麸质过敏症是一类由麸质蛋白敏感触发免疫系统而刺激小肠损伤的一种自身免疫性疾病[1]，包括乳糜泻（CD）、小麦敏感症、非乳糜泻麸质敏感性疾病等，主要伴随着腹痛、腹泻、骨质疏松等多种疾病，如不及时治疗还会导致肠癌、贫血等并发症[2]。据欧洲一些国家统计，这类腹腔疾病的发病率大约占欧洲人口的1%[3]，同时，根据印度等国家的调查显示，CD 不仅在儿童中发病，在成人中也被认为是较常见的疾病[4]。在中国，大约2%的青少年的乳糜泻血清检测结果呈阳性。而部分地区以小麦为主食的人群，其乳糜泻自身免疫的患病率更高为0.76%[5]。如何治疗麸质过敏症等腹腔疾病是亟待解决的问题。目前为止，麸质不耐受人群最安全有效的治疗方法即为无麸质饮食[6]。
麸质，又称谷蛋白或面筋蛋白，是由存在于小麦、大麦和黑麦中的醇溶蛋白和麦谷蛋白所组成，具有独特的黏弹性、吸水性等优点，可以赋予面制食品较好的网络结构和品质[7]。然而对于无麸质饮食的人群来讲，只能食用无麸质食品，常用的无麸质原料主要包括：大米粉[8]、荞麦粉[9]、木薯淀粉[10]、玉米淀粉、燕麦粉[11]等。其中大米粉因低过敏性、高消化率、色泽洁白、味道清淡等特点，而被认为是最适生产无麸质产品的谷物粉之一[12]，目前已广泛应用于制备米面包等食品中，然而米粉中不含麸质，使形成的米面团缺少维持网状结构的蛋白质，其黏弹性、拉伸性及保气性等均变差，从而导致制作的米面包体积较小，营养价值也随之降低[13]。
近年来，为获得高品质的无麸质面包，众多学者进行了广泛研究。Zhao等[14]发现添加亲水胶体对无麸质米面包品质有显著改善作用，其中随着羟丙基甲基纤维素和海藻酸丙二醇酯的共同添加，无麸质米面包的比容增至350%。Jagelaviciute等[15]认为通过由种子粉制成的非传统发酵面团会增加无麸质米面包的水分含量，且孔隙率也增加了13%，总体感官及结构特性更好。除此之外，原料发芽[16]、酶改善[17]等方法也被认为是可以提高无麸质米面包比容及柔软度等。以上方法虽对无麸质面包品质有显著改善，但由于缺乏醇溶蛋白和麦谷蛋白，使面包营养价值降低的问题未得到明显改善。也有研究表明，添加外源蛋白可以改善无麸质米面包的品质。如大豆蛋白可以增加面团中二硫键，使分子间发生巯基/二硫键交换和巯基氧化反应，构建模拟面筋蛋白的结构[18]。同时，面团中非必需氨基酸（如赖氨酸）的含量也在提升，这种氨基酸的加入赋予无麸质面包更高的营养价值。除此之外，还有许多不同来源蛋白已应用于改善无麸质面包的品质。如鸡蛋类[19]、乳制品类[20]，其它蛋白等。由于蛋白的来源不同，其氨基酸的组成及所具有的性质也不同，因此对无麸质米面包品质改良的程度也不同。目前添加蛋白改善无麸质米面包品质的单一研究较多，而多种外源蛋白相比较的研究较少。
本试验以米粉为无麸质原料生产米面包，探讨5 种外源蛋白（大豆分离蛋白、豌豆分离蛋白、玉米醇溶蛋白、乳清浓缩蛋白和蛋清蛋白）对米面团及米面包的热机械性能、糊化特性、流变特性、质构特征及感官品质等的影响，确定最适蛋白的种类及添加量。研究结果可为改善无麸质产品感官品质提供试验参考。
1 材料与方法
1.1 材料、仪器与设备
碎米，黑龙江省五常金禾米业有限责任公司；高筋小麦粉，扶风斯洛特生物科技有限公司；干酵母，安琪酵母股份有限公司；脱脂奶粉，黑龙江省完达山乳业有限公司；无盐黄油，北京艾莉恒美商贸有限公司；白砂糖、食盐及鸡蛋，市售；大豆分离蛋白，哈高科大豆食品有限责任公司；玉米醇溶蛋白，上海兴隆圣物科技有限公司；豌豆分离蛋白，江苏鑫瑞生物科技有限公司；蛋清蛋白，安徽亳州市众意蛋业有限公司；乳清浓缩蛋白，深圳乐芙生物科技有限公司；上述均为食品级。
JE1002 电子天平，上海浦春计量仪器有限公司；TechMaster 快速黏度仪（RVA），瑞典pertenin strum ents Ltd；Brookfired CT3 质构仪，美 国Brookfired 公司；NH300 色差仪，深圳市三恩驰科技有限公司；HR-1 流变仪，美国TA 公司。HMJA20E1 和面机，小熊电器有限公司；VF-12 湿温自控醒发箱，沈阳市华恒伟业食品机械厂；YLBD-3A 电烤箱，上海多力食品机械制造有限公司；Mixolab 混合实验仪，法国肖邦技术公司；RSFS1406 多功能粉碎机，合肥荣事达小家电有限公司。
