加热糊化过程中小麦Glu-D1和Glu-B1位点HMW-GS组成影响面团粘度的机理研究

The rheological properties of wheat dough during flour mixing and heating gelatinization are closely related to the quality of Chinese steamed bread and noodles. The association between HMW-GS composition and dough characteristics during flour mixing has been well studied and certain achievements were obtained. However, the rules and mechanism for the effect of HMW-GS composition on dough viscosity under thermal stress has been rarely reported. In this project, the dough prepared by near isogenic wheat lines with different HMW-GSs at Glu-D1 and Glu-B1 loci will be sampled at the specific time points (the stages of heating gelatinization) when the viscosity variations were observed. Then, the protein structure (gluten network, protein advanced structure and chemical interactions) and protein behaviour (protein aggregation/disaggregation and protein-starch interactions) in the collected dough samples will be compared using the methods of Mixolab, SEM, FTRS, HPLC, 2-DGE, 13C NMR, and MS/MS. Finally, the influence law and mechanism of HMW-GS composition on dough viscosity during heating gelatinization will be interpreted by the dynamic changes of protein structure and behaviour in dough matrix. The results will provide theoretical basis for the quality improvement of wheat based products via the operation at specific stages during dough gelatinization.

小麦面团形成（和面）和加热糊化过程中的流变学特性与馒头、面条等主食的品质直接相关。和面阶段小麦高分子量谷蛋白亚基组成与面团特性的关系已比较明确，但加热糊化过程中，高分子量谷蛋白亚基组成影响面团粘度的规律和机理尚不明确。本项目以小麦高分子量谷蛋白亚基近等基因系为材料，选取Glu-D1和Glu-B1位点高分子量谷蛋白亚基不同，加热糊化特定阶段粘度存在差异的面团为样品，综合采用Mixolab、SEM、FTRS、HPLC、2-DGE、13C NMR和MS/MS等方法，研究加热糊化过程中，亚基组成不同面团的蛋白结构（面筋网络结构、蛋白高级结构、蛋白化学键构成）和蛋白行为（蛋白聚合/解聚和蛋白-淀粉互作）与面团粘度变化的关系，揭示不同亚基影响加热糊化过程面团粘度的规律，阐明亚基组成影响面团粘度的机理。研究结果将为从面团加热糊化特定阶段有目的地改良面制品品质提供理论依据。

小麦高分子量谷蛋白亚基（HMW-GSs）组成显著影响面团在热加工过程中的流变学特性。为阐明Glu-B1和Glu-D1位点不同亚基的品质效应，本研究选取Glu-B1位点为1Bx7+1By8 (7+8) 或 1Bx7+1By9 (7+9)、Glu-D1位点为1Dx5+1Dy10 (5+10) 或1Dx2+1Dy12 (2+12) 的小麦HMW-GS近等基因系为材料，分析Mixolab加工及煮面过程中的蛋白、淀粉行为及其互作特性。与Glu-B1位点的HMW-GSs相比，Glu-D1位点亚基更有助于在面团热加工过程中形成更广泛、热稳定性更强的蛋白网络结构。在Glu-B1位点为7+8或7+9亚基的Mixolab面团中，蛋白聚合度随着面团温度的升高逐渐提升，但在面团降温阶段略有下降。上述蛋白聚合度的变化与蛋白质结构中的β-折叠与α-螺旋含量的比值密切相关。与含有7+8亚基的面团相比，7+9面团中蛋白网络更紧凑、热稳定性更强，促进了加工过程中的蛋白和淀粉间的共价和非共价互作，导致面团中产生了更多的抗性淀粉。Glu-D1位点亚基的研究表明，在面团弱化之前（温度低于53.5 °C），与2+12面团相比，5+10面团蛋白中含有更多的二硫键和更强疏水性作用力，结构稳定性更好。随着温度上升，热加工引发的面筋蛋白解聚一直持续至面团淀粉糊化峰值点（74.6 °C）。从峰值黏度到谷值黏度（82.8 °C）的过程中，蛋白中二硫键和氢键增强，β-折叠比例升高，单体蛋白重新聚合进入蛋白大聚体中。总体来看，与2+12亚基相比，含有5+10亚基的蛋白聚合体在热加工过程中的聚合度和热稳定性更高，同时，5+10面团热加工过程中单体蛋白与直链或短支链淀粉之间通过糖苷键和氢键的合作更强，上述两个因素的共同作用，显著抑制了淀粉的糊化和回生。最后，对含有5+10和2+12亚基面条的品质比较进一步证实，5+10面条在煮制过程中形成了更广泛和紧凑的蛋白质-淀粉复合物，抑制了面条淀粉的糊化和消化，使其具有更好的蒸煮特性、口感和抗消化性。本研究的相关结果为通过调控面团和面制品加工过程中的蛋白和淀粉行为，及其互作特性改良面制品质构和消化特性提供了理论和技术支持。