谷氨酰胺转氨酶对青稞面团质构特性和流变特性的影响
时间：2023-06-12 09:30:29 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
尹贺伟，赵喆，潘利敏
（郑州商业技师学院，河南 郑州 450000）
目前主要通过添加改良剂，如乳化剂、亲水胶体、变性淀粉和酶等，对青稞无麸质面团进行品质改善。谷氨酰胺转氨酶作为一种催化酰基转移反应的酶，能催化蛋白质分子内和分子间交联以及蛋白质和氨基酸之间的交联，进而改变蛋白质的结构和功能特性[9-10]。有研究将谷氨酰胺转氨酶用于改善全麦面团结构，发现谷氨酰胺转氨酶诱导蛋白质分子交联形成大的蛋白聚集体，面团的微观结构紧密连接[11]。同时，研究发现谷氨酰胺转氨酶的添加能够催化燕麦蛋白质的交联，明显影响无麸质燕麦面团的流变特性[12]。彭飞等[13]研究发现在燕麦中添加谷氨酰胺转氨酶可改善燕麦全粉面条的蒸煮品质。然而，谷氨酰胺转氨酶在青稞面团中的作用鲜见报道。
因此，本文主要将不同比例的谷氨酰胺转氨酶添加至青稞全粉中，研究谷氨酰胺转氨酶对青稞全粉面团质构特性、流变特性和青稞全粉凝胶强度的影响，明确谷氨酰胺转氨酶对青稞全粉面团品质的改善效果，以期为青稞无麸质产品的开发提供参考。
1.1 材料与试剂
青稞全粉（淀粉73.2%、水分11.3%、蛋白质9.1%、脂肪1.5%）：青海新绿康食品有限责任公司；
谷氨酰胺转氨酶（2 210 U/g）：河南三化生物科技有限公司；
二甲基硅油（分析纯）：天津市凯通化学试剂有限公司。
1.2 仪器与设备
MUM54A00针式和面机：罗伯特·博世有限公司；
NMI20低场核磁共振仪：苏州纽迈电子科技有限公司；
HAAKEMars40高级旋转流变仪：赛默飞世尔科技有限公司；
TA-XT2i Plus质构仪：英国Stable Micro System公司；
RVA-TecMaster快速黏度分析仪：瑞典Perten公司。
1.3 青稞面团的制备
将谷氨酰胺转氨酶添加到青稞全粉中，添加量分别为 0、0.6、1.2、1.8、2.4、3.0 U/g（按青稞全粉质量计），混合均匀后备用。称取100 g上述混合粉，加入75%水，和面机调至1档搅拌1 min，然后调至4档和面4 min，混合均匀至面团表面光滑，将面团用保鲜膜包裹，25℃静置45 min后用于后续测定。
1.4 青稞面团质构特性的测定
参考陈前等[14]的方法并稍作修改。取静置好的青稞面团20 g制成2 cm×2 cm×2 cm的小块，使用质构仪对面团进行全质构测试（texture profile analysis，TPA），每组样品测试5个面团。测定参数：探头P/36R，测前、测中、测后速率分别为3.0、1.0 mm/s和1.0 mm/s，压缩形变比例为50%，触发力为5 g，2次压缩时间间隔5.0 s，测定硬度、弹性、咀嚼性和内聚性对青稞面团的质构特性进行评价。
1.5 青稞面团动态流变特性测定
取5 g静置好的青稞面团搓圆后放置到流变仪测试圆盘中间进行测定。测试探头选择P35/Ti，两平行板的间距为2 mm，刮去多余样品，在夹具边缘涂二甲基硅油，防止水分挥发，启动测试程序。频率变化范围为0.1 Hz～10.0 Hz，温度为25℃，应变为0.1%。获得面团的储能模量 G′、损耗模量 G″和损耗因子 tanδ（G″/G′）随频率变化的曲线。
1.6 青稞面团蠕变-恢复特性测定
取5 g静置好的青稞面团搓圆后放置到流变仪测试圆盘中间进行测定。测试探头选择P35/Ti，两平行板的间距为2 mm，刮去多余样品，在夹具边缘涂二甲基硅油，防止水分挥发，启动测试程序。恒定应力50 Pa扫描150 s后，撤掉应力观察300 s内样品的应力恢复。
观察组的手术时间为（9.38±3.75）min，短于对照组的（15.40±4.32）min，术中出血量为（7.30±3.72）ml，少于对照组（25.43±14.29）ml，差异均具有统计学意义（P＜0.05）。
1.7 青稞粉凝胶质构分析
将谷氨酰胺转氨酶添加到青稞全粉中，添加量分别达到 0、0.6、1.2、1.8、2.4、3.0 U/g（按青稞全粉质量计），混合均匀备用。每份样品精确称取3 g置于预先加入25 g蒸馏水的快速黏度测定仪（rapid viscosity analyzer，RVA）测量铝桶内，上下搅拌10次使悬浮液分散均匀，上机测试。RVA测试程序：960 r/min搅拌10 s，然后维持转速160 r/min至试验结束；
在50℃条件下保持10 s，然后以12℃/min匀速升温至95℃，在95℃保持150 s；
