全麦体系中膳食纤维-阿魏酸协同效应介导谷蛋白大聚体（GMP）“解聚-重聚”的分子机制研究

In the whole wheat system, the high dietary fiber content limits the development of whole grain foods. However, the mechanism of dietary fiber affecting the gluten network is still not known. The gluten macropolyer (GMP) is the most important protein affecting the gluten network and the gluten formation includes the “depolymerization-repolymerization” of GMP. However, how dietary fiber affecting the “depolymerization-repolymerization” of GMP is still not known. Therefore, the model and real systems of whole wheat is built in this study. Effects of reaction between the dietary fiber and ferulic acid on the subunits of GMP and SH/SS exchange and SH oxidation are studied. The molecular chain structure and aggregated structure of GMP are analyzed based on the molecular size and distribution, fractal dimensions, conformation, size and topography, microstructure, and spatial structures. Meanwhile, the interaction mechanism among dietary fiber, ferulic acid, and gluten are investigated based on the molecular simulation method. Moreover, the dynamical model of the “depolymerization-repolymerization” of GMP is established based on the protein folding theory. Based on these studies, effects of reactions between dietary fiber and ferulic acid on the “depolymerization-repolymerization” of GMP in the whole wheat system will be fully illuminated. This project will provide the theoretical support for the process and development of whole grain foods.

全麦体系中，膳食纤维含量高导致的可食性差是限制全谷物食品开发利用的主要因素，但是麦麸膳食纤维及其他化学物质如何介导面筋网络形成的分子机制尚无定论。麦谷蛋白大聚体（GMP）是决定面团弹性和强度的主要蛋白质，面筋网络形成过程伴随了GMP“解聚-重聚”过程，麦麸如何介导GMP“解聚-重聚”的分子机制尚无报道。本课题拟以全麦模拟及真实体系为研究对象，探究膳食纤维及麦麸中酚酸类物质阿魏酸对GMP解聚度和重聚度、亚基及巯基/二硫键交换反应的影响；基于GMP的分子量分布、链结构中的分形维数、链构象、链尺寸和形貌、微观及空间结构表征，阐释GMP聚集态变化规律；利用分子模拟法解析“膳食纤维-阿魏酸-GMP”之间的分子互作机制；进而基于蛋白质折叠理论，构建GMP“解聚-重聚”动力学模型，从而全面揭示膳食纤维-阿魏酸协同效应介导GMP“解聚-重聚”分子机制。本项目可以为全谷物的进一步发展提供理论支持。

本研究通过构建包含麦麸、膳食纤维（Dietary fiber, DF）或阿魏酸（Ferulic acid, FA）的全麦面粉体系，通过对面筋蛋白网络的形成机理、麦谷蛋白大聚体（Glutenin macropolymer，GMP）分子聚集行为的探究，研究膳食纤维与阿魏酸介导GMP等小麦蛋白网络结构形成的分子机制，并探究了改性麸皮对面筋网络聚集态与馒头品质的影响。. 麦麸物质对面筋网络形成影响的研究结果表明，添加小麦麸皮、FA、DF及DF+FA后面筋蛋白二硫键含量显著下降，表明添加麸皮物质后面筋蛋白的稳定性下降；添加小麦麸皮、DF及FA会改变面筋蛋白二级结构的稳定性和有序性，而2%FA+6%DF组面筋蛋白二级结构与对照组相比无显著性差异。小麦麸皮组和DF+FA组GMP的粘弹性模量显著降低，凝胶性质下降；添加小麦麸皮和DF+FA后GMP立体的蜂巢结构遭到破坏。. 膳食纤维-阿魏酸对GMP分子聚集行为影响的研究结果表明，醒发30 min时DF组、DF+FA组β-折叠含量分别增加了5.0%、3.0%，FA组降低了3.1%。FA组GMP的高分子量亚基发生解聚，DF+FA可以缓解亚基解聚。醒发过程GMP蛋白质分子会通过疏水作用与静电作用聚集，与醒发60 min的Flour组相比，DF组表面疏水性与Zeta电位绝对值分别显著增加了34.3%、14.8%，FA组分别显著降低了9.8%、16.5%，DF+FA组无显著差异（p＞0.05）。. 改性麸皮对面筋网络聚集态与馒头品质影响的研究结果表明，改性组麸皮中可溶性阿拉伯木聚糖含量增加。酶解后生物发酵组的总酚含量及其抗氧化性最大。改性麸皮的加入使面筋蛋白的弹性模量和粘性模量增大；微观结构显示酶解后生物发酵组组麦麸改善了面筋网络的粗糙程度，增加了孔洞数量。质构测定结果表明麸皮的加入使馒头的咀嚼性增加，发酵麸皮组馒头咀嚼性最接近白面组。. 综上所述，添加麸皮物质会改变面筋蛋白组成以及各组分的结构性质，破坏面筋蛋白网络结构。DF、FA会使GMP物理性质、聚集行为以及分子间相互作用、空间结构发生变化，二者协同作用时可以降低对GMP聚集的影响。改性麸皮提高了麸皮面团的加工特性，改善面筋蛋白的聚集态和稳定性提升高纤维馒头的可接受度，为全谷物的进一步发展提供了理论支持。