优质的面包越来越受到更多消费者的欢迎，提高面包的品质对于食品工业和消费者非常重要。蛋白质谷氨酰胺酶（PG）是一种广泛用于食品蛋白改性的新型酶，已成功应用于一系列植物蛋白，包括小麦、大米、燕麦、大豆、玉米等，而PG对面团面筋结构、面团性能和面包品质的影响还有待深入研究。
近日，Food Hydrocolloids在线发表了题为“Effects of protein-glutaminase on the quality of wheat dough and bread”的研究论文，揭示了PG影响面团和面包品质的机理。
1. 面包品质特性
比容是面包品质最直观的特征之一，反映了面包内部的结构和质地。对照样品具有最小的比容，PG添加有助于增加比容（图1）。具体来说，添加0.18%的PG产生的比容与含0.3%单甘酯（MG）的面包相当。与对照组相比，添加0.06%、0.12%、0.18%和0.24%的PG面包比容分别提高了4.76%、6.76%、9.81%和14.86%。
面包屑硬度是面包质量的重要指标，消费者通常喜欢柔软蓬松的面包。与对照组相比，添加PG显著降低了面包屑的硬度，并且硬度随着PG添加量的增加而降低，含0.18% PG的面包具有与含0.3%MG的面包具有相似的初始硬度。此外，在储存7天后，与对照组相比，含有0.06%、0.12%、0.18%和0.24% PG的面包老化率分别降低了19.85%、18.14%、33.82%和48.77%。这些结果表明，PG有助于延缓面包老化，提高面包质量和货架期。
PG的加入显著改变了面包屑的质地结构，影响了面包屑中孔隙的数量和大小。在较低的PG浓度（0.06-0.12%）下，面包有更多大小均匀、结构致密的孔隙；相反，更高浓度的PG（0.18-0.24%）导致更大、更不规则的孔隙，更稀疏和更粗糙的面包屑结构（图2）。因此，适量的PG有效地改善了面包屑的内部结构。根据实验数据，推测PG改变面团中的面筋蛋白网络，从而影响面包屑结构和面包体积，因此进一步研究了PG对面筋组成和结构的影响。
2. 面团流变学特性和发酵性能
储能模量（G′）和损耗模量（G″）分别代表面团的弹性和粘性，损失角正切值（tanδ）是G″与G′的比值，反应了面团的粘性和弹性行为之间的平衡。PG添加降低了面团的储能模量和损耗模量，提高了面团损耗矫正切值（图3），这说明PG削弱了面筋网络，面团流变学特性的可能影响面团的发酵性能进而影响了面包的质量。
当PG浓度从0提高到0.18%时，最大面团形成高度（Hm）从62.83 mm显著增加到72.73 mm。然而，当PG浓度超过0.18%时，Hm呈现下降趋势。释放气体的总体积（Vt）与Hm正相关，因为酵母产生的二氧化碳气体的扩散导致面团高度迅速增加。然而，随着PG浓度的增加，气体保留系数（R）显著降低，表明添加PG后面团保留气体的能力下降。这种气体滞留能力的下降可归因于高PG浓度导致面筋过度水解，从而对面筋网络造成破坏。
3. SDS-PAGE分析
非还原条件下，在添加PG的样品中观察到LMW-GS谱带的上移；在还原条件中，随着脱酰胺作用的增加，麦谷蛋白和醇溶蛋白条带增强，而HMW-GS明显上移，其强度逐渐降低，最终导致大分子蛋白聚合体的形成（图4）。使用ImageJ软件分析图4中的F1部分，结果表明与对照组相比，添加了0.06%、0.12%、0.18%和0.24%PG的面团的条带强度分别增强了3.64%、11.76%、19.33%和35.90%。这种现象可以归因于两个主要因素。首先，脱酰胺作用增加了蛋白质的负电荷，增强了分子内的静电排斥，这扩大了它们的分子体积并阻碍了它们在凝胶中的运动；第二，脱酰胺化蛋白的负电荷增加可能限制其与SDS的结合，削弱SDS变性，并导致不能形成用于有效迁移的致密杆状复合物。
