《Food Research International》：Modulating hydrated wheat gluten network structure with different types of polysaccharides: unraveling interaction mechanisms
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本研究系统评估了阳离子壳聚糖（CS）、阴离子藻酸钠（SA）和非离子瓜尔胶（GG）三种不同电荷及结构多糖对小麦蛋白网络调控机制。结果表明：CS和SA通过静电作用与氢键协同促进二硫键含量分别达13.54和13.76 μmol/L；GG凭借6个氢键和3个疏水位点形成更高强度网络（14.38 μmol/L）。微观结构显示SA改性体系最致密，各多糖均通过优化蛋白构象提升质构特性。该研究为功能性多糖在小麦制品中的应用提供理论依据。
王子瑜|王欣|曾浩森|岳崇辉|陈圆圆|王丽波|韩思海|李培彦|白周雅|罗登林
河南科技大学食品与生物工程学院，中国洛阳471023
摘要
本研究系统地探讨了三种多糖——阳离子壳聚糖（CS）、阴离子海藻酸钠（SA）和非离子瓜尔胶（GG）对水合小麦面筋网络结构的调控作用。结果表明，与0%组（WHC：1.56 g/g；A??：1.94%；Zeta电位：?28.71 mV；S含量：10.43 μmol/L）相比，添加多糖显著改善了小麦面筋的功能特性和微观结构（p < 0.05）。壳聚糖和海藻酸钠凭借其独特的线性结构和带电基团，通过静电交联作用显著改变了Zeta电位（添加0.9%壳聚糖的面筋系统：?10.31 mV；添加0.9%海藻酸钠的面筋系统：?39.62 mV），并促进了通过分子对接确定的三个稳定结合位点的定向氢键形成，从而使S含量分别增加到13.54 μmol/L和13.76 μmol/L。相比之下，瓜尔胶具有富含高密度羟基的分支结构，通过6个氢键和3个疏水位点的协同作用，显著促进了小麦面筋蛋白的分子间交联，最终使二硫键（S）含量达到最高值14.38 μmol/L。微观结构分析进一步表明，所有多糖都有助于精炼面筋网络，其中添加0.6%海藻酸钠的面筋系统形成了最致密且连接良好的蛋白质结构。本研究为在基于面粉的产品中合理选择多糖作为面筋网络改良剂以提升最终产品质量提供了理论基础和实践参考。
引言
小麦面筋由麦谷蛋白和醇溶蛋白形成三维的二硫键交联网络，这种网络赋予面团必要的粘弹性和持气能力，是面包和面条等小麦基产品质地和感官品质的关键决定因素（Ooms & Delcour, 2019）。然而，在加工过程中（如混合、挤压和烘焙）产生的机械剪切和热应力会破坏天然面筋网络，导致最终产品的技术性能下降、质地粗糙和保质期缩短（Hu et al., 2024）。
为了解决这些问题，添加多糖作为多功能改良剂在谷物加工中得到了广泛应用，因为它们具有生物相容性、低成本和可调的物理化学性质（Zhou et al., 2021）。多糖在面筋改性中的效果与其电荷特性密切相关：阳离子多糖（带正电）与小麦面筋表面的负电荷氨基酸残基相互作用；阴离子多糖（带负电）通过静电吸引与正电荷区域结合；非离子多糖（不带电）主要通过氢键作用（Pan et al., 2024）。壳聚糖（CS）是唯一天然存在的阳离子多糖，由甲壳类动物的几丁质脱乙酰化制得，其带正电的氨基（-NH??）与面筋形成静电复合物，减少蛋白质聚集并使面包的比体积增加10–15%。阴离子多糖因其阴离子基团而具有多种功能：海藻酸钠（SA）从褐藻中提取，含有羧基（-COO?），能螯合金属离子并增强面筋-淀粉的相互作用，延缓面包老化2–3天；羧甲基纤维素（CMC）通过羧甲基化反应从天然纤维素制备，通过与面筋的多种作用（包括弱静电吸引、空间位阻和增强水合作用）相互作用，有助于形成更稳定的面筋网络；黄原胶由黄单胞菌产生，能与醇溶蛋白中的脯氨酸富集区域形成特定的氢键，从而增加面包体积（Hu et al., 2021; Liu et al., 2024; Tebben & Li, 2019）。非离子多糖在小麦基产品中也起着重要作用：例如，瓜尔胶（GG）是一种从瓜尔豆种子中提取的半乳甘露聚糖，其β-1,4-甘露聚糖主链和α-1,6-半乳糖侧链可减少面条的煮熟损失并改善其质地；魔芋葡甘露聚糖（KGM）是一种含有乙酰基的非离子多糖，通过与麦谷蛋白形成氢键来增强面筋结构的完整性（Kraithong & Rawdkuen, 2020; Laignier et al., 2021）。
尽管已有大量关于利用多糖改善小麦面筋的研究，但在系统深入探讨不同类型多糖如何影响面筋蛋白（特别是基于电荷特性和分子结构等基本聚合物性质）的机制方面仍存在不足（Hu et al., 2025）。为填补这一空白，本研究系统评估了三种结构不同的多糖——阳离子壳聚糖（CS，具有线性β-(1 → 4)-葡糖胺主链）、阴离子海藻酸钠（SA，线性(1 → 4)连接的葡糖醛酸/甘露醛酸共聚物）和非离子瓜尔胶（GG，具有灵活的主链）对小麦面筋结构和物理化学性质的影响。通过阐明这些特定的电荷和结构特性如何调控功能机制，本研究为合理选择多糖改良剂以提升面团加工性能和最终产品质量提供了精细的理论基础。
材料
小麦面粉购自中国洛阳河南绿源面粉有限公司。多糖的粒度和Zeta电位是根据Ren等人（2025）建立的方法测定的，粘度数据来自供应商Aladdin Reagent有限公司提供的官方数据表：壳聚糖（脱乙酰度95.1%，粒度：3847.35 ± 143.70 nm，Zeta电位：13.76 ± 1.96，粘度：100–200 mPa·s，CAS编号：9012-76-4），海藻酸钠（粒度……）
动态频率分析
图1A–F展示了三种多糖对小麦面筋动态流变性的影响。所有多糖的添加都提高了存储模量（G'）和损耗模量（G"）在整个测量频率范围内。其中，添加海藻酸钠的面筋系统显示出最显著的增加，这是由于海藻酸钠中的负电荷羧酸根离子（-COO?）与小麦面筋表面的正电荷基团之间的强静电相互作用所致。
结论
本研究阐明了三种多糖（壳聚糖、海藻酸钠和瓜尔胶）调节小麦面筋功能的独特机制。每种多糖都增强了面筋的有序二级结构并改善了面筋网络的组织结构。壳聚糖和海藻酸钠主要通过氢键结合并辅以静电相互作用，显著促进了二硫键的形成。相比之下，瓜尔胶形成了以氢键为主导的高度致密的结构。
作者贡献声明
王子瑜：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，方法学，数据分析，概念化。
王欣：软件，方法学，数据分析，概念化。
曾浩森：软件，数据分析，概念化。
岳崇辉：撰写 – 审稿与编辑，监督，软件，资源，概念化。
陈圆圆：软件，方法学，概念化。
王丽波：软件，方法学。
韩思海：资源，方法学。
李培彦：方法学。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究得到了河南省重点研发与推广项目（242102110129、252102111065）、河南省自然科学基金（252300420661）和国家自然科学基金青年基金（32302075）的支持。
