糖基化作用诱导的高地大麦麦谷蛋白-菊粉复合物的结构、理化性质及功能特性

《Food Chemistry》：Structure, physicochemical and functional properties of glycosylation-induced highland barley glutenin-inulin complexes

高原 barley glutenin (HBG) 在湿热条件下与菊粉 (INU) 糖基化形成复合物，系统研究了不同接枝比对结构、物化性质及功能特性的影响。结果显示，接枝比8:4时复合物溶度性达96.10%，发泡能力119.67%，乳化活性指数12.10 m2/g，且FT-IR和荧光强度分析证实了糖基化诱导的构象变化。

　　

丁玉琳|李芳|沈阳光|张彦鹏|贾秀武

武汉理工大学食品科学与工程学院，中国湖北省武汉市430048

摘要

在湿热条件下，将高寒 barley 的麦谷蛋白（HBG）与菊粉（INU）进行糖基化处理，生成了高寒 barley 麦谷蛋白-菊粉（HBG-INU）复合物，并研究了不同糖基化比例对其结构、理化和功能特性的影响。在 8:0–8:5 的糖基化比例范围内，HBG-INU 显示出优异的糖基化效果，最大接枝度为 25.86?±?0.71%，其结构从松散的团块状转变为平坦光滑的棒状。FT-IR 分析和荧光强度（FI）分析均证实了这些由糖基化引起的结构变化。在糖基化比例为 8:4 时，HBG-INU 的理化和功能特性显著改善，其最大溶解度、起泡能力（FC）和乳化活性指数（EAI）分别为 96.10?±?2.67%、119.67?±?5.51% 和 12.10?±?0.04?m²/g。所有这些结构、理化和功能结果均表明 HBG-INU 复合物的糖基化效果非常成功且优异。

引言

高寒 barley 蛋白（HBP）富含多种氨基酸，其中包含人体所需的 8 种必需氨基酸和 9 种非必需氨基酸。它有助于维持体内氮平衡，与其他谷物相比，其限制性氨基酸赖氨酸的含量更为丰富（Guo 等，2020）。研究表明，HBP 可以降低心血管疾病和动脉粥样硬化的发病率（Li 等，2023）。尽管高寒 barley 的蛋白质含量较高，但由于缺乏主要由麦谷蛋白和醇溶蛋白组成的面筋网络结构，因此难以形成三维面筋网络。实际生产中需要将其与小麦粉混合才能制成高寒 barley 面粉（Lyu 等，2022）。这一限制使得高寒 barley 麦谷蛋白（HBG）在食品等相关领域的应用受到限制；基于这一实际情况，推动 HBG 单一成分在各种面粉产品中的使用具有重要意义。如上所述，由于缺乏面筋，高寒 barley 面粉的生产较为困难。因此，为了成功形成三维面筋网络结构，一些研究集中在对 HBP 的改性上，特别是改善其理化和功能特性，如溶解度和乳化性能。目前，通常采用生物、化学和物理改性方法来提高其应用范围（Du 等，2022）。与物理方法（如超声、高压和脉冲方法）和生物方法（主要是酶法改性）相比（M. He 等，2021），化学改性具有明显优势：改性产品稳定性高，改性过程易于控制，可大规模生产且设备投资低（Nwagu 等，2017）。因此，通常采用化学方法来改善 HBG 的理化和功能特性。常用的化学改性方法包括酰基化和糖基化。Yu 等（2024）报道，N-琥珀酰化可显著增强鹰嘴豆蛋白的结构和功能。Xu 等（2020）发现，与葡聚糖（DX）结合的肌原纤维蛋白（MP）结构更加松弛灵活，MP-DX 接合物的乳化活性指数（EAI）和乳化稳定性（ESI）显著提高，当 MP 与 70?kDa 的 DX 糖基化后乳化性能最佳。蛋白质酰基化通过减少羧基电荷和增加极性来改善结构，而糖基化则能在亲水性和空间位阻等多个方面改善结构（He 等，2021；Zhang 等，2021）。目前关于 HBG 糖基化改性的相关文献很少。因此，研究糖基化对 HBG 结构、理化和功能特性的影响具有重要的理论和实践意义。

