阴离子对面条水分分布、蛋白二级结构和微观结构的影响

桂 俊，陆啟玉

在面条制作过程中通常会添加一定比例的盐来改善面条品质。添加食盐一般是通过溶于和面用水来实现的，盐溶于和面水后会解离为阴、阳离子。Zhang 等[1]和王冠岳等[2]认为钠盐溶于水中解离为阴、阳离子后会对面条中的蛋白质和淀粉组分产生影响。Tuhumury 等[3]发现阴离子盐通过直接与特定氨基酸残基相互作用而影响面筋蛋白网络形成。Wang 等[4]发现F-、SO42-能显著降低淀粉的膨胀度、粒径和透明度，NO3-、SCN-能显著提高上述特性。盐对面条品质的影响与盐中离子对淀粉和面筋蛋白网络的作用相关。水对食品体系的原料、产品特性等影响占支配地位[5]。食品中水分的变化会显著改变食品的结构和组织状态，并影响食品的微观构成，如面筋蛋白网络形成等[6]。王世新等[7]和崔丽琴等[8]认为在面团形成过程中，面团水分含量与面粉成团后本身蛋白质的性质紧密相关，对面制品的结构、物化性质等有很大的影响，并且加水量对小麦面团面筋蛋白二级结构影响显著。本文采用低场核磁共振仪（LF-NMR）、傅里叶红外变换光谱仪（FTIR）、扫描电子显微镜（SEM）研究阴离子对面条中水分分布状态、蛋白二级结构及微观结构变化的影响，以期为研究阴离子对面条的影响机理提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

金苑特一粉，河南金苑粮油有限公司；氯化钠，天津市天力化学试剂有限公司；碳酸氢钠、碳酸钠，天津市科密欧化学试剂有限公司；磷酸二氢钠，洛阳昊华化学试剂有限公司。所用试剂均为国产分析纯级。

1.2 仪器与设备

冷冻干燥机（LGJ-10），四环福瑞科仪科技发展有限公司；傅里叶变换光谱仪（IRPrestige-21），日本岛津公司；圆形验粉筛（JJSY30x8），上海嘉定粮油仪器有限公司；核磁共振仪（Micro MR-CIL），苏州纽迈电子科技有限公司；和面机（CSB5）、面条机（JMTD168/140），北京东孚久恒仪器技术有限公司；扫描电子显微镜（Quanta-200），荷兰FEI 公司。

1.3 方法

1.3.1 面条制作 参照GB/T 35875-2018 《粮油检验 小麦粉面条加工品质评价》，并略有改动。分别 称 取0.00，0.10，0.15，0.20，0.25，0.30 mmol/g 的NaCl、NaHCO3、NaH2PO4，溶解于34 mL 去离子水中，取Na2CO3浓度为其它离子浓度的一半（在相同阳离子浓度下，比较不同阴离子）。将上述盐溶液和100 g 小麦粉加入和面机混合15 min，室温放置熟化30 min，用面条机3.00 mm 压辊间距压延2次，每次递减0.5 mm 压延2 次，最后在1.00 mm辊间距压延2 次，切成2.00 mm 宽面条，备用。

1.3.2 面条中水分分布的测定 取1.3.1 节制备的面条10 根，剪下2 cm（0.8 g），用核磁专用膜将其完全包裹，放入核磁专用管底部，置永久磁场中心位置的射频线圈中心，用CPMG 脉冲序列扫描，测定样品的自旋-自旋弛豫时间。每个样品重复测定3 次，结果用平均值±标准差表示。

参数设置：TD（采样点数）=40 000；SW（采样频率）=200 kHz；TW（采样间隔时间）=1 000 ms；NS（累加次数）=4；TE（回波时间）=0.100 ms；NECH（回波个数）=2 000。

1.3.3 FTIR 测定面条中蛋白质二级结构 取1.3.1节制作好的面条煮制最佳蒸煮时间，然后放入冷冻干燥机干燥，用研钵研磨，过100 目筛，分装，备用。将样品与烘干的溴化钾按质量比1∶100 加入研钵混合研磨均匀，用红外压片机压成均匀透明薄片，放入红外测定样品室，在波段400～4 000 cm-1范围红外扫描，扫描32 次，分辨率4.0。采用Peakfit v4.12 对所得谱图进行基线校正、二阶导

数拟合，得到面筋蛋白二级结构含量（%）。

1.3.4 面条微观结构的测定 将1.3.1 节制备的面条冷冻干燥后，截断为长度约4 mm，一端自然断裂，一端用刀片修整成平面并固定在扫描电镜载物台上，自然断裂面朝上。先喷金处理，后用扫描电镜观察、拍照。

1.4 数据分析

采用SPSS 24.0、Origin 9.1 对数据进行显著性分析和绘图。

2 结果与分析

2.1 4 种阴离子对面条中水分分布的影响

表1和表2列出用LF-NMR 测定的面条中水分分布状态。LF-NMR 被用于测定物料的水分含量、状态、分布，是检测食品体系中水分状态及其分布的关键技术[9-12]。经LF-NMR 测定的面条T2反演谱图出现3 个较为明显的波峰，按照大小分别记为T21、T22、T23（T21

表1 阴离子对面条水分横向弛豫时间的影响Table 1 The influence of anions on the lateral relaxation time of noodle moisture

表2 阴离子对面条中水分峰面积的影响Table 2 The influence of anions on the peak area of water in noodles

