《Food Chemistry》：Impact of food processing methods and polyphenol interactions on the structural integrity and functionality of wheat gluten proteins
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植物基食品中加工技术调控gluten-polyphenol相互作用及其对功能性与健康影响的研究。
郭子琪|布鲁娜·蒙特罗|萨拉·达·席尔瓦|丹妮拉·米莱罗|苏珊娜·索亚雷斯|努诺·马特乌斯|维克托·弗雷塔斯|何敬仁|里卡多·迪亚斯
LAQV-REQUIMTE，葡萄牙波尔图大学理学院化学与生物化学系
摘要
随着植物性食品市场的不断增长，含小麦麸质产品的重新配方变得日益迫切，同时也需要通过加工手段控制麸质的性能。传统加工方法（混合/揉捏、发酵、干燥、烘烤/蒸制）以及新兴技术（热处理、高压、微波、超声波、脉冲电场、酶法和化学修饰）都会对麸质施加机械和热氧化应力，从而改变其微观结构。其中，麸质与多酚的相互作用是关键因素：多酚以非共价方式与麸质结合，在氧化条件下可能形成醌介导的共价加合物，进而改变麸质网络、面团流变学特性及产品的技术性能。本文综合了实际食品基质中的研究证据，探讨了加工参数如何调节这些相互作用，并进而影响食物的消化性、多酚的生物可利用性以及通过表位掩蔽/暴露作用导致的免疫反应性变化。目前存在的问题包括加工强度数据的一致性不足、对基质效应和多酚形态变化的考虑有限，以及免疫检测方法尚未标准化。未来的研究方向将致力于在标准化工作流程中整合加工、结构、相互作用及最终结果之间的关系。
引言
全球人口的快速增长预计到2050年将使食品需求增加70%（Hewage等人，2022年）。这一趋势使得植物蛋白作为可持续食品来源受到更多关注。然而，由于植物蛋白的功能性相对较低，且存在异味问题，其直接应用仍受到限制。仅有约3%的植物蛋白被转化为可直接食用的形式（Shepon等人，2016年）。为解决这一问题，需要对其技术性能进行重大改进，使其成为食品系统中的可行替代品。新兴技术如超声波、高压处理、电阻加热、微波处理、脉冲电场、冷等离子体、超临界流体和发酵为改善植物蛋白性能提供了希望。这些技术通过改变蛋白质构象和聚集状态、提高溶解度和乳化/发泡能力、增强消化性、生物活性肽的释放及感官特性来克服传统热处理的局限性（Akharume等人，2021年；Gharibzahedi等人，2023年；Long等人，2025年）。尽管这些技术具有潜力，但其应用往往更侧重于功能性，而忽视了环境可持续性、经济可行性和对人体健康的影响等关键因素，导致其全面评估和应用存在不足。本文将加工技术根据其主要作用方式分为：（i）物理技术（如高压处理、超声波、脉冲电场和冷等离子体）、（ii）热力学和热机械技术（如传统热处理和快速体积加热，如微波和电阻加热），以及（iii）（生物）化学技术（如酶法和发酵）。讨论中重点关注麸质与多酚相互作用的变化，包括非共价结合与共价耦合之间的平衡，以及由此产生的复合物的稳定性和行为。
在谷物基食品中，小麦麸质因其独特的粘弹性网络形成能力而在其中发挥核心作用，这种网络决定了面团的结构和加工性能。同时，麸质也与多种与麸质相关的疾病（如乳糜泻和非乳糜泻性小麦敏感症）有关，这引发了对其消化性、表位暴露和过敏性的担忧。由于麸质的功能性与网络形成和粘弹性平衡密切相关，即使是微小的分子级变化也可能显著影响混合耐受性、气体保留、质地和产品质量。
植物来源的多酚因其抗氧化和其他生物活性特性而广受重视，它们可以与麸质蛋白相互作用，从而调节其构象、聚集行为、消化性和免疫反应性。这一主题对于下一代植物基和混合谷物产品尤为重要，因为这些产品越来越多地添加富含多酚的成分（如水果/蔬菜粉、茶提取物和豆类或豆科植物粉），以提升营养价值、颜色/风味和健康效益。在这种配方中，麸质会接触到来自小麦组织（如麸皮/醇溶蛋白部分）和添加植物成分的各种多酚，使得麸质-多酚相互作用成为影响产品性能的实际因素。这些相互作用不仅可能改善复杂食品基质中的麸质性能，还可能通过改变免疫原性肽的呈现或提供额外的抗氧化保护来影响健康结果。
尽管关于蛋白质-多酚相互作用的文献不断增多，但麸质-多酚界面仍是一个相对较少研究的子课题，因为麸质的粘弹性网络行为放大了结合事件的功能影响，且加工过程可能改变主导的相互作用途径。多酚通过非共价力（如氢键、疏水相互作用和静电效应）和共价耦合（通常通过氧化产生的醌中间体）与蛋白质相互作用，这两种方式可能导致多方面的结果，包括面团流变学、结构稳定性、多酚的生物可利用性和免疫反应性。因此，明确加工条件如何调节麸质-多酚之间的共价和非共价相互作用对于深入理解这一领域至关重要（Kim等人，2024年）。
