研究某種蛋白和濕面筋凍藏穩定性的關系
小麥面筋蛋白是一種黃白色有彈性和延伸性的物質，主要由麥醇溶蛋白和麥谷蛋白組成，面筋蛋白吸水后，蛋白分子逐漸水化，分子間相互作用形成三維網狀結構，賦予面團持水性、面團黏結性與黏彈性等流變學性質。冷凍是已被廣泛應用的一種食品保存方法，但在冷凍貯藏過程中，因溫度波動而引起的重結晶現象可引起濕面筋網絡結構物化性質的改變，尤其凍結水形成冰晶后體積增加，表現出異常的膨脹特性，使得蛋白質的三維網絡結構受到擠壓而破壞。關于濕面筋蛋白凍融穩定性方面的研究是冷凍面團及其制品體系基礎研究的重要部分，具有實踐指導意義。
2006年，我國衛生部公布冰結構蛋白所示。隨凍藏時間的延長，濕面筋蛋白樣品融化焓值均呈增大趨勢，即表明冷凍濕面筋蛋白中可凍結水量增加。空白樣品在凍藏時間為1周時，冰的融化焓為88.5J/g，比Kontogiorgos等得出的值要小些，這可能是因為面筋蛋白的來源以及面筋和水的比例不一致造成的。凍藏2周后，融化焓值為96J/g，增加了8.4%，而當凍藏時間達到9周時，融化焓達到112.5J/g，與第1周相比，焓值增加了27.1%。開始時水分的遷移和可凍結水的增加，可能是因為在較低溫度下濕面筋蛋白的網絡結構遭到破壞；當凍藏時間為9周時，可凍結水焓值又有所增加，這可能是因為在長時間凍藏過程中，冰晶的重結晶效應導致濕面筋網絡結構破壞程度增加，使得水分從網絡結構中離析出來，可凍結水量增加。
加入冰結構蛋白后，凍藏1周冰的融化焓為83.4J/g，比空白樣品降低了4.9%，而凍藏9周融化焓達到103.3J/g，比空白樣品降低了 8.9%，總的看來，加入 ISP 后，隨著凍藏時間的增加，冰的融化焓仍是增加的，但是在凍藏時間相同時，含ISP 的面筋蛋白冰融化焓值要明顯小于空白樣品，這是因為冰結構蛋白在范德華力、疏水相互作用和氫鍵作用下吸附到面筋蛋白體系中冰核表面，抑制冰核生長即抑制重結晶，減小了冰晶對濕面筋蛋白網絡結構的破壞，從而減少了從網絡結構中離析出的水分。
2.2 流變學特性變化
運用動態流變儀對樣品進行頻率掃描，研究其彈性模量和黏性模量的變化，即對樣品施加相同的應力，研究振蕩頻率對彈性模量和黏性模量的影響。此方法可以在不破壞樣品結構的情況下，直接獲得與樣品的彈性和黏性行為相關的信息。
蠕變曲線分為3個主要的階段：1)瞬時彈性形變：在施加應力的-瞬間體系所發生的瞬時形變，在此階段，如果應力除去，體系的形變會立即恢復；2)延遲彈性形變：緊接著體系的彈性形變開始緩慢增加；3)平衡形變：此時體系的彈性和黏性達到平衡，形變速率恒定。蠕變實驗中，凍藏4周后面筋蛋白的形變明顯增加，這表明面筋網絡結構被破壞。當加入 ISP 時，面筋體系的形變量明顯減小，表明加入ISP 有效的保護了賦予面筋彈性的組分，即麥谷蛋白。Singh 等提出麥谷蛋白大聚體之間的纏繞產生的阻力抵抗變形和減慢滑移速率，纏繞點的數目決定于蛋白大聚體的長度和相對分子質量大小。因凍藏過程中形成的大冰晶可以破壞面筋蛋白之間的纏繞點，進而使得面筋蛋白的抗變形能力變差，引入 ISP 后，因其可以吸附到冰晶表面，有效抑制冰晶的生長和重結晶，減少對面筋蛋白結構的破壞，可以提高其抗變形能力。
2.3 微觀結構研究
圖5分別是空白濕面筋蛋白和添加ISP的濕面筋蛋白凍藏 1、4、9 周后的掃描電鏡顯微照片，圖 5A 說明空白樣品凍藏 1 周，便有粒徑小的不規則空洞出現，說未添加ISP9 周ing protein，ISP)即抗凍蛋白是可用于冷凍食品中的新型食品添加劑，可以被多種生物如魚類，植物及昆蟲所合成，以保證它們在低溫下可以生存。ISP有3種主要功能：熱滯活性、修飾冰晶及抑制重結晶。在國內率先對ISP在冷凍面團體系中的應用研究進行了報道。關于 ISP 在冷凍面團及其食品體系中的研究正在成為烘焙與發酵技術領域的熱點課題之一 。
