小麦醇溶蛋白促进小麦淀粉回生机制研究

The interaction of protein and starch affects the quality of food in the process of wheat flour. Our research group recently finds that wheat gliadin promotes the retrogradation of wheat starch. The wheat amylose and amylopectin with relatively narrow molecular weight distribution will be isolated via repeatedly retrogradation method. The components of wheat gliadin will be isolated by capillary electrophoresis, HPLC etc methods. The component promoting starch retrogradation will be determined by retrogradation of gliadin components and wheat amylose, amylopectin, starch. As compared to the NMR, IR, X-ray diffraction, DSC, micrograph, AFM images, ultraviolet spectroscopy and circular dichroism spectrum etc before and after mixing during retrogradation, the interaction mode of gliadin and starch is speculated by analysis of molecular structure of surface and change of three, four level structure of gliadin. The correctness of such mode will be confirmed by the effects of gliadin addition on the dynamic and thermodynamic parameters related to retrogradation process according to Avrami equation and solid-liquid equilibrium theory. Finally the mechanism of gliadin promoting retrogradation of wheat starch will be illustrated based on the above results. Achievements concerning this research subject will provide theoretical support for controlling retrogradation of pasta products and exploring its advanced processing methods, enrich the academic data about macromolecules interaction of protein and starch, and open a new way to control starch retrogradation of pasta products.

小麦面粉加工过程中蛋白与淀粉的相互作用影响食品的品质。课题组最新发现，小麦醇溶蛋白有促进小麦淀粉回生的作用。本项目采用多次回生法制备分子量分布范围极窄的小麦直、支链淀粉；采用毛细管电泳、高效液相色谱等方法分离纯化醇溶蛋白组分；使小麦醇溶蛋白组分和小麦直、支链、混合淀粉分别混合糊化、回生，确定醇溶蛋白中促进淀粉回生的组分；比对蛋白与淀粉混合前后淀粉的核磁、红外、X-射线衍射、差热、显微图谱、原子力图像、紫外光谱以及圆二色谱等分析回生过程醇溶蛋白表面分子结构和二级、三级结构的变化，推测蛋白和淀粉相互作用方式；采用Avrami方程和固液平衡理论研究醇溶蛋白组分对小麦不同淀粉回生成核方式、动力学、热力学的影响，验证蛋白与淀粉作用方式正确性，阐明其促进小麦淀粉回生的机制。为控制面食制品回生和探索其先进加工方法提供理论支持，充实蛋白质和淀粉大分子相互作用数据，为控制面制品中淀粉回生探索一条新途径。

面筋蛋白中的醇溶蛋白促进小麦淀粉回生，其机制的阐明为控制面制食品贮藏期间淀粉回生引起的品质劣化起到重要作用。项目首先制备出分子量分布范围窄的小麦直支链淀粉和αβγ-醇溶蛋白、ω-醇溶蛋白。测定了αβγ-醇溶蛋白和ω-醇溶蛋白的氨基酸组成和紫外最大吸收波长。将αβγ-醇溶蛋白和ω-醇溶蛋白分别与小麦直支链淀粉混合回生，测定两种醇溶蛋白对小麦直支链淀粉回生率的影响，结果表明，αβγ-醇溶蛋白可使小麦支链淀粉回生率提高81.7%，ω-醇溶蛋白可使小麦直链淀粉回生率提高8.28%。测定了蛋白和淀粉混合前后的固体核磁、红外、X射线、差热、圆二色谱，分析了二者相互作用的方式，利用回生率和差热焓两种方式动力学分析两种蛋白对两种淀粉回生的作用途径，推测了αβγ-醇溶蛋白促进小麦支链淀粉回生、抑制小麦直链淀粉回生的机制和ω-醇溶蛋白促进小麦直链淀粉、抑制小麦支链淀粉回生的机制。αβγ-醇溶蛋白组分与小麦支链淀粉在混合体系中蛋白巯基游离性与淀粉非还原端羟基的游离性接近，二者之间氢键形成促使小麦支链双螺旋解旋，进而形成蛋白+淀粉双螺旋，降低了小麦支链淀粉成核所需能量，使其回生成核数急剧增大，最终大幅提高了小麦支链淀粉回生率。ω-醇溶蛋白组分与小麦直链淀粉混合加热过程中，蛋白精氨酸氨基氢原子和淀粉还原端C1原子的醛基氧原子间形成氢键，但这种氢键不牢固，不影响小麦直链淀粉分子间回生晶体成核，所以直链淀粉分子成核速度和成核数保持不变，在回生的前13h， ω-醇溶蛋白组分对小麦直链淀粉回生率没有产生影响。当回生时间继续延长，淀粉乳体系温度降低，不添加蛋白的小麦直链淀粉回生体系中淀粉乳粘稠度增大，淀粉分子移动速度降低，成核回生直链淀粉增长速度降低。而添加蛋白的小麦直链淀粉体系中，由于ω-醇溶蛋白组分的亲水性大于直链淀粉，其与小麦直链淀粉形成氢键后，小麦直链淀粉分子周围水分子增多，加速了淀粉分子的运动，小幅提高了小麦直链淀粉的核生长速度，使其回生率得到提高。