河南工业大学王若兰教授等：辉光放电冷等离子体处理对小麦加工品质

小麦作为三大重要谷物之一，种植面积广泛，对于世界粮食安全具有重要的保障作用。小麦籽粒几乎全部可食用且营养丰富，富含淀粉、蛋白质、脂肪、矿物质、多种维生素等。冷等离子体作为一种新型非热加工技术，具有操作简单、利用率高、耗时短、无污染等优点，并且能够最大程度维持产品原有的颜色、质地和营养成分，在食品领域表现出极大的应用潜能，其相关研究主要体现在食品杀菌、农产品保鲜、促进种子萌发和改善谷物蒸煮品质等方面，但其在改善谷物加工品质方面，特别是直接作用于小麦籽粒以研究其对小麦加工品质的影响鲜有报道。

河南工业大学粮食和物资储备学院的刘 婷，李 淼*，王若兰*等采用辉光放电冷等离子体对小麦籽粒进行处理，探究冷等离子体处理对小麦加工品质相关参数及籽粒中储藏蛋白分子质量分布、二级结构的影响，旨在为冷等离子体技术在食品加工领域的合理利用提供一定的数据支撑。

1 冷等离子体处理小麦的面粉品质相关参数

由表2可知，所有样品的出粉率为64.25%～66.66%。小麦籽粒蛋白组成及各组分含量在决定面粉品质特性方面发挥着重要作用，麦谷蛋白和醇溶蛋白的含量及其比例对小麦加工品质的贡献巨大。经两种气源冷等离子体处理的小麦中麦谷蛋白含量均有所提高，分别为（7.19±0.08）μg/mg（O2）和（6.75±0.15）μg/mg（Ar），较Control组（（6.73±0.13）μg/mg）分别增加了6.84%和0.30%。Control组与冷等离子体处理小麦样品在出粉率、麦谷蛋白含量、醇溶蛋白含量、麦谷蛋白/醇溶蛋白、沉淀指数方面均无显著差异（P＞0.05）。由此可知，两种气源冷等离子体处理对‘农大3432’小麦的籽粒蛋白组成及组分含量、沉淀指数无显著影响。

2 冷等离子体处理对小麦面筋指标的影响

面筋是面团黏弹特性的宏观表现，即面团经水冲洗后，去除可溶性蛋白、淀粉及其他非可溶性颗粒物所剩余的胶体，是面制品制作的重要物质基础。面筋由面筋蛋白（醇溶蛋白、麦谷蛋白）组成，其含量和质量决定了小麦终用途品质。由图1可知，氧气、氩气冷等离子体处理小麦的面筋指数较Control组分别显著提高了13.84%和11.36%（P＜0.05）。氧气、氩气两种气源冷等离子体处理小麦的湿面筋含量分别为33.84、33.79 g/100 g，高于Control组（31.01 g/100 g），但差异不显著（P＞0.05）。由此可知，两种气源冷等离子体处理均具有提高面筋数量和质量的积极作用。

3 冷等离子体处理对小麦面团粉质特性的影响

图2可知，与Control组相比，冷等离子体处理小麦的面团吸水率、形成时间和稳定时间均有所增加，弱化度有所下降，但变化不显著（P＞0.05）。其中，面粉吸水率的提高可归因于冷等离子体处理后小麦中损伤淀粉含量增加，使面粉更易吸收水分。氧气、氩气两种气源冷等离子体处理小麦的面团形成时间较Control组分别延长了8.16%、4.61%，稳定时间较Control组分别增加了11.36%、7.89%，且氧气气源的处理效果好于氩气气源。推测一方面，冷等离子体形成过程中产生的能量一定程度影响了蛋白质水合作用而延长了面团形成时间；另一方面，冷等离子体放电产生的活性物质促使巯基向二硫键转化，强化面筋蛋白间的交联互作，延长了面团的稳定时间。

