of steamed bread

3 结论

本研究探讨了YBCP对面团动态流变特性、发酵特性、水分分布、微观结构及蛋白质二级结构的影响,并进一步评价了其对馒头品质的作用。结果表明,YBCP能提高面团的黏弹性,改善其发酵性能;增加结合水含量,使微观结构更加致密有序;同时促进蛋白质二级结构由无序向有序转变。在馒头蒸煮特性方面,与对照组相比,适量添加YBCP可降低硬度和咀嚼性,提升柔软度;增大比容,改善孔隙结构,使气孔细化且分布均匀。此外,YBCP可降低馒头的相对结晶度,延缓淀粉老化。在1.5%添加量下,馒头的色泽、外观、口感、内部结构及风味均得到改善,感官评分优于对照组。总之,YBCP通过与面团组分之间相互作用,促进面团的发酵,进而改善馒头的品质。

参考文献

[1] Li X N, Wang C Y, Krishnan P G.Effects of corn distillers dried grains on dough properties and quality of Chinese steamed bread[J].Food Science &Nutrition, 2020, 8(8):3999-4008.

[2] Jia L T, Wang L, Liu C, et al.Bioactive peptides from foods:production, function, and application[J].Food &Function, 2021,12(1):7108-7125.

[3] 崔欣, 效梅, 安立龙.海洋生物活性肽的生理功能及其应用研究进展[J].广东农业科学, 2013, 40(9):103-105;109.Cui X, Xiao M, An L L.Physiological function and application research progress of marine bioactive peptides[J].Guangdong Agricultural Sciences, 2013, 40(9):103-105;109.

[4] Zhang G G, Guo J Y, Zhao F, et al.Peptide incorporation in frozen dough and steamed bread:Characteristics and structure-function relationship[J].Lwt, 2024, 205:116551.

[5] Li P Y, Guo J Y, Lu C, et al.Effects of fish skin collagen peptide on physicochemical properties of frozen dough and quality and antioxidant activity of steamed bread[J].Food Hydrocolloids, 2024, 157:110420.

[6] 阮晓慧, 韩军岐, 张润光, 等.食源性生物活性肽制备工艺、功能特性及应用研究进展[J].食品与发酵工业, 2016, 42(6):248-253.Ruan X H, Han J Q, Zhang R G, et al.Progress in the preparation, functional properties and applications of food-derived bioactive peptides[J].Food and Fermentation Industries, 2016, 42(6):248-253.

[7] 杨玉亮, 衣大龙, 刘春雨, 等.体外模拟消化对牦牛骨胶原蛋白肽抗氧化活性的影响[J].食品与发酵工业, 2021, 47(13):79-84.Yang Y L, Yi D L, Liu C Y, et al.Effects of in vitro simulated digestion on the antioxidant activity of yak bone collagen peptides[J].Food and Fermentation Industries, 2021, 47(13):79-84.

[8] 刘春雨. 牦牛骨胶原蛋白肽调节肠道菌群及改善脂质代谢的研究[D].无锡:江南大学,2023.Liu C Y.Study on the regulation of gut microbiota and improvement of lipid metabolism by yak bone collagen peptides[D].Wuxi:Jiangnan University, 2023.

[9] 孙爱平. 牦牛皮胶原蛋白的提取工艺研究[J].生物化工, 2021, 7(5):50-53.Sun A P.Study on extraction technology of collagen from yak skin[J].Biological Chemical Engineering, 2021, 7(5):50-53.

[10] 田金河, 王艳婕, 吴悦, 等.鲢鱼蛋白酶解物对冷冻面团及面包品质特性的影响[J].粮油食品科技, 2024, 32(6):125-133.Tian J H, Wang Y J, Wu Y, et al.Effect of silver carp protein hydrolysate on quality properties of frozen dough and bread[J].Science and Technology of Cereals, Oils and Foods, 2024, 32(6):125-133.

[11] 吕隆重. 乳蛋白对无麸质大米面包品质的影响及机理研究[D].郑州:河南工业大学,2023.Lyu L Z.The influence of milk protein on the quality of gluten-free rice bread and the underlying mechanism study[D].Zhengzhou:Henan University of Technology, 2023.

