小麦粉中不同谷蛋白含量对冷冻面团流变学特性及结构稳定性的影响机制研究

为解决冷冻面团在长期储存中因谷蛋白网络破坏导致的品质劣变问题，研究人员通过对比高、中、低三种谷蛋白含量小麦粉制作的冷冻面团，结合流变学测试（G'/G"）、蛋白质二级结构分析（FTIR）和微观形貌观察（SEM），发现高谷蛋白面团在90天冷冻储存后硬度增幅最小（21.82% GMP保留率）、α-螺旋结构稳定性最佳，证实高谷蛋白能有效抑制冰晶对蛋白质网络的破坏。该研究为冷冻食品工业的原料选择提供了科学依据。

　　

冷冻面团技术因其便捷性和长保质期成为烘焙行业的重要选择，但在冷冻储存过程中，冰晶的形成和重结晶会破坏面团中的谷蛋白(gluten)网络结构，导致蛋白质变性、气体保持能力下降，最终影响面团的质地和烘焙品质。尽管已有研究关注冷冻对新鲜面团的影响，但不同谷蛋白含量的小麦粉如何影响冷冻面团的长期稳定性仍缺乏系统研究。这一问题的解决对提升冷冻食品工业的产品质量至关重要。

河北省旱碱小麦加工技术创新中心的研究团队在《International Journal of Biological Macromolecules》发表论文，通过对比高谷蛋白（Shiluan 02-1）、中谷蛋白（Zhengmai 366）和低谷蛋白（Xiaoyan-22）三种小麦粉制作的冷冻面团，结合流变学测试、蛋白质分子结构分析和微观形貌观察，系统揭示了谷蛋白含量对冷冻面团长期储存稳定性的影响机制。

研究采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析蛋白质二级结构变化，流变仪测定储存模量(G')和损耗模量(G")，扫描电镜(SEM)观察微观结构，并测定游离巯基(-SH)和麦谷蛋白大聚体(GMP)含量。所有样本在-18°C下储存90天，定期检测上述指标。

分析结果

1. 小麦粉基础特性：高谷蛋白面粉蛋白质含量达14.46%，显著高于中（11.32%）和低（8.75%）谷蛋白面粉（p<0.05），为后续差异提供物质基础。

2. 流变学与质构特性：高谷蛋白面团在冷冻后硬度增幅最小，弹性(springiness)、黏聚性(cohesiveness)和粘附性(adhesiveness)下降幅度显著低于低谷蛋白面团。其G'和G"的降幅分别为15.8%和12.3%，而低谷蛋白面团达34.7%和29.5%。

3. 分子结构变化：

   • 巯基与GMP：低谷蛋白面团-SH含量从8.34增至18.87 μmol/g（增幅126%），GMP损失86.72%；而高谷蛋白面团-SH仅从10.38增至15.84 μmol/g（增幅52.6%），GMP保留率达78.18%。
   • 二级结构：所有面团α-螺旋减少、β-折叠增加，但高谷蛋白面团α-螺旋保留率最高（62.4%）。相关性分析显示α-螺旋与弹性（r=0.82）、黏聚性（r=0.79）呈正相关，β-折叠与这些特性呈负相关。

4. 微观结构：SEM显示低谷蛋白面团出现明显孔洞和断裂，高谷蛋白面团则保持相对连续的网络结构。

结论与意义
该研究证实高谷蛋白小麦粉能通过以下机制提升冷冻面团稳定性：

1. 分子层面：高谷蛋白含量延缓了蛋白质解聚（表现为-SH增幅小）和GMP降解，维持更多α-螺旋结构，从而保护谷蛋白网络完整性；
2. 宏观层面：上述分子特性转化为更优的流变学性能和质构特性，如更高的弹性和更低的硬度增长。

这一发现为冷冻面团生产中的原料选择提供了直接依据——优先选用高谷蛋白小麦粉可显著延长产品货架期并维持烘焙品质。此外，研究建立的蛋白质二级结构-流变特性关联模型（如α-螺旋与弹性的正相关性）为后续品质调控提供了新靶点。河北省旱碱小麦加工技术创新中心的成果不仅填补了不同谷蛋白含量小麦在冷冻体系中差异研究的空白，也为我国旱区特色小麦的加工应用开辟了新路径。