生物酶改性玉米面粉及其功能性质的研究

张舵，江成英，贾世明，闫公敬，宋明洋，李冠龙，易春霞，李俊众

生物酶改性玉米面粉及其功能性质的研究

张舵1,2，江成英1，贾世明1，闫公敬1，宋明洋1，李冠龙1，易春霞1，李俊众1

（1.齐齐哈尔大学 食品与生物工程学院，黑龙江 齐齐哈尔 161006；
2.黑龙江省普通高校齐齐哈尔大学农产品加工重点实验室，黑龙江 齐齐哈尔 161006）

研究采用转谷氨酰胺酶对玉米面粉进行酶解改性处理，探讨了酶的添加量、酶解温度、酶解时间等因素对玉米面粉改性处理的最佳工艺条件，研究证实，最佳酶解改性条件为转谷氨酰胺酶添加量0.8%（w/w），酶解时间2h，酶解温度为50℃。对酶解改性玉米面粉的持水性、湿润性、黏度、乳化性及乳化稳定性、吸水量和流变学特性等理化功能性质进行了研究，结果显示，酶解改性后玉米面粉的持水性、湿润性和黏度都有明显提升；
乳化性及乳化稳定性没有明显改善；
吸水量增大、流变学特性变化曲线趋于稳定。

转谷氨酰胺酶；
玉米面粉；
改性；
功能性质

玉米主食产品因口感粗糙、适口性差，食后易产生胃酸，营养物质较难吸收等原因导致产品品种少、大众接受度较低，玉米蛋白的湿润性、黏度、持水性及乳化性等功能性质较差，影响其在人体中的消化吸收及在食品中的应用。酶催化蛋白质交联技术已得到广泛应用[1-5]。转谷氨酰胺酶是一种安全的生物酶交联剂，可以催化蛋白交联，改变蛋白质的微观结构，改善蛋白质的某些功能性质[6-11]。本文利用转谷氨酰胺酶对玉米蛋白酶解改性，通过玉米蛋白功能特性的改变，提高玉米食品的适口性和营养吸收率，为开发绿色健康的玉米主食产品，增加玉米产品的附加值，优化玉米产业结构，延长玉米产业链提供一定的参考依据。

1.1 实验试剂与材料

玉米面粉、小麦面粉，购自当地超市；
转谷氨酰胺酶，购自天津酶制剂厂。

1.2 实验仪器与设备

智能水浴锅，常州市荣华仪器制造有限公司；
离心机，上海京工实业有限公司；
分析天平，莆田市亚太计量器有限公司；
pH计，梅特勒-托利多仪器有限公司；
电热恒温鼓风干燥箱：苏州江东精密仪器有限公司；
电热恒温水浴锅：上海一恒科学仪器有限公司；
离心机，上海京工实业有限公司；
电磁炉，广州美的集团生活电器制造有限公司；
均质机，上海申鹿均质机有限公司；
粉质仪，北京东孚久恒仪器技术有限公司；
NDJ-79型旋转式黏度计，上海轩澄仪器有限公司；
隔水式恒温培养箱，北京市永光明医疗仪器厂；
磁力搅拌器，天津市欧诺仪器仪表有限公司；
高压蒸汽灭菌锅，山东龙口复兴制造机械厂；
冰箱，青岛海尔股份有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 玉米面粉的酶解改性

1.3.1.1 酶解改性方法

称取一定量玉米面粉，加入适量灭菌蒸馏水，搅拌均匀，调溶液pH至6.0，加适量转谷氨酰胺酶（TGase），恒温水浴振荡一定时间，酶解改性，灭酶，离心分离，除上清液，烘干。

1.3.1.2 酶解改性单因素实验

实验中选取酶的添加量、酶解温度及酶解时间等作为因素变量，通过感官评价结果，确定玉米面粉酶解改性的最佳工艺条件。单因素试验因素水平表见表1。

表1 单因素试验因素水平表

1.3.1.3 改性工艺流程

玉米面粉→调pH→酶解→灭酶→冷却→离心分离→去除上清液→烘干

1.3.2 酶解改性对玉米面粉功能性质影响

以小麦面粉作为对照，用TGase对玉米面粉按最佳酶解条件进行改性处理，分别测定未经酶解改性的玉米面粉、酶解改性处理后的玉米面粉及小麦面粉的持水性、湿润性、黏度、乳化性及乳化稳定性等性质，同时采用粉质仪对上述样品进行了吸水量和流变学特性的测定。根据各项测定结果，对比探讨酶解改性对玉米面粉功能性质产生的影响。

1.3.2.1 持水性的测定

准确称取样品，分别放入已称重的离心管中，加蒸馏水，搅拌，使其分散均匀，调节溶液pH值为中性，恒温水浴加热30min，取出冷却，以5000r/min速度离心分离，弃去上清液，称重，计算样品持水性。

