谷蛋白大聚体在小麦加工中的作用-中国粮油学报

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关键词 谷蛋白大聚体 小麦籽粒品质 面制食品加工 面制食品质量 面团形成 中图分类号: TS213. 2 文献标识码: A 文章编号: 1003 - 0174( 2014) 01 - 0119 - 05
小 麦 粉 与 适 量 的 水 在 搅 拌 作 用 下 ,会 形 成 具 有 黏 弹 性 、延 展 性 等 加 工 特 性 的 面 团 。 这 种 性 质 是 小 麦 粉 特 有 的 ,能 满 足 各 类 面 制 食 品 的 加 工 需 要 。 面 团的形成实质上是小麦粉中的面筋蛋白吸水形成 面筋网络结构的过程。谷蛋白和醇溶蛋白为小麦 贮藏蛋白,是组成面筋的主要 成 分,二 者 共 同 决 定 面 团 的 黏 弹 性 和 延 展 性 ,是 决 定 小 麦 加 工 品 质 的 主 要因素。
基金项目: 现代农业产业技术体系建设专项( CARS - 03 ) ,公益 性行业( 农业) 科研专项( 201303070)
收稿日期: 2013 - 03 - 28 作者简介: 刘锐,男,Байду номын сангаас989 年出生,博士,谷物加工与综合利用 通讯作者: 魏益民,男,1957 年出生,教授,食品科学与工程
1 谷蛋白大聚体与小麦籽粒加工品质
Skerritt 等[29]研究了谷蛋白大聚体中亚基含量 在和面过程中的变化,结果表明,HMW - GS 含量降 低,其中,染色体 1B、1D 编码的 x - 型 HMW - GS 含 量降低,而 y - 型 HMW - GS 含量相对增高; LMW - GS 中 C - 亚基和 D - 亚基的含量增高,B - 亚基的含 量降低; 不同品质小麦的变化程度存在差异。王金 水和陈万义等[33 - 34]利用 3 种不同品质性状小麦为 原料,研究了面团搅拌过程中 GMP 亚基组成和二硫 键的变化,结果表明,在面团搅拌过程中,GMP 分子 中的亚基组 成 没 有 变 化,而 亚 基 含 量 发 生 了 明 显 的 变化; GMP 含量变化与其二硫键含量变化呈显著正 相关( r = 0. 58 - 0. 85,P < 0. 05) ,与其游离巯基含量 变化呈 负 相 关 ( r = 0. 58 - 0. 77,P < 0. 05 ) 。Don 等[10]研究结果表明,GMP 凝胶的储能模量 G'值在和 面过程中显著降低; 和面过程中谷蛋白聚合体粒径 和容积度( 以毛细管黏度仪测得的黏度表示) 的降低 是面团形 成 的 基 础。进 一 步 的 研 究 又 表 明,1. 5% SDS 可溶性谷蛋白的固有黏度也在随着面团揉混的 进行而增加[2]。
的关系
研究表明,谷 蛋 白 大 聚 体 含 量 和 分 子 结 构 特 性 与小麦籽粒 加 工 品 质 密 切 相 关,可 以 作 为 面 团 特 性 和面包体积的有效预测指标[1 - 2,8 - 15]。
谷蛋白大聚合体与面筋强度关系密切。一般认 为,GMP 含量与湿面筋含量、面筋指数、沉淀值等品 质性状呈显著正相关[7,12 ; - 15] 其含量越高,面筋的强 度和弹性越大[8 - 9]。多数强筋优质小麦品种的 GMP 含量都大于弱筋小麦品种[12,16 - 17]。宋 建 民 等[13]和 晏本菊等[15]认为,可以把 GMP 含量作为小麦品质育 种早代选择的优良指标。
3 谷蛋白大聚体在面团和面及醒发过 程中的变化
面筋蛋白 在 面 粉 中,处 于 最 低 能 量 状 态,谷 蛋 白 分 子 呈 致 密 结 构 。 在 面 团 制 作 过 程 中 ,随 着 水 的 渗入,通 过 机 械 搅 拌 作 用 和—SH 与—S—S—的 交 换反应,谷蛋白肽链伸展呈线 状,形 成 无 序 的 网 状 结 构 。 线 性 谷 蛋 白 分 子 相 互 缠 结 ,醇 溶 蛋 白 充 填 于 其中[27]。
Journal of the Chinese Cereals and Oils Association
Vol. 29,No. 1 Jan. 2014
谷蛋白大聚体在小麦加工中的作用
刘 锐 魏益民 张影全 邢亚楠 卢洋洋
