磁场处理对马铃薯渣强化面团中面筋、醇溶蛋白和麦谷蛋白的结构及聚集行为的影响

《Innovative Food Science & Emerging Technologies》:Effect of magnetic field treatment on the structural and aggregation behavior of gluten, gliadin, and glutenin in potato pulp enriched dough

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年08月31日 来源:Innovative Food Science & Emerging Technologies 6.9

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   摘要磁场促进了添加 40% 土豆泥面团(DPP)中更连续且均匀的麦面筋网络的形成。为了阐明其机制,分别研究了麦面筋组分(醇溶蛋白和麦谷蛋白)。磁场处理改善了麦面筋组分的流变学和机械性能。荧光强度增加和表面疏水性降低,表明磁场处理后发生了蛋白质展开。此外,磁场使醇溶蛋白中的氢键

  

摘要

磁场促进了添加 40% 土豆泥面团(DPP)中更连续且均匀的麦面筋网络的形成。为了阐明其机制,分别研究了麦面筋组分(醇溶蛋白和麦谷蛋白)。磁场处理改善了麦面筋组分的流变学和机械性能。荧光强度增加和表面疏水性降低,表明磁场处理后发生了蛋白质展开。此外,磁场使醇溶蛋白中的氢键增加了 68%,麦谷蛋白中的氢键增加了 27.69%,导致构象变化和麦面筋基质重排。磁场使麦面筋组分中巯基的含量降低了 19.32–45.06%,而二硫键和表面疏水性分别增加了 31.71–37.58% 和 17.81–48.35%。此外,磁场抑制了麦面筋聚集体的解聚,从而增加了有序二级结构(β-折叠和α-螺旋)的比例,并增强了热性能。这些变化导致两种组分都形成了更致密和均匀的结构,这归因于分子间二硫键的重排。本研究提供了磁场调控面团产品麦面筋聚合的潜在机制。

引言

小麦粉是蒸馒头、烘焙产品和面条等面团类食品的关键原料。其功能特性在很大程度上依赖于麦面筋,麦面筋贡献了延展性、吸水性和乳化性,从而促进面团的粘弹性和结构强度 (Li, Wang, et al., 2024; Zhang, Ma, et al., 2022)。然而,传统的精磨工艺去除了小麦粉中的重要营养素,包括纤维、蛋白质、维生素和矿物质,引发了对其在食品应用中营养质量的担忧 (Rafique et al., 2023)。为了解决这一问题,各种功能成分,包括多糖、肽、植物粉末以及水果和蔬菜衍生成分,已被添加到蒸馒头配方中以增强其营养特征 (Li, Guo, et al., 2024; Li, Zhang, et al., 2024; Zhao et al., 2024)。其中,土豆引起了相当大的关注,它兼具蔬菜和粮食作物的属性。作为第四大主食,土豆富含淀粉,还含有较高量的膳食纤维、矿物质、维生素和抗氧化剂 (Zhang et al., 2017)。此外,相对平衡的氨基酸组成、营养概况及相关健康益处,使土豆成为主食中替代小麦粉的前景广阔的选择 (Cao, 2023; Ma et al., 2022)。然而,由于土豆不含麦面筋的特性,其富集会稀释麦面筋含量,从而削弱面团的强度和稳定性 (Cao, Zhang, et al., 2020)。鉴于麦面筋在维持面团功能性方面的关键作用,这种削弱效应尤其令人担忧。
为了更好地应对这一挑战,全面理解麦面筋在面团系统中的结构和功能作用至关重要。面团是一个粘弹性系统,由连续的麦面筋网络组成,在发酵过程中包裹淀粉颗粒并保留气体 (Bonilla et al., 2019; Liu, Fan, et al., 2023)。麦面筋由醇溶蛋白和麦谷蛋白组成,它们通过二硫键和非共价相互作用相互连接,形成稳定的网络 (Li et al., 2021)。醇溶蛋白是一种单体蛋白,通过分子内二硫键、疏水相互作用和氢键贡献粘度 (Ortolan et al., 2022)。麦谷蛋白由高分子量和小分子量亚基(HWM-GS 和 LWM-GS)组成,形成负责面团弹性的大分子聚合物 (Schopf et al., 2021; Wang et al., 2014)。了解这些蛋白质在加工处理过程中的行为机制有助于提高改性配方中的面团质量。
在新兴的非热处理技术中,磁场处理在各种食品应用中显示出巨大的潜力,包括发酵、冷冻和杀菌 (Cui et al., 2024; Luo et al., 2022)。最近的研究表明,磁场促进自由水分子聚集形成簇,从而增强麦面筋蛋白的水合 (Jiang, Zhang, et al., 2023)。此外,磁场辅助冷冻已被证明能增强麦谷蛋白和醇溶蛋白的聚集,稳定二硫键构象并强化大分子链结构 (He et al., 2024)。据报道,它还通过保持有序二级结构来抑制冷冻过程中麦面筋网络的解聚 (He et al., 2024)。在之前关于 4 mT 磁场强度响应添加 40% 土豆泥发酵面团(DPP)的研究中,发现 4 mT 的磁场强度通过促进麦面筋网络的聚集和连续性改善了 DPP 的质量 (Song et al., 2024)。然而,磁场对单个麦面筋蛋白组分(醇溶蛋白和麦谷蛋白)的具体影响尚不清楚,这限制了我们全面解释磁场质量改善能力的能力。
因此,本研究旨在调查磁场对面团中麦面筋、醇溶蛋白和麦谷蛋白的结构和聚集行为的影响。为了阐明潜在改善机制,评估了这些蛋白组分的聚合和解聚行为、相互作用力、流变性能、热稳定性和形态结构的变化。此外,分析了麦面筋组分内的结构转变,为磁场处理如何增强面团性能提供理论见解,为其在面团产品中的应用提供科学指导。