1.2 试验方法
1.2.1 无麸质米面包基本配方 米粉200.00 g，脱脂奶粉6%，酵母1.2%，鸡蛋8%，食用盐0.8%，绵白糖18%，水（吸水率的85%），大豆蛋白、豌豆蛋白、玉米蛋白、乳清蛋白、蛋清蛋白的添加量分别为米粉总质量的0%，3%，6%，9%，12%。
1.2.2 无麸质米面包制作流程 配料→面团调配制作→面团分割→装模成型→发酵→烘烤→冷却→存放→检测指标，评价品质。
1.2.3 无麸质米面包工艺操作要点 干料（米粉，脱脂奶粉，酵母，蛋白质）混合均匀，湿料（鸡蛋，食盐，白糖，三分之一的水）混合均匀，将干、湿料混合均匀，揉成面团，20 min 后加入黄油，待融入后加食盐持续揉面团约20 min，面团分割80 g 左右装模成型，38 ℃发酵1 h，烤箱上火185 ℃，下火160 ℃烤20 min，冷却2 h 后检测指标及评价品质。
1.2.4 热机械学特性测定 参照王凤等 [21] 的方法，采用Mixolab 混合实验仪研究添加不同来源蛋白后无麸质米面团的热机械学特性，并分析加热冷却过程中蛋白质网络结构及淀粉性质的变化，复配原料及水分含量以最佳稠度时扭矩为（1.1±0.07）Nm 而确定。试验条件如下：初始温度30 ℃，恒温时间8 min；以4 ℃/min 的速度升温到90 ℃，保温7 min；再以4 ℃/min 的速度降温到50 ℃，保温5 min；搅拌速度保持在80 r/min。
1.2.5 流变特性测定 通过频率扫描与温度扫描研究不同来源蛋白对米面团流变学特性的影响，样品取1.2.4 节中扭矩为1.1 Nm 时Mixolab 制备的面团，室温静置30 min，平板直径25 mm，夹缝距离1 mm。使面团置于两块平板之间并静置5 min 为去除面团中残余压力，多于平板外的部分刮掉，用涂有矿物油的盖子盖好，以防面团中水分的损失。频率扫描参数：0.5%应变，0.1～40 Hz 频率。温度扫描参数：0.5%应变，1 Hz 频率，温度25～85 ℃；加热速度5 ℃/min。
1.2.6 RVA 特性测定 准确称量不同外源蛋白与米粉的混合粉3.0 g（水分基准12%），加25.0 mL 蒸馏水，于RVA 铝盒中混合并使用快速黏度仪进行检测。试验条件如下：50 ℃下保持1 min，以12 ℃/min 升温至95 ℃并保持2.5 min，再以12 ℃/min 降温至50 ℃并保持1 min，测定过程中搅拌器以960 r/min 混匀样品并保持10 s，其余时间转速保持在160 r/min，测定样品峰值黏度、最低黏度、崩解值、最终黏度和回生值。
1.2.7 比容、面包损失、色泽测定
1.2.7.1 采用菜籽取代法测量面包质量体积 具体操作如下：将米面包冷却2 h 后进行称重M（g）后放入量筒内，再将菜籽放入量筒直至装满，读出面包和菜籽的总体积为V1（cm3），后再读菜籽体积为V2（cm3），并通过计算公式（1）得到比容。
式中：V1——面包与菜籽的总体积，cm3；V2——菜籽体积，cm3；M——无麸质面包质量，g。
1.2.7.3 色泽参照Zhong等[22]的方法稍作修改。将面包在25 ℃下冷却2 h 后，在面包表面和中心切下5 cm2 左右的面包片，切片均匀无裂纹。并用色度计测量外壳和内部（碎屑）的L*（光度）、a*（红色）和b*（黄色）值。
1.2.8 质构特性检测 采用Brookfired CT3 型号的质构仪测定米面包的质构特性，选用P/36R 探针。取面包中心部分2 cm×2 cm×2 cm 的小方块进行测试，厚度为20.00 mm 左右。具体参数：测前探头运行速度1 mm/s，测试中为2 mm/s，返回速度为1 mm/s，两次压缩过程中间停止5 s 再继续，压缩比为75%。