事实上，过去十年中，植物蛋白-多酚相互作用已成为一种策略，不仅用于提高抗氧化活性，还用于修饰蛋白质结构。具体而言，这些相互作用有助于蛋白质展开、放松内部结构，并使疏水残基暴露在更亲水的环境中（Quan等人，2019年；Yan等人，2023年）。从技术功能的角度来看，这些相互作用可以提升食品的质量、安全性和感官特性。然而，尽管有这些好处，研究尚未充分探讨潜在的权衡因素，如营养素生物利用度的降低或不必要的结构改变，这些因素可能对最终产品的营养和生理属性产生负面影响。
小麦麸质蛋白和植物多酚在食品基质中的关键作用要求我们更深入地了解它们在加工过程中的相互作用。虽然麸质形成对面团弹性和粘度至关重要的网络的能力已被充分证实，但多酚在不同条件下的影响仍需进一步探索（Xu等人，2019年）。此外，鉴于近年来乳糜泻等与麸质相关疾病的发病率显著增加，研究这些疾病的影响也至关重要。乳糜泻的最高发病率出现在欧洲和亚洲，估计全球有1%的人口受到影响（Singh等人，2018年）。因此，应对乳糜泻和麸质不耐受是公共卫生的关键挑战。尽管技术进步允许进行有针对性的修饰，但其对食品安全、营养和过敏性的长期影响仍需进一步研究。本文探讨了创新加工技术如何影响麸质蛋白及其与多酚的相互作用，全面分析了当前的研究成果，指出了机遇和局限性，并提倡多学科方法来推进植物基食品系统的发展。具体而言，文章遵循了从加工参数到麸质结构变化、麸质-多酚相互作用的变化，再到技术功能、营养和免疫学结果的逻辑链条，随后指出了关键的研究空白和未来方向。
本文主要关注加工引起的麸质蛋白结构变化如何调节其与植物来源多酚的相互作用，以及这些相互作用如何受到其他基质成分（如淀粉、脂质、非麸质蛋白、膳食纤维和矿物质）的影响。这些成分作为影响麸质水合行为、微观结构和物理化学环境的重要因素，间接影响麸质-多酚的结合和功能。因此，只有在与麸质结构和多酚相互作用相关的情况下才会详细讨论这些成分，但不会单独进行详尽分析。这种有针对性的方法旨在提供加工-麸质-多酚关系的清晰、机制性的理解，同时将其置于实际谷物基食品系统的复杂背景中。
小麦麸质在食品质量、功能性和加工中的作用
小麦是全球种植和消费最广泛的粮食作物之一，在许多地区作为主食。其成功很大程度上归功于麸质蛋白独特的化学和物理性质，这些性质对小麦产品的功能品质至关重要。小麦是碳水化合物、蛋白质、膳食纤维和多种微量营养素的主要来源。特别是麸质基质，在决定面包的质量方面起着关键作用
小麦麦醇溶蛋白和麦谷蛋白的组成和结构
不同小麦品种中的小麦蛋白在含量、组成和分布上存在差异。传统上，小麦蛋白根据其在不同溶剂中的溶解性被分为四类：白蛋白、球蛋白、麦醇溶蛋白和麦谷蛋白（Osborne & Voorhees，1894年）。其中，白蛋白可溶于水和稀盐溶液，而球蛋白可溶于植物多酚概述：多样性、分类和健康益处
植物多酚是一类天然存在的化合物，因其潜在的健康益处和功能特性而受到广泛关注。这些次级代谢物在植物界中普遍存在，在抵御紫外线辐射和病原体等环境压力方面发挥着关键作用（Tsao，2010年；Watts等人，2025年）。植物多酚的化学多样性非常丰富，约有8000种不同的食品加工技术对麸质蛋白的影响
近年来，食品工业的发展得益于创新和可持续食品加工技术的进步。随着全球对植物基产品需求的增加，人们重新关注新型植物基材料和加工策略的研发（A?t-Kaddour等人，2024年）。许多成功的应用已经实施，例如通过高压处理延长保质期同时减少热负荷、使用脉冲电场等食品加工对多酚-麸质蛋白相互作用的影响：意义和技术意义
现代食品加工技术显著提升了调节蛋白质与其他膳食成分相互作用的能力，超越了传统方法的局限。在基于小麦的系统中，调节麸质蛋白与植物来源多酚相互作用是一个重要目标，这取决于加工过程中麸质构象/网络组织的变化以及多酚的释放和稳定性结论与未来展望
本文总结了目前对传统食品加工和新兴技术如何影响麸质蛋白结构及其功能的认识进展，特别是它们与植物来源多酚（包括小麦本身的多酚）在复杂谷物基食品基质中的相互作用。现在可以看出，多酚可以影响麸质蛋白的二级结构、聚集行为、网络结构和流变学特性，从而创造新的
CRediT作者贡献声明
郭子琪：撰写——初稿。布鲁娜·蒙特罗：方法学。萨拉·达·席尔瓦：方法学。丹妮拉·米莱罗：方法学。苏珊娜·索亚雷斯：撰写——审稿与编辑。努诺·马特乌斯：指导。维克托·弗雷塔斯：指导。何敬仁：指导。里卡多·迪亚斯：撰写——审稿与编辑。
未引用的参考文献
Wang等人，2016年
周林、徐、孟和董，2020年
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本工作得到了UIDB/50006/2020项目的资助，该项目由FCT/MCTES通过国家资金支持，同时得到了欧洲食品安全评估奖学金计划（GP/EFSA/ENREL/2022/02）的资助。里卡多·迪亚斯感谢FCT（科学技术基金会）提供的科学就业激励资助（2021.01830.CEECIND）。郭子琪还感谢中国国家留学基金委员会（CSC）提供的博士学位奖学金（编号202208420011）。本工作构成了