2.2 4 种阴离子对面筋蛋白二级结构的影响

图1显示面条的傅里叶红外光谱图。傅里叶红外光谱酰胺Ⅰ带（1 600～1 700 cm-1）对蛋白质二级结构变化敏感，吸收强度大，被认为对其结构研究最有价值[21-23]。酰胺Ⅰ带是C=O 伸缩振动及其与NH 弯曲振动、C-N 伸缩振动的偶合，而伸缩振动频率取决于C=O 和NH 之间的氢键性质，即特征振动频率反映蛋白质或多肽的特定二级结构，因此酰胺Ⅰ带能够反映蛋白质的二级结构[24]。对酰胺一带进行基线校正，二阶导数拟合，得到各特征峰，其中1 613～1 640/1 670～1 690 cm-1为β-折叠的特征吸收，1 640～1 650 cm-1为无规则卷曲的特征吸收，1 650～1 660 cm-1为α-螺旋结构的特征吸收，1 660～1 670/1 690～1 700 cm-1为β-转角的特征吸收[7，25]。

由图1可知，不同阴离子的添加对面条FTIR谱图的出峰位置和走势基本没影响，说明添加阴离子未改变面条的特定基团，而是改变了表3中蛋白质二级结构的含量。这与刘瑞莉等[26]研究结果一致。

图1 面筋蛋白傅里叶红外光谱特征曲线Fig.1 The characteristic curve of gluten protein Fourier infrared spectrum

表3列出添加阴离子对面筋蛋白二级结构的影响。面筋蛋白二级结构以β-折叠为主，这与黄莲燕等[27]研究结果一致。由表3可知添加不同浓度的Cl-对面筋蛋白的β-折叠、无规则卷曲、α-螺旋、β-转角影响不显著。添加不同浓度的H2PO4-使得面筋蛋白的β-折叠和无规则卷曲含量呈先升高后降低的趋势，α-螺旋含量逐渐降低，对β-转角无影响。添加不同浓度的HCO3-使面筋蛋白的β-折叠和β-转角逐渐升高，α-螺旋逐渐降低，无规则卷曲影响不显著。与空白相比，添加CO32-提高了面筋蛋白的β-折叠，降低了面筋蛋白的α-螺旋和无规则卷曲。在0.25 mmol/g 和0.30 mmol/g浓度时，与Cl-、H2PO4-相比，HCO3-、CO32-能显著提高面筋蛋白的β-折叠和β-转角的含量，降低面筋蛋白的α-螺旋和无规则卷曲含量。Li 等[28]发现碱性面条中β-转角含量增加，α-螺旋含量减少，是因为氢键顺序发生变化。Wang 等[29]研究发现碱增加面筋蛋白的分子间β-折叠与碱和蛋白相互作用的能力有关。HCO3-、CO32-对蛋白二级结构的改变很有可能是因HCO3-、CO32-与蛋白质的相互作用改变了氢键顺序所致。Singh 等[30]发现施加外部电场应力影响蛋白质的氢键模式，从而导致分子内氢键结合的反平行β-折叠聚集体的出现。电场对蛋白构象的改变很可能与离子所带电荷对蛋白二级结构的影响原因一致。

表3 阴离子对面筋蛋白二级结构的影响Table 3 The influence of anions on the secondary structure of gluten protein

2.3 4 种阴离子对面条微观结构的影响

面条品质与其内部结构密切相关，而通过对面团充分地机械搅拌和碾压，面团中的麦谷蛋白和醇溶蛋白在二硫键和分子间的相互作用力的综合效应下，形成网络结构将淀粉颗粒包裹起来[31]。观察面条的微观结构有助于了解阴离子对面条中面筋蛋白和淀粉的影响。图2显示添加0.20 mmol/g 阴离子的面条的微观结构图（放大倍数3 000 倍）。与空白相比，添加Cl-、H2PO4-使面条内部面筋蛋白吸水更加均匀，形成较为紧密的网状结构，连续的面筋网络结构更好地包裹淀粉颗粒，增加了蛋白质与淀粉结合的紧密程度。添加HCO3-、CO32-使淀粉颗粒裸露在外，面筋网络结构松散，出现较多空洞现象。Hu 等[32]发现随着氯化钠含量的增加，面筋蛋白网络结构越来越密集，当含盐量为3%时，网络结构开始出现孔洞，淀粉颗粒暴露。Li 等[28]发现添加NaCl 的面条面筋蛋白与淀粉之间的连接更加紧密，添加K2CO3的面条表面粗超，有凹陷。这与本文研究结果类似，Cl-使面条微观结构更加紧密，HCO3-、CO32-使淀粉裸露，面筋蛋白网络结构松散。

图2 添加0.20 mmol/g 阴离子对面条微观结构的影响Fig.2 The effect of adding 0.20 mmol/g anion on the microstructure of noodles

3 结论

添加阴离子对面条中水分分布、蛋白二级结构及微观结构均有显著影响。添加Cl-的面条中弱结合水为水分存在的主要形式，其次是深层结合水，自由水含量最少。添加H2PO4-、HCO3-、CO32-使面条中深层结合水含量升高，弱结合水含量降低。通过FTIR 可知在0.25 mmol/g 和0.30 mmol/g 时，与Cl-、H2PO4-相比，HCO3-、CO32-能显著提高面筋蛋白的β-折叠和β-转角的含量，降低面筋蛋白的α-螺旋和无规则卷曲的含量。SEM 表明：与空白相比，添加Cl-、H2PO4-使面条内部面筋蛋白吸水更加均匀，形成较为致密的网状结构；添加HCO3-、CO32-使淀粉颗粒裸露在外，面筋网络结构松散，出现较多空洞现象。阴离子对面条中水分、蛋白和微观结构的影响为后续研究离子对面筋蛋白巯基二硫键和淀粉粒度、糊化、老化等特性奠定基础。