多光谱技术和分子模拟揭示了热机械处理诱导的油酸甘油脂改性小麦面团之间的相互作用

《Food Chemistry》：Multi-spectroscopy and molecular simulation reveal the interaction of oleic glycerolipids modified wheat dough induced by thermomechanical treatment

油酸甘油酯类热处理对面团结构及成分相互作用机制研究，通过光谱分析和分子对接发现oleic acid>monoolein≈diolein抑制面筋老化效果最佳，形成稳定的V型淀粉-脂质复合物，揭示热机械处理增强脂质与淀粉/蛋白质相互作用的新机制。

　　

陈慧静|赵琪|池国祥|王志荣|康建全

西南大学食品科学学院，中匈食品科学合作研究中心，中国重庆400715

摘要

本研究探讨了热处理与油酸及油酸甘油酯结合对面团性能的影响。Mixolab实验结果表明，外源脂质抑制面团回生的效果顺序为：油酸 > 单油酸酯 ≈ 二油酸酯 > 花生油 ≈ 三油酸酯。多光谱分析显示，热机械处理改变了蛋白质和淀粉的固有结构，并促进了脂质与小麦蛋白质之间的相互作用，导致荧光强度减弱，但并未显著改变其荧光寿命。此外，含有油酸或单油酸酯的面团中结合的脂质含量高于自由脂质，表明它们具有很强的面团结合能力。分子对接模拟结果表明，热机械处理增强了脂质与面团中淀粉之间的相互作用。本研究首次为阐明不同油酸甘油酯、淀粉和蛋白质之间的相互作用提供了理论基础。

引言

小麦粉是最广泛消费的加工谷物食品之一。当与水混合并受到机械剪切作用时，小麦粉会形成具有连续网络结构的面团，表现出独特的粘弹性（Zhang等人，2025年）。通常，经过拉伸、压制、擀平、烘焙或蒸煮等预处理后，这种面团可以制成面条、面包和馒头等常见的小麦制品。小麦粉的加工特性很大程度上取决于其蛋白质和淀粉的加工性能以及两者之间的相互作用（Hu等人，2023年）。然而，这些因素与小麦的生长条件密切相关，包括地理位置、品种特性和气候因素。这种内在的变异性不可避免地导致不同批次产品质量的差异，无法满足日益增长的小麦制品制造商的需求。为了解决这些问题，人们开始战略性地添加外源食品成分，如油脂（Chen、Huang、Su、Fu和Kan，2024年）、乳化剂（Cao等人，2021年）、非淀粉多糖（Ma等人，2024年；Zhang、Xu和Zhang，2024年）和非小麦蛋白质（Yang等人，2024年）以及多酚（Sudha、Baskaran和Leelavathi，2007年）。这些功能性成分有效调节了小麦蛋白质和淀粉的结构和理化性质，从而优化了面团特性并提高了最终产品的质量。

脂质作为必需的营养素，在为人体提供能量方面起着关键作用，并且是影响小麦制品质量的重要成分。在小麦制品的配方中，除了内源性脂质（约占面粉重量的2%–2.5%）外，还会特意添加外源性脂质以增强其有益效果（Pareyt、Finnie、Putseys和Delcour，2011年）。脂质通常通过与面筋的疏水区域相互作用来增强面筋网络的强度，从而改善分子间的关联并促进更紧密的蛋白质基质的形成。某些乳化剂型脂质可以通过与淀粉的分子相互作用抑制淀粉的回生，同时在面筋网络内形成润滑层，有效调节面团的延展性。这种协同效应显著提高了小麦面团的加工适应性。例如，先前的研究表明，将不同类型的脂质（包括月桂酸（C12:0）、硬脂酸（C18:0）、油酸（C18:1）、甘油单油酸酯、甘油单硬脂酸酯和甘油单月桂酸酯）与高直链淀粉混合后，挤压过程中的淀粉消化率会降低。此外，脂肪酸对淀粉的结合亲和力高于单甘油酯，且结合强度与脂肪酸的链长相关（Yu等人，2024年）。在复杂的食品体系中，淀粉、脂质和蛋白质之间可能发生相互作用，形成具有独特性质的复合物。面筋蛋白可以通过与其他成分的相互作用形成有序的小麦淀粉-油酸-蛋白质复合物，进一步降低系统中小麦淀粉-油酸复合物的消化率（Du等人，2023年）。不同链长的单甘油酯可以增强面筋网络的强度，从而调节最终产品的烹饪性能，在面团形成过程中单甘油酯更倾向于与面筋结合而非淀粉（Zhang等人，2026年；Zhang、Chai和Liu，2025年）。油脂被广泛用于小麦制品中，以改变面团的流变性能，特别是提高其延展性（Chen等人，2024年）。然而，油脂是复杂的混合物（主要由甘油三酯组成），在加工过程中会部分分解为游离脂肪酸、单甘油酯和二甘油酯。油脂包含数十类和数百种单独的脂质成分，包括甘油酯、游离脂肪酸、磷脂、固醇酯和脂溶性维生素。它们还含有大量的结构异构体和同系物，具有不同的碳链长度和不饱和度，这些脂质成分在极性、分子量、疏水性、沸点和电荷等理化性质上存在差异。现有的脂质分离技术大多基于单一分离原理，且在分辨率、操作条件和检测灵敏度方面存在局限性。目前的技术仍无法有效分离油脂中的这些单独成分，这限制了我们阐明脂质-面团系统中结构-功能关系的能力。鉴于油酸是大多数食用油和脂肪的主要成分，且富含油酸的甘油酯中的单不饱和脂肪酸链赋予了它们最佳的两亲性特性（疏水的脂肪酸尾部和亲水的甘油头部），与高度疏水的饱和甘油酯（容易聚集）或过度亲水的短链甘油酯（与面筋的疏水域相互作用较弱）相比，油酸在含水面筋体系中的溶解性和分散性更好。因此，研究富含油酸的甘油酯（单油酸酯、二油酸酯和三油酸酯）及其对面团微观结构和理化特性的影响，有助于了解油脂如何提升最终小麦制品的质量。