1.3.2.2 湿润性的测定

在100mL烧杯中倒入80mL蒸馏水，准确称取1g样品倒入烧杯中，观察样品的湿润情况。1.5h后，充分搅拌样品1min。观察样品湿润性。

1.3.2.3 黏度的测定

将样品配制成溶液，倒入旋转式黏度计测试容器，测定样品黏度。

1.3.2.4 乳化性及乳化稳定性的测定

准确称取0.15g样品于离心管中，加15mL水搅拌均匀，再加入15mL大豆油，以8000r/min速度均质1min，再以1500r/min的转速离心分离5min。分别测量离心管中上层乳浊液的高度和下层液体的高度，计算样品乳化能力。

取上述乳浊液样品置于80℃水浴中，保持水平，使油层与水层界限分明，恒温水浴30min，取出立即冷却至室温，以1500r/min转速离心分离5min，测量离心管中上层乳化层保留的高度，计算样品的乳化稳定性。

1.3.2.5 吸水量和流变学特性的测定

将样品放入粉质仪中，按仪器操作要求加水、搅拌，进行数据分析，完成吸水量和流变学特性的测定。

2.1 酶解改性对玉米面团品质的影响研究

2.1.1 酶解温度的影响

采用TGase对玉米面粉酶解改性，改变酶解温度，研究改性后的玉米面粉所制成的面团的品质，确定酶的最佳酶解时间。结果如表2所示。

表2 酶解温度对玉米面团品质的影响

由表2的研究结果可知，随着TGase酶解温度的升高，玉米面团的柔软度和黏性都在逐渐改善。酶解温度为50℃时，玉米面团柔软有一定黏性和弹性。因此玉米面粉的最佳酶解温度为50℃。

2.1.2 酶解时间的影响

采用TGase在50℃对玉米面粉进行酶解改性，改变酶解时间，研究改性后的玉米面粉所制成的面团的品质，确定酶的最佳酶解时间。结果如表3所示。

表3 酶解时间对玉米面团品质的影响

由表3的研究结果可知，随着TGase酶解时间的延长，玉米面团的柔软度和黏性都呈下降趋势。因此玉米面粉的最佳酶解时间为2h。

2.1.3 酶添加量的影响

采用TGase对玉米面粉进行酶解改性，改变酶的添加量，研究改性后的玉米面粉所制成的面团的品质，确定酶的最佳添加量。结果如表4所示。

表4 酶添加量对玉米面团品质的影响

由表4的研究结果可知，酶的添加量为0.6%时，面团无黏性且松散干硬；
酶添加量为0.8%时，玉米面团柔软且黏性适宜，品质最佳；
酶添加量增加到1.0%时，面团虽软但黏性太强。可见TGase的最佳添加量为0.8%。

2.2 酶解改性对玉米面粉功能性质影响的研究

将未经改性处理的玉米面粉、最佳酶解条件进行酶解改性处理的玉米面粉及小麦面粉作为样品，按照节1.3.2的方法进行了持水性、湿润性、黏度、乳化性及乳化稳定性、吸水量和流变学特性等功能性质的对比研究，探讨玉米面粉经酶解改性处理后功能性质的变化。样品编号见表5。

表5 样品编号

2.2.1 持水性的影响结果

持水性是指食品在加工过程中，保持自身水分的能力和对外部水分的整合能力，按照节1.3.2.1的方法测定1～3号样品的持水性，结果如图1所示。根据图1可知，与未经改性的玉米面粉相比，经TGase改性处理的玉米面粉，其持水力明显增大，接近小麦面粉的持水力。产生影响的主要原因是玉米面粉中的蛋白质在TGase的作用下，蛋白质分子内或分子间的网络结构增强，增大了凝胶的水合作用，使凝胶网络中的水分不易析出，增加了蛋白质吸水和保水能力，因而玉米面粉的持水力显著增强。用酶解改性的玉米面粉制作的玉米面团易成团、柔软、弹性好。

图1 酶解改性对持水力的影响

2.2.2 湿润性的影响结果

湿润性是指蛋白质吸附水分快慢的能力，按照节1.3.2.2的方法测定1～3号样品的湿润性能力，结果显示，未经酶解处理的玉米面粉样品颗粒下降速度缓慢，经1.5h后，全部沉底，表面无悬浮颗粒，上液澄清。经酶解改性处理的玉米面粉下降速度缓慢，经1.5h后，表面有少量悬浮颗粒，液体混浊。小麦面粉下降速度缓慢，经1.5h后，表面无悬浮颗粒，液体混浊。原因是玉米面粉中含有的玉米醇溶蛋白不溶于水，吸附水的速度较慢。而经过酶解改性处理的玉米面粉中的蛋白质构象在TGase的作用下发生了改变，使包埋在分子内部的亲水基团更多地暴露出来，增强了蛋白质吸附水分的能力和速度，所以其湿润性显著增强，但与小麦面粉相比较，其湿润性稍差。