1.2.9 感官评价 按照测试系统，生产18 组产品，随机调查10 名消费者对产品进行感官评价，以取得结果。标准见表1。
表1 感官评价标准表
Table 1 Sensory evaluation standard table
1.2.10 面包剖面分析 将面包切成2 cm 厚的薄片，观察切面气孔形成情况。
1.3 数据处理及分析
采用Origin2018 进行绘图，采用SPSS17.0 统计软件进行分析，以P＜0.05 为显著性标准。
2 结果与分析
2.1 不同来源蛋白对面团热机械学特性的影响
以小麦为对照组，米粉为空白组，通过实时测量两个搅拌臂之间面团的扭矩，研究在加热冷却过程中面团内蛋白质网络结构及淀粉性质的变化。吸水率即是使面团产生扭矩为1.1 Nm 时所需要的加水量，C1 与C2 代表蛋白组分的热机械学特性，C3、C4、C5 代表淀粉组分的热机械学特性；C1-C2 数值低，代表面团蛋白质弱化程度强；C3-C4 数值低，代表面团热稳定性强；C5-C4 数值低，代表面团回生性小。
由表2 和表3 可知不同来源蛋白对米面团的热机械学特性影响。研究发现不同来源蛋白的添加对无麸质米面团的吸水率有较大影响，其中植物蛋白吸水率随添加量的增加而增加，而动物蛋白则反之。这种差异可归因于外源蛋白来源及特性的不同，大豆蛋白等具有较多极性基团，结构更加疏松以致吸收更多水分，使得面团吸水率增加[23]。而吸水率降低是由于如蛋清蛋白与水结合后会导致水分被固定，使米粉中淀粉和蛋白质不能吸收更多的水分，这与罗云等[24]研究结果类似。吸水率的增加可以提高面制品的保水性并利于产品保鲜。
表2 植物蛋白对热机械学特性的影响
Table 2 Effects of plant proteins on thermomechanical properties
表3 动物蛋白对热机械学特性的影响
Table 3 Effect of animal protein on thermomechanical properties
此外，添加外源蛋白后的C1-C2 值普遍低于米粉组，蛋白质弱化度降低，说明外源蛋白的加入改善了米面团的弹性，这可能是因为含有二硫键的蛋白质在和面、发酵等过程中会促使分子间发生巯基/二硫键交换和巯基氧化反应，构建了模拟面筋蛋白的网状结构，从而增加面团的弹性[13]，而动物蛋白C1-C2 值普遍高于植物蛋白的原因为动物蛋白中含有许多大分子蛋白质，增大了面团对外部机械力的抵抗能力。
C3-C4 值反映的是面团的淀粉糊化及热稳定性，数值越低，说明面团的热稳定性越强。与米粉相比，不同外源蛋白加入后C3-C4 值均显著降低，其中植物蛋白试验组的C3-C4 值高于动物蛋白，说明添加植物蛋白的面团糊化特性低，热稳定性更强。C5-C4 值表示淀粉回生特性，值越小，说明回生可能性越小，当大豆蛋白添加量为6%时，此时回生特性最弱为0.003 Nm，大豆蛋白加入后通过氢键和离子键形成的空间效应阻碍了支链淀粉微晶的形成，从而抑制淀粉的老化[20]，同时也降低老化对面包所产生的品质影响，这与Marcoa等[25]研究结果类似。
2.2 不同来源蛋白对面团流变特性分析
2.2.1 频率扫描 面团流变性质可以反映面团在加工过程中的品质变化和最终产品的质量，是评价面团性质的指标之一。G′储能模量代表物质的弹性本质，G″损耗模量代表物质的黏性本质，tanδ=G"/G′反映了弹性成分和黏性成分的占比，代表损耗系数。如图1～图3 所示为频率变化过程中添加不同来源蛋白后，面团G′、G″和tanδ 的测定结果。由图可知，随着频率的增加，G′和G″均呈现逐渐增加的趋势，且在一定频率的范围内，同一样品一直保持G′＞G″，此时面团以弹性模量为主。这是由于添加的蛋白具有较强结合水能力，使面团迅速锁住水分并增加了弹性模量，从而提高气体保留率和面包的体积[26]，除此之外，如大豆蛋白等的添加增加了面团体系中的二硫键，同时为烘焙食品提供更佳的弹性。但动物蛋白的G′和G″普遍低于植物蛋白及米粉，这可能是由于面团的流变性质与蛋白质分子的大小和形状以及它们的氨基酸组成有关。如乳清蛋白是由分子质量为18.4 ku 的β-乳球蛋白和分子质量为14.2 ku 的α-乳清蛋白组成，相比之下，大豆蛋白包括β-伴大豆球蛋白（150～200 ku）和大豆球蛋白（300～380 ku）[20]，同时两者的亲水性也不同[27]。
