《Food Research International》：Insight into the mechanism of transformation of gluten protein agglomeration in the wheat flour-water batters: the view from concentration and mixing time
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本研究系统考察了不同固形物含量（30%~45%）和混合时间（5、15、25分钟）下小麦粉-水面糊中面筋蛋白的动态变化规律，揭示了面筋蛋白聚集程度与流变特性间的相关性，阐明了低分子量面筋蛋白及α-谷蛋白在聚集行为中的关键作用，为面糊类食品的结构调控与品质设计提供了理论依据。
杨汉瑞|辛颖|尚佳颖|王嘉胜|刘冲|张梦龙|洪静|刘梅|孙炳华|郑雪玲
河南工业大学食品科学与工程学院，中国河南省郑州市450001
摘要
阐明面筋蛋白的动态变化旨在理解面筋蛋白及其组成变化如何影响小麦粉-水糊在混合过程中的流变特性。在宏观层面上，延长混合时间可以降低30%和45%浓度糊状物的面筋聚集指数，同时表观粘度和tan δ值逐渐增加。相比之下，35%和40%浓度糊状物则表现出相反的趋势。显微观察显示，随着糊状物浓度的增加，面筋蛋白从分散的颗粒状态（30%）转变为聚集结构（35%和40%），最终在45%时形成连续网络。随着混合时间的延长，30%和45%浓度糊状物中的麦谷蛋白大分子（GMP）含量和β-转角结构减少。而35%和40%浓度糊状物中的GMP含量增加，β-转角和α-螺旋结构比例升高，同时麦谷蛋白和醇溶蛋白通过氢键和疏水相互作用显著聚集。相关性分析进一步表明，面筋蛋白的聚集程度与面筋网络的连续性没有正相关关系。值得注意的是，低分子量麦谷蛋白和α-醇溶蛋白在面筋蛋白的聚集行为中起着关键作用。本研究为基于糊状物的食品产品的结构调控和质量设计提供了理论基础。
引言
在小麦粉加工过程中，面粉在机械力的作用下与不同量的水混合，形成糊状物（固含量<45%）或面团（固含量45–70%）（Zhang等人，2025年）。由于面团的含水量相对较低，其在混合过程中可以形成连续且致密的面筋网络，从而赋予其理想的塑性和保形性能。这一特性使其广泛应用于面包、馒头、饺子皮和面条等产品中（Havrlentova等人，2025年；Ji等人，2025年）。相比之下，在糊状物系统中，面粉颗粒分散在水相中，阻碍了完整面筋网络的形成。因此，糊状物具有较高的流动性和可塑性，适用于面皮、蛋糕和油炸涂层等应用（Li等人，2025年；Xu等人，2025年）。不同的基于糊状物的食品需要不同强度的面筋网络和流变特性。对于油炸产品，糊状物涂层需要具有适度的粘弹性能，以确保良好的附着力、油阻隔能力和保水性能。过高的网络密度可能导致外壳变硬和口感变差（Xu等人，2025年）。在烘焙产品中，糊状物必须具有足够的弹性以支撑气体膨胀并防止结构塌陷。然而，过高的弹性并不总是理想的。例如，蛋糕通常使用低面筋面粉制作，以避免形成过强的面筋网络，从而获得柔软细腻的口感（Bango等人，2025年）。这些观察表明，适当而非最大化的面筋强度对于基于糊状物的食品的质量形成至关重要。尽管如此，目前关于糊状物系统的研究主要集中在热处理和宏观质量变化上，而混合过程中面筋蛋白的流变行为和发育机制仍不甚明了。
面筋蛋白是小麦粉中仅次于淀粉的第二大成分，在面团和糊状物系统中起着关键作用（Liu等人，2023年）。面筋蛋白主要由麦谷蛋白和醇溶蛋白组成，其中麦谷蛋白进一步分为高分子量麦谷蛋白亚基（HMW-GS）和低分子量麦谷蛋白亚基（LMW-GS）（Hong等人，2025年）。通常，麦谷蛋白通过形成聚合物网络来提供弹性，而醇溶蛋白则为系统赋予粘度和塑性（Zhang等人，2025年）。在分子层面，HMW-GS主要通过二硫键形成线性聚合物结构，而LMW-GS和醇溶蛋白则通过二硫键和非共价相互作用参与面筋网络的形成（Hong等人，2025年）。先前的研究表明，HMW-GS而非总蛋白含量是冷冻面团质地特性的关键决定因素（Sharafeldin等人，2026年）。然而，不同面筋蛋白亚基对高水分糊状物系统中的结构发展和流变行为的贡献仍不够清楚。