本實驗采用差示掃描量熱儀研究凍藏時間對濕面筋蛋白中可凍結水含量的影響；用動態流變儀研究冷凍濕面筋蛋白的黏彈性模量隨凍藏時間的變化；采用掃描電子顯微鏡觀察不同凍藏時間下冷凍濕面筋蛋白網絡結構的變化，進而分析濕面筋蛋白中冰 - 水相平衡的變化及冰結構蛋白影響濕面筋蛋白凍藏穩定性的作用機制，為冷凍面制品的研究提供參考。
1 材料與方法
1.1 材料
冰結構蛋白(ISP) ；面筋蛋白。
1.2 儀器與設備
面筋指數測定儀；差示量熱掃描儀；掃描電子顯微鏡；冷凍干燥機美國；動態流變儀；蛋白質測定儀。
1.3 方法
1.3.1 樣品制備
稱取一定量的小麥面筋蛋白粉與蒸餾水，利用面筋指數測定儀按質量比1：1 的比例混合均勻，將制得的濕面筋蛋白用保鮮膜包裹，放在常溫下穩定1h，然后切成圓片，用保鮮膜包裹放在－18℃冰箱中。
1.3.2 可凍結水含量測定
用銦和錫校準差示掃描量熱儀。用剃刀從冷凍濕面筋蛋白圓片中心部位取10～15mg，密封在小鋁盒中，放入DSC，空氣作參比。在－15℃和5℃各保持5min，從－15℃升溫到5℃，升溫速度為 1℃/min。記錄可凍結水的焓變(ΔH)。
1.3.3 動態流變學實驗
測定條件：直徑20mm、偏角1°椎板，溫度25℃，頻率范圍0.01～100rad/s，應變量10%，測定貯能模量G′及損耗模量 G′′隨頻率(0.01～100rad/s)的變化。
1.3.4 冷凍濕面筋蛋白微觀結構觀察
借用蛋白質測定儀，嚴格取冷凍濕面筋蛋白樣品30g，在30℃解凍2h后進行冷凍干燥。樣品先用2.5% 戊二醛固定，0.1mol/L 磷酸緩沖液漂洗，再用1% 四氧化二鋨固定，0.1mol/L 磷酸緩沖液沖洗，用30%、50%、70%、90%、100% 乙醇梯度洗脫。用醋酸異戊酯置換出乙醇后，采用臨界點干燥法進行干燥，經離子濺射噴金后，置于掃描電子顯微鏡下觀察樣品結構。加速電壓為5kV。
2 結果與分析
2.1 可凍結水含量研究面筋蛋白質中水分子主要以結合水、可凍結結合水和自由水3 種狀態存在。所謂的可凍結水主要由自由水和可凍結結合水組成；所謂的非凍結水主要由結合水和另一部分松散的結合水組成。凍藏過程中，冰晶是破壞面筋蛋白質網絡結構的主要因素之一，而可凍結水含量決定了面團在凍藏過程中冰晶的形成量，可凍結水越少，面筋的網絡結構保持的越完整。可凍結水(冰)的含量可以通過計算 DSC 曲線峰值下的面積所測得的熔化焓值ΔH 來反映。圖1即為本實驗測定的典型冷凍用DSC測定冷凍濕面筋蛋白中可凍結水(冰)的含量。濕面筋蛋白中冰的融化焓隨凍藏時間的變化如圖明此時已經有冰晶形成，隨著凍藏時間的延長，面筋網絡結構中的空洞逐漸變大，可以看到游離的淀粉顆粒存在。由圖5C 可以看出空白樣品凍藏9周后，面筋網絡結構中的空洞較大，說明重結晶形成的大冰晶對網絡結構破壞程度較深。
圖5a為凍藏1周后含質量分數0.5% ISP的濕面筋蛋白，與空白濕蛋白面筋蛋白(圖 5A)相比，網絡結構中雖然也有空洞出現，但空洞粒徑更小且均勻。凍藏4周后，即使加入 ISP，面筋網絡結構中的空洞不可避免的大，面筋網絡結構遭到破壞，但是遭受破壞的程度明顯小于未加ISP 的(圖5b)。當凍藏時間延長到9周時，添加ISP在一定程度上降低了濕面筋網絡結構遭受破壞(圖5c)。這些結果說明引入 ISP 可以顯著抑制凍藏對濕面筋蛋白網絡結構的破壞。
冰晶形成以及重結晶效應所產生的大冰晶對面筋網絡產生機械損傷是面筋網絡在凍藏過程中受到破壞的最主要原因之一。因ISP 可以抑制冰晶形成和重結晶，使得冷凍濕面筋蛋白網絡內部和外部的可凍結水能夠形成相對較小且均勻的冰晶，降低對濕面筋蛋白網絡結構的破壞程度，從而提高冷凍面制品的品質后可以抑制凍藏過程對濕面筋蛋白網絡結構的破壞。
綜上所述，冰結構蛋白對于提高濕面筋蛋白凍藏穩定性有很好的效果，本實驗為ISP 作為一種新型的添加劑，在冷凍面團及冷凍面制品中的應用提供了基礎研究信息 。
