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淀粉表面特性对 gluten 网络形成的影响及其机制研究。通过热处理改性土豆淀粉和玉米淀粉，发现表面修饰削弱了淀粉与 gluten 的氢键、离子键及疏水作用，导致面团中游离巯基含量升高，抑制 gluten 交联和聚集，使 glutenin 大分子含量减少。该研究揭示了淀粉表面特性调控 gluten 形成的新途径，为优化面团预处理工艺提供理论依据。
胡晓辉|范宏辰|王涛|郝宇|程丽
中国江苏省无锡大学环境科学与工程学院太湖流域新兴污染物识别与治理重点实验室，214105
摘要
小麦面粉面团可以被视为一种复合材料，其中面筋蛋白形成连续的基质，而淀粉颗粒则作为分散的填充物。作为面粉中含量最高的成分，淀粉传统上被认为只是面筋基质中的惰性填充物。然而，淀粉表面特性对面筋网络形成的影响长期以来被忽视了。在这项研究中，我们使用通过热处理和面筋蛋白改性的淀粉颗粒开发的面团类模型系统，研究了淀粉颗粒与面筋之间的相互作用。结果表明，热处理导致淀粉分子结构发生重组，削弱了淀粉与蛋白质之间的氢键、离子键和疏水作用。因此，面团中的游离巯基团含量增加，抑制了面筋蛋白的交联和聚集。此外，淀粉-面筋相互作用的破坏改变了面团混合过程中面筋蛋白的聚集动态，从而降低了面筋大分子（GMP）的含量。这些发现加深了我们对面粉加工过程中淀粉-蛋白质相互作用的理解，并为改进面包生产中的预处理策略提供了实际指导。
引言
小麦面粉主要由淀粉和蛋白质组成。然而，这些成分的功能只有在面团揉捏过程中受到机械作用时才能得以实现[1]。这一过程引发了一系列复杂的物理化学变化，将颗粒混合物转化为具有凝聚力和粘弹性的基质[2][3]。在混合过程中输入的机械能驱动下，人们普遍认为共价二硫键和非共价相互作用使蛋白质链排列成三维互联的面筋网络[4]。因此，这些相互作用的任何破坏或改变都可能引发麦谷蛋白解聚，进而降低混合过程中的麦谷蛋白大分子（GMP）含量[5][6]。淀粉是一种由葡萄糖单体通过糖苷键连接而成的聚合物碳水化合物，约占小麦面粉的70-80%[7]。在面团混合过程中，淀粉颗粒膨胀并嵌入正在形成的面筋基质中[8]。传统上，淀粉被认为只是面筋网络中的惰性填充物。然而，近年来研究重点逐渐转移到阐明淀粉颗粒通过与其他成分的相互作用积极参与面团形成并显著影响其性质上[9][10]。从结构上看，由于淀粉颗粒表面含有丰富的羟基，它们能够通过非共价力（包括氢键、疏水作用和范德华力）与面筋蛋白相互作用[11]。据报道，淀粉-蛋白质表面相互作用对面团加工行为和最终产品质量有显著影响[11]。例如，曹等人系统研究了不同类型的淀粉颗粒（包括蜡质、非蜡质和高直链淀粉）对面团加工的影响，发现高直链淀粉与面筋蛋白之间的增强相互作用最终使发酵后的面团结构更加紧密和稳定[1]。此外，李等人报告称，与A型淀粉相比，B型淀粉更有利于提高面筋聚合度[9]。这种效应归因于B型淀粉较大的比表面积，从而促进了更强的淀粉-面筋界面相互作用。其他研究也证实，改变淀粉颗粒的表面性质可以显著改变面团的粘弹性行为[12][13]。上述研究表明，淀粉颗粒不仅作为填充材料，还作为面筋网络中的接触点，这些相互作用的程度会影响维持面筋网络结构稳定性的分子间力。然而，据我们所知，独立于颗粒形态的变化，淀粉表面改性对面筋聚集的影响尚未得到系统研究。为探讨这一问题，关键在于如何选择合适的淀粉颗粒以避免其填充效应的影响。在我们之前的研究中，已经发现不同淀粉颗粒的粒径分布和形态对面团加工行为有决定性影响。具体来说，马铃薯淀粉和玉米淀粉能够有效地融入连续的面筋基质中，减少颗粒形态可能带来的对面筋网络结构的破坏。这使我们能够将面筋网络聚集的变化主要归因于淀粉颗粒表面特性的改变。因此，在本研究的基础上，我们对马铃薯淀粉和玉米淀粉颗粒进行了受控的热湿处理，以改变其表面性质的同时保持其颗粒形态。然后我们研究了这些改性如何影响混合过程中的淀粉-蛋白质非共价相互作用、可提取蛋白质的比例、GMP含量和游离巯基含量。本研究的目的是阐明淀粉-蛋白质表面相互作用对面团加工过程中面筋蛋白聚集行为的调控机制。材料
马铃薯淀粉（水分含量16.67%；干基蛋白质含量0.47%）由华欧淀粉工业有限公司（中国内蒙古）提供。玉米淀粉（水分含量12.89%；干基蛋白质含量0.21%）由金玉米农业科技有限公司（中国安徽）提供。二硫苏糖醇（DTT）购自上海百灵威化工科技有限公司（中国）。5-5’二硫代(2-硝基苯甲酸)（DTNB）购自Sigma-Aldrich；甘氨酸和乙二胺
淀粉颗粒的形态
在本研究中，选择了玉米淀粉和马铃薯淀粉，因为它们的颗粒特性使其适合融入面筋蛋白网络，这一点已在我们的先前研究中得到证实[20]。使用扫描电子显微镜（SEM）研究了在不同初始水分含量（20%、25%和30%）下经过热处理的淀粉颗粒的微观结构，结果如图1所示。选择这种特定的处理方案是为了避免完全糊化
结论
淀粉的表面特性在面筋聚集过程中起着关键作用，进而影响面团的加工特性。我们的结果表明，面粉中的淀粉颗粒主要通过非共价力与面筋蛋白相互作用。热处理通过促进分子重组和增强直链淀粉与支链淀粉之间的相互作用改变了淀粉颗粒的表面特性。这些结构变化削弱了氢键、离子键和疏水作用
作者贡献声明
胡晓辉：撰写——初稿撰写、数据验证、资源准备、实验设计。范宏辰：实验设计。王涛：审稿与编辑。郝宇：实验实施。程丽：研究监督与方法学指导。
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所述的研究工作。
致谢
本研究得到了无锡大学科研专项基金（2023r034）和国家自然科学基金（项目编号22278182）的支持。
