一種采用紅外光譜法測定小麥面漿蛋白質水合度的方法

專利名稱：一種采用紅外光譜法測定小麥面漿蛋白質水合度的方法
一種采用紅外光語法測定小麥面漿蛋白質水合度的方法技術領域：
本發明涉及屬于食品特性檢測技術領域，更具體地，本發明涉及小麥 面漿蛋白質水合度的傅里葉紅外光譜檢測方法。背景技術：
差示掃描量熱法(DSC)用于測定面漿體系發生糊化過程中的熱力學 狀態，通過考察圖譜上峰形和峰面積的變化情況，可以了解淀粉糊化的動 態過程，但差示掃描量熱法(DSC)用于監測淀粉和蛋白質在糊化過程中 的變化時，要在不同的操作條件下進行，因此無法在同一條件下同時獲得 蛋白質、淀粉及面漿體系整體的糊化特性，同時，上樣量的限制以及可控 性較小的實驗方法，使得測定結果偏差較大；使用快速粘度分析儀(RVA) 和布拉班德粘度測定儀(BA)通過測量粘度的變化可間接反映面漿體系的 糊化特性，但無法獨立獲得其中的蛋白質和淀粉的數據，并且用BA測定淀 粉的糊化性質耗時較長；流變學特征測定雖然可以通過測試粘彈性從一個 側面了解糊化前后的變化，但不能將淀粉和蛋白質的情況反映在同一張譜 圖上，并且由于設備的精度要求，無法設定不同樣品的統一實驗參數，致 使檢測過程不能標準化。
運用傅里葉紅外光譜(FTIR)對面漿糊化過程進行檢測，所得紅外光 語圖包含大量信息，可以從物質結構這一方面對糊化過程變化進行分析， 結果準確可靠。傅里葉紅外光譜(FTIR)法可以同時測定面漿整體以及淀 粉、蛋白質這兩種主要組成部分的數據，操作簡便，可重復性好。
可微波預油炸食品的脆性保持是當今食品工業的熱點問題。相關文獻 表明疏水性蛋白可以在油炸食品表面形成一層凝膠，阻止水分的外逸，增 加淀粉膜強度，有助于提高表皮脆性。SuhailaMohamed ( J SciFood Agr， 1998， 78: 39-45 )研究表明向面糊中添加CaCl2也可以降低油的吸收率以 及提高產品脆性。
糊化過程作為面食品的熟化過程，直接影響食品的質構特性，對油炸 面食品的脆性更是起到決定性作用。Stanstedt (Bakers，Dig., 1961, 35: 36 ) 研究在面團加熱過程中，淀粉糊化導致水從蛋白質向淀粉轉移。Bushuk(Bakers，Dig., 1966, 40: 38 )得出沒有水被束縛在面包的面筋蛋白中，77 %的水連接在淀粉中，23%連接戊聚糖，S.Chevallier和P.Colonna ( Sci. Aliments, 1999, 19: 167 )運用差示掃描量熱法(DSC )監視淀粉糊化過 程，在淀粉蛋白混合加熱的過程中1.00g蛋白與0.48g水連接。紅外光語技 術的發展為測定糊化過程面漿體系的變化提供了新的分析方法。衰減全反 射傅立葉變換紅外光鐠(ATR-FTIR)技術被近年來廣泛應用于檢測水溶液 中的樣品，或者含水量較多的樣品(Lia Zuliang, Wu Peiyi. Acta Chim Sinica, 2006， 64(23): 2357-2364)。由于蛋白和多糖的紅外特征吸收帶有顯著差異， 所以可以同時研究他們在混合物中的行為。
范大明等人(Food Science, 2007，28(10):134-138 )圍繞著預油炸面食 品微波復熱后的脆性進行的一系列研究表明，4丐結合11S蛋白對提高預油 炸面食微波加熱后的脆性有明顯效果，預凍期間的冷凍速率對樣品的脆性 影響大，低溫凍藏產品脆性高，保持的時間長，并且發現加入改性蛋白后, 面漿體系的糊化溫度升高、粘度減小，Ca結合IIS蛋白有效延緩春巻皮的 短期回生和長期回生特性。