菊粉（INU）是一种中性多糖，属于益生元纤维。它是一种通过 β-(2–1) 糖苷键连接的可溶性线性多糖。INU 化学性质稳定，吸水性强，耐人体消化酶分解；还具有降脂、降糖和促进矿物质吸收的作用（Ji 等，2024）。糖基化改性主要是通过美拉德反应实现的，即多糖与蛋白质结合。糖基化通过修饰蛋白质的主链或侧链改变其结构、表面电荷和疏水性，从而影响蛋白质的主链和侧链官能团的化学活性，进而影响其物理和化学功能特性（Chang 等，2025）。蛋白质糖基化已被科学证明是一种有效策略，可用于优化多种功能特性，特别是提高溶解度、持水能力（WHC）、乳液稳定性和起泡性能。Jiang 等（2022）表明，超声/pH 辅助的菊粉与豌豆蛋白结合可显著提升功能性能，起泡能力（FC）达到原始值的 240%，泡沫稳定性（FS）提高到对照值的 230%，PPI-INU 接合物的乳化性能也显著改善。Li 等（2024）使用不同聚合度的菊粉糖基化乳清蛋白制备乳液，发现短链（聚合度 <10）菊粉能有效促进石榴籽油的乳化性能。Sun 等（2022）证实，糖基化豌豆蛋白具有更好的乳化性能、界面稳定性和凝胶形成倾向。糖基化 HBG 可能也能改善其乳化特性等功能。

因此，本研究重点关注 HBG 与菊粉的糖基化改性，以获得理想的 HBG-INU 复合物的结构、理化和功能特性。希望这些发现能加深对糖基化 HBG-INU 复合物的理解，并为其在食品等相关领域的应用提供理论支持。

材料

高寒 barley 来自西藏天宇农业科技有限公司（中国西藏高寒 barley 320），菊粉（纯度 ≥90%）、邻苯二甲醛（OPA，≥98%）和 8-氨基-1-萘磺酸（ANS，≥98%）购自上海玉源生物有限公司。使用的磷酸盐缓冲盐水（PBS）浓度为 0.01?mol/L，pH 值为 7.0。其他试剂均为分析纯级，实验用水为超纯水。

HBG 的提取与纯化

高寒 barley 的提取...

糖基化分析

图 1 显示了 HBG 和 INU 的糖基化接枝度结果。可以看出，在 INU 添加比例（8:1 至 8:4）范围内，HBG-INU 的接枝度显著增加，最大接枝度达到 25.86?±?0.71%。然而，随着糖基化比例的继续增加，接枝度增幅较小，没有表现出显著差异。这可能是因为在糖基化比例低于 8:4 的情况下...

结论

系统研究了糖基化诱导的高寒 barley 麦谷蛋白-菊粉（HBG-INU）复合物及其结构、理化和功能特性。毫无疑问，菊粉糖基化能够显著改变 HBG 的一级、二级和三级结构。在糖基化比例低于 8:4 的情况下，糖基化比例越高，接枝度越高。HBG 与 INU 的糖基化改性改变了 HBG-INU 的结构...

作者贡献声明

丁玉琳：撰写初稿、软件使用、方法设计、实验实施、数据分析、概念构思。 李芳：撰写与编辑、监督、资源协调、资金争取、概念构思。 沈阳光：监督、资源提供。 张彦鹏：结果验证、软件操作、项目管理。 贾秀武：撰写与编辑、数据可视化。

未引用参考文献

He 和 Vardhanabhuti, 2021 Ma 和 Chatterton, 2021

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

我们感谢 国家重点研发计划（项目编号：2024YFF1106802-02）对本研究的资金支持。