以12℃/min匀速降温至50℃，在50℃维持120 s制备凝胶样品。将形成的凝胶样品在铝桶中振荡2次使其表面平整，然后将铝桶于4℃储藏12 h后置于测试探头（P/0.5）正下方，进行凝胶穿刺测试，每组样品测试5次。测试参数：测前、测中、测后速率分别为3.0、1.0 mm/s和 1.0 mm/s，压缩形变比例为 50%，触发力为5 g。以压缩形变比例50%的受力表征凝胶强度（g）。
1.8 数据统计分析
每个试验做至少3个重复，结果以平均值±标准差表示。使用Excel对数据进行整理，Origin 8.5软件作图，SPSS 20.0进行ANOVA差异分析，显著性水平为p＜0.05。
2.1 谷氨酰胺转氨酶添加量对青稞面团质构特性的影响
表1为谷氨酰胺转氨酶添加量对青稞面团质构特性的影响。
表1 谷氨酰胺转氨酶添加量对青稞面团质构特性的影响Table 1 Effects of transglutaminase supplementation on texture characteristics of highland barley dough
如表1所示，随着谷氨酰胺转氨酶添加量的增加，青稞面团的硬度、弹性、咀嚼性和内聚性均呈现先升高后降低的趋势。当谷氨酰胺转氨酶添加量达到2.4 U/g时，青稞面团的硬度、弹性、咀嚼性和内聚性均达到最大值，分别达到 769.47 g、0.22、39.41 g和 0.243。这可能是由于谷氨酰胺转氨酶催化青稞蛋白形成分子内或分子间交联，形成能够稳定面团内部结构、类似面筋网络的结构，使得青稞面团内部结构较为稳定，从而使面团强度增加。谷氨酰胺转氨酶用于全麦面团体系的研究指出，谷氨酰胺转氨酶的加入使得面团微观结构的连续性增加，面筋交联紧密，并且小分子蛋白质相互交联、聚集形成大的聚集体[11]。当谷氨酰胺转氨酶添加量在0～1.2 U/g时，面团的硬度、弹性和内聚性无显著差异（p＞0.05）。当谷氨酰胺转氨酶添加量增加至3.0 U/g时，青稞面团的硬度、弹性、咀嚼性和内聚性反而降低。这表明过量添加谷氨酰胺转氨酶时，易造成蛋白质过度交联及聚集，反而不利于面团形成稳定结构，面团加工性能变差。因此，适当控制谷氨酰胺转氨酶的添加对蛋白质的交联和面团内部稳定结构的形成至关重要。
2.2 谷氨酰胺转氨酶添加量对青稞面团动态流变特性的影响
图1为不同谷氨酰胺转氨酶添加量的青稞面团频率扫描曲线，显示了添加谷氨酰胺转氨酶后青稞面团体系的动态黏弹行为。储能模量G′代表样品在经过形变后能恢复的能量，表示弹性本质。损耗模量G″代表样品在经过形变后所消耗的能量，表示黏性本质；
tanδ越大说明材料的黏性越大，tanδ越小说明样品弹性越大[15]。
图1 不同谷氨酰胺转氨酶添加量的青稞面团频率扫描曲线Fig.1 Frequency scanning curve of highland barley dough under different transglutaminase supplemental levels
由图1可以看出，G′和G″随着频率的增加而增加，且面团的 G′大于 G″（tanδ＜1），表明青稞面团表现为半固体偏弹性性质。谷氨酰胺转氨酶的添加使得青稞面团的黏弹特性发生明显变化。随着谷氨酰胺转氨酶添加量的增加，青稞面团的G′和G″逐渐增加，tanδ先减小后增大。其中，谷氨酰胺转氨酶添加量为2.4 U/g时，青稞面团的G′和G″最大，tanδ较小。这些结果表明在此添加量下，青稞面团的弹性特性最强，谷氨酰胺转氨酶的添加增强了面团的弹性，提供了面团的流动性和延伸所需要的黏结力。未添加谷氨酰胺转氨酶的面团弹性和黏性最差，表明面团缺乏弹性和面团延伸所需的黏结力。
所有的模量符合幂律方程，将数据中的G′随频率的变化规律用幂律方程拟合[16]，方程拟合结果见表2。
表2 不同谷氨酰胺转氨酶添加量的青稞面团频率扫描数据拟合结果Table 2 Frequency scanning data fitting results of highland barley dough with different transglutaminase addition levels
K值表示面团强度，K值越大，面团强度越高；
z值反映面团中分子相互作用的类型，z=0表示具有稳定网络结构的共价键，而z＞0表示具有不稳定网络结构的物理键[17]。由表2可知，与未添加谷氨酰胺转氨酶的面团相比，谷氨酰胺转氨酶的添加增加了面团的K值，说明面团的强度更高，面团的内部结构更稳定。谷氨酰胺转氨酶的添加量达到2.4 U/g时，K值达到最大值5.037×105。所有样品的 z值范围为0.139 3～0.157 6，说明青稞面团体系中具有低稳定性的共价键。与未添加谷氨酰胺转氨酶的面团相比，谷氨酰胺转氨酶的添加减小了面团的z值，说明添加谷氨酰胺转氨酶的青稞面团在形成过程中有更多稳定内部结构的共价键参与，这主要由于谷氨酰胺转氨酶催化青稞蛋白形成分子内或分子间交联，使得青稞面团内部结构较为稳定。