面筋结构的形成和演变受水分含量和机械混合的共同调控。在面团混合过程中，随着水合作用的发生，蛋白质链逐渐展开，水分子优先与极性氨基酸和可电离基团结合。随后，面筋蛋白相互作用并交联，形成面筋网络。然而，过度的机械作用可能会进一步诱导肽链重排并改变分子间相互作用（Li等人，2022年；Li等人，2025年）。在高水分糊状物中，面筋蛋白根据水分含量的不同表现出不同的聚集状态，包括聚集态、纤维状和网络状结构，这些状态伴随着流变特性和微观结构稳定性的变化（Masbernat等人，2021年）。先前的研究报道了不同基于糊状物的食品系统的固含量存在显著差异。例如，面皮或蛋糕糊的固含量通常在33%到35%之间，而用于包裹油炸肉类或鱼产品的糊状物固含量一般在40%到47%之间。此外，高水分面包（如ciabatta）在烘烤前的固含量约为45–50%，这有助于其特有的松软内部结构和酥脆外壳（Chen等人，2008年；De Bellis等人，2020年；Li等人，2025年；Lu等人，2025年）。然而，不同浓度糊状物混合过程中面筋蛋白的构象变化和聚集机制仍不清楚。
因此，本研究调查了四种固含量（30%–45%）的小麦粉糊状物系统，代表了基于糊状物的食品的典型浓度范围。系统地研究了混合过程中（5分钟、15分钟和25分钟）面筋蛋白水合作用和聚集行为的动态演变。本研究旨在通过全面表征糊状物的宏观流变特性、微观结构和分子特性，建立面筋聚集程度与流变参数之间的关联。这种方法进一步阐明了面筋蛋白及其亚基在糊状物系统中的结构转变机制，并为基于糊状物的产品的合理设计和质量控制提供了理论基础。
材料
小麦粉由WUDELI面粉集团有限公司（中国新乡）提供。根据AACC（2000）批准的方法测定了水分（12.77%）、灰分（0.45%）和蛋白质含量（13.84%，以水分为基础）。
糊状物的制备
使用针式混合器（JHMZ 200，北京东富久恒）制备了固含量分别为30%、35%、40%和45%的小麦粉-水糊状物，并分别混合5分钟、15分钟和25分钟，以获得不同聚集程度的糊状物。添加的水量（x）为
糊状物的沉降稳定性
不同条件下制备的糊状物的宏观储存稳定性如图1所示。沉降行为表示为时间t时的悬浮高度与初始高度的比值H(t)/H(0)（图1B–E）。随着糊状物浓度的增加，稳定性得到改善，表现为H(t)/H(0)在整个储存过程中保持1.00。在30%浓度下，由于固含量低，在储存的第一天就出现了明显的相分离现象，表现为H(t)/H(0)
结论
本研究表明，小麦粉-水糊中的面筋蛋白聚集受糊状物浓度和混合时间的影响。随着糊状物浓度的增加，面筋蛋白的聚集状态依次从颗粒状态（30%）转变为聚集结构（35%和40%），最终形成连续网络结构（45%）。混合对不同聚集状态的糊状物有明显影响。在30%和45%的糊状物中，延长混合时间会导致
作者贡献声明
杨汉瑞：撰写——初稿、方法论、研究、数据分析。辛颖：验证、数据分析。尚佳颖：软件处理、数据分析。王嘉胜：可视化、验证。刘冲：撰写——审稿与编辑、监督、项目管理、资金获取。张梦龙：方法论、概念化。洪静：资源支持。刘梅：资源支持。孙炳华：资源支持。郑雪玲：资源支持、资金获取。
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
本工作得到了中国国家现代农业（小麦）产业技术体系建设（CARS-03-39）和河南省自然科学基金项目（242300420143）的支持。