图1 大豆分离蛋白和豌豆分离蛋白在频率扫描储能模量、损耗模量和损耗系数变化
Fig.1 Changes of storage modulus，loss modulus and loss coefficient of soybean protein isolate and pea protein isolate in frequency scanning
图2 玉米醇溶蛋白和乳清浓缩蛋白在频率扫描储能模量、损耗模量和损耗系数变化
Fig.2 Changes of storage modulus，loss modulus and loss coefficient of zein and whey protein concentrate in frequency scanning
图3 蛋清蛋白在频率扫描储能模量、损耗模量和损耗系数变化
Fig.3 Changes of storage modulus,loss modulus and loss coefficient of egg white protein in frequency scanning
tanδ=G"/G′代表损耗系数，tanδ 值越大，说明体系流动性越强。图中大豆蛋白和豌豆蛋白的tanδ 随频率的升高而增大，且豌豆蛋白添加量为9%时，tanδ 最大，3%的蛋清蛋白其次，说明此时面团的流动性最强呈液态，且黏性最大。
2.2.2 温度扫描 如图4～图6 所示为温度变化过程中添加不同来源蛋白后，面团G′、G″的测定结果。在25～55 ℃阶段，G′和G″均较小，随着温度升高到55 ℃左右时，G′和G″迅速增加，这可能是由于淀粉糊化后蛋白质与淀粉分子间的相互作用协助了混合凝胶的形成，也有可能是蛋白质分子变性并且发生了分子间的交联，使在加热过程中形成了热诱导凝胶[28]。当温度升高到6～80 ℃时，蛋白凝胶的G′和G″值达到最大值，而80 ℃后G′和G″又迅速下降，这与温度过高蛋白完全变性而不与淀粉形成凝胶有较大关系。此外，植物蛋白中玉米蛋白及动物蛋白中乳清蛋白的G′和G″较高，说明其所形成的凝胶体系强度较好。
图4 不同添加量大豆分离蛋白和豌豆分离蛋白在温度扫描储能模量和损耗模量的变化
Fig.4 Changes of storage modulus and loss modulus of soybean protein isolate and pea protein isolate with different addition amounts under temperature scanning
图5 不同添加量玉米醇溶蛋白和乳清浓缩蛋白在温度扫描储能模量和损耗模量的变化
Fig.5 Changes of storage modulus and loss modulus of zein and whey protein concentrate with different addition amounts under temperature scanning
图6 不同添加量蛋清浓缩蛋白在温度扫描储能模量和损耗模量的变化
Fig.6 Changes of storage modulus and loss modulus of egg white concentrate with different addition amounts under temperature scanning
图7 植物蛋白添加量对无麸质食品感官品质影响
Fig.7 Effect of plant protein addition on sensory quality of gluten free food
