抗坏血酸和氯化钠对中间小麦草（Thinopyrum intermedium）的蛋白质及面团特性的影响：与小麦、二粒小麦和黑麦的对比

《Food Research International》：Effects of ascorbic acid and sodium chloride on protein and dough properties of intermediate wheatgrass ( Thinopyrum intermedium) compared to wheat, emmer, and rye

本研究探究中间小麦草（IWG）面团中抗坏血酸（AA）和氯化钠（NaCl）的分子变化及流变学影响，并与小麦、大麦、黑麦对比。结果显示AA增强面团强度，但NaCl削弱IWG面团，其机制涉及二硫键形成及电荷屏蔽，为优化IWG食品应用提供依据。

　　

Siri Grandal|Tzvetelin Dessev|Gesine Schmidt|Simon Ballance|Shiori Koga|Catrin Tyl

挪威生命科学大学化学、生物技术和食品科学学院，Christian Magnus Falsens Vei 18，1433 ?s，挪威

摘要

通过添加抗坏血酸（AA）和氯化钠（NaCl），可以增强小麦面团的强度，因为这些物质能够促进面筋蛋白之间的相互作用。本研究的目的是探讨这些添加剂是否会引起分子变化，并影响由多年生谷物中间品种“中间小麦草”（IWG）制成的面团的粘弹性。研究评估了经验性和基础性的流变学特性、大分子蛋白质的比例以及与硫醇（包括谷胱甘肽）相关的变化，并将其结果与使用二粒小麦、普通小麦或黑麦制成的面团进行了比较。抗坏血酸对中间小麦草、二粒小麦和普通小麦的面团具有增强作用，但对黑麦面团则没有这种效果。添加抗坏血酸后，小麦和中间小麦草面团中的大分子蛋白质含量有所增加，但中间小麦草面团中的变化幅度较小。含有氯化钠的中间小麦草面团中的谷胱甘肽浓度高于仅含30 ppm抗坏血酸的面团。所有样品中都检测到了参与抗坏血酸增强作用的谷胱甘肽脱氢酶的活性，该酶通过氧化谷胱甘肽来发挥增强效果。总体而言，中间小麦草面团对抗坏血酸的反应与普通小麦和二粒小麦相似，但与黑麦不同。这表明在中间小麦草面团中，蛋白质网络及通过二硫键形成的交联结构可能与普通小麦面团类似。然而，与普通小麦不同的是，氯化钠会削弱中间小麦草面团的强度，并似乎抵消了抗坏血酸的增强效果。这些结果有助于我们更好地了解如何利用中间小麦草面粉。

引言

面筋网络是普通小麦粉（Triticum aestivum）能够被加工成各种发酵烘焙食品的主要原因。没有其他面粉具备其多功能性（Kiszonas & Morris, 2018; Veraverbeke & Delcour, 2002）。非小麦面粉制成的面团在流变学特性和气体保持能力方面无法与之媲美，这反映了它们在网络形成方面的差异（Janssen et al., 2021）。普通小麦面团中的主要网络形成成分是面筋蛋白——麦醇溶蛋白和麦谷蛋白，它们都属于醇溶蛋白家族（Shewry, 2019）。面筋网络主要由麦谷蛋白组成，高分子量（HMW）的麦谷蛋白亚单位构成网络骨架，而低分子量（LMW）的麦谷蛋白则作为分支连接在网络上，有时也作为链末端成分（Shewry & Lafiandra, 2022）。在面团中，麦醇溶蛋白和其他成分分散在网络中，但在烘焙过程中会发生共价结合（Verbauwhede et al., 2020）。特别是麦谷蛋白的末端含有巯基（SH），这些巯基可以形成分子间的二硫键（SS键），从而促进聚合物化（Shewry, 2019）。这些SS键对面团强度至关重要，因为大分子蛋白质的比例与面团强度和烘焙质量密切相关（Gupta et al., 1993; Tronsmo et al., 2003）。然而，氢键（H键）、静电作用和疏水作用也被认为对面筋的结构和性质有贡献（Shewry & Belton, 2024），尤其是重复序列之间的H键被认为非常关键（Shewry & Lafiandra, 2022）。因此，小麦面粉的蛋白质组成决定了其网络的形成方式及其性质。与普通小麦关系最为密切且具有悠久食用历史的作物是古代小麦（Feuillet et al., 2008; Geisslitz & Scherf, 2020），这些古代小麦也含有麦谷蛋白和麦醇溶蛋白，尽管其成分比例与现代普通小麦不同（Geisslitz et al., 2018）。