4. 排阻高效液相色谱分析
为了进一步明确PG添加对面团面筋质量的影响，作者从面团样品中提取SDS-可溶蛋白和SDS-不溶蛋白，并通过液相色谱分析（图5）。结果表明随着脱酰胺程度的增加，非还原条件下的峰面积显著增加，这表明PG催化的脱酰胺作用增强了SDS对面筋网络的可提取性。此外，随着PG比例的增加，F1峰变得更加突出并向左移动，这表明SDS-可溶性蛋白质聚集在具有较高分子量的谷蛋白内。与对照组相比，PG的添加导致SDS-可溶性聚合蛋白质的增加、SDS-不溶性面筋蛋白含量的减少，这表明随着PG含量的增加，谷蛋白逐渐解聚成更小的可溶性蛋白。
5. 二级结构和自由巯基
α螺旋和β折叠代表相对有序和稳定的结构，而β转角和无规则卷曲则代表更无序的构象。添加PG后，β折叠下降，而β转角和无规则卷曲上升。随着PG浓度的增加，α-螺旋含量先增加后下降，这表明较高的PG浓度可以破坏α-螺旋结构的形成。
随着PG浓度的增加，游离SH的浓度从2.15μmol/g下降到1.94 μmol/g，这种减少可归因于脱酰胺作用诱导的蛋白质结构的去折叠，脱酰胺作用通过疏水相互作用和二硫键形成促进蛋白质亚基之间形成可溶性聚合体。游离巯基含量的减少表明二硫键的形成增加，这说明PG增加了面团中二硫键的含量，而降低了二硫键的断裂率，从而提高了蛋白质聚集的整体程度。
6. 面团微观结构分析
利用扫描电子显微镜观察了面筋蛋白的微观结构，结果表明在500倍下，含0.06% PG面团表现出多孔和相对有序的结构，这种结构的改善归因于PG催化脱酰胺后蛋白质结构的伸展，这增强了蛋白质分子的柔性。相反，当PG浓度超过0.18%时，谷蛋白基质显得粗糙和不规则。与对照组相比，谷蛋白膜似乎是碎裂的，并且谷蛋白不足以充分包封和结合淀粉。这种结构上的退化可能是由于过量的PG破坏了蛋白质网络。总的来说，这些发现表明用PG进行适度脱酰胺处理可以显著改善面筋网络的连续性，从而提高面包质量。
进一步使用激光共聚焦显微镜观察了面团的微观结构，结果表明对照面团结构连续且紧密，淀粉颗粒紧密嵌入其中。在低PG浓度（<0.12%)下，随着脱酰胺程度的增加，蛋白质网络结构变得越来越紧密和连续。然而，当PG浓度高于0.18%时，面筋网络中的孔隙逐渐增大，导致面筋分布更加不均匀。面筋网络的连续性下降，导致蛋白质结构分散和松散。这些结果表明，高浓度的PG削弱了面筋网络，这可以解释面团持气性的下降以及随后对发酵流变参数和发酵时间的负面影响。
总结：小麦面团中PG的脱酰胺作用显著影响面团的流变特性和最终面包的品质，这取决于PG的添加水平。添加小于0.18%的PG对比容、质构和面包屑结构产生积极影响，同时还能延缓老化，而不会对面筋结构造成显著损害。因此，PG作为一种天然改良剂，在改善面包品质方面具有很大的潜力。然而，超过0.18%的PG浓度具有负面影响，导致持气能力和粘弹性持续下降，这与面团微观结构中观察到的变化一致。总的来说，这些发现强调了适量的PG在增强面筋蛋白的功能特性方面的有效性，并且PG可以用作潜在的天然食品添加剂来改善面包的品质。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2024.110962
（转自：小麦研究联盟）