( 中国农业科学院农产品加工研究所 农业部农产品加工综合性重点实验室,北京 100193)
和面揉混过程中,谷蛋白大聚体发生解聚,GMP 的含量、粒径和分子质量分布均降低[2,10,20,28 ; - 30] 不
同和面方式对其解聚程度的影响有一定差异,与 Z 型臂式和面机( 粉质仪) 相比,针型和面机( 揉混仪) 导致的 GMP 解聚程度更大[31]。Skerritt 等[29]认为化 学降解导致了 GMP 的变化,而 Don 等[10]认为机械作 用力是 GMP 在 和 面 中 降 解 的 主 要 原 因。 王 金 水 等[32] 研 究 了 面 团 搅 拌 过 程 中 蛋 白 质 组 分 的 变 化 规 律,认为在面团搅拌初期,GMP 可能在机械作用力下 被分散,从而形成分子量呈连续性的碎片,其中一些 分子量较小的蛋白碎片容易溶于 1. 5% SDS 溶液; 或 当面团中形 成 连 续 的 面 筋 网 络 后,谷 蛋 白 大 聚 合 体 的一些非共价键发生了断裂; 最后一种可能是这些 大聚合体的二硫键在一些水溶性或疏水性面筋蛋白 的自由巯基作用下发生了巯基 - 二硫键交换,被还 原而断裂,从 而 使 其 分 子 量 降 低。 而 其 后 的 重 聚 现 象可能是小分子谷蛋白聚合体或谷蛋白亚基间形成 非共价键或二硫键。
谷蛋白大聚体在面团面条面坯加工过程中会发生一定的变化其变化关系到面制食品的结构特性关于其变化规律的研究集中于面包面团结果停留于谷蛋白大聚体含量组成和凝胶特性等加工特性层面未涉及到化学键和分子结构的变化对变化的影响因素和作用机制也还需要进一步分析
2014 年 1 月 第 29 卷第 1 期
中国粮油学报
第 29 卷第 1 期
刘 锐等 谷蛋白大聚体在小麦加工中的作用
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4 谷蛋白大聚体在面坯形成和醒发过 程中的变化
在面条加 工 过 程 中,小 麦 粉 和 面 后 得 到 的 是 面 絮,与传统的含水量 50% ~ 60% 的面团不同,面絮是 一种含水量仅为 35% 左右的松散絮状物,所含的面 筋是不连续的,因此不具有加工性能; 只有在复合压 延后,面筋碎片逐渐形成连续的网络结构,所形成的 面坯才是真正意义上的“面团”,具有弹性、延伸性、 可塑性等加工性能。
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的作用力也相应越强。Bean 等[23]认为谷蛋白大聚 体可以作为预测面团特性的生化指标。
2 谷蛋白大聚体与食品质量的关系
谷蛋白大 聚 合 体 含 量 对 小 麦 烘 焙 品 质,尤 其 是 面包体积,有着很重要的作用。GMP 含量高的品种, 其面团强度较大,制作的面包体积 大、品 质 好[9,11]。 唐建卫等[24]以优质强筋小麦品种济麦 20 在 2005— 2006 年度山东省及天津 24 个地点的样品为材料,采 用反 相 高 效 液 相 色 谱 ( RP - HPLC ) 和 凝 胶 色 谱 ( SE - HPLC) 方法对贮藏蛋白组分进行量化,研究了 贮藏蛋白组分与面包质量的关系,结果表明,GMP 含 量与面包结构、心色和总分呈显著正相关( r = 0. 53 - 0. 65,P < 0. 05) ; 2008 年又选用北方冬麦区育成的优 质品种和高代品系及山东省主栽品种共 43 份小麦 为材料,开展进一步的研究,结果表明,GMP 含量与 面包颈高、外观、质地、结构、心色和总分均成极显著 正相关( r = 0. 57 ~ 0. 76,P < 0. 001) ; [18] 两次研究结 果表明,GMP 含量可以较好地反映面包质量。
