糖基化麦醇溶蛋白对高山大麦淀粉凝胶的结构和功能特性的影响

《Food Hydrocolloids》：Effect of glycosylated gliadin on the structural and functional properties of highland barley starch gel

高原 barley 淀粉通过美拉德反应与糖分子共价结合形成复合物，探究其与淀粉共混对凝胶性能的影响。结果表明糖基化 gliadin 可降低凝胶黏度，提高热胶化温度，抑制短期回生，机制涉及空间位阻、羟基引入及交联增强。为拓展高原 barley 淀粉在食品工业中的应用提供新策略。

　　

赵丽萍|丹增平措|慈仁德吉|李文豪

西藏职业技术学院农业科学技术学院，拉萨850030，中华人民共和国

摘要

为了改善高原大麦淀粉在食品、制药等领域的加工性能，本研究利用美拉德反应将高原大麦麦醇溶蛋白（HBG）与半乳糖和麦芽糖共价接合，形成了半乳糖-麦醇溶蛋白复合物（BH）和麦芽糖-麦醇溶蛋白复合物（MH）。随后，将高原大麦淀粉与不同类型的麦醇溶蛋白按不同比例混合，以探讨糖基化麦醇溶蛋白对高原大麦淀粉水凝胶结构和性能的影响。研究结果表明，加入麦醇溶蛋白可降低粘度、提高糊化温度，并改变凝胶的流变学和热性能。与仅添加HBG相比，糖基化麦醇溶蛋白降低了复合凝胶体系的透光率、氢键作用和疏水性相互作用，同时增加了色值、离子键含量以及A₂₁和A₂₂的比例。这些变化与糖蛋白的褐变程度、侧链上羟基的引入以及空间位阻的增加有关。总之，将BH或MH引入淀粉体系有助于抑制淀粉分子的短期回缩（0–1天），但对长期回缩的抑制效果有限。在淀粉与糖基化麦醇溶蛋白的比例为100:3时，BH或MH能有效抑制短期回缩；而在比例为100:9时，麦醇溶蛋白会发生交联和聚集，形成更加有序、致密的凝胶网络，尤其是MH。本研究为利用糖基化蛋白减缓淀粉凝胶老化提供了一种创新的理论方法。

引言

高原大麦（Hordeum vulgare L. var. nudum Hook. f.），也称为裸大麦，是一种主要种植在青藏高原的谷物作物（Du等人，2022年）。富含蛋白质和β-葡聚糖等营养成分，具有独特的健康促进作用（Xing等人，2023年）。它具有稳定血糖、降低胆固醇和抗癌等功效，因此具有一定的药用价值（Lin等人，2024年）。然而，由于高原大麦粗纤维含量高，口感较差，主要被加工成动物饲料、藏式烤大麦粉（tsamba）和高原大麦酒，这限制了其在食品工业中的应用（Xing等人，2023年）。

淀粉是高原大麦的主要营养成分，占其干重的60%-75%，易于获取且加工方便（Du等人，2022年；Xing等人，2023年）。在高温糊化过程中，淀粉会形成三维网络结构的水凝胶（Lei等人，2021年；Liu等人，2021年）。由于其优异的生物相容性、可生物降解性、经济性和丰富性，水凝胶在食品、制药等领域得到广泛应用（Matignon & Tecante，2017年；Pan等人，2024年）。然而，在凝胶冷却和储存过程中，淀粉分子会通过氢键重新结合，导致凝胶结构从无序状态转变为有序状态——这一过程称为回缩（Zhao等人，2025年），从而丧失弹性并降低口感质量（Villanueva等人，2018年），进而限制了其在食品工业中的应用（Nilsson等人，2023年；Wang等人，2020年）。因此，为了提高高原大麦淀粉水凝胶的结构和性能并扩大其应用范围，进一步改性淀粉至关重要。

