低聚果糖抑制冷冻混合谷物面团中面筋蛋白理化与结构劣变的机制研究

【编辑推荐】本研究针对冷冻藜麦-小麦混合面团在长期冻存中因面筋蛋白解聚、酵母活性下降及淀粉重结晶导致的品质劣变问题，通过添加不同浓度低聚果糖(FOS)，发现0.4% FOS可通过稳定二硫键和α-螺旋/β-折叠结构显著维持面团基质完整性，使冻存90天后的面包硬度降低36.61%、比容增加46.19%，为高营养藜麦面团工业化应用提供新策略。

　　

冷冻食品工业面临的核心挑战在于长期低温储存导致的面团品质劣变，这一现象在富含营养但无麸质的藜麦面团中尤为突出。冰晶形成会破坏面筋网络结构，引发蛋白质解聚、淀粉分子重结晶以及酵母细胞损伤，最终导致烘焙产品质地硬化、体积收缩等缺陷。尽管已有研究尝试通过多糖或肽类添加剂改善冷冻面团稳定性，但对低聚果糖(FOS)这类兼具益生元功能和分子保护作用的物质研究仍不充分。

甘肃祁连农场有机农业发展有限公司等机构的研究团队在《Food Chemistry》发表的研究中，系统探究了FOS对藜麦-小麦混合面团冻存稳定性的影响机制。研究采用蛋白质分子量分布分析、游离巯基/二硫键定量、傅里叶变换红外光谱(FTIR)等技术，结合流变学测试和扫描电镜观察，发现0.4% FOS添加组能通过三重保护机制显著延缓品质劣变：稳定面筋蛋白的β-折叠和α-螺旋二级结构，减少冻存过程中分子量<10 kDa的小肽段生成达28.7%；增强蛋白质与水分子间的氢键作用，使自由水含量降低19.4%；维持酵母发酵活力，使面团最终pH值稳定在4.82±0.03。

关键实验技术
研究采用响应面法优化藜麦粉添加比例(45%)，通过SDS-PAGE电泳分析蛋白质分子量分布，差示扫描量热仪(DSC)测定游离水含量，X射线衍射(XRD)表征淀粉结晶度变化，并建立Pearson相关性模型量化各因素对品质影响的贡献率。

研究结果

1. 发酵特性：0.4% FOS使面团总滴定酸度(TTA)提升至4.37 mL，显著高于对照组3.12 mL(p<0.05)，表明其能维持酵母代谢活性。
2. 蛋白质结构：FTIR显示FOS使β-折叠含量从冻存前的31.2%稳定至29.8%，而对照组降至26.5%，证实其对蛋白质二级结构的保护作用。
3. 水分分布：低场核磁共振(LF-NMR)检测发现FOS将结合水比例从82.4%提升至87.3%，有效抑制冰晶生长。
4. 烘焙性能：冻存90天后，0.4% FOS组面包比容达3.72 cm³/g，较对照组(2.55 cm³/g)提升46.19%，且硬度从2856 g降至1809 g。

结论与意义
该研究首次阐明FOS通过"水替代"和"分子脚手架"双重机制保护冷冻面团：其β-(1,2)糖苷键结构能竞争性结合水分子，抑制冰晶对蛋白质的机械损伤；同时羟基基团与面筋形成氢键网络，维持α-螺旋/β-折叠构象稳定性。这一发现为开发高营养冷冻面团产品提供了理论依据，尤其对推动藜麦等无麸质谷物在烘焙工业中的应用具有重要实践价值。