[12] 梅浩斌, 邵磊, 吴玥沄, 等.杜仲叶微粉对酥性饼干理化性质和消化特性的改善[J].食品与发酵工业, 2025, 51(7):250-258.Mei H B, Shao L, Wu Y Y, et al.Improvement of physicochemical and digestive properties of crisp biscuits by Eucommia leaf micro-powder[J].Food and Fermentation Industries, 2025, 51(7):250-258.

[13] Han S H, Wang Y B, Zhang Y H, et al.Effects of water-unextractable Arabinoxylan from wheat processing wastewater on the quality characteristics of multigrain bread[J].Lwt, 2024, 210:116867.

[14] Ayo-Omogie H N.Gluten-reduced sweet potato-wheat bread:Influence of fermented sweet potato flour addition on bread quality and dough rheology[J].Journal of Culinary Science &Technology, 2021, 19(3):187-213.

[15] Demirkesen I, Campanella O H, Sumnu G, et al.A study on staling characteristics of gluten-free breads prepared with chestnut and rice flours[J].Food and Bioprocess Technology, 2014, 7(3):806-820.

[16] Zhao Q Y, She Z Y, Hou D T, et al.Effect of partial substitution of wheat flour with kiwi starch on dough rheology, microstructure, the quality attributes and shelf life of Chinese steamed bread[J].International Journal of Biological Macromolecules, 2024, 258:128920.

[17] Zhou J J, Jia Z Y, Wang M, et al.Effects of Laminaria japonica polysaccharides on gelatinization properties and long-term retrogradation of wheat starch[J].Food Hydrocolloids, 2022, 133:107908.

[18] Bai Z Y, Zhang Y H, Li H Y, et al.Effects of red kidney bean polysaccharide on the physicochemical properties of frozen dough and the resulting steamed bread quality[J].Journal of Agriculture and Food Research, 2024, 16:101063.

[19] Luo W H, Sun D W, Zhu Z W, et al.Improving freeze tolerance of yeast and dough properties for enhancing frozen dough quality: A review of effective methods[J].Trends in Food Science &Technology, 2018, 72:25-33.

[20] 高博雅, 李平兰.微生物发酵技术生产水产胶原蛋白肽的研究进展[J].中国酿造, 2023, 42(3):1-7.Gao B Y, Li P L.Research progress on the production of aquatic collagen peptides by microbial fermentation technology[J].China Brewing, 2023, 42(3):1-7.

[21] 董梦飞. 大豆蛋白对发酵面团品质的影响研究[D].郑州:河南工业大学,2022.Dong M F.Study on the effect of soy protein on the quality of fermented dough[D].Zhengzhou:Henan University of Technology, 2022.

[22] Chen J R, Xiao J H, Tu J, et al.The alleviative effect of sweet potato protein hydrolysates on the quality deterioration of frozen dough bread in comparison to trehalose[J].LWT, 2023, 175:114505.

[23] 夏萌萌, 任晨辉, 张艳艳, 等.马铃薯蛋白-黄原胶复合物对荞麦面团发酵特性的影响[J].粮食与油脂, 2024, 37(10):17-22.Xia M M, Ren C H, Zhang Y Y, et al.Effect of potato protein-xanthan gum complex on fermentation properties of buckwheat dough[J].Cereals &Oils, 2024, 37(10):17-22.

[24] 宁倩茹, 李会珍, 张志军, 等.紫苏蛋白粉添加量对面包品质及体外消化特性的影响[J].中国食品添加剂, 2025, 36(3):173-181.Ning Q R, Li H Z, Zhang Z J, et al.Effect of perilla protein powder addition on the quality of bread and in vitro digestion characteristics[J].China Food Additives, 2025, 36(3):173-181.

[25] Liu X R, Xie Q R, Liu D Z, et al.Effects of garlic peptides on rheology, moisture, microstructure, gluten distribution, and baking properties of dough[J].Journal of Cereal Science, 2023, 113:103758.