4 冷等离子体处理对小麦面团拉伸特性的影响

由表3可知，对于所有样品，随着发酵时间的延长，拉伸曲线面积、拉伸阻力、最大拉伸阻力变大，延伸度降低；与Control组相比，在同一发酵时间，氧气冷等离子体处理小麦的面团拉伸曲线面积、延伸度有所降低，拉伸阻力和最大拉伸阻力略有上升，除45 min时延伸度外，其余指标均无显著差异（P＞0.05）；在发酵45、90、135 min时，氩气冷等离子体处理小麦面团的拉伸阻力和最大拉伸阻力较Control组分别降低了7.54%、6.32%、9.45%和8.98%、5.67%、8.78%（P＜0.05）；以上可能是等离子体注入的不同气源介质产生的能量显著不同所致，即在相同放电电压条件下氩气等离子体产生的电流明显强于氧气等离子体，前者产生的活性粒子能量较高，高能粒子轰击小麦籽粒后，引起小麦蛋白内部分子间化学键断裂，致使蛋白质发生部分解聚，从而一定程度降低了面团拉伸阻力。

5 冷等离子体处理对小麦面团揉混特性的影响

揉混是通过测定面团搅拌过程中的流变学特性评价小麦品质及其适用性的一种重要手段。本研究采集并分析8 个主要的揉混曲线参数以直观反映面团揉混特性，即与面团弹性呈正相关的中线左侧高度（MLV）、中线右侧高度（MRV）；与面团抗拉伸特性呈正相关的中线峰值带宽（MPW）、中线右侧带宽（MRW）；与面筋强度呈正相关的中线峰值时间（MPT）、8 min中线曲线面积（MTxI）；与面团耐揉性呈正相关的8 min中线曲线带宽（MTxW）；以及与面团耐揉性呈负相关的弱化斜率（WS）。

如图3所示，与Control组相比，两种冷等离子体处理小麦样品的MPT高达1.95（O2）、2.16 min（Ar），MTxI较Control组分别显著增加了11.34%（O2）、11.14%（Ar）（P＜0.05）；面团揉混曲线中高度相关参数（MLV、MRV）均有增加，且氩气冷等离子体处理小麦样品的MRV显著增加（P＜0.05）；揉混曲线宽度相关参数（MPW、MRW、MTxW）都有所增加，且氧气、氩气冷等离子体处理小麦样品的MTx W分别显著增加了35.67%、33.96%（P＜0.05）；与Control组相比，氧气、氩气冷等离子体处理小麦样品的WS分别显著降低了62.87%、46.47%（P＜0.05）。上述结果表明，冷等离子体处理显著提高了面团弹性、耐揉性并改善了面团抗拉伸特性，即该物理技术在改善面团揉混特性方面发挥积极正向的作用。

6 冷等离子体处理对小麦蛋白分子质量分布的影响

如图4A所示，各组小麦面粉蛋白SE-HPLC图谱共分为4 个区域（F1、F2、F3、F4）。F1和F2分别对应于大分子聚合体蛋白和小分子聚合体蛋白，两者富含高分子质量麦谷蛋白亚基和B型低分子质量麦谷蛋白亚基（LMW-GSs），F3为富含C型、D型LMW-GSs的大分子单体和寡聚体蛋白，F4为α-醇溶蛋白、γ-醇溶蛋白和非面筋蛋白。F1相对含量（以总蛋白计，下同）、F1与F2相对含量比值（F1/F2）与面筋强度呈正相关，（F3＋F4）/F1则与之呈负相关。由图4B可知，与Control组相比，经两种气源冷等离子体处理，小麦样品F1/F2值分别显著提高了15.62%（O2）、8.90%（Ar）（P＜0.05），且氧气冷等离子体处理小麦样品的F1相对含量显著提高了3.43%（P＜0.05）；经两种气源冷等离子体处理后小麦样品的（F3＋F4）/F1值略有降低，但无显著差异（P＞0.05）。由此可知，冷等离子体处理可促进面筋蛋白组分交联聚合成大分子聚合体，利于改善面团特性，与上述面团流变学特性的结果一致。

