瓜尔胶调控冻融循环下面团酵母代谢与面筋蛋白结构稳定性的作用机制研究

针对冻融循环导致发酵面团品质劣变问题，研究人员通过添加瓜尔胶（guar gum）探究其对酵母代谢产物（GSH、甘油等）、面筋蛋白结构（二硫键、GMP含量）及面团流变特性的影响。研究发现0.6%瓜尔胶可显著抑制蛋白质解聚，提升面团持气性和稳定性，为冷冻面团工业提供关键技术支撑。

　　

在食品工业中，冷冻发酵面团因其便于标准化生产和配送的优势，被广泛应用于馒头、面包、包子等面制品的生产。然而，在生产和储运过程中，温度波动导致的反复冻融循环（freeze-thaw cycles, FT）会严重破坏面团品质。冰晶的形成和重结晶会损伤酵母细胞活性，破坏面筋蛋白网络结构，导致面团发酵能力下降、持气性减弱，最终使产品质地和外观劣化。尽管已有研究尝试通过添加多糖、酶制剂或乳化剂来改善冷冻面团品质，但关于瓜尔胶（guar gum）这一天然亲水胶体在冻融过程中对发酵面团的系统保护机制仍缺乏深入探讨。

为系统解析瓜尔胶在冻融过程中对发酵面团品质的影响机制，河南工业大学食品科学与技术学院的贾欣郑、谢东东等人开展了一项综合研究，成果发表于《Food Chemistry: X》。研究通过分析酵母代谢产物（如还原糖、乙醇、甘油、谷胱甘肽GSH）、面团理化特性（湿面筋含量、拉伸特性、发酵流变学）、蛋白质理化性质（二级结构、表面疏水性、游离巯基、二硫键、谷蛋白大聚体GMP含量）以及面团微观结构等多项指标，揭示了瓜尔胶在冻融过程中的作用效果及最优添加比例。

在研究过程中，作者团队采用了多项关键技术方法：首先通过冻融循环模拟（FT0、FT4、FT8组）结合瓜尔胶梯度添加（0–1.2%）构建实验体系；利用高效液相色谱等技术测定酵母代谢产物；采用质构分析仪和发酵流变仪（Rheofermentometer F3）评估面团拉伸特性和发酵气体动力学；通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析蛋白质二级结构；借助扫描电子显微镜（SEM）观察面团微观结构；使用低场核磁共振（LF-NMR）分析水分分布状态；并通过体外模拟胃肠消化模型评估蛋白质消化率。所有数据均通过三重重复实验和统计学分析（ANOVA）验证。

3.1. 酵母代谢产物、pH和总酸度分析

研究显示，冻融循环导致还原糖含量先降后升，甘油和GSH含量显著增加，表明酵母在应激状态下代谢途径发生改变。添加瓜尔胶后，GSH含量降低，说明瓜尔胶可能通过保护酵母细胞膜完整性减少GSH泄漏，从而减轻其对面筋蛋白的还原破坏作用。

3.2. 面团发酵流变学特性

冻融后面团最大发酵高度（Hm）和总气体产量（Vt）下降，但持气率（Vr）上升。添加0.6%瓜尔胶的组别在FT0和FT8条件下表现出最高的CO₂产量和面团高度，表明瓜尔胶增强了面团的气体保持能力和结构稳定性。

3.3. 湿面筋含量与拉伸特性

冻融导致湿面筋含量和拉伸力显著下降，而瓜尔胶的添加显著提升了面筋含量和拉伸强度，尤其在FT4和FT8组中0.6%添加量效果最优，说明其能有效缓解冻融对面筋网络的破坏。

3.4. 分子间作用力

冻融后离子键、氢键和疏水相互作用增强，蛋白质结构趋于无序。瓜尔胶的添加促进了氢键形成，抑制了疏水相互作用，增强了面团内部结构的连续性和弹性。

3.5. 面团微观结构

SEM图像显示，冻融后面团出现明显断裂和层状结构，而瓜尔胶添加组面团结构更致密，淀粉颗粒被紧密包裹，表明瓜尔胶填充了面团三维网络，增强了结构完整性。

3.6. 蛋白质分子量分布

SDS-PAGE结果显示，冻融后低分子量蛋白条带增强，表明蛋白质发生解聚。瓜尔胶添加抑制了高分子量谷蛋白亚基的降解，尤其在0.6–1.2%添加量下效果显著。

3.7. 蛋白质二级结构

冻融后β-折叠含量下降，无规卷曲含量增加，蛋白质结构无序化。瓜尔胶促进了α-螺旋和β-折叠的形成，抑制了无规卷曲转化，增强了蛋白质结构稳定性。

3.8. 表面疏水性与二硫键

冻融后蛋白质表面疏水性增加，游离巯基（SH）含量上升，二硫键（S–S）含量下降。瓜尔胶添加显著提升了二硫键含量，降低了游离巯基和表面疏水性，表明其能促进蛋白质交联和结构稳定。

3.9. GMP含量与水分分布

冻融后GMP含量显著下降，自由水（A23）比例增加。瓜尔胶添加显著提升了GMP含量，降低了自由水比例，并通过氢键作用限制了水分迁移，抑制了冰晶生长。

3.10. 体外蛋白质消化率

瓜尔胶添加初期降低了胃阶段蛋白质消化率，但肠道阶段消化率显著提升，尤其在0.6%添加量下消化最充分。表明瓜尔胶通过稳定面筋网络和改善面团结构，增强了蛋白质的酶解可及性。

结论与意义

本研究系统揭示了瓜尔胶在冻融循环下通过调控酵母代谢、增强面筋蛋白网络稳定性、抑制蛋白质解聚和水分迁移等多途径改善发酵面团品质的作用机制。最优添加量为0.6%，该条件下面团持气性、拉伸特性和消化性能均显著提升。研究成果不仅为冷冻面团工业提供了关键技术参考，也为多糖类食品添加剂在面制品中的应用提供了理论依据。此外，通过体外消化模型发现瓜尔胶可改善蛋白质营养利用率，拓展了其在健康食品领域的应用潜力。