[26] Fan T J, Yang Y, Ma C M, et al.Effects of different exogenous proteins on rice starch retrogradation behavior and their potential mechanisms[J].Food Hydrocolloids, 2026, 170:111708.

[27] Liu X, Li T, Liu B Y, et al.An external addition of soy protein isolate hydrolysate to sourdough as a new strategy to improve the quality of Chinese steamed bread[J].Journal of Food Quality, 2016, 39(1):3-12.

[28] 梁丽婷. 乳酸菌发酵猕猴桃及其面包的营养与风味特性研究[D].无锡:江南大学,2021.Liang L T.Study on the nutritional and flavor characteristics of lactic acid bacteria fermented kiwi and bread[D].Wuxi:Jiangnan University, 2021.

[29] Zhang Y T, Liu X R, Yu J B, et al.Effects of wheat oligopeptide on the baking and retrogradation properties of bread rolls:Evaluation of crumb hardness, moisture content, and starch crystallization[J].Foods, 2024, 13(3):397.

Influence of yak bone collagen peptides on physicochemical properties of dough and quality of steamed bread

YIN Manman1,HAN Sihai1,2,3*,LI Tong1,ZENG Haosen1,ZHANG Weiwei4,BAI Zhouya1,2,3,YUE Chonghui1,2,3,WANG Libo1,2,3,LI Peiyan1,2,3,LUO Denglin1,2,3

1(College of Food and Bioengineering,Henan University of Science and Technology, Luoyang 471023, China)

2(Henan Engineering Technology Research Center of Food Raw Materials, Luoyang 471023, China)

3(International Joint Laboratory of Green Processing and Quality and Safety Control of Foodstuffs in Henan Province (Henan University of Science and Technology), Luoyang 471023, China)4 (DaKa International Food (Hainan) Co.Ltd, Ding’an 571200, China)

ABSTRACT To explore the application potential of yak bone collagen peptides in steamed bread, this study utilized a food rheometer, rheological fermentation instrument, low-field nuclear magnetic resonance spectrometer, scanning electron microscope, and Fourier transform mid-infrared spectrometer to analyze the effects of different addition levels (0%, 0.5%, 1%, 1.5%, and 2% w/w, based on the dry weight of wheat flour) of yak bone collagen peptides on the rheological properties, fermentation characteristics, water distribution, microstructure, and secondary structure of proteins in the steamed bread dough.Further research was conducted on the effects of the peptide on the texture properties, specific volume, porosity, relative crystallinity, and sensory quality of the steamed bread.The results indicated that when the addition level was 1.5% it exhibited higher viscoelasticity and a more stable gluten network;the total carbon dioxide production, total gas holding capacity, and maximum fermentation height all reached their peaks;the peptide could also promote the transformation of weakly bound water to bound water, increase the proportion of bound water, and effectively inhibit water migration;the microstructure was more compact and orderly;in the secondary structure of proteins, the proportions of α-helix and β-sheet increased from 26% and 22% to 33% and 32%, respectively, indicating that the addition of the peptide promoted the ordering of the protein structure in the dough.Under the condition of a 1.5% addition level of yak bone collagen peptides, the hardness and chewiness of the steamed bread were significantly reduced (P<0.05);the specific volume and porosity were significantly increased;the relative crystallinity decreased by 26.04%;and the steamed bread received a significantly higher sensory evaluation score (15.5% higher than the control group) at this addition level.

Key words yak bone collagen peptide;rheological properties;steamed bread;aging;sensory evaluation

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.045568

引用格式:尹曼曼,韩四海,李彤,等.牦牛骨胶原蛋白肽对面团理化性质及馒头品质的影响[J].食品与发酵工业,2026,52(19):291-298.YIN Manman,HAN Sihai,LI Tong, et al.Influence of yak bone collagen peptides on physicochemical properties of dough and quality of steamed bread[J].Food and Fermentation Industries,2026,52(19):291-298.

第一作者:硕士研究生(韩四海教授为通信作者,E-mail:hansihai@haust.edu.cn)

基金项目:国家自然科学基金项目(32302075,32202096);河南省自然科学基金项目(202300410134)

收稿日期:2025-12-21,改回日期:2026-02-03