优质的面包越来越受到更多消费者的欢迎，提高面包的品质对于食品工业和消费者非常重要。蛋白质谷氨酰胺酶（PG）是一种广泛用于食品蛋白改性的新型酶，已成功应用于一系列植物蛋白，包括小麦、大米、燕麦、大豆、玉米等，而PG对面团面筋结构、面团性能和面包品质的影响还有待深入研究。
近日，Food Hydrocolloids在线发表了题为“Effects of protein-glutaminase on the quality of wheat dough and bread”的研究论文，揭示了PG影响面团和面包品质的机理。
1. 面包品质特性
比容是面包品质最直观的特征之一，反映了面包内部的结构和质地。对照样品具有最小的比容，PG添加有助于增加比容（图1）。具体来说，添加0.18%的PG产生的比容与含0.3%单甘酯（MG）的面包相当。与对照组相比，添加0.06%、0.12%、0.18%和0.24%的PG面包比容分别提高了4.76%、6.76%、9.81%和14.86%。
面包屑硬度是面包质量的重要指标，消费者通常喜欢柔软蓬松的面包。与对照组相比，添加PG显著降低了面包屑的硬度，并且硬度随着PG添加量的增加而降低，含0.18% PG的面包具有与含0.3%MG的面包具有相似的初始硬度。此外，在储存7天后，与对照组相比，含有0.06%、0.12%、0.18%和0.24% PG的面包老化率分别降低了19.85%、18.14%、33.82%和48.77%。这些结果表明，PG有助于延缓面包老化，提高面包质量和货架期。
PG的加入显著改变了面包屑的质地结构，影响了面包屑中孔隙的数量和大小。在较低的PG浓度（0.06-0.12%）下，面包有更多大小均匀、结构致密的孔隙；相反，更高浓度的PG（0.18-0.24%）导致更大、更不规则的孔隙，更稀疏和更粗糙的面包屑结构（图2）。因此，适量的PG有效地改善了面包屑的内部结构。根据实验数据，推测PG改变面团中的面筋蛋白网络，从而影响面包屑结构和面包体积，因此进一步研究了PG对面筋组成和结构的影响。
2. 面团流变学特性和发酵性能
储能模量（G′）和损耗模量（G″）分别代表面团的弹性和粘性，损失角正切值（tanδ）是G″与G′的比值，反应了面团的粘性和弹性行为之间的平衡。PG添加降低了面团的储能模量和损耗模量，提高了面团损耗矫正切值（图3），这说明PG削弱了面筋网络，面团流变学特性的可能影响面团的发酵性能进而影响了面包的质量。
当PG浓度从0提高到0.18%时，最大面团形成高度（Hm）从62.83 mm显著增加到72.73 mm。然而，当PG浓度超过0.18%时，Hm呈现下降趋势。释放气体的总体积（Vt）与Hm正相关，因为酵母产生的二氧化碳气体的扩散导致面团高度迅速增加。然而，随着PG浓度的增加，气体保留系数（R）显著降低，表明添加PG后面团保留气体的能力下降。这种气体滞留能力的下降可归因于高PG浓度导致面筋过度水解，从而对面筋网络造成破坏。
3. SDS-PAGE分析
非还原条件下，在添加PG的样品中观察到LMW-GS谱带的上移；在还原条件中，随着脱酰胺作用的增加，麦谷蛋白和醇溶蛋白条带增强，而HMW-GS明显上移，其强度逐渐降低，最终导致大分子蛋白聚合体的形成（图4）。使用ImageJ软件分析图4中的F1部分，结果表明与对照组相比，添加了0.06%、0.12%、0.18%和0.24%PG的面团的条带强度分别增强了3.64%、11.76%、19.33%和35.90%。这种现象可以归因于两个主要因素。首先，脱酰胺作用增加了蛋白质的负电荷，增强了分子内的静电排斥，这扩大了它们的分子体积并阻碍了它们在凝胶中的运动；第二，脱酰胺化蛋白的负电荷增加可能限制其与SDS的结合，削弱SDS变性，并导致不能形成用于有效迁移的致密杆状复合物。