2.3 谷氨酰胺转氨酶添加量对青稞面团蠕变-恢复特性的影响
图2为青稞面团蠕变-恢复曲线，表3为蠕变-恢复的特征参数。面团作为典型的高分子聚合物组成的复杂体系，在恒定压力下内部的分子链链段运动产生较大形变量，发生蠕变，随后在恒定压力撤除后发生瞬时弹性恢复和延迟弹性恢复[18]。
图2 不同谷氨酰胺转氨酶添加量的青稞面团蠕变-恢复特性曲线Fig.2 Creep-recovery characteristic curve of highland barley dough under different transglutaminase supplemental levels
表3 不同谷氨酰胺转氨酶添加量的青稞面团蠕变-恢复数据拟合结果Table 3 Creep recovery data fitting results of highland barley dough with different transglutaminase addition levels
由图2和表3可知，与未添加谷氨酰胺转氨酶的面团相比，谷氨酰胺转氨酶的添加降低了青稞面团的形变，谷氨酰胺转氨酶催化青稞蛋白质形成分子内或分子间交联，使得青稞面团内部结构较为稳定。未添加谷氨酰胺转氨酶的青稞面团的形变最为剧烈，蠕变最大柔量Jmax为6.10×10-5Pa-1，而谷氨酰胺转氨酶添加量为2.4 U/g的青稞面团形变最小，Jmax为4.48×10-5Pa-1。该变化趋势表明谷氨酰胺转氨酶添加量为2.4 U/g时的青稞面团抵抗外界形变的能力最强。在黏弹性恢复阶段，面团的恢复特性差异与面团的内部结构有关[14]。谷氨酰胺转氨酶添加量为2.4 U/g的青稞面团松弛后的形变量最接近初始状态，弹性可恢复率Je/Jmax值达到69.82%，表明此添加量下形成的面团内部的分子链链段交联更为紧密，面团具有最好的恢复力。零剪切黏度η0表示给面团施加固定应力下面团的抗流动性，谷氨酰胺转氨酶添加量为2.4 U/g的青稞面团的η0值高于其余面团，表明此时面团的抗流动性更强。而谷氨酰胺转氨酶添加量为3.0 U/g时，弹性可恢复率Je/Jmax值达到62.98%，蠕变最大柔量Jmax为5.52×10-5Pa-1，青稞面团的抗形变能力反而减弱，这表明过量添加谷氨酰胺转氨酶反而不利于面团形成稳定结构。上述结果与青稞面团质构特性以及频率扫描测定结果一致，表明添加2.4 U/g的谷氨酰胺转氨酶对青稞面团内部有良好的改善作用。
2.4 谷氨酰胺转氨酶添加量对青稞粉凝胶强度的影响
不同添加量谷氨酰胺转氨酶的青稞粉凝胶强度结果如图3所示。
图3 不同谷氨酰胺转氨酶添加量的青稞粉的凝胶强度Fig.3 Gel strength of highland barley flour with different transglutaminase supplemental levels
糊化后青稞粉中淀粉分子在储藏过程中发生重排，通过氢键重新形成双螺旋结构，淀粉回生形成凝胶[19]。由图3可知，谷氨酰胺转氨酶的添加影响了青稞粉凝胶的强度。与未添加谷氨酰胺转氨酶的面团相比，添加谷氨酰胺转氨酶使青稞粉凝胶的强度降低，且降低幅度具有酶添加量依赖性。当酶添加量为0.6 U/g时，凝胶强度显著低于未添加酶样品（p＜0.05），表明少量的酶可对青稞粉凝胶强度产生显著影响。当酶添加量为2.4 U/g时，凝胶强度达到最小值。凝胶强度主要与凝胶化时渗出的直链淀粉分子形成的三维网络结构有关[20]。谷氨酰胺转氨酶的添加加强了青稞蛋白质分子内或分子间的交联，这可能会阻碍渗出的直链淀粉分子间发生有序的重排，进而对形成的凝胶网络结构产生不利影响。
谷氨酰胺转氨酶能增加青稞面团的硬度、弹性、咀嚼性和内聚性，并且提供面团延伸所需要的黏结力，使得青稞面团内部结构较为稳定。蠕变-恢复特性表明，谷氨酰胺转氨酶的添加使得青稞面团抵抗外界形变的能力变强并且面团的恢复力变好。同时，谷氨酰胺转氨酶的添加使得青稞粉凝胶的强度降低，且降低幅度具有酶添加量依赖性。当谷氨酰胺转氨酶添加量为2.4 U/g时，青稞面团的硬度、弹性、咀嚼性和内聚性均达到最大值，并且青稞面团抵抗外界形变的能力最强，松弛后的形变量也最接近初始的状态，弹性可恢复率Je/Jmax值达到69.82%，表明2.4 U/g的谷氨酰胺转氨酶添加量对青稞面团内部有良好的改善作用。
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