热处理在食品加工中不可或缺，它不仅确保了食品的微生物安全性，并为将原材料转化为食品产品提供了能量，还调节了混合体系中不同成分之间的相互作用，同时可能改变最终食品的营养价值、风味和质地（Xue等人，2025年）。在热处理过程中，温度的升高显著增加了脂质分子的热动能，提高了它们的自由扩散能力，为它们进入面筋网络内部提供了必要的动力条件。在室温下，面筋蛋白网络表面暴露出大量的疏水基团，这些基团容易与脂质分子形成强疏水吸附，从而在网络表面形成脂质吸附层，阻碍脂质的向内扩散。相反，高温提供的热能使蛋白质分子链发生结构松弛，导致面筋网络的孔径和孔隙率显著增加，减少了脂质在网络内的扩散阻力。先前的研究表明，剪切温度对脂质的渗透效果更为明显，温度越高，渗透效果越显著（Yuan、Ya、Wu和Li，2026年）。同时，温度的升高促进了淀粉颗粒的膨胀并破坏了淀粉的双螺旋结构，最终导致糊化（Wang等人，2021年）。线性直链淀粉具有内在的疏水腔，疏水脂质可以通过氢键和疏水相互作用进入其中，最终形成V型单螺旋淀粉-脂质复合物（Putseys、Lamberts和Delcour，2010年）。高温还导致蛋白质的结构展开，使先前隐藏的化学基团暴露出来，并形成新的分子间键。这种热诱导的构象重排导致表面特性的改变和新的蛋白质聚集体的形成（St?nciuc、Banu、Bolea、Patra?cu和Aprodu，2018年）。例如，热诱导的蛋白质变性暴露了先前隐藏的巯基团，促进了它们的氧化或SH/SS交换反应。这些过程促进了分子间和分子内的二硫键的形成，最终导致面筋网络的固化（Wang等人，2021年）。在面团体系中，加热过程中不同成分之间会发生复杂的相互作用。蛋白质形成的表面屏障可以延缓淀粉的糊化过程，而糊化的淀粉可以参与稳定网络结构的形成（Dap?evi? Hadna?ev、Doki?、Hadna?ev、Poji?和Torbica，2014年；Jekle、Mühlberger和Becker，2016年）。因此，热处理使具有不同内在结构的外源甘油酯与实际面团系统中存在的小麦淀粉和蛋白质共同作用，从而调节它们的结构并影响其理化性质。据我们所知，目前的研究主要探讨了不同链长的脂肪酸及其单甘油酯对淀粉和蛋白质分子结构及功能特性的影响，而关于油酸甘油酯结构对其与淀粉/蛋白质相互作用的影响的研究尚不足。

本文通过多光谱分析（荧光、拉曼、傅里叶变换红外（FT-IR）和紫外-可见（UV–vis）光谱技术）研究了热机械处理与不同富含油酸的甘油酯（油酸、单油酸酯、二油酸酯、三油酸酯和花生油）结合对小麦面团及其关键成分的结构和理化特性的影响，并利用分子动力学模拟和对接技术探讨了脂质、蛋白质和淀粉之间相互作用的机制。本研究旨在探讨不同富含油酸的甘油酯在热机械处理下对淀粉糊化、回生和蛋白质构象变化的影响，并阐明其相互作用机制。

材料

小麦粉来自宁夏赛北学面粉厂有限公司。油酸（OA）、单油酸酯（ML）、二油酸酯（DL）和三油酸酯（TL）购自上海Aladdin Bio-Chem Technology有限公司。花生油（RO）购自广东宜海Kerry Arawana Holdings有限公司，预混磷酸盐缓冲粉购自上海Macklin Biochemical Technology有限公司。本研究中使用的所有化学试剂均为分析级。

面团样品的制备

混合特性

Mixolab被广泛用于评估谷物面粉（如小麦粉、大麦粉、玉米粉和米粉）的质量，并能够实时检测面筋的加工性能、淀粉的糊化和回生特性以及多种食品成分在温度变化下的协同效应。混合特性包括：C1（面团发展粘度）、C2（面团弱化粘度）、C3（淀粉糊化粘度）等。

结论

本研究探讨了不同富含油酸的甘油酯与热机械处理结合对面团系统分子结构和理化特性的影响。由于它们的分子结构特性，油酸、单油酸酯和二油酸酯比三油酸酯和花生油更容易与淀粉形成稳定的V型淀粉-脂质复合物。同时，它们的添加可以有效减轻对淀粉的损伤。

作者贡献声明

陈慧静：撰写 – 审稿与编辑、原始稿撰写、软件使用、方法论设计、实验实施、数据分析。赵琪：软件使用、方法论设计、数据分析。池国祥：软件使用、资源获取、方法论设计。王志荣：资源提供、数据分析。康建全：数据可视化、项目监督、资金获取、概念构思。

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所述的工作。

致谢

本工作得到了国家重点研发计划（2023YFE0116100）和重庆三峡后续研究基金（YYNY-2017-01）的财政支持。