小麦球蛋白聚集特性及其对面条加工品质的影响研究

来源 :河南工业大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:wangzhibo87
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长期以来,面筋蛋白被认为是影响面团粘弹性和面制品结构品质的关键因素。然而,小麦面团是一个复杂的体系,随着研究的不断深入,人们逐渐认识到小麦面粉加工质量不能完全由面筋蛋白来解释,非面筋蛋白(清蛋白和球蛋白)在面粉加工中的作用不容忽视。研究非面筋蛋白在面粉加工中的结构和功能特性,对于全面了解小麦蛋白质和面粉加工之间的关系,提升面粉加工质量具有重要的理论价值和现实意义。小麦球蛋白是小麦中重要的非面筋蛋白之一,对面团蛋白网络形成以及面粉加工品质有着潜在的重要作用。但与面筋蛋白相比,球蛋白含量较少,且其影响可能会被复杂面团体系中各种成分的相互作用所掩盖。目前,在面团和面粉制品中关于球蛋白的结构和功能特性研究有限,球蛋白是否参与面筋蛋白网络的形成以及如何与面筋蛋白相互作用进而影响最终面制品品质尚不清楚。本文较系统地阐释小麦球蛋白的聚集特性及其在不同面条加工条件下的结构和功能特性,探究小麦球蛋白与面筋蛋白的相互作用机制,及其在面团形成中的作用和对最终产品品质的影响。研究成果有助于人们增进对小麦球蛋白结构和功能特性新的认识,提升改善面粉加工品质的基础理论水平,同时为面条专用粉加工和小麦育种提供理论基础。本文的主要研究结果如下:(1)碱、盐诱导均能促进小麦球蛋白的聚集。以小麦品种秋乐2122为原料制取球蛋白,分析球蛋白的基本结构,并系统研究了不同浓度碱(Na2CO3)、盐(Na Cl)处理下球蛋白的聚集行为。结果表明,球蛋白含有丰富的赖氨酸,氨基酸组成均衡;分子量范围约在12-76 k Da,以β-折叠和β-转角为主要蛋白构象。Na2CO3和Na Cl处理均促进了球蛋白构象由β-转角和α-螺旋向β-折叠的转变,强化了蛋白分子间的聚集。此外,较高浓度的Na Cl可以诱导球蛋白通过二硫键发生共价聚集。而Na2CO3处理时,在较低浓度下即可发生二硫键共价聚集,随着处理浓度(≥500 mmol/L)的增加,二硫键逐渐被破坏,并推测产生非二硫键共价聚集;此外,表面疏水性整体低于未处理样品,这有利于分子间疏水作用的增强。原子力显微镜观察到高浓度碱、盐诱导均能促进球蛋白分子较明显的团聚现象。(2)热处理协同碱诱导能促进球蛋白更广泛的聚集行为。基于上述研究,进一步探究单独热处理以及热处理协同碱、盐诱导对小麦球蛋白聚集行为的影响。结果表明,高温加热(100℃)可诱导球蛋白通过二硫键共价聚集;同时,蛋白构象由β-转角向β-折叠转化,进一步强化了分子间的聚集。加热协同Na Cl处理时,除了蛋白构象由α-螺旋和无规卷曲转化为β-转角,其它变化与单独热处理相似。而加热协同Na2CO3处理时,较高温度(≥65℃)可诱导二硫键的还原,同时可能产生不可还原共价聚集;此外,蛋白构象中β-折叠和β-转角均增加,蛋白表面疏水性也整体低于单独热处理以及加热协同Na Cl处理时的结果,这有利于氢键和疏水作用的增强,促进了球蛋白更广泛的聚集行为。(3)添加小麦球蛋白能够影响面团流变和面条加工品质。将小麦球蛋白添加到面粉中,进一步探究球蛋白对面团流变和面条加工品质的影响;并从球蛋白与面筋蛋白相互作用的角度探讨了上述品质变化的内在机理。结果表明,当球蛋白添加量达到1.5%以上时,面团和煮熟面条的刚度/硬度以及最大拉伸阻力均有所增强;当添加量达到3.0%时,煮熟面条的延伸性有所提高。进一步研究发现,在面团体系中,球蛋白倾向于弱化面筋网络结构中的SS键,并主要通过非共价键与SDS-可溶性面筋蛋白相互作用,尤其是疏水相互作用;同时,通过CLSM观察到一个相对刚性的蛋白网络微观结构,这可能是上述面团品质变化的主要原因。此外,经烹煮后,添加球蛋白的面条其蛋白提取率均降低,这说明烹煮加速了球蛋白与面条蛋白网络的共聚集;且当添加量达到3.0%时,蛋白质构象由β-折叠和无规卷曲转化为具有延展结构的β-转角。这可能是球蛋白添加导致面条比面团延伸性进一步增强的原因。(4)碱、盐诱导强化了球蛋白对面团加工品质的改善效果,尤其是碱诱导下。基于上述研究,进一步探究碱、盐诱导下,球蛋白在面团加工中功能特性的变化;并探讨蛋白间的相互作用机制。结果表明,与单纯添加球蛋白相比,在碱(0.5%Na2CO3)诱导下添加球蛋白后面团的G’和G"明显增高,而tanδ下降,说明碱诱导强化了球蛋白对面团加工品质的改善效果;而在盐(2%Na Cl)诱导下,这种强化作用不如碱明显。进一步研究发现,在面团体系中,添加球蛋白使面团蛋白表面疏水性降低了38.71%,这有利于蛋白间疏水作用的增强。而在碱、盐诱导下,球蛋白的添加使得这一疏水作用均进一步减弱,但同时蛋白构象中β-折叠结构分别增加了3.17%和1.68%,这意味着蛋白间氢键作用增强;此外,碱诱导下球蛋白和面筋蛋白之间还发生了二硫键共价作用。上述结构变化的综合影响与CLSM观察到的蛋白质网络结构明显的聚合现象密切相关,而这可能是碱显著改善球蛋白功能特性的主要原因。(5)加热协同碱诱导进一步强化了球蛋白对最终面条品质的改善效果。基于上述研究,进一步探究碱、盐诱导下,添加球蛋白对煮熟面条品质的影响。结果表明,在碱诱导下,球蛋白显著增强了煮熟面条的硬度和咀嚼度,同时弹性和回复性也增加;此外,相比于面团的拉伸特性变化,煮熟面条的延伸性得到较明显改善,由此推断加热协同碱作用进一步改善了球蛋白的功能特性;而加热协同盐的改善作用不如碱明显。通过对比研究添加球蛋白的面条烹煮前后蛋白的交联类型和程度发现,加热和碱协同诱导能够进一步促进面条蛋白间的二硫键共价交联;同时可能产生了不可还原共价交联,并且认为后者对面条蛋白网络交联的贡献可能大于前者。此外,进一步探究蛋白间非共价作用的贡献,研究表明,加热和碱协同诱导下,添加球蛋白促进了面条蛋白中β-折叠结构的显著增加,这有利于分子间氢键作用的增强,进一步强化了面条蛋白网络结构,改善了煮后面条的品质。而静电和疏水作用的贡献均较弱。
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