在先前研究的基礎上，為探討改性蛋白增脆機理，本發明運用 ATR-FTIR考察鈣結合IIS蛋白在糊化過程中對面漿中淀粉、蛋白質及整個 面漿體系產生的影響，從而為后續探討其脆性改良的方式、開發功能性食 品添加劑提供一種面漿糊化特性的有效;險測方法。

發明內容
本發明的目的是提供一種采用紅外光譜法測定小麥面漿蛋白質水合度 的方法。
本發明是通過下述技術方案實現的。
本發明涉及一種采用傅里葉變換紅外光譜法測定小麥面粉蛋白質水合
程度的方法。
該方法的步驟如下
把所述小麥面粉漿料以攪拌速度200-400r/min進行攪拌混合10-30min, 使該小麥面漿均勻，加入紅外光譜儀的變溫ATR中，然后以加熱速度10-20°C/min升溫至92-98°C,在這個溫度下保持20-30min,并以相同溫度 的水作為參比，測定傅里葉變換紅外光鐠圖，
然后，利用OMNIC6.2智能操作軟件通過基線校正、去巻積操作，設 定半峰寬(45)與增強因子(2.2),對得到的傅里葉變換紅外光譜圖進行處 理；
根據該傅里葉變換紅外光譜圖酰胺II帶1547cm"與1512cm"的比率確 定該小麥面粉漿料中蛋白的水合程度。
根據本發明的一種優選實施方式，把小麥面粉漿刺-樣品5mL加入預定 溫度的變溫ATR中，該樣品在變溫ATR中保持15min,然后以相同溫度下 的5mL水作為參比，測定傅里葉變換紅外光謹圖。
根據本發明的一種優選實施方式，所述的小麥面粉漿料含有以該漿料 總重量計10-60重量％小麥面粉。
下面將詳細地描述本發明。
由于蛋白質與水的相互作用，使蛋白質內一部分水的物理化學性質不 同于正常水，這部分水與蛋白質分子的特定基團以氫健方式結合，起到穩 定蛋白質結構的作用。這種水不易蒸發出去，若要除去這部分水的50%， 需要加547428MPa的壓力，或105。C的條件下長時間干燥，才能達到此要 求。蛋白質與水結合的性質，主要是蛋白質分子中極性基團的含量及極性 的強弱決定的，影響蛋白質與水結合的因素包括蛋白質的氨基酸組成、構 象特征、表面性質、pH值、溫度、離子種類和濃度等。
本發明涉及采用傅里葉變換紅外光譜法測定小麥面粉蛋白質水合程度 的方法。
該方法的步驟如下
把所述小麥面粉漿料以攪拌速度200-400r/min進行攪拌混合10-30min,
使該小麥面漿均勻，加入紅外光譜儀的變溫ATR中，然后以加熱速度 10-20°C/min升溫至92-98°C，在這個溫度下保4寺20-30min,并以相同溫度 的水作為參比，測定傅里葉變換紅外光i普圖，
在本發明中，傅里葉變換紅外光鐠測定使用的是美國Thermo Necolet 公司的Nexus470傅里葉變換紅外光諳儀，它配備三醋酸石克酸酯(DTGS )檢測器，衰減全反射(ATR)附件(基底材料為ZnSe)， OMNI采樣器，ATR 的入射角為45。,光譜范圍4000-650cm—1，分辨率為4cm",掃描累加64次。
然后，利用OMNIC6.2智能操作軟件通過基線校正、去巻積操作，設 定半峰寬45與增強因子2.2,對得到的傅里葉變換紅外光譜圖進行處理。
所述的半峰寬色譜峰高一半處的峰寬度，又稱半寬度。即通過峰高 的中點作平行于峰底的直線，此直線與峰兩側相交兩點之間的距離。
所述的增強因子色譜曲線在數據處理的過程中采用的校正因子，即 每次實驗時采用相同的、分辨率高的校正條件，以滿足相同的測定誤差。
所述的去巻積 一種新的信號處理方法，在大信噪比條件下，它可以 獲得很高的測向精度和遠小于天線波束寬度的方位分辨率。
所述的基線校正、去巻積操作、半峰寬與增強因子在紅外光譜領域中 都是人們熟知的基本概念與紅外光譜數據的處理方法。
根據該傅里葉變換紅外光譜圖酰胺II帶1547cm-1與1512cm"的比率確 定該小麥面粉漿料中蛋白的水合程度。
