菊粉对面筋蛋白热诱导凝胶的影响及作用机制研究

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将菊粉添加到面制品中以提高人们日常饮食中膳食纤维摄入量,是近年来研究的热点,但在实际加工中添加菊粉还影响了面团和面制品的最终品质。目前的研究关于菊粉自身(如分子质量、添加量)、加工条件(如温度、水分、酸碱、盐离子等)以及面筋蛋白组分(麦醇溶蛋白、麦谷蛋白)对面筋蛋白性质影响及其影响机制方面的相关研究报道较少。因此,本文以面筋蛋白为原料,探究了3种分子质量的菊粉(419、1020和3359 Da)对面筋蛋白热诱导凝胶的品质及结构等的影响,进而研究菊粉与面筋蛋白的两个主要组分(麦谷蛋白和麦醇溶蛋白)的作用情况,以探究影响规律及其机理,以期为菊粉在面制品中的深入应用和高品质产品开发提供基础数据。主要的结果如下:1、菊粉分子质量和添加量对面筋蛋白热诱导凝胶特性影响的研究。将3种不同分子质量的菊粉(Mw为419、1020和3359 Da)在不同添加量(0、10%、20%、30%、40%)下与面筋蛋白形成热诱导凝胶,并对其流变学、质构以及结构特性进行研究,结果发现:菊粉抑制面筋蛋白的变性交联,减少面筋蛋白分子交联,但其赋予体系强黏度最终形成了G’、G”和tanδ更大的菊粉-面筋蛋白热诱导凝胶,它是一种质地柔软的凝胶,因为它的硬度、内聚性、咀嚼性、回复性减弱。面筋蛋白的持水力随菊粉分子质量、添加量的增大而降低。3种菊粉均导致凝胶的疏水相互作用减少,中、高分子质量还导致凝胶中的离子键减少,氢键增加。3种菊粉热诱导后面筋蛋白表面疏水性指数H0降低,二硫键减少,当菊粉添加量为40%时,低、中、高分子质量菊粉分别使面筋蛋白H0(17104)降低至14594,11869和9866,二硫键分别降低了31.8%、68.1%和78.2%。3种菊粉使面筋蛋白二级结构中β-折叠减少,无规则卷曲增加;菊粉还使面筋蛋白的二硫键构型也由g-g-g构象转换成稳定性弱的t-g-t和t-g-g结构,说明菊粉导致面筋蛋白结构无序性增加,稳定性减弱。凝胶电泳表明中、高分子质量的菊粉主要影响30~35 k Da的面筋蛋白分子交联聚集。总之不同分子质量的菊粉对面筋蛋白热诱导凝胶影响效果顺序为高分子质量菊粉>中分子质量菊粉>低分子质量菊粉,归因于分子质量大能更大程度地改变面筋蛋白分子的折叠与聚集,弱化疏水相互作用以及二硫键,从而导致复配凝胶的软化。2、菊粉分子质量和添加量对面筋蛋白热诱导凝胶特性影响机制的研究。通过研究不同分子质量(419、1020和3359 Da)、不同添加量(0、10%、20%、30%、40%)的菊粉对麦醇溶蛋白、麦谷蛋白热诱导后复配物的理化和结构特性影响,进一步探究菊粉与它们之间的相互作用,明晰菊粉对面筋蛋白凝胶的影响机理。结果表明:3种不同分子质量的菊粉都导致麦谷、麦醇溶蛋白的H0降低、二硫键减少。菊粉与麦谷蛋白发生强相互作用,导致色氨酸的静态猝灭。高Mw菊粉使麦醇溶蛋白30~35 k Da的条带加深,而3种菊粉减少了30~35 k Da的低分子量麦谷蛋白亚基的条带强度。菊粉添加导致麦醇溶蛋白、麦谷蛋白的酪氨酸残基都倾向于内部包埋,这不利于蛋白分子间的聚集。3种菊粉可以促使两种蛋白的二硫键稳定构型g-g-g减少伴随不稳定构型t-g-g、t-g-t的单独或共同增多。3种菊粉后引起麦醇溶蛋白的无规则卷曲增多,而α-螺旋或β-折叠不同程度的减少;菊粉使麦谷蛋白的α-螺旋和β-转角增大,β-折叠和无规则卷曲减少。菊粉打破了麦醇溶蛋白原本紧密光滑的结构,也削弱和打断了麦谷蛋白之间交联,并导致局部出现结构断裂,菊粉-麦醇溶蛋白热诱导物的热稳定性高于菊粉-麦谷蛋白,这也与后者更加开放和脆弱的结构有关。菊粉对面筋蛋白凝胶的影响是由于它分别对麦醇溶、麦谷蛋白的影响共同产生的,但在热诱导下它对麦谷蛋白的影响更强,因此菊粉面筋蛋白热诱导凝胶的影响更多取决于菊粉对麦谷蛋白的影响。3种菊粉对麦醇溶、麦谷蛋白的影响效果顺序为高分子质量菊粉>中分子质量菊粉>低分子质量菊粉。3、菊粉分子质量、添加量与面筋蛋白凝胶品质相关数据模型的建立。以面筋蛋白凝胶质构特性、持水力、分子间作用力、H0、二硫键含量为考察指标来研究菊粉分子质量和添加量对面筋蛋白凝胶的影响关系。结果表明:凝胶持水力、表面疏水性指数的影响顺序为菊粉添加量>菊粉分子质量>交互作用,其余指标的影响均为菊粉分子质量>添加量>交互作用。进一步进行数据拟合建立了各指标与菊粉分子质量和添加量之间的多项式方程。采用15%的高分子质量菊粉进行验证,各个指标的预测值和实测值的误差较小,拟合模型具有一定的实用性。通过主成分分析建立了凝胶品质综合评价指标与各指标的关系式F=-0.106X1+0.24X2+0.023X3+0.284X4+0.036X5-0.089X6-0.105X7+0.216X8+0.04X9+0.148X10。结论:3种分子质量的菊粉弱化面筋蛋白热诱导凝胶品质的顺序为:高分子质量菊粉>中分子质量菊粉>低分子质量菊粉。分子质量大的菊粉可以与麦谷蛋白发生强相互作用阻碍麦谷蛋白的分子间交联,并破坏麦醇溶蛋白分子内折叠与分子间交联,因此使面筋蛋白的稳定性减弱。此外,还成功建立了面筋蛋白凝胶品质相关指标y与菊粉分子质量(x1)、菊粉添加量(x2)的一阶或高阶模型方程,并能够用于预测菊粉对面筋蛋白凝胶品质相关指标的影响,最后建立了一个评价面筋蛋白凝胶品质的综合指标模型。
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