多频超声技术是一种新型的物理加工技术,已有的试验发现,超声波技术在酶解反应、生物大分子的改性和生物化学反应中,展示了其广泛的应用前景。目前,超声制备的研究主要是高功率单频超声间歇制备,但因为单频超声能耗较高、噪音大、通用性差等问题,影响其工业规模应用的推广。多频率组合的空化效应是多个单频超声的组合,其效果优于单频超声,而且能量效率比单频高得多。小麦面筋蛋白是一种氨基酸种类丰富、价格低廉的天然植物性蛋白原料,在食品领域有很大的应用价值。但由于面筋蛋白分子内含有较多的疏水性氨基酸,其溶解性、乳化性、起泡性等功能特性较差,从而限制了在某些食品工业领域的应用。面筋蛋白是小麦粉中重要的组成组分,它的质量影响着后期面制产品的品质,所以将面筋蛋白作为功能性食品原料进行开发和利用具有重要的意义。目前有些研究集中在小麦淀粉的性质对面团的影响,而小麦面筋蛋白作为面粉中重要的成分之一,它的性质的改变是否影响面团及其最终产品的质量没有人探讨。随着食品工业的发展,消费者对新面团产品(尤其是具有低面筋蛋白含量和富含其他生理功效因子的面团产品)的需求正在增加。减少面团中面筋蛋白的含量可以降低生产成本,同时通过引入其他生理功效因子来改善面团的功能品质,并丰富面团产品的多样性。杂粮本身不含有面筋蛋白,其形成的面团松散、不易成团、口感较差。因此,大多数杂粮面条为了克服这些缺点和提高面条的烹调、感官品质,往往会添加各种面条改良剂如面筋蛋白等。但,这些添加剂的添加会增加杂粮面条的生产成本。目前还未有通过物理方式改变面筋蛋白的性质,从而进一步影响面团以及后期面制产品的品质特性的研究报道。因此,本文首先研究了多频超声处理改性面筋蛋白-小麦淀粉的模型面团的热机械特性和流变学特性,进一步找出超声处理改性面筋蛋白-小麦淀粉模型面团的品质特性最佳的单频、同步双频组合和同步三频组合超声的改性条件参数,并在此基础上继续研究最佳的单频、同步双频组合和同步三频组合超声处理的面筋蛋白制作面条的蒸煮品质、质构特性和拉伸特性,以期通过减少多频组合超声改性的面筋蛋白在面条中的添加量就能达到普通白面条(面筋蛋白含量为14%)的品质特性,这为杂粮面条行业提供良好的理论基础并且有利于其成本的节约。最后,以面筋蛋白为研究对象,探究了多频超声处理面筋蛋白的内在机理,为前述研究提供理论支持。主要研究结果如下:1、不同频率超声改性面筋蛋白对其面团性质以及面条品质的影响研究。使用单频(20、28、40、68、80 kHz)、同步双频组合(20/40、28/40、68/40、80/40 kHz)和同步三频组合(20/28/40kHz、28/40/68 kHz、28/40/80 kHz)改性面筋蛋白,首先测定了小麦淀粉-改性面筋蛋白模型面团的热机械特性和流变学特性,以面团的吸水率、形成时间、稳定时间、蛋白质弱化度以及面团的粘弹性为评价指标,分别找出具有最佳面团性质的单频超声频率、同步双频超声频率组合和同步三频超声频率组合。然后将最佳多频组合超声改性的面筋蛋白与小麦淀粉按不同比例混合制作成面条,以面条的蒸煮品质、质构特性、拉伸特性等为考察指标,评价面条的品质特性。研究结果表明,不同频率超声处理面筋蛋白均提高了其模型面团的吸水率、形成时间、稳定时间和粘弹性,但均降低了其面团的弱化度、粘度崩解值和回生值。并且40 kHz、28/40 kHz(同步)和28/40/80 kHz(同步)分别是单频超声、双频组合超声和三频组合超声处理面筋蛋白后的模型面团性质较好的超声频率组合。另外,当用添加量分别为12%、11%和10%的单频(40 kHz)、同步双频组合(28/40 kHz)和同步三频超声组合(28/40/80 kHz)处理的面筋蛋白制作出的面条,其蒸煮品质、质构品质和拉伸特性与普通面条相比无显著性差异(p>0.05),说明使用较低量的超声改性面筋蛋白制作出的面条的品质就可达到普通面条(面筋蛋白含量为14%)品质,且效果顺序为同步三频超声组合处理(28/40/80 kHz)>同步双频超声组合处理(28/40 kHz)>单频超声处理(40 kHz);同时也说这明面筋蛋白经超声处理后,其性质和结构发生了变化。