挂面干燥过程蛋白质结构变化与产品质量的构效关系

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挂面是我国工业化程度较高的面制品之一,年产量已达800万吨以上,消费小麦粉总量的15%,对消费者主食有效供给有重要的经济和社会意义。挂面干燥工序是挂面生产的关键工序之一,其工艺设计、参数控制与产品质量、生产效率,以及能源消耗等密切相关。温度和相对湿度是挂面干燥工艺的主要可控因素,也是影响挂面干燥效率和产品质量的重要因素。蛋白质,尤其是面筋蛋白的分子结构,对产品质量有重要影响。面条干燥过程中面筋蛋白会发生解聚、聚合等一系列的变化,影响挂面产品质量性状。然而,关于干燥条件,特别是相对湿度、相对湿度与温度交互作用对挂面产品质量、蛋白质分子结构的影响程度,干燥过程蛋白质分子结构变化与产品质量的关系等问题,尚不明确或不清楚。本研究通过实验室仿工业小试规模制作挂面,借助“食品水分分析技术平台”对干燥过程的可控性和精确性,研究了挂面干燥条件和干燥过程产品质量和烹饪特性的变化;以蛋白质分子结构变化为重点,采用SDS-PAGE、SE-HPLC、TGA、FTIR、SEM、ATR-FTIR-M等分析技术或手段,从分子水平、介观或微观水平分析了干燥条件对挂面蛋白亚基组成、分子量大小和分布、聚集状态、热力学特性、二级结构、蛋白网络结构等的影响程度,研究了干燥过程挂面蛋白质分子组成、面筋蛋白网络结构等变化;通过皮尔逊相关性分析、逐步回归分析、通径分析等多元统计方法,确定了影响挂面产品质量的关键蛋白质和作用大小,探讨了蛋白质结构及理化特性对产品质量性状的影响过程或作用机理。主要研究结果如下:(1)干燥温度、相对湿度及交互作用对挂面产品质量和烹饪质量特性均具有显著或极显著的影响,其中温度对挂面水分含量、烹饪质量特性影响最大;相对湿度对挂面色泽、密度和抗弯曲特性影响较大。不同温湿度条件组合下,挂面产品质量之间具有显著差异。(2)60℃/75%干燥组合条件下,挂面色泽、抗弯曲特性较好,最佳煮制时间、烹调损失率均最小;煮熟挂面硬度、弹性、黏聚性、回复性等处于中等水平,与当前多数工艺条件(40℃/75%)相比,产品质量和烹饪特性均有一定程度的改善和提升。(3)干燥条件对挂面中蛋白质含量、亚基组成及相对含量没有显著影响。温度、相对湿度及其交互作用对不同分子量蛋白组分、二级结构、热力学特性等均有显著或者极显著影响,其中,温度对蛋白质分子组成、GMP含量、游离巯基含量等的影响最大;温度和相对湿度的交互作用对二级结构、热转变温度的影响最大。不同温湿度组合条件下,挂面中蛋白质分子组成、聚集状态、网络结构等具有显著差异。(4)干燥过程蛋白质发生一定的聚集变性,LPP、LMP提取率下降,蛋白聚集度、GMP含量增加。蛋白质的聚集速度与聚集程度受温度、相对湿度的共同影响。060 min阶段挂面蛋白聚集速度最快,60300 min变化速度较慢。干燥过程挂面中不同二级结构发生相互转化,不同温湿度条件下变化不一致。面筋网络结构随着干燥进程变得紧凑、致密,逐渐形成具有片层结构的网络,将A、B淀粉颗粒紧紧黏附或者包裹其中;干燥过程A、B淀粉粒尺寸未见明显变化。(5)挂面中GMP含量、LPP/LMP比例能够综合反映干燥后蛋白质的交联程度,是影响挂面产品质量的关键蛋白质理化指标。(6)干燥后挂面蛋白质分子聚集程度、蛋白质空间构象结构变化,是导致产品质量差异的内在原因。聚集程度越大,空间有序性越低,挂面产品色泽越暗,烹调损失越大,煮后挂面越硬。通过控制干燥条件和过程,进而影响蛋白聚集程度以及聚集体空间构象,可以达到调控产品质量的目的。
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