图8 动物蛋白添加量对无麸质食品感官品质影响
Fig.8 Effect of animal protein addition on sensory quality of gluten free food
图9 不同种蛋白质面包剖面分析
Fig.9 Profile analysis of different protein bread
2.3 不同来源蛋白对面团RVA 特性的影响
快速黏度分析仪可以反映出混合粉中淀粉的糊化黏度。见表4，表5 可知，与米粉相比，随着不同外源蛋白的添加，面团的峰值黏度、最低黏度、最终黏度均显著下降，且随添加量的增加而持续下降。当不同蛋白的添加量为12%时，此时面团的峰值黏度、最低黏度、最终黏度达到最低值。这可能是因为淀粉和所添加的蛋白带有相反电荷，两者通过静电相互吸引，导致淀粉颗粒周围被蛋白包围，使得淀粉吸水速率变慢从而影响糊化淀粉的峰值黏度[18]，且动物蛋白的峰值黏度普遍低于植物蛋白，这与动物蛋白的结构和氨基酸组成有较大关系。
表4 植物蛋白对面团RVA 特性的影响
Table 4 Effect of plant protein on RVA characteristics of dough
表5 动物蛋白对面团RVA 特性的影响
Table 5 Effect of animal protein on RVA characteristics of dough
崩解值反映了淀粉糊的热稳定性，与米粉相比，添加量为12%时的大豆蛋白及乳清蛋白组崩解值最小，此时面团热稳定性、耐剪切性最强。回生值（最终黏度和最低黏度的差值）代表淀粉冷糊的稳定性，表中回生值随不同蛋白添加量的增加而逐渐下降，表明蛋白质的加入阻碍了淀粉分子的重新排列[20]，进而延缓老化。其中添加量为12%的蛋清蛋白组回生值最小为211 cP，此时面团老化速度最慢，更有利于提高感官品质和货架期。
RVA 测定的糊化特性与Mixolab 测定的热机械特性一同证实了外源蛋白的添加的确改善了淀粉回生及老化带给无麸质米面包感官品质上的缺陷。
2.4 不同来源蛋白对面包比容、面包损失、色泽的影响
面包比容是评价面包品质的主要指标之一，一定范围内，比容越大，相对硬度越低，感官品质越高。除此之外，比容对面包的质构特性（弹性、咀嚼性等）也有所影响。
如表6，表7 为添加不同外源蛋白对米面包比容、损失和色泽的影响。从图中可以得出，随着不同外源蛋白的添加，面包的比容及损失均得到显著改善（P＜0.05），其中大豆蛋白组与乳清蛋白组的比容随添加量的增加而呈先上升后下降趋势，玉米蛋白组和豌豆蛋白组比容无明显变化，而蛋清蛋白组呈下降趋势。其中添加量为9%时的乳清蛋白组面包体积增加最大，比容约为1.810 mL/g。这与烘烤中蛋白变性或与其它组分相互作用有较大关系，因此提升了面团品质。而试验组中比容没有明显增加的原因可能是添加蛋白后面团结构发生改变或稳定性较差所致[29]。此外，小麦粉面包的损失率是5.32%，米粉面包的损失率最高为7.74%，这体现出米粉面包持水性更差、烘烤时水分蒸发的损失量也过多，而添加蛋白后面包的损失率普遍低于米粉组，最低可达到3.76 mL/g，此时也低于小麦粉面包的损失率。
表6 植物蛋白对面包比容面包损失和色泽的影响
Table 6 Effect of plant protein on specific volume loss and color of bread
注：表中同一参数后含有不相同字母表示差异显著（P＜0.05）。
表7 动物蛋白对面包比容面包损失和色泽的影响
Table 7 Effects of animal protein on specific volume loss and color of bread
注：表中同一参数后含有不相同字母表示差异显著（P＜0.05）。