常见的添加剂，包括蛋白质、多糖、无机盐和乳化剂，特别是在各种淀粉基食品中，可以发挥多种功能（Pan等人，2024年；Zhang等人，2019年）。蛋白质与淀粉之间的相互作用可以抑制淀粉回缩并调节凝胶系统的结构和性能（Lei等人，2021年）。高原大麦蛋白质是其中第二主要的成分，平均含量为12.43%。在这些蛋白质中，高原大麦麦醇溶蛋白（HBG）约占总蛋白质的20%，在高原大麦面团形成过程中起到“增塑剂”的作用（Du等人，2022年；Zhao等人，2025年）。先前的研究表明，高原大麦麦醇溶蛋白会影响淀粉水凝胶的粘度和流变性能。然而，其影响不如高原大麦清蛋白和球蛋白明显，主要是因为麦醇溶蛋白中含有大量的非极性氨基酸，这些氨基酸限制了水的竞争（Lin等人，2024年）。尽管如此，美拉德反应（一种非酶促褐变反应）可以将还原糖与蛋白质共价连接，引入蛋白质侧链中的许多羟基，从而改变蛋白质的结构和功能（Wang等人，2024年；Zhao等人，2025年）。该反应无需额外化学试剂即可自发进行，具有安全性和健康性的优势（Wen等人，2024年）。

我们之前的研究表明，将半乳糖或麦芽糖与高原大麦麦醇溶蛋白共价结合可以改变其结构和性能（Zhao等人，2025年）。我们推测，还原糖引起的空间位阻效应以及麦醇溶蛋白侧链引入的羟基会对高原大麦淀粉水凝胶的结构和性能产生不同于原始麦醇溶蛋白的影响。为了验证这一点，本研究将进一步探讨不同类型的麦醇溶蛋白（HBG、半乳糖-HBG复合物和麦芽糖-HBG复合物）和蛋白质添加比例对高原大麦淀粉水凝胶结构和性能的影响。这些研究将拓展高原大麦麦醇溶蛋白的应用范围，为利用糖基化蛋白防止淀粉凝胶老化提供新的视角和见解。

材料

高原大麦粉购自西藏宝鑫生物科技有限公司（中国西藏）；半乳糖和麦芽糖购自陕西杨陵三利生化站；蛋白质定量试剂盒（BCA法）由普利莱基因技术有限公司生产；溴化钾具有光谱纯度；所有其他试剂均为分析级。

淀粉和麦醇溶蛋白的提取

根据我们之前建立的方法（Zhao等人，2025年），提取了淀粉和麦醇溶蛋白。

透光率分析

透光率是衡量淀粉糊光学透明度的指标，是影响最终产品光学性能的关键参数（Falsafi等人，2019年）。如图1A所示，天然淀粉的透光率约为19.2%。加入蛋白质后，复合凝胶的透光率显著降低至10%–15%，且降低程度与添加的蛋白质量呈正相关。

结论

本研究通过美拉德反应修饰了高原大麦麦醇溶蛋白，得到半乳糖-麦醇溶蛋白复合物（BH）和麦芽糖-麦醇溶蛋白复合物（MH）。将不同结构的麦醇溶蛋白与高原大麦淀粉按不同比例混合后，研究了麦醇溶蛋白的结构和添加比例对淀粉凝胶性能及抗老化机制的调节作用。结果表明，美拉德反应使BH和MH均发生了褐变，从而使凝胶颜色变深。

作者贡献声明

赵丽萍：撰写初稿、获取资金、进行正式分析、概念构思。丹增平措：软件操作、方法设计。慈仁德吉：验证结果、软件操作、方法设计。李文豪：撰写与编辑、监督工作、资源协调、概念构思

未引用参考文献

Liu等人，2021年；Zhao等人，2025年。

利益冲突声明

作者声明在本研究中不存在财务或其他利益冲突，本研究的数据尚未在其他地方发表。

致谢

本项目得到了西藏职业技术学院的研究资金支持（2024ZDA-02）。作者感谢西北农林大学的生命科学研究核心服务（LSRCS）提供的扫描电子显微镜（SEM）表征服务，以及食品科学与工程学院在核磁共振（LF-NMR）、差示扫描量热（DSC）、傅里叶变换红外（FT-IR）和流变测量方面的支持。