1547cm-'吸收帶是水合蛋白的吸收峰，而1512cm"吸收帶是干蛋白的 吸收峰。
小麥面筋蛋白的水合程度對紅外光語酰胺II帶的影響結果列于圖1 。
酰胺II帶是由平面C-N-H彎曲振動與C-N伸縮振動共同作用所形成的 吸收峰，由這個吸收峰可以觀察到蛋白分子通過氫鍵的相互作用而發生的 水合作用，這個過程對水是高度敏感的，在紅外光譜上表現出一個較大吸 收峰的變化，即從干蛋白的1512cm-1轉變成高度水合蛋白的1547cm人
圖l表示面筋蛋白水合程度與IR比率(ISATcm-'/lSlScm-1)的關系曲 線。由該圖可以看出，酰胺II帶中1547cm"與1512cm"的比率反映出小麥 面糊體系中水與蛋白的作用程度，小麥面糊蛋白的水合程度與紅外比值呈 正相關，即這個IR比率可間接反應小麥面筋蛋白的水合程度。
在本發明中，所述的小麥面粉漿料含有以該漿料總重量計10-60重量％ 小麥面粉。
優選地，所述的小麥面粉漿料含有以該漿料總重量計15-55重量％小麥面粉。更優選地，所述的小麥面粉漿料含有以該漿料總重量計20-50重量％小
麥面粉。
所述小麥面粉是目前在市場上銷售的產品，例如廣東省深圳市蛇口南 順面粉有限公司銷售的小麥面粉。
在本發明實施例3中，所述的小麥面粉漿料含有以該漿料總重量計 0.2-0.5重量。/。lls大豆蛋白。
在本發明實施例3中，lis大豆蛋白制備方法如下稱取1 OOOg低溫脫 脂大豆粉，往其中加入8000mL水，讓其低溫脫脂大豆4分完全溶解，再以 3000r/min離心分離2-3分鐘，在離心后分離上清液，然后往其中添加NaCl, NaCl添加量應達到0.6mol/LNaCl，該混合物攪拌均勻，然后用濃鹽酸將其 pH調節至2.0,然后靜置30min,再以3000r/min離心分離20-40min,分離 得到的沉淀物為11S大豆蛋白。
所述的低溫脫脂大豆粉是目前在市場上銷售的產品，例如山東禺王實 業有限公司銷售的低溫脫脂大豆粉。
所述的離心分離是使用離心機在一定轉速下讓混合物中的固體與液體
分離的技術，所述離心機例如是上海醫用分析儀器廠生產的Lxj-n沉淀離 心機。
在本發明實施例3中，所述的小麥面粉漿料含有以該漿料總重量計 0.2-0.5重量％4丐結合11S大豆蛋白。
在本發明實施例3中，鈣結合大豆蛋白的制備方法如下將上述制得 的IIS大豆蛋白沉淀加適量水混勻，用1NNaOH水溶液將其pH調節至7.0, 11S大豆蛋白溶解完全后，再將該混合物加熱到100°C,然后直接加入干基 蛋白的CaCb，其添加量應達到50mg/gCaCl2,再保溫10min，然后將其混 合物冷卻至65。C,再加入干基蛋白的CaCl2，其添加量應達到8mg/gCaCl2， 然后進行離心分離，用水洗滌，這個操作重復進行兩次，這樣得到4丐結合 大豆蛋白，再加水均質后，進行噴霧干燥成粉。具體還可以參見CN 1137869。
在本發明中，所述的噴霧千燥使用目前在市場上銷售的噴霧干燥機， 例如使用無錫東升噴霧造粒干燥機械廠生產的噴霧千燥:t荅。
將鈣結合11S大豆蛋白添加量為43mg/g的小麥面粉加水制成料液比為1:9的漿料，取5mL漿料加入變溫ATR中，以10°C/min升溫，到95。C后， 保持10min，以相同溫度下的5mL水作為參比，測定傅里葉變換紅外光i普 圖。對漿料糊化前后狀態進行測定。
然后，利用OMNIC6.2智能操作軟件通過基線校正、去巻積操作，設 定半峰寬(45)與增強因子(2.2)對得到的傅里葉變換紅外光譜圖進行處 理。
根據該傅里葉變換紅外光譜圖酰胺II帶1547cm"與1512cm-1的比率確 定該小麥面粉漿料中蛋白的水合程度。 [有益效果]