谷蛋白主 要 以 聚 合 体 的 形 式 存 在,按 分 子 质 量 大小可分为高分子量谷蛋白亚基( HMW - GS) 和低 分子量谷蛋白亚基( LMW - GS) ,其中不溶于 SDS 的 谷蛋白聚合 体 分 子 质 量 较 大,称 为 谷 蛋 白 大 聚 合 体 ( Gluten macropolyer,GMP) 。由于 GMP 经过超高速 离心后,在 SDS 提取液中以透明胶状物的形态覆盖 于淀粉层上方,因此又被称为“胶状蛋白”。GMP 是 小麦胚乳 贮 藏 蛋 白 中 分 子 质 量 最 大 的 一 部 分 蛋 白 质,以颗粒形式存 在,粒 径 范 围 为 1 ~ 300 μm[1 - 4]。 GMP 主要由 HMW - GS 和 LMW - GS 通过链间二硫 键组 成,其 含 量 反 映 了 谷 蛋 白 聚 合 体 的 粒 度 分 布[1 - 2,5]。HMW - GS 对谷蛋白大聚体的形成起关键 作用,其含量 和 亚 基 组 成 与 聚 合 体 的 数 量 和 粒 径 密 切相关[3,6 - 7]。
谷蛋白 大 聚 体 在 面 团 形 成 过 程 中 发 挥 重 要 作 用[10],其 含 量 与 Mixograph 面 团 和 面 时 间、Farinograph 面 团 形 成 时 间、Farinograph 面 团 稳 定 时 间 和 Extensigraph 面团最大拉伸阻力等面团流变学特性呈 显著正相关[5,8 - 9,11 - ,其 12,14,18] 作用大于粗蛋白含量、 Osborne 组分、SDS 可溶性谷蛋白聚合体对面团特性 的作用[5,8,19 - 20]。张平平等[21]研究了 GMP 含量与和 面仪参数的关系,结果表明,GMP 含量与和面仪参数 的相关性最高,与和面峰值时间、峰面积和 8 min 带 宽相关系数分别为 0. 83、0. 85 和 0. 70( P < 0. 001) 。 司学芝等[22] 认 为 在 面 团 搅 拌 过 程 中,GMP 通 过 巯 基 - 二硫键交换反应或者氢键以及疏水键与其他蛋 白质结合,在 面 团 网 络 结 构 形 成 过 程 中 起 到 骨 架 和 桥梁的作用,并且 GMP 含量越高,和其结合的蛋白 质也越多,形成的网络结构也越坚固,因此对抗外界
GMP 含量与 面 条、馒 头 质 量 关 系 的 研 究 较 少。 Wang[25]研究结果表明,不溶性谷蛋白含量与鲜面条 剪切力、干面条最佳煮制时间、熟面条的黏弹性呈极 显著正相关。Hu 等[26]认为,单体蛋白对于鲜面条弹 性的贡献小于谷蛋白; 不溶性谷蛋白含量与鲜面条 制作特性 及 质 构 仪 拉 伸 特 性,如 面 条 厚 度、面 带 长 度、鲜 面 条 最 大 抗 拉 伸 阻 力、拉 伸 长 度、拉 伸 能 量 等 关系密切; 不溶性谷蛋白含量高低是面条小麦的主 要特征,并 可 用 于 面 条 小 麦 育 种 的 早 代 筛 选。 唐 建 卫等[18]研究了贮 藏 蛋 白 组 分 与 馒 头 质 量 的 关 系,结 果表明,SDS 不溶性谷蛋白聚合体含量与馒头光滑 度呈 0. 1% 显著负相关( r = - 0. 53) ,与其他质量性 状间的相关性不显著。
面团的醒 发 是 一 个 动 态 的 化 学 过 程。在 此 阶 段,面 团 内 部 结 构 向 低 能 量 状 态 转 化,通 过—SH 与—S—S—的交换反应,使面团内部应力得到松驰, 相互缠绕的线性谷蛋白分子开始定向有序排列。谷 蛋白与醇溶 蛋 白 分 子 之 间、谷 蛋 白 分 子 间 通 过 大 量 的氢键和 疏 水 作 用 结 合。 和 面 后 的 面 团 醒 发 过 程 中,谷蛋白大聚 体 发 生 重 聚,GMP 含 量 增 加 ; [2,20,28] Weegels 等[28]还认为此时 GMP 中 HMW - GS 的比例 增加,且富含 y - 型 HMW - GS。
摘 要 谷蛋白大聚体( GMP) 是小麦籽粒中最重要的蛋白质聚合体,不溶于 1. 5% SDS 溶液,且分子质量 较大,以颗粒形式存在,粒径范围为 1 ~ 300 μm; 其含量和分子结构与食品加工品质密切相关,在面制食品加工 中的作用远大于可溶性谷蛋白聚合体和单体蛋白。谷蛋白大聚体含量高的小麦品种,其面筋、面团的强度和 弹性较大,面包烘烤品质较好,面条拉伸特性较好。谷蛋白大聚体在面团和面过程中会发生解聚,其含量、粒 径和分子质量均降低; 而在面团醒发过程中又会发生重聚。面条面坯形成过程中,谷蛋白大聚体含量的降低 程度远低于传统面团,而凝胶强度的变化趋势则与传统面团相反。
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