4. 排阻高效液相色谱分析
为了进一步明确PG添加对面团面筋质量的影响，作者从面团样品中提取SDS-可溶蛋白和SDS-不溶蛋白，并通过液相色谱分析（图5）。结果表明随着脱酰胺程度的增加，非还原条件下的峰面积显著增加，这表明PG催化的脱酰胺作用增强了SDS对面筋网络的可提取性。此外，随着PG比例的增加，F1峰变得更加突出并向左移动，这表明SDS-可溶性蛋白质聚集在具有较高分子量的谷蛋白内。与对照组相比，PG的添加导致SDS-可溶性聚合蛋白质的增加、SDS-不溶性面筋蛋白含量的减少，这表明随着PG含量的增加，谷蛋白逐渐解聚成更小的可溶性蛋白。
5. 二级结构和自由巯基
α螺旋和β折叠代表相对有序和稳定的结构，而β转角和无规则卷曲则代表更无序的构象。添加PG后，β折叠下降，而β转角和无规则卷曲上升。随着PG浓度的增加，α-螺旋含量先增加后下降，这表明较高的PG浓度可以破坏α-螺旋结构的形成。
随着PG浓度的增加，游离SH的浓度从2.15μmol/g下降到1.94 μmol/g，这种减少可归因于脱酰胺作用诱导的蛋白质结构的去折叠，脱酰胺作用通过疏水相互作用和二硫键形成促进蛋白质亚基之间形成可溶性聚合体。游离巯基含量的减少表明二硫键的形成增加，这说明PG增加了面团中二硫键的含量，而降低了二硫键的断裂率，从而提高了蛋白质聚集的整体程度。
6. 面团微观结构分析
利用扫描电子显微镜观察了面筋蛋白的微观结构，结果表明在500倍下，含0.06% PG面团表现出多孔和相对有序的结构，这种结构的改善归因于PG催化脱酰胺后蛋白质结构的伸展，这增强了蛋白质分子的柔性。相反，当PG浓度超过0.18%时，谷蛋白基质显得粗糙和不规则。与对照组相比，谷蛋白膜似乎是碎裂的，并且谷蛋白不足以充分包封和结合淀粉。这种结构上的退化可能是由于过量的PG破坏了蛋白质网络。总的来说，这些发现表明用PG进行适度脱酰胺处理可以显著改善面筋网络的连续性，从而提高面包质量。
进一步使用激光共聚焦显微镜观察了面团的微观结构，结果表明对照面团结构连续且紧密，淀粉颗粒紧密嵌入其中。在低PG浓度（<0.12%)下，随着脱酰胺程度的增加，蛋白质网络结构变得越来越紧密和连续。然而，当PG浓度高于0.18%时，面筋网络中的孔隙逐渐增大，导致面筋分布更加不均匀。面筋网络的连续性下降，导致蛋白质结构分散和松散。这些结果表明，高浓度的PG削弱了面筋网络，这可以解释面团持气性的下降以及随后对发酵流变参数和发酵时间的负面影响。
总结：小麦面团中PG的脱酰胺作用显著影响面团的流变特性和最终面包的品质，这取决于PG的添加水平。添加小于0.18%的PG对比容、质构和面包屑结构产生积极影响，同时还能延缓老化，而不会对面筋结构造成显著损害。因此，PG作为一种天然改良剂，在改善面包品质方面具有很大的潜力。然而，超过0.18%的PG浓度具有负面影响，导致持气能力和粘弹性持续下降，这与面团微观结构中观察到的变化一致。总的来说，这些发现强调了适量的PG在增强面筋蛋白的功能特性方面的有效性，并且PG可以用作潜在的天然食品添加剂来改善面包的品质。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2024.110962
（转自：小麦研究联盟）
