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大麦β-葡聚糖微凝胶热诱导融渗影响小麦蛋白交联的机理及应用

黄泽华  
【摘要】:大麦的全球产量在谷物中占第四位,并富含功能性β-葡聚糖。大麦β-葡聚糖(BBG)能够提供多种健康功效,如降低血浆胆固醇和血糖控制等,已经被美国FDA和欧盟批准了关于其降低血浆胆固醇、餐后血糖以及促进肠道健康等功效的健康声称。BBG原料来源丰富,功效显著,市场广阔,在食品工业中极具开发前景。然而,BBG会弱化面筋网络结构,造成面制品质构变硬、口感粘腻、体积减小、色泽变暗等,BBG造成面制品感官品质的劣变是其在食品中应用的主要限制因素。因此,探讨BBG与面筋蛋白相互作用的机理,对BBG及面筋蛋白的开发利用具有重要意义。首先,采用高速离心涡旋破壁(HSCV)法和传统方法对BBG进行提取。HSCV可在浸提过程中粉碎大麦细胞壁促进BBG溶出,提高浸提效率并缩短浸提时间。流变测试结果表明,BBG溶液属于假塑性流体,表现出明显的剪切变稀行为,且受BBG溶液浓度影响显著。对比HSCV提取和传统提取法得到的BBG的理化性质可知,HSCV法提取降低了BBG溶液的黏度和粒径分布范围,200-500 nm范围内的粒子含量达到了75%以上。虽然HSCV法提取的BBG无定形结构更疏松,热稳定性降低,但未造成BBG分子链的一级结构的改变。不同提取方法可通过对BBG分子链的高级结构、分子聚集状态的改变引起BBG流变学性质变化。HSCV法提高了BBG的提取效率,适于BBG的大规模生产。随后研究了BBG对小麦粉糊化特性、面团流变性质以及面团在加热过程中热化学反应进程的影响,分析BBG对面筋蛋白质构弱化的机理。结果表明,BBG添加量在1%-5%时具有抑制淀粉糊化的作用,提高了小麦粉的糊化温度,降低了其峰值黏度、最低黏度、终值黏度。在小麦面团中添加BBG增加了面团的动态模量(G',G"),tanδ表现出先增高后降低的趋势;在加热过程中,tanδ变化则与添加量负相关,BBG降低了面团热处理后的黏弹性;差示扫描量热(DSC)分析结果表明,添加BBG迟滞了面团中热化学反应,使其反应峰向高温区移动;高效液相凝胶色谱(SE-HPLC)分析结果显示添加BBG主要影响了麦谷蛋白和麦醇溶蛋白SDS可萃取性,对清蛋白和球蛋白影响较小。采用十二烷基磺酸钠-聚丙烯酰氨凝胶电泳(SDS-PAGE)分析面筋蛋白的亚基变化情况,发现BBG对不同相对分子质量面筋蛋白亚基的影响具有一定的选择性。通过分析加热过程中面团的荧光显微结构,发现BBG在面团中于低温下形成微凝胶,在加热过程中BBG微凝胶融化穿插到面筋网络结构中,阻碍了面团中的热化学反应进程,使淀粉糊化、蛋白变性交联等迟滞到更高的反应温度。然后进一步分析了BBG的强吸水性诱导的面团中水分再分布对面筋蛋白聚合的影响。快速黏度分析和Mixolab分析结果表明,BBG增加了小麦粉的吸水率、增强了面团的保水性,然而面筋蛋白的弱化度增加,稳定时间减小;BBG阻碍了面团中淀粉的糊化,具有抑制淀粉回生的作用;热重分析(TGA)结果表明,添加BBG使弱结合水损失温度增加,强结合水损失温度降低。加入BBG后,面团的TGA总质量损失平均降低了2.11%。在50%的加水量下,BBG增加了DSC可冻结水含量;而在高加水量时(60%和70%),BBG降低了DSC可冻结水的含量。低场核磁共振分析(LF-NMR)结果显示,在相同的加水量下,添加BBG增加了面团中水分的弛豫时间T21,降低了T22。表明BBG在面团中降低了强结合水的结合强度,却增加了弱结合水的结合强度,使水分分布趋向均一化。在低于55°C时,添加BBG显著降低了面团中游离巯基的浓度;在加热过程中,游离巯基被活化,随着温度的升高添加BBG面团的游离巯基浓度降低。最后,制备BBG和面筋蛋白复合体系,研究了BBG与面筋蛋白在水相分散系中的直接相互作用,并与挤压改性处理的面筋蛋白相对比。LF-NMR结果发现,当水分过量时,添加BBG主要通过增加面筋蛋白在水相中对弱结合水的束缚能力,BBG显著增加了挤压谷朊粉和原谷朊粉的持水性和可冻结水含量。挤压处理增加面筋蛋白在水中均质过程的溶出,但并不能增加面筋蛋白真实溶解度。热重分析显示,与面筋蛋白相比,BBG和面筋蛋白复合体系的热分解温度较低,这表明面筋蛋白的交联聚合度降低。面筋蛋白经挤压处理后与BBG溶液均质形成的复合体系外观更均匀细腻,持水性较高,BBG赋予了复合体系黏滑的口感和咀嚼回弹触感。利用BBG弱化面筋蛋白交联以及BBG的增稠乳化特性,为多糖-面筋蛋白脂肪模拟物的制备和应用提供了新思路。


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