瓜尔胶改善冻融循环下面团的发酵特性与蛋白质理化性质研究及其机制

本研究针对冻融循环导致冷冻面团品质劣变的问题，系统探究了瓜尔胶（Guar Gum）对发酵面团中酵母代谢物、蛋白质结构及面团特性的影响。结果表明，0.6%的瓜尔胶添加可显著提升面团持气性（Vr）、湿面筋含量和二硫键（S–S）形成，抑制谷胱甘肽（GSH）引起的面筋大聚体（GMP）解聚，有效维持蛋白质二级结构稳定性，为冷冻面团品质改良提供了理论依据和技术支撑。

　　

在现代化面制品工业中，冷冻面团技术因其便于规模化生产、标准化品质控制和降低分销成本等优势，被广泛应用于馒头、包子、面包和饺子等产品的生产。然而，在实际生产和储运过程中，温度波动导致的反复冻融循环（Freeze-Thaw Cycles, FT）会引发面团品质的显著劣变。冰晶的形成、融化和再结晶过程会破坏酵母细胞活性，导致面筋蛋白网络结构受损，进而影响面团的发酵能力、气体保持性和最终产品的质构特性。

为解决这一行业痛点，河南工业大学食品科学与技术学院的郑佳欣、谢东东等人开展了一项深入研究，探讨了瓜尔胶这一亲水性天然多糖对冻融循环下发酵面团品质的改善作用与机理。相关研究成果发表在《Food Chemistry: X》上。

研究通过模拟冻融循环（设置FT0、FT4、FT8三个冻融周期），并添加不同比例（0.3%–1.2%）的瓜尔胶，系统分析了面团在冻融过程中的酵母代谢物变化、蛋白质理化特性、面团流变学特性以及微观结构的变化。

在研究过程中，团队运用了多项关键技术方法：采用冻融循环处理模拟实际温度波动；利用 Rheofermentometer 测定面团发酵流变特性；通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析蛋白质二级结构；采用荧光探针法测定蛋白质表面疏水性；使用Ellman’s试剂法测定游离巯基和二硫键含量；通过 SDS-PAGE 电泳分析蛋白质分子量分布；并结合扫描电子显微镜（SEM）观察面团微观结构；最后通过体外模拟消化模型评估馒头蛋白消化率。样本为商业采购的高筋小麦粉，实验在控制条件下进行。

3.1. 酵母代谢物含量、pH和总酸度

研究发现，冻融循环导致还原糖含量先降后升，乙醇含量在FT4时升高、FT8时降低，而甘油含量随冻融次数增加而上升，表明酵母在应激状态下代谢途径发生改变。添加瓜尔胶后，酵母对还原糖的利用能力增强，谷胱甘肽（GSH）含量显著降低，说明瓜尔胶有助于维持酵母活性，减少GSH对面筋网络的破坏。

3.2. 发酵流变学特性

冻融后面团最大发酵高度（Hm）和总产气量（Vt）下降，但持气率（Vr）上升。瓜尔胶的添加，尤其是在0.6%浓度下，显著提高了面团的Hm、Vt和Vr值，表明其增强了面团的气体保持能力和发酵稳定性。

3.3. 湿面筋含量和拉伸特性

冻融循环导致湿面筋含量和拉伸力下降，而瓜尔胶的添加有效逆转了这一趋势，显著提升了面筋含量和面团强度，其与蛋白质的氢键相互作用可能是主要原因。

3.4. 分子间作用力

冻融使离子键、氢键和疏水相互作用增强，而瓜尔胶的加入改变了这些作用力的分布，在FT4时增强了氢键、减弱了疏水作用，在FT8时则强化了离子键，表明瓜尔胶在不同冻融阶段通过不同机制稳定面团结构。

3.5. 面团微观结构

扫描电镜结果显示，冻融后面团出现明显断裂和层状结构，而瓜尔胶使面团结构更致密、连续，淀粉颗粒被更好包裹，证明了其填充和稳定三维网络的作用。

3.6. 蛋白质分子量

SDS-PAGE 显示冻融使低分子量蛋白条带增强，表明蛋白质发生解聚。瓜尔胶的添加抑制了这种解聚，维持了高分子量 glutenin 亚基的稳定性。

3.7. 蛋白质二级结构

冻融使β-折叠减少、无规卷曲增加，蛋白质结构趋于无序。瓜尔胶，特别是0.6%添加组，促进了β-折叠的形成，减少了无规卷曲，有助于维持蛋白质有序结构。

3.8. 蛋白质表面疏水性及巯基/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，表明蛋白质变性展开。瓜尔胶处理显著提高了二硫键含量，降低了游离巯基，增强了面筋蛋白的交联网络稳定性。

3.9. 面筋大聚体（GMP）含量与水分分布

冻融循环导致GMP含量下降，自由水（A23）比例增加。瓜尔胶的添加显著提升了GMP含量，降低了自由水比例，说明其通过抑制水迁移和促进二硫键形成，保护了面筋网络的完整性。

3.10. 馒头体外蛋白消化率

在胃消化阶段，瓜尔胶降低了蛋白质消化率，可能与它促进蛋白质聚集有关；而在肠消化阶段，0.6%瓜尔胶添加组的蛋白消化率最高，表明其改善了馒头的内部结构，提高了消化酶的可及性。

本研究得出结论，在冻融循环下，瓜尔胶通过调控酵母代谢、增强面筋蛋白网络结构稳定性、抑制蛋白质解聚和促进二硫键形成，有效改善了冷冻面团的发酵特性和理化品质。其中，0.6%的添加量为最优条件。该研究不仅为瓜尔胶在冷冻面团中的应用提供了扎实的理论基础，也为开发高品质冷冻面制品提供了新的技术思路，对推动面制品工业的可持续发展具有重要意义。