2、多频组合超声处理对面筋蛋白理化性质和功能性质的影响研究。使用单频(20、28、40、68、80 kHz)、同步双频组合(20/40、28/40、68/40、80/40 kHz)和同步三频组合(20/28/40kHz、28/40/68 kHz、28/40/80 kHz)改性面筋蛋白,研究了改性面筋蛋白的溶解度、持水性、持油性、乳化性和乳化稳定性、起泡性和起泡稳定性、疏水性以及粒径的变化,分析了多频组合超声处理对面筋蛋白理化性质和功能性质的影响。研究结果表明,经过多频组合超声处理后,面筋蛋白的溶解度、持水性和持油性、疏水性、起泡性和乳化性都发生明显改善(p<0.05),这归因于由于超声的空化作用和机械作用,使面筋蛋白分子结构伸展,导致一些疏水基团和亲水基团的暴露,从而引起这些功能性质的变化。经过超声处理后面筋蛋白的粒径发生明显减小,由197.93±5.28 nm最大降低到110.15±2.61 nm,粒径小的蛋白可能有助于蛋白质迁移至空气-水界面,增加与水的相互作用,从而增加了溶解度和起泡性等性质。另外,40 kHz、28/40kHz和28/40/80 kHz这三个频率组合被证实是面筋蛋白的敏感频率,对面筋蛋白产生的效果最为明显。因为多频组合超声后,消除了空化死角,产生了频率叠加或抵消,频率相互叠加后产生的超声作用就会增强。经过超声处理后的面筋蛋白分子结构松散,一些疏水基团、亲水基团发生暴露,有利于与淀粉发生相互作用,这也是引起面团性质和流变性质发生变化的原因。对多频超声处理的面筋蛋白的功能性指标与面条品质指标和模型面团的混合特性指标进行相关性分析,发现经过超声处理面筋蛋白的功能性主要影响了面条的吸水率、硬度、蒸煮损失、胶着性、咀嚼性、弹性以及模型面团的稳定时间、形成时间和蛋白质的弱化度。3、多频超声处理对面筋蛋白结构特性的影响。使用单频(20、28、40、68、80 kHz)、同步双频组合(20/40、28/40、68/40、80/40 kHz)和同步三频组合(20/28/40 kHz、28/40/68 kHz、28/40/80 kHz)改性面筋蛋白,研究了改性面筋蛋白的紫外吸收强度、荧光强度、拉曼光谱分析、游离巯基和二硫键含量、面筋蛋白的分子量和SEM,以便阐明改性面筋蛋白-小麦淀粉模型面团和模型面条品质变化的结构特性机理。结果显示,经过不同频率组合超声处理改变了面筋蛋白的二级和三级结构。经过超声改性面筋蛋白的紫外吸收强度和荧光强度显著增加,这可能由于超声的空化效应,使得蛋白质发生解折叠,使得一些发色基团暴露(如色氨酸和酪氨酸),增加了面筋蛋白的紫外吸收强度和荧光强度。由拉曼光谱分析得出,α-螺旋结构的相对含量降低,从33.54±0.76%(未处理)降低至21.85±0.88%(28/40/80 kHz),说明面筋蛋白的结构发生伸展,结构变得疏松,这一结论也通过扫描电镜得以证实;色氨酸残基和酪氨酸残基趋于暴露,这也由于面筋蛋白的解折叠作用,使得内部的基团暴露到分子表面,这也解释了疏水性增加的原因。由于超声的空化效应、剪切力等作用,使蛋白质解折叠,使内部的游离巯基基团暴露出来增加了其含量,而二硫键的含量未发生变化,也与SDS-PAGE结果一致。随着超声频率组合数目的增加,空化效果逐渐增加,并且同步三频超声的效果最显著,更能引起蛋白质结构的变化,且效果顺序为同步三频超声组合处理(28/40/80 kHz)>同步双频超声组合处理(28/40 kHz)>单频超声处理(40 kHz)。另外,对多频超声处理的面筋蛋白的结构性指标与面条品质指标和模型面团的混合特性指标进行相关性分析,发现面筋蛋白的功能性质和结构性质与模型面团的热机械特性和面条的品质特性具有高度相关性,这些结果表明多频超声组合处理改变了面筋蛋白的功能特性和结构特性,从而影响了其模型面团的性质。因此,这也揭示可以通过面筋蛋白的功能和结构特性预测模型面团和面条的品质特性。综上所述,多频组合超声改变了面筋蛋白的功能特性和结构性质,从而影响了其模型面团的混合特性和面条的品质特性。