本發明利用傅里葉變換紅外光譜法開創了 一種小麥面漿蛋白質水合程 度的檢測方法，與現有技術相比，本發明方法的結果準確可靠，可以同時 測定面漿整體以及淀粉、蛋白質這兩種主要組分，操作簡便，可重復性好。

圖1表示面筋蛋白水合程度與IR比率(1547 cm力1512cm一)的關系曲
線
圖2不同水合程度面筋蛋白的溫升IR值 圖3連續程序控溫過程中水合蛋白IR值的變化曲線 圖4連續程序控溫過程中小麥面漿體系中水合蛋白IR值的變化曲線 圖5糊化后體系酰胺II帶去巻積紅外語圖 a.空白；b.加鈣結合大豆IIS蛋白；c.加大豆llS蛋白具體實施方式
實施例1:用IR1547/1512cnf1的比率檢測水合面筋蛋白加熱過程的變
化
所述小麥面筋蛋白是廣州天冠食用化工有限公司銷售的小麥面筋蛋白。
首先研究了 IR1547cm力1512ciV比率(簡稱IR比率)的變化隨著初始面 筋蛋白水合程度而變化，具體結果參見圖2。該圖反映了不同初始面筋蛋白 水合程度的溫度特性。
在密封ATR設備中在水分含量不變的條件下進行試驗，不同初始結合水量的小麥面筋蛋白以每分鐘2 。C的速率進行加熱，觀察到在25 °C -100 °C之 間IR比率的變化為直線變化。事實上，在一個確定的溫度下，IR比率的增 長隨著水分含量增加而增加。IR比率與溫度呈負相關，這種一致性表明把 水添加到天然小麥面筋蛋白中導致蛋白質分子內的氫鍵斷開，形成水-蛋白 氫鍵，然而當被加熱時，水-蛋白氫鍵被蛋白與蛋白之間的相互作用所替代。
另外，還研究了程序升溫/降溫對水合面筋蛋白IR比率的影響，其結果 如圖3所示。水合面筋蛋白(水/蛋白=2 ，在25 。C時其IR比率為3.1 )以2 。C/min 的速率從27。C加熱到45°C、 65°C、 85°C、 105°C,在達到每個目標溫度后 再均以1(TC7min的速率降低到初始溫度25°C。
由圖3可以清楚地看出，隨著加熱/冷卻循環的進4亍，IR比率也隨之有 明顯的變化。將小麥面糊加熱到65。C并冷卻后，IR比率的變化趨勢與未處 理的蛋白相同，這表明在低于65。C的溫度下進行熱處理對面筋蛋白的水合 特征無明顯的影響；在溫度85。C與105。C下加熱然后冷卻這樣處理循環所 得到的IR比率分別為2.80與2.45,表明在85。C以上溫度的熱處理對面筋 蛋白的水合特征影響非常顯著。
實施例2:用IR1547/1512cm-1的比率檢測小麥面糊體系糊化過程中水 合面筋蛋白的變化
所述小麥淀粉是山東海達淀粉有限公司銷售的小麥淀粉與張家港恒豐 淀粉制品有限公司銷售的小麥原淀粉。
配制具有以重量計小麥淀粉/面筋蛋白/水=10/2/9的小麥面糊，運用實 施例1中的水合面筋蛋白的熱處理方法，在每個溫控程序下，將上述面糊 以2。C/min的速率加熱至47。C、 67°C、 87。C和105。C，在每個目標溫度達到 后再以10°C/min的速率降低到初溫27°C。在升溫至45。C以前，淀;盼糊化并 沒有開始，并且水合蛋白的IR比率在冷卻前后也未發生明顯變化(IR比率 3.1);升溫至67。C以后，淀粉糊化處于高峰階段(65。/Q的有序結構破壞)， 此時蛋白的IR比率在冷卻前后仍與未處理樣品一致；升溫至87。C,淀粉糊 化完成，蛋白IR比率在冷卻到25。C時為2.8,對照圖1此時1.3g水連接lg 面筋蛋白。表1連續控溫小麥面糊(小麥淀粉/面筋蛋白/水=10/2/9) 水合程度變化
溫度27°C47 °C67 。C87 °C105 。C
面筋蛋白IR比率3.13.13.12.82.4
每克面筋蛋白結合水量>1.7>1.7>1.71.30.8