2.2.3 黏度的影响结果

黏度可直接提供食品良好的口感并稳定食品中的被分散成分。使用黏度计按照节1.3.2.3的方法对1～3号样品进行黏度的测定，结果如图2所示。

图2 酶解改性对黏度的影响

由图2可见，与未经酶解处理的玉米面粉相比，经TGase酶解改性后的玉米面粉黏度明显增大，接近小麦面粉的黏度。影响因素主要是玉米面粉中的蛋白质分子在TGase的作用下，发生了改性，空间结构变为无规则的散漫状态，使分子间摩擦力增大，流动性下降，从而使玉米面粉的黏度增大。用酶解改性的玉米面粉制作的玉米面团柔软、黏性适宜、弹性好。

2.2.4 乳化性及乳化稳定性的影响结果

乳化性及乳化稳定性是对蛋白质乳化性能的评价指标。按照节1.3.2.4的方法对1～3号样品进行乳化性及乳化稳定性的测定，结果如图3, 4所示。

图3 酶解改性对乳化性的影响

图4 酶解改性对乳化稳定性的影响

由图3和图4可知，未经酶解改性的玉米面粉比小麦面粉的乳化性及乳化稳定性低很多。TGase改性后的玉米面粉乳化性及乳化稳定性变化不明显。可见，酶解改性对玉米面粉的乳化性和乳化稳定性没有发生太大的作用。

2.2.5 吸水量和流变学特性的影响结果

按照节1.3.2.5的方法测定1～3号样品的吸水量和流变学特性，结果如图5～7所示。

图5 未经改性的玉米面粉图谱

图6 酶解改性的玉米面粉图谱

由图5可知，玉米面粉中醇溶蛋白不溶于水，因此面粉的吸水量较小，当阻力增大时，图中的曲线变化不平稳，面团稠度无法上升因而无法形成稳定的面团。从图6可以看出，玉米面粉经酶解改性后，其蛋白质的肽键和氨基酸侧链与水分子间的作用力增大，增强了蛋白质-水及蛋白质-蛋白质之间的相互作用，面粉的吸水量增大，且黏聚性也增大，所以2min以后其稠度变化曲线逐渐趋于平稳。图7显示了小麦粉面粉的吸水量明显很大，且稠度随阻力的增大也不断的增大，呈平稳上升趋势。

图7 小麦面粉图谱

采用转谷氨酰胺酶对玉米面粉进行改性处理，研究了改性处理的最佳工艺条件。对比研究了改性处理的玉米面粉其持水性、湿润性、黏度、乳化性及乳化稳定性等性质的变化，同时采用粉质仪研究了吸水量和流变学特性变化。研究结果显示，酶解改性对玉米面粉的功能性质产生了一定的影响，其持水性、湿润性和黏度都有明显提升，但乳化性及乳化稳定性没有太大的改善，吸水量和流变学特性的测试结果显示，酶解改性的玉米面粉形成面团的品质较好。研究成果对玉米主食产品的改良有一定的参考价值。

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Study on biological enzymatic modification of corn flour and its functional properties

ZHANG Duo1,2，JIANG Cheng-ying1，JIA Shi-ming1，YAN Gong-jing1，SONG Ming-yang1，LI Guan-long1，YI Chun-xia1，LI Jun-zhong1

(1.College of Food and Bioengineering, Qiqihar University, Heilongjiang Qiqihar 161006,China;2.Key Laboratory of Processing Agricultural Products of Heilongjiang Province,Qiqihar University, Heilongjiang Qiqihar 161006,China)

In this paper, transglutaminase was used to modify corn flour by enzymolysis. The optimum conditions of enzyme dosage, enzymolysis temperature and time were discussed. The results showed that the optimum conditions were transglutaminase dosage 0.8%（w/w）, time 2h and temperature 50℃. The physicochemical properties such as water holding capacity, wettability, viscosity, emulsifying property, emulsifying stability, water absorption and rheological properties of enzymolysis modified corn flour were studied, respectively. The results showed that the water holding capacity, wettability and viscosity of enzymolysis modified corn flour were significantly improved. The emulsifying property and emulsifying stability were not significantly improved. The curve of rheological properties tends to be stable as the increase of water absorption.

transglutaminase; corn flour; modification; functional nature

2022-03-16

黑龙江省高教强省优势特色学科（粮头食尾）科研项目（LTSW201721）；
黑龙江省属高等学校基本科研业务费科研项目（植物性食品加工技术特色学科专项）（YSTSXK201831）；
黑龙江省省属高等学校基本科研业务费科研项目（135409326）

张舵（1966-），女，黑龙江齐齐哈尔人，硕士，教授，主要从事植物油脂与蛋白工程的研究，zhangduo1966@126.com。

TS213.4

A

1007-984X(2022)05-0079-05

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