章节片段

材料和试剂

含水量 11.2%、蛋白质 11.5%、淀粉 74.4% 的小麦粉购自当地市场。鲜土豆(含水量 82.1%、蛋白质 1.8%、淀粉 13.2%)由喜森马铃薯产业集团(中国山东)提供。乙醇、8-苯胺基 -1-萘磺酸(ANS)、十二烷基硫酸钠(SDS)、氢氧化钠、Tris、尿素、丙烯酰胺、过硫酸铵、甘油、溴酚蓝、β-巯基乙醇、考马斯亮蓝 G-250 和醋酸均为

流变学特性

流变学特性对于评估麦面筋的粘弹性和抗机械应力(抗揉捏)能力至关重要 (Cheng et al., 2024)。磁场对麦面筋、醇溶蛋白和麦谷蛋白流变性能的影响如图 1A、B 和 C 所示。在所有样品中,储能模量(G′)均高于损耗模量(G′′),表明麦面筋组分具有类固体行为。如图 1A 所示,与,GLU-DPP 组的弹性降低了

结论

在本研究中,对磁场对包括醇溶蛋白和麦谷蛋白在内的麦面筋组分的结构和聚集行为的影响进行了综合分析。磁场促成了稳定共价键的形成,从而改善了麦面筋组分的流变学和机械(强度和延展性)性能。磁场诱导荧光强度增强并降低了 H0,导致麦面筋排列发生变化,

CRediT 作者贡献声明

宋佳林:写作 – 审阅与编辑,写作 – 初稿,调查研究,概念构思。韩风:调查研究。孙盈:调查研究。张栋梁:写作 – 审阅与编辑。陈山凤:写作 – 审阅与编辑。李洪军:写作 – 审阅与编辑,项目管理,资金获取。

利益冲突声明

作者声明,他们没有任何已知的竞争性财务利益或个人关系可能会影响本论文中报告的工作。

致谢

本研究由山东省重点研发计划资助(乡村振兴科技创新提升行动计划,编号 2023TZXD004)。作者感谢张欣、阎创硕和王玉凡为本研究提供的有意义建议。
宋佳林 | 韩风 | 孙盈 | 张栋梁 | 陈山凤 | 李洪军
山东理工大学农业工程学院与食品科学系,中国山东淄博张店区新村路 266 号
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