采用ATR-FTIR研究了蛋白與淀粉在加熱過程中同時發生的行為，水合 面筋蛋白、水合面筋蛋白-淀粉混合物經歷相同的熱處理過程，其 1547cm力1512cnf'IR比率表現出相似的溫度特性，這表明蛋白的脫水過程 并不依靠經歷糊化的d、麥淀粉而存在，這種發現不同于普遍接受的觀點， 即淀粉在焙烤糊化過程中沒有剝奪蛋白質的結合水。
實施例3:改性大豆蛋白對小麥面糊體系中面筋蛋白水合程度的影響
考察改性大豆蛋白對小麥面糊體系中面筋蛋白水合程度的影響，發現 沒有添加改性蛋白的小麥面糊體系與添加改性蛋白的小麥面糊體系在糊化 后水合程度均有不同程度的降低，即酰胺II帶特征IR比率與溫度呈負相關， 見圖5、表2。這些一致性結合預混階段的實驗結果暗示了水的添加導致了 蛋白分子的內氫鍵斷開，形成水-蛋白氫鍵，然而當被加熱時，水-蛋白氫鍵 被蛋白與蛋白的相互作用所替代。
由表2可知，大豆IIS蛋白與Ca結合大豆IIS蛋白的添加使體系中面
筋蛋白的水合能力上升，較未添加改性大豆蛋白體系均有較大幅度提高；
糊化后空白樣品體系中面筋蛋白水合特征變化很小，幾乎不變，而添加改
性大豆蛋白的體系明顯降低，證明大豆IIS蛋白與鈣結合大豆IIS蛋白的
添加有效改變體系中蛋白質的性質，這對糊化過程中水分在各成分間的運
輸與變化起到很大作用。
表2小麥面粉糊化前后面筋蛋白水合特征值
序號樣品IR(1547 cm力1512cm-1)
1糊化前空白小麥面漿1.867±0.014
2糊化前加US蛋白小麥面漿2.722±0.048
3糊化前加鈣結合IIS蛋白小麥面漿3.015±0.036
4糊化后空白小麥面漿1.655士0.051
5糊化后加IIS蛋白小麥面漿1.299士0.034
6糊化后加鈣結合IIS蛋白小麥面漿1.419±0.027
(注半峰寬45、增強因子2.2)
權利要求
1、一種采用傅里葉變換紅外光譜法測定小麥面漿蛋白質水合程度的方法，其特征在于該方法的步驟如下把所述小麥面粉漿料以攪拌速度200-400r/min進行攪拌混合10-30min，使該小麥面漿均勻，加入紅外光譜儀的變溫ATR中，然后以加熱速度10-20℃/min升溫至92-98℃，在這個溫度下保持20-30min，并以相同溫度的水作為參比，測定傅里葉變換紅外光譜圖，然后，利用OMNIC 6.2智能操作軟件通過基線校正、去卷積操作，設定半峰寬45與增強因子2.2，對得到的傅里葉變換紅外光譜圖進行處理；根據該傅里葉變換紅外光譜圖酰胺II帶1547cm-1與1512cm-1的比率確定該小麥面粉漿料中蛋白的水合程度。
2、 根據權利要求1所述的方法，其特征在于把小麥面粉漿料樣品5mL 加入預定溫度的變溫ATR中，該樣品在變溫ATR中保持15min，然后以相 同溫度下的5mL水作為參比，測定傅里葉變換紅外光i普圖。
3、 根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述的小麥面粉漿料含有 以該漿料總重量計10-60重量％小麥面粉。
全文摘要
本發明涉及采用傅里葉變換紅外光譜法測定小麥面漿蛋白質水合程度的方法。把所述小麥面粉漿料加入紅外光譜儀的變溫ATR中，以加熱速度10-20℃/min升溫至92-98℃，并以相同溫度的水作為參比，測定傅里葉變換紅外光譜圖，利用OMNIC 6.2智能操作軟件對得到的傅里葉變換紅外光譜圖進行處理，根據該傅里葉變換紅外光譜圖酰胺II帶1547cm^-1與1512cm^-1的比率確定該小麥面粉漿料中蛋白的水合程度。
文檔編號G01N21/31GK101644672SQ20091017008
公開日2010年2月10日 申請日期2009年9月3日 優先權日2009年9月3日
發明者唐帥坤, 灝 張, 張曉天, 范大明, 趙建新, 衛 陳, 顧小紅, 馬文睿, 馬申嫣 申請人:江南大學