食品色泽影响着消费者对面包的感官评价，由表可知，添加外源蛋白后的面包其色差L*值普遍低于米粉和小麦粉的L*值，说明添加蛋白后的面包颜色要比米粉和小麦粉的颜色更加暗沉，而a*值和b*值明显大于米粉和小麦粉，此时的面包颜色偏黄。
2.5 不同来源蛋白对面包质构的影响
质构是检测面包品质的主要指标之一，硬度越大，则口感越粗糙；胶着性越大，则越黏牙；弹性值越高、黏聚性值越大，面包口感越好。
如表8 和表9 所示，添加外源蛋白后米面包的硬度值均有下降，其中添加量为6%的大豆蛋白组硬度下降约19.0%。3%和6%玉米蛋白组面包硬度下降约39.6%,36.5%，而9%的豌豆组硬度下降最多约48.5%，且面包的胶着性最小为2 710.12g。但从弹性和胶着性等综合来看，6%的大豆蛋白组总体数值偏小且弹性值较大，此时面包口感最好不黏牙。此外，动物蛋白中添加量为9%的乳清蛋白组硬度约为2 032.9 g，最接近小麦面包的硬度为2 008.0 g，胶着性也较小，弹性较好，综合感官品质最佳。而3%蛋清蛋白组硬度值最高，约为4 423.12 g，与米粉组对比下降约2.7%，而添加量为6%，9%，12%蛋清蛋白组的硬度无显著变化，弹性值虽较高，但质地较软，口感粗糙且黏牙，面包质构特性改善的效果不完善，总体感官性质远不如乳清蛋白组。综上所述，植物蛋白组中对面包质构改善的最佳添加量为：9%豌豆蛋白组＞3%玉米蛋白组＞6%大豆蛋白组；动物蛋白组中对面包质构改善的最佳的蛋白为：乳清蛋白组＞蛋清蛋白组。
表8 植物蛋白对面包质构影响
Table 8 Effect of plant protein on bread texture
注：表中同一参数后含有不相同字母表示差异显著（P＜0.05）。
表9 动物蛋白对面包质构影响
Table 9 Effect of animal protein on bread texture
注：表中同一参数后含有不相同字母表示差异显著（P＜0.05）。
2.6 感官评价
根据工艺流程制作的成品米面包有18 组，随机邀请10 名消费者进行感官评价，如图10、图11所示为感官评价结果。纯米粉面包的结构外观分数偏低，这是因为米粉面包硬度大、气孔数量少、口感粗糙等原因。而小麦粉面包口感较软，味道醇香，总体感官评分较高。此外，植物蛋白中大豆蛋白总体评分较好，添加量为12%的大豆蛋白感官评分最高。而动物蛋白中乳清蛋白组整体感官评分比蛋清蛋白组更佳，其中6%乳清蛋白组面包评分最佳，气孔大小均一且数量多、口感软、不黏牙、无干裂，外皮颜色均匀。
整体分析：乳清蛋白组（329.1 分）＞大豆蛋白组（315.5 分）＞豌豆蛋白组（308.7 分）＞玉米蛋白组（298.2 分）＞蛋清蛋白组（294.7 分）。
2.7 面包剖面分析
由图可知，大豆蛋白组、豌豆蛋白组和乳清蛋白组气孔数量更多，质地也更加细腻均匀。此外，植物蛋白中添加量为12%的大豆蛋白组气孔数量最多，质地细腻且颜色均匀，感官品质更好，而玉米蛋白组气孔数量少且小，颜色偏白，品质较差。动物蛋白组中添加量为12%的乳清蛋白组气孔数量多，但该组面包的整体剖面颜色均发黄，9%的乳清蛋白组气孔数量相对较多，感官品质最佳，而蛋清蛋白组气孔数量少，大小疏密不一，品质较差。
3 结论
添加大豆分离蛋白、豌豆分离蛋白、玉米醇溶蛋白、乳清浓缩蛋白和蛋清蛋白可以改善无麸质面团的黏弹性等感官品质，并与其添加量有关。添加量为9%的乳清浓缩蛋白组面包硬度下降约55.3%，胶着性较小不黏牙，口感较软，对无麸质米面包质构特性改善效果最佳。感官评分最高的是添加量为9%的乳清浓缩蛋白组的米面包感官评分为87.3 分。其次是添加量为12%的大豆分离蛋白面包为86.3 分。除此之外，根据产生气孔数量的综合来看：乳清浓缩蛋白组＞大豆分离蛋白组＞豌豆分离蛋白组＞玉米醇溶蛋白组＞蛋清蛋白组。因此，添加乳清浓缩蛋白和大豆分离蛋白后对米面包品质改善效果最好，米面包硬度下降明显，弹性较大，口感宣软，综合评价分数高，其气孔数量增加明显且大小均匀。
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