小麦谷蛋白抑制小麦淀粉回生机制研究

Glutelin is one of the main proteins in wheat flour. Our research group finds that wheat glutelin retarding the retrogradation of wheat starch recently. This project is to obtain amylose and amylopectin with especially narrow molecular weight distribution of wheat starch by repeatedly retrogradation method. The components of wheat glutelin will be isolated by zeolite column chromatography, SDS-PAGE, methods. The interaction of amylose and amylopectin with different components of glutelin will be carried out by gelatinization, retrogradation of glutelin with wheat amylose, amylopectin, and the retrogradation yield of starch will obtained at the same time. The components of glutelin retarding the starch retrogradation and the category of starch will be determined too. As compared to the IR, X-ray diffraction, NMR, micrograph, AFM images and circular dichroism spectrum etc during retrogradation, the interaction of glutelin and starch is investigated by the analysis of molecular surface and the change of one, two, three level structure of glutelin and the generation of disulfide bond. The correctness will be confirmed by the effects of glutelin addition on the dynamic and thermodynamic parameters, nucleation mode related to retrogradation process according to Avrami equation and solid-liquid equilibrium theory. The mechanism of glutelin retarding the retrogradation of wheat amylose and amylopectin will be illustrated finally. The achievements will provide theoretical support for the enhancement of food quality, strengthening the market competitiveness. It provides basic data for the exploration of starch retrogradation technology and methods.

小麦谷蛋白是小麦面粉的主要蛋白之一。课题组研究发现，小麦谷蛋白明显抑制小麦淀粉回生。本项目拟通过多次回生法制备分子量分布范围极窄的小麦直/支链淀粉；通过沸石柱层析、凝胶色谱层析等方法分离纯化麦谷蛋白组分；使小麦直/支链淀粉分别与麦谷蛋白组分相互作用，测定淀粉回生率，确定麦谷蛋白中抑制淀粉回生的组分及与蛋白反应的淀粉类别；通过对比混合蛋白前后淀粉的红外、核磁、X-射线衍射、显微图谱、原子力图像以及圆二色谱等，分析在回生过程中麦谷蛋白分子一、二、三级结构变化、二硫键产生情况及其与淀粉相互作用的可能方式；采用Avrami方程、固液平衡理论研究麦谷蛋白中抑制小麦淀粉回生组分对淀粉回生成核方式、动力学及热力学的作用，验证二者相互作用的方式，阐明麦谷蛋白抑制小麦淀粉回生的机制。项目的完成将为提高我国面制食品品质、增强市场竞争力提供基础理论支持，为探索新的抑制面食品回生技术和方法提供基础数据。

项目采用回生、酶解法制备出了分子量分布范围窄的小麦直链淀粉，采用冻融、盐洗方法制备了分子量分布范围窄的小麦支链淀粉。柱层析法分离纯化小麦直/支链淀粉后测定了其分子量分布和链长分布。采用冷藏、冻融以及沸石柱层析法分离出了分子量分布范围2万以下、以及7万以上的两段醇溶谷蛋白组分；采用尿素法，通过改变体系酸碱度，得到pH在5，7和9条件下的三种谷蛋白组分。分别测定了这五种蛋白的分子量分布及氨基酸组成。五种谷蛋白分别与小麦直、支链淀粉共混回生的回生率及回生动力学研究表明：分子量低于20000g/mol的醇溶谷蛋白（ASGLU 1）使小麦支链淀粉的回生率提高了74.9%，且发生了一定程度的异相成核；而酸性条件下提取的分子量介于5000-20000 g/mol的尿素谷蛋白（Glutenin 1）显著抑制了直链淀粉的回生，抑制率达14.16%。测定了蛋白和淀粉混合前后的红外、X-射线、热性能、圆二色谱以及核磁碳谱等数据，分析了淀粉与蛋白的相互作用方式，推测了醇溶谷蛋白促进支链淀粉回生的机制以及酸性条件下提取的尿素溶谷蛋白抑制直链淀粉回生的机制。醇溶谷蛋白促进小麦支链淀粉的回生是通过在凝胶化过程中，支链淀粉短支链的双螺旋打开，ASGLU 1进入支链淀粉的孔隙。在回生过程中，ASGLU 1首先成核，支链淀粉分子在核外逐渐生长，晶体变大，回生率提高。同时，谷氨酰胺中的氨基与支链淀粉短链分支中1,4-糖苷键的氧原子形成氢键。支链淀粉3-羟基与谷氨酰胺中羰基形成氢键，即较弱的N-H和O之间氢键变为O-H与O之间的强氢键，支链淀粉分子排列更为有序，回生率增加。尿素溶谷蛋白抑制小麦直链淀粉回生是通过蛋白中谷氨酸残基的氨基和直链淀粉C6中的羟基之间形成弱氢键，酪氨酸和直链淀粉之间也形成了新的氢键。这两种氢键导致的空间障碍，抑制了直链淀粉之间氢键的形成。同时直链淀粉中C6的部分羟基与特定链长谷蛋白中Ser和Thr的部分羟基形成糖苷键，导致直链淀粉的链长和分子量增加，空间位阻变大，阻碍直链淀粉重排为规则晶体，从而抑制直链淀粉的回生。