摘要
在新型小麦基产品的开发过程中，大分子组分间因受热互作而导致产品结构以及物化特性变化的研究尤其重要。淀粉和面筋蛋白是小麦面粉中重要的高分子聚合物，但它们在受热过程中的互作机制仍不明确。因此，很难从本质上清晰地了解小麦基产品品质变化的基本规律，从而也削弱了调控主食产品精准营养和个性化制造手段的有效性。本论文从面筋蛋白高分子的角度对比研究了谷蛋白和醇溶蛋白组分对小麦淀粉糊化、回生行为及酶解特性的调控机制;其次，从淀粉聚合物的角度分析其对面筋蛋白热诱导聚集行为、酶解特性和凝胶品质的影响;最后，在模拟面团体系中研究了多元大分子组分（凝结多糖、小麦淀粉和面筋蛋白）间的互作机制，并分析了模拟面团热加工过程中的品质变化规律。主要研究内容、结果和结论如下: （1）研究了重组面筋蛋白组分（RGF）对淀粉糊化行为的调控机制。无论RGF中谷蛋白/醇溶蛋白（glu/gli）的比例如何变化，淀粉的糊化均被显著地抑制，这种抑制作用随醇溶蛋白比例的增大而增强。通过快速黏度分析仪（RVA）对淀粉的糊化特性进行表征，发现当RGF中glu/gli比例从1∶0变为0∶1时，淀粉的峰值黏度和崩解黏度分别降低17.3％和13.4％。面筋蛋白组分中的谷氨酰胺（Gln）或酪氨酸（Tyr）与淀粉分子通过氢键结合，削弱了淀粉分子间的聚集。粒径分析表明，醇溶蛋白使糊化后淀粉的粒径减少4.5％。激光共聚焦显微镜（CLSM）也清晰地观察到淀粉颗粒被醇溶蛋白有效地包裹，颗粒结构更加稳定。此外，醇溶蛋白的存在使直链淀粉逸出量减少22.2％,显著降低了淀粉糊的粘弹性（G''和G"），导致淀粉凝胶强度下降27.1％。研究结果可为不同质构的重组小麦基产品的开发提供理论依据。 （2）研究了RGF对淀粉回生行为的影响。RGF的存在显著地抑制了淀粉的短期和长期回生。使用流变仪和低场核磁共振（LF-NMR）分析直链淀粉的短期回生，发现在短期贮藏过程中（4℃,8h）,RGF中醇溶蛋白比例的增大降低了凝胶的G'',增强了水分流动性。醇溶蛋白分子链上Gln中氨基的氢原子与淀粉中α-1,4糖苷键的氧原子，以及蛋白上羰基的氧原子与淀粉分子上C-3羟基的氢原子均可导致氢键的形成，这是直链淀粉短期回生被显著抑制的关键。在长期贮藏期间（4℃,28d）,与醇溶蛋白相比，谷蛋白使淀粉的回生度降低了16.2％。谷蛋白分子链上Tyr中羰基上的氧原子与淀粉分子上C-6羟基的氢原子通过氢键结合，导致支链淀粉的回生速率降低。原子力显微镜（AFM）观察结果也证实谷蛋白比醇溶蛋白使支链淀粉分子聚集的程度更小，说明谷蛋白更有效地延缓支链淀粉的长期回生。因此，可以通过调整RGF中glu/gli比率来延长重组小麦基产品在短期和长期贮藏期间的货架期。 （3）研究了面筋蛋白及其不同组分对淀粉酶解特性的影响机理。面筋蛋白、谷蛋白及醇溶蛋白使淀粉的酶解率分别下降了39.9％、49.5％及26.6％。热重分析（TGA）表明，不同面筋蛋白组分之间主要与淀粉通过氢键相互作用，对提高样品的热稳定性具有积极作用。与面筋蛋白和醇溶蛋白相比，谷蛋白在淀粉基质周围形成的物理性屏障更加致密，这很大程度抑制了酶对淀粉的水解。同时，谷蛋白对α-淀粉酶的抑制率最高（约79％）,CLSM的结果也证实了谷蛋白和α-淀粉酶之间的结合程度最大。因此，可以通过优化面筋蛋白组分的比例为低血糖指数食品的开发提供参考。 （4）研究了淀粉诱导面筋蛋白热聚集行为的变化与面筋酶解特性之间的关系。随着面筋蛋白-淀粉比例从1∶0变为1∶1,面筋蛋白的酶解率增大21.5％。