γ-聚谷氨酸对冻藏谷蛋白水合及结构的影响（一）

小麦面筋蛋白又称谷朊粉，被认为是控制小麦制品的最重要的组成部分，并对其加工性能起主要作用。谷蛋白和麦醇溶蛋白是小麦面筋蛋白中两种主要蛋白，占小麦总蛋白的85%以上，其充分吸水可形成蛋白网络结构，使其面筋蛋白具有弹性及黏性等特质，并直接影响面制品品质。谷蛋白是由多个亚基通过链外二硫键聚合形成的聚合体蛋白，分子质量约40～300ku，其中包含低分子质量（LMW）和高分子质量（HMW）谷蛋白亚基，同时谷蛋白在控制面团弹性和强度方面起着关键作用。现阶段有研究表明，冷冻面团中面筋蛋白的劣变可能是谷蛋白聚合物的复杂结构和分子质量分布以及因冷冻引起的构象重排和水再分配等原因所致。先前的研究也表明冻藏期间谷蛋白大分子（GMP）会出现不同程度的解聚现象，从而影响面团特性及其制品品质。

γ-聚谷氨酸（γ-PGA）是由D-谷氨酸和L-谷氨酸通过α-氨基和γ-羧基聚合而成的直链氨基酸聚合物，因具有良好的增稠性、吸水性、抗冻性及可食用性等特点而被广泛应用于食品工业。Lim等在美式甜甜圈中添加γ-PGA使得甜甜圈吸油量降低5倍左右，且孔隙度及感官等多方面体现出更好的状态。姬晓月等的研究发现γ-PGA可减少可冻结水的增加，阻碍淀粉结晶，从而保护冷冻面团微观结构，使煮后的速冻水饺皮具有较佳的质构特性，改善速冻水饺的感官特性，γ-PGA还可抑制面筋蛋白在冻藏期间的劣变。为明确γ-PGA在冻藏期间在面筋蛋白中的作用机制，本试验通过核磁共振仪器（NMR）、傅里叶红外仪（FIＴR）、差示扫描量热仪（DSC）、动态流变仪（DHR）和扫描电子显微镜（SEM）测定冻藏过程中谷蛋白的保水力、水分子分布、蛋白二级结构、热力学及流变学特性、微观结构，研究γ-PGA在冻藏期间对谷蛋白水合及结构的影响，为探究γPGA在减缓面筋蛋白冻藏中劣变机理提供基础数据。

1材料与方法

1.1材料

面筋蛋白，购自一加一天然面粉有限公司，蛋白质含量82%；γ-聚谷氨酸，购自西安四季生物科技有限公司。

1.2仪器与设备

Flexi-Dry冷冻干燥机，美国FＴSSYSＴEM公司；DHR-2旋转流变仪，美国ＴA仪器有限公司；MicroMR型核磁共振仪，上海纽迈电子科技有限公司；QUANＴAFEG250型场发射扫描电镜，美国FEI公司；ＴENSORⅡ型傅里叶红外光谱仪（FIＴR），布鲁克科技有限公司；DSC-214型差示扫描量热仪，耐驰科学仪器商贸（上海）有限公司。

1.3方法

1.3.1样品制备及冻藏

采用Wang等的方法制得谷蛋白，将其冷冻干燥后粉碎备用。将1g谷蛋白粉与1.5mL的水均匀混合（谷蛋白与水按4∶6质量比混合），整个混合过程为避免蛋白局部结块现象采用混漩涡振荡的方式。试验设置空白组和γ-PGA组，γ-PGA组中加入占谷蛋白质量1%的γ-PGA。将制得的湿谷蛋白块置于4℃保温箱平衡1h后于-40℃低温速冻2h，后置于-18℃下冻藏0，1，3，5和7周，即为冷冻谷蛋白。在冻藏不同周期后，部分样品于室温解冻2h后直接测定，部分样品采用冷冻干燥处理后经粉碎、研磨，过120目筛后放置于干燥器中备用。

1.3.2谷蛋白保水力测定

谷蛋白保水力计算公式为：M=m₁-m₂

式中M——谷蛋白保水力，g；m₁——不同冻藏周期的谷蛋白质量，g；m₂——不同冻藏周期谷蛋白在105℃烘箱内烘至恒重后质量，g。

1.3.3谷蛋白中水分分布测定

谷蛋白弛豫时间T2测定参考Zhang等的方法稍作修改，参数设置：共振频率22MHz，磁体温度32℃，90°脉冲时间P90为18μs，180°脉冲时间P180为36μs，采样点数ＴD为416616，累加次数NS为32，回波个数NECH为5000，数字增益DRG为3。

1.3.4谷蛋白二级结构测定

采用傅里叶红外仪对蛋白二级结构进行测定，参数设置：扫描范围400～4000cm^-1；扫描256次；分辨率4cm^-1。其中1615～1637cm^-1和1682～1700cm^-1为β-折叠；1646～1664cm^-1为α-螺旋；1637～1645cm^-1为无规卷曲；1664～1681cm^-1为β-转角。

1.3.5谷蛋白热力学特性测定

准确称取5mg谷蛋白冻干后的样品，密封在DSC专用坩埚内，以空坩埚作为对照。程序设定为：初始温度20℃，升温速度5℃/min，最终温度100℃，面筋蛋白变性起始温度（T0）、变性峰值温度（Tp）及焓变（ΔH）通过耐驰公司系统软件分析计算。

1.3.6谷蛋白流变学特性测定

将冻藏不同周期的谷蛋白于室温下解冻2h后，采用旋转流变仪测定动态流变学特性。平板直径为40mm，测量间隙为1.2mm，下压平板后用塑料刀对多余谷蛋白进行切除修边处理，表面涂硅油防止水分挥发。扫描频率范围为0.01～100Hz，应力设置为1%，测定温度为25℃。

1.3.7谷蛋白微观结构观察

取冷冻干燥后样品的中心部位，制成5mm×5mm×5mm体积后表面喷金，在扫描电镜进行1000倍观察。

1.3.8数据分析

用SPSS22.0对数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1γ-PGA对谷蛋白保水力的影响

γ-PGA对谷蛋白保水力影响如图1所示。可知谷蛋白未冻藏时，其添加1%的γ-PGA能有效提升其保水能力。随着冻藏时间延长，两组均呈现保水力下降，空白组在冻藏0至1周期间保水力急剧下降至0.003g左右，之后下降趋势趋于平缓。而γ-PGA组的谷蛋白在冻藏7周后其保水力仅下降了0.015g左右，相比空白组保留了更多水分。这是因为γ-PGA中大量羧基使其具有极强的吸水性，冻藏期间很好地锁住了水分，抑制了水分流失。Shyu等通过在面团中添加γ-PGA得知其可有效增强面团持水性能，在后续研究中发现面筋蛋白持水能力随γ-PGA浓度的增大而提升。试验结果表明γ-PGA可促使谷蛋白保留更多水分。

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