7 冷等离子体处理对小麦蛋白二级结构的影响

蛋白质二级结构是指多肽链中主链原子沿一定的轴旋转或折叠，通过羰基和酰胺基之间氢键形成的特定构象，包括）进行分析，反映冷等离子体处理对小麦蛋白二级结构的影响。其中1 610～1 625 cmα-螺旋、β-折叠、β-转角。蛋白二级构象与面团流变学特性密切相关，本研究选择FTIR光谱中酰胺I带（1 600～1700cm

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如图5和表4所示，所有样品中α-螺旋和β-折叠相对含量较高；两种气源冷等离子体处理小麦样品的分子间β-折叠结构相对含量分别较Control组显著增加了8.93%（O2）和10.32%（Ar）（P＜0.05）；而β-折叠、β-转角相对含量稍有下降，反向平行β-折叠含量则略有增加（P＞0.05）。相关研究表明，蛋白二级结构中分子间β-折叠和反向平行β-折叠含量与面团的稳定性呈正相关；谷蛋白聚合体含量越多，分子间β-折叠结构相对含量也越高，表明蛋白交联互作越强；面团中面筋蛋白二级结构之间的转变，如β-转角向更为有序的分子间β-折叠结构转变，有利于谷蛋白大分子聚合体的形成。由此可知，本研究中冷等离子体处理一定程度促使β-折叠、β-转角向分子间β-折叠结构转变，致使大分子聚合体含量增加，提高了面团的稳定性。

结论

本实验研究了辉光放电冷等离子体对小麦面粉理化特性、流变学特性、蛋白组分及二级结构的影响。经氧气/氩气辉光放电冷等离子体处理后小麦的面筋指数、MTxI、MTxW显著增加，湿面筋含量略有增加，面团的形成时间、稳定时间、拉伸阻力以及延展性有所提高，说明两种气源冷等离子体有助于改善小麦的面团弹性及耐揉性等，且氧气冷等离子体处理效果优于氩气冷等离子体。进一步分析发现，经两种气源冷等离子体处理后，小麦储藏蛋白SE-HPLC图谱中F1相对含量和F1/F2较Control组增加，即蛋白质大分子聚合体含量增加；冷等离子体处理后小麦蛋白二级结构发生改变，更为有序的分子间β-折叠结构增加。综上可知，冷等离子体处理能一定程度改善小麦的面粉理化特性及面团流变学特性，对小麦加工品质具有积极影响。但冷等离子体对小麦加工品质的改善作用有限，这可能与完整小麦籽粒、籽粒大小或籽粒与辉光放电极板之间的距离有关，是否存在相关性值得进一步研究。

作者简介

通信作者

王若兰，河南工业大学粮油食品学院教授，硕士生导师，兼任中国粮油学会理事和储藏专业分会常务理事、中国粮油学会储藏分会工作组组长、河南省食品学会理事、全国粮油标准化技术委员会委员。研究方向为粮食及食品储藏、保鲜技术、储粮品质控制和改良、仓储工艺设备。曾获省级科技进步二等奖、三等奖，厅局级二等奖，中国粮油学会特等奖、一等奖、三等奖；出版著作11 部，其中主编6 部，发表专业科研论文70余篇，参加制定行业标准16 项，获得国家实用新型专利8 项；曾获全国优秀粮油科技工作者、河南省师德先进个人、郑州市优秀教师、河南工业大学“十佳教师”和师德标兵等多种荣誉称号。

李淼，河南工业大学粮食和物资储备学院讲师，硕士生导师。主要从事粮食和物资储藏品质控制、非热物理加工技术等方向的研究。先后主持河南省青年科学基金、河南省高校重点科研项目及河南工业大学高层次人才科研启动基金项目；参与“十三五”国家重点研发计划等多项课题的研究，获河南省教育厅科技成果二等奖2 项；在国内外重要期刊杂志发表论文多篇，申报国际/国内发明专利3项，参与撰写“十三五”规划图书及教材4 部。

本文《辉光放电冷等离子体处理对小麦加工品质的改善作用》来源于《食品科学》2023年44卷第15期87-94页，作者：刘 婷，李 淼*，齐先科，王若兰*。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20220920-193。