运用DSC和TGA技术分析了蛋白的热力学特性，发现淀粉的存在延缓了面筋蛋白的热聚集反应，降低了蛋白的热稳定性。对面筋蛋白网络进行定量分析，发现淀粉使面筋蛋白网络的连接密度和分枝率分别降低了29.9％和25.1％,空隙率增大了1.92倍，导致面筋蛋白网络弱化。面筋蛋白分子量分布结果表明，淀粉的存在抑制了二硫键的形成，减少了面筋蛋白聚集体（Mw≈130-200kDa）的含量。因此，淀粉促进了面筋蛋白的酶解作用，这与热处理后淀粉诱导的松散和开放的面筋蛋白结构有关，研究结果有助于通过改变重组体系中淀粉的比例来开发高消化特性的面筋蛋白类产品。 （5）研究了淀粉脱支处理对面筋蛋白凝胶品质及结构特性的影响。随脱支处理时间从0h延长至8h,脱支淀粉（DBS）的分子量从3.5×107g/mol降低至1.7×105g/mol。与纯面筋蛋白凝胶（G）相比，复合凝胶（G+DBS）的粘弹性和持水性显著增强。随着淀粉脱支程度的增大，复合凝胶的强度增大24.9％。扫描电镜（SEM）的结果也证实复合凝胶体系的相分离程度减小，凝胶结构变得连续、质地更加均一。TGA分析表明，随着淀粉脱支程度的增大，面筋蛋白的失重率增加4.4％,这与面筋蛋白的结构变化和聚集行为有关。淀粉脱支程度的增大使面筋蛋白的β-折叠结构增加而α-螺旋结构减少，并降低了色氨酸的荧光强度，导致蛋白分子趋于展开状态。同时，醇溶蛋白或低分子量麦谷蛋白（Mw＜44kDa）的聚集被明显地抑制，二硫键构象也从稳定的g-g-g构象向t-g-g构象转变。AFM也观察到面筋蛋白分子链的平均高度和宽度随淀粉脱支程度的增大而逐渐减小，这提高了DBS与面筋蛋白分子链之间的相容性，有利于均一凝胶体系的形成。 （6）研究了模拟面团体系中多元大分子组分（凝结多糖、淀粉和面筋蛋白）间的互作机制，并分析了凝结多糖对面团加工品质稳定性的影响。流变学特性结果表明，当加热温度超过60℃时，添加0.6％的凝结多糖显著增强了模拟面团的硬度，且具有最大的粘弹性。通过DSC技术分析了面团组分的热力学行为，发现凝结多糖延缓了面筋蛋白的热变性和淀粉的糊化。SEM和CLSM的结果也证实，凝结多糖被整合到面筋网络中，并粘附在离散的淀粉颗粒上，从而形成由凝结多糖、面筋聚合物和淀粉颗粒组成的稳定体系。对于模拟面团中淀粉组分而言，凝结多糖在淀粉颗粒表面形成的屏障作用抑制了颗粒的破裂，使淀粉的峰值黏度和崩解黏度分别降低28.1％和24.5％,这对提高面团的强度有积极作用。关于面筋蛋白，凝结多糖与它们之间的作用力主要涉及氢键和疏水相互作用。同时，凝结多糖也使面筋蛋白的无规则卷曲向α-螺旋结构转变，并减少了二硫键的含量，抑制了面筋蛋白的聚集，从而导致面团结构的弱化。 本论文揭示了小麦淀粉和面筋蛋白受热互作的机理，它们的相互作用是影响产品整体结构乃至加工性能、消化的主要因素。一方面，面筋蛋白及其组分能显著抑制淀粉的糊化、回生和酶解特性。醇溶蛋白显著抑制了淀粉的糊化和短期回生;而谷蛋白则更有效地抑制了淀粉的长期回生和酶解。另一方面，淀粉的存在抑制了面筋蛋白的热聚集反应，并赋予了面筋蛋白更好的酶解和凝胶特性。基于上述研究基础,在多元大分子组分的模拟面团体系中,发现适量的凝结多糖是增强面团热加工过程中强度和粘弹性的关键，这是凝结多糖、面筋蛋白和淀粉之间更强互作的结果。本论文的研究对小麦基重组产品的设计和开发具有指导意义。
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