《Food Research International》：Mechanism of ultrasound-modulated gluten-inulin interactions: Impact of inulin polymerization degree
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超声处理（0-40秒）调控不同聚合度菊粉与小麦谷蛋白的相互作用机制研究。通过微观结构分析和分子模拟发现，长链菊粉（FXL）在20-30秒超声下显著增强疏水相互作用和β-折叠含量，形成连续弹性网络，提升热稳定性和流变学性能，而短链菊粉（FS）因空间限制导致结构松散。分子对接显示菊粉优先结合谷蛋白疏水残基。本研究为高纤维小麦制品开发提供理论依据。
白周亚|万佳豪|邓文辉|王彦斌|陈园园|李培燕|岳崇辉|罗登林
河南科技大学食品与生物工程学院，中国河南省洛阳市471023
摘要
本研究探讨了超声波处理（0–40秒）如何调节不同聚合度（长链FXL；短链FS）的小麦面筋与菊粉之间的相互作用。结果表明，这种作用机制明显依赖于链长。在最佳超声处理条件下（20–30秒），FXL促进了疏水相互作用，增加了β-折叠片含量（最高达34.4%）和二硫键含量（最高达34.9%），并有助于形成连续、有弹性的蛋白质网络。这提高了热稳定性（变性温度高达100.60°C）和稳定的粘弹性（较低的tan δ值）。相比之下，FS由于空间限制不足，形成了松散、多孔的结构，性能较差。分子对接进一步表明，菊粉优先与面筋的疏水残基结合。本工作阐明了超声波介导的面筋-菊粉网络的形成机制，并为通过控制超声处理来改良高纤维小麦产品提供了理论基础。
引言
小麦面筋是一种复杂的蛋白质混合物，主要由麦谷蛋白和麦胶蛋白组成。它通过氢键、疏水相互作用和二硫键形成一个复杂的网络，这一网络对各种烘焙食品的质量至关重要（Yue等人，2025年）。最近，人们开始关注修改面筋的功能和营养特性，例如通过添加菊粉等膳食纤维来开发增值、富含纤维的食品（Ke等人，2020年；Xinping等人，2024年）。菊粉是一种多分散的果聚糖，根据其聚合度（DP）进行分类：短链菊粉（FS，DP 2–10）具有更好的发酵性（Bai等人，2024年），而长链菊粉（FXL，DP 10–60）则表现出更强的凝胶能力和更显著的质地影响（Luo等人，2017年）。然而，一个关键问题是，添加菊粉可能会破坏面筋网络，从而影响面团的技术性能，这种现象受到所使用菊粉具体聚合度的影响（Ke等人，2020年）。解决这一挑战对于推动功能性食品的发展至关重要，因为这有助于改善饮食结构并促进更健康的生活方式（Bai等人，2023年），这也体现在消费者对添加多糖的面粉产品的日益偏好上（Wan等人，2025年）。
因此，人们越来越多地探索物理改性技术以减轻这些负面影响并促进面筋与纤维之间的有利相互作用。其中，超声波技术作为一种绿色、高效的方法脱颖而出（Wang等人，2026a；Wang等人，2026b）。其作用机制主要通过声空化效应实现，包括改变蛋白质构象、破坏非共价键以及暴露疏水区域（Wang等人，2026a；Wang等人，2026b）。这些改性可能有助于促进面筋与菊粉等生物聚合物之间更加均匀且强化的复合网络的形成。已有研究表明，超声波预处理会影响面糊和面团的蛋白质性质（Lou等人，2022年；Wang等人，2026a；Wang等人，2026b）。然而，尽管有几项研究分别考察了菊粉添加或超声处理对面筋的单独影响（Guo等人，2023年；Nawrocka等人，2018年），但这两个因素之间的协同作用，特别是与菊粉聚合度相关的作用，仍研究不足。因此，系统地研究不同超声处理时间下短链和长链菊粉与面筋的相互作用对于理解其潜在机制至关重要。
因此，本研究旨在使用自制的振动板型超声波发生器，探讨不同链长（短链与长链）的菊粉与面筋在不同超声处理时间（0–40秒）下的相互作用。通过质地分析、流变学和扫描电子显微镜（SEM）来评估宏观性质和微观结构。在分子水平上，将量化表面疏水性、巯基/二硫键含量和分子力的变化。利用傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析二级结构，并通过分子对接模拟来探究菊粉与面筋之间的潜在结合作用。我们假设超声波根据聚合链长的不同，对面筋-菊粉相互作用进行了差异性调节，从而导致复合体性质的显著变化。这些发现有望为利用超声波开发高质量高纤维小麦产品提供理论基础。
材料
实验所需的小麦面筋来自河南飞天生物技术有限公司。长链（FXL）和短链（FS）菊粉（纯度≥98%）由比利时的BENEO-Orafti SA公司提供。振动板型超声波设备由我们研究小组自主研发，由杭州Farant超声波技术有限公司制造，工作频率为40 kHz，功率可调（0–720 W）。振动板采用三维矩形设计；在处理区域的内表面...
面筋-菊粉复合体的宏观质地特性
如图1A、B和表1所示，与对照组相比，添加菊粉后面筋复合体的硬度显著降低。FXL组的硬度降低更为明显，同时保持了更好的弹性。随着超声处理时间的延长，硬度总体上保持较低水平；但在40秒时，硬度趋于增加，弹性则有所下降。FS组表现出不同的响应...
结论
本研究系统地阐明了FXL和FS在超声处理下对面筋结构和功能特性的不同影响机制。由于其长分子链和空间限制能力，FXL在适当的超声处理时间窗口（20–30秒）内有效引导面筋形成以疏水相互作用为主、富含β-折叠片和二硫键的连续密集网络。该网络表现出更高的储存模量...
作者贡献声明
白周亚：撰写 – 审稿与编辑、数据可视化、软件使用、资源协调、项目管理和资金申请。万佳豪：撰写 – 原稿撰写、软件使用、方法设计、实验实施、数据分析。邓文辉：实验实施。王彦斌：实验实施。陈园园：资源协调、方法设计。李培燕：资源协调、方法设计。岳崇辉：资源协调、方法设计。罗登林：项目管理和资金申请。
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
本研究得到了河南省重大公共福利科学技术项目（编号201300110300）、河南省本科生创新培训计划（编号242102110129）和国家自然科学基金青年基金（编号32302075）的财政支持。