最近的研究表明，由多年生谷物“中间小麦草”（Thinopyrum intermedium，IWG）制成的面团在流变学特性上与古代二粒小麦（Triticum turgidum spp. dicoccum）相似（Grandal, Rieder, et al., 2025）。此外，这种面团在剪切作用下表现出明显的硬化现象（非线性区域），并且其大分子蛋白质的比例也与普通小麦面团相当（Grandal, Rieder, et al., 2025）。结合其类似的面团形状比例（即高度/宽度），这表明中间小麦草面团中的蛋白质网络可能与普通小麦面团中的蛋白质网络具有相似的功能。后续研究通过手工洗涤从中间小麦草面团中分离出了富含粘弹性蛋白质的物质（Grandal, Zettel, et al., 2025），进一步证实了蛋白质网络是中间小麦草面团的主要结构成分。为了进一步研究这种网络是否具有与面筋相似的性质，本研究旨在测量中间小麦草面团对氯化钠（NaCl）和抗坏血酸（AA）添加的反应。这两种成分在欧洲的工业面包生产中很常见，因为它们都能促进蛋白质间的相互作用，尽管机制不同。离子被认为可以屏蔽电荷，从而减少静电排斥（Preston, 1989）。另一方面，抗坏血酸通过涉及三肽谷胱甘肽（GSH）和内源性酶的间接机制促进SS键的形成（Grosch & Wieser, 1999）。我们之前的研究表明，大分子蛋白质中确实存在分子间的SS键（Grandal, Zettel, et al., 2025）。基于这一观察，我们假设抗坏血酸可能会改变中间小麦草面团的流变学特性和蛋白质比例。

因此，本研究通过经验性和基础性方法评估了中间小麦草面团的流变学特性、蛋白质大小分布以及与普通小麦、二粒小麦和黑麦（Secale cereale）面团相比的谷胱甘肽变化。选择黑麦作为阴性对照，因为黑麦蛋白被认为不会形成类似面筋的气体保持网络，黑麦面包的气体保持能力主要依赖于阿拉伯木聚糖（Delcour & Hoseney, 2010; Deleu et al., 2020）。总体目标是提供更多信息，以促进中间小麦草的食品利用，从而推动多年生谷物的种植，因为它对环境有多种有益影响。

部分内容摘录

面粉样品

中间小麦草样本由美国堪萨斯州Salina的The Land Institute提供。二粒小麦颗粒购自挪威?stfold的Holli M?lle公司；工业精制小麦粉（Regal hvetemel industri）和不含抗坏血酸的黑麦粉（Regal rugmel）则来自挪威奥斯陆的Lantm?nnen Cerealia公司。需要注意的是，本研究中使用的面粉仅作为具有不同蛋白质特性的示例，并不能代表整个物种。这些面粉被用于

面团流变学

对于普通小麦而言，随着抗坏血酸的添加（图1H），J_max、J_v（表1）值下降，而J_e的相对值显著增加。因此，含有抗坏血酸的面团变得更具有弹性，更难以变形。此外，添加60 ppm抗坏血酸后的小麦面团中R_max/Ext比值显著高于对照组（图1I），表明体系得到了增强。我们的结果与其他关于普通小麦面团的研究一致，即抗坏血酸增加了R_max，同时降低了J_max和Ext（Aamodt

结论

分子间的蛋白质相互作用及其受到NaCl或抗坏血酸的调节似乎促进了中间小麦草、二粒小麦和普通小麦中面筋网络的形成，进而影响了面团的流变学特性。在实验流变学方面，二粒小麦面团对NaCl和抗坏血酸添加的反应模式与普通小麦面团非常相似。当单独使用抗坏血酸和NaCl时，中间小麦草的流变学特性也与二粒小麦和普通小麦相似；但当两者同时使用时则不同。谷胱甘肽浓度和大分子蛋白质的比例也有所变化

CRediT作者贡献声明

Siri Grandal：撰写——审稿与编辑，初稿撰写，数据可视化，实验设计，概念构思。Tzvetelin Dessev：撰写——审稿与编辑，数据分析。Gesine Schmidt：撰写——审稿与编辑。Simon Ballance：撰写——审稿与编辑。Shiori Koga：撰写——审稿与编辑，监督工作，概念构思。Catrin Tyl：撰写——审稿与编辑，监督工作，概念构思。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

我们感谢The Land Institute的Lee DeHaan博士提供中间小麦草样本，以及Nofima AS的Sileshi Gizachew Wubshet博士和Josipa Mati?博士在LC-MS/MS分析方面的协助。同时，我们也感谢挪威农业产品研究基金（FFL）通过“SusHealth”、“FoodForFuture”和“NorwegianFoods”项目（项目编号314599、314318和354183）对这项研究的支持。