小麦籽粒蛋白质分为清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和麦谷蛋白，其中麦谷蛋白根据其分子量的大小又分为高分子量麦谷蛋白亚基（HMW-GSs）和低分子量麦谷蛋白亚基（LMW-GSs），大量研究表明HMW-GSs的组成是影响面团质量和面制品品质的重要因素。然而，HMW-GSs影响面条品质的机制还有待进一步研究。
近日，Food Chemistry在线发表了题为“Dynamic behaviors of protein and water associated with fresh noodle quality
during processing based on different HMW-GSs at Glu-D1”的研究论文，揭示了Glu-D1位点不同HMW-GSs影响加工过程中谷蛋白聚合体和水分分布进而影响鲜面条品质的机制，为培育优质专用的小麦品种提供了理论依据。本研究以小偃22（HMW-GSs组成为Null，7+9和2+12）遗传背景下Glu-D1位点HMW-GSs组成分别为2+12、3+12和5+10的近等基因系为材料。
作者将面条加工过程分为6个阶段：（1）阶段0：小麦面粉；（2）阶段1：将200 g小麦粉、2%的盐和适量的水在和面机中混合4分钟形成含水量为33%的面絮；（3）阶段2：以2.5 mm辊距将面絮压制成片状，然后对折，并在压面机中以相同辊距连续压片两次；（4）阶段3：将面片密封在自封袋中，于25 ℃醒发30分钟；（5）阶段4：将面片压片五次获得1 mm厚的薄片，然后将其切成1 mm宽的面条；阶段5：生面条蒸煮至最佳蒸煮时间。测定了面条的蒸煮品质、质构特性和微观结构，分析了面条加工过程中不同阶段的蛋白尺寸分布、水分分布、化学键的水平和蛋白的二级结构，以明确不同HMW-GSs影响面条食用品质的机理。鲜面条的蒸煮品质主要通过最佳蒸煮时间、吸水率和蒸煮损失来衡量。更短的最佳蒸煮时间、更高的吸水率和更低的蒸煮损失被消费者广泛接受。三个近等基因系面条的最佳蒸煮时间没有显著差异，2+12或3+12的吸水率显著高于5+10，2+12的蒸煮损失显著高于3+12和5+10。根据GB/T 35875-2018的标准，优质熟面条应具有合适的硬度、较低的粘附性、较高的弹性和回复性。三个近等基因系面条的硬度排序为5+10>3+12>2+12，黏着性的排列为2+12>3+12/5+10。弹性、内聚性和回复性将它们排列为2+12/3+12>5+10。综合来说，3+12的面条品质较好（图1）。图1 Glu-D1位点编码的HMW-GSs对鲜面条蒸煮品质和质构特性的影响
一般来说，优质的面筋网络可以防止外部水分的进入和烹饪阶段淀粉的过度膨胀、破裂和浸出，有利于降低面条的吸水率和蒸煮损失。使用SEM观察了熟面条的微观结构，结果表明2+12熟面条形成了更开放的网状结构，具有更大的孔隙，这与较高的蒸煮损失的结果一致，在5+10熟鲜面条中观察到了连续和牢固的网络结构，这与最高的硬度有相关，3+12的熟面条具有均匀致密的网络结构，这是其面条品质最好的原因（图2）。图2 Glu-D1位点编码的HMW-GSs对熟面条微观结构的影响
3. 鲜面条加工过程中蛋白质尺寸分布变化所反映的蛋白质行为排阻高效液相色谱的洗脱曲线分为两个部分，聚合蛋白（PP）和单体蛋白（MP），PP和MP中SDS可提取和不可提取的蛋白分别命名为E-PP、U-PP、E-MP和U-MP。在面粉中，三个近等基因系的PP%和MP%含量一致，从阶段0到1，2+12和3+12的PP%分别下降了7.91%和4.16%，而5+10的PP%稳定在40.98%-40.99%，说明机械混合破坏了聚合蛋白的聚集，而5+10表现出较强的抗机械能力，3+12次之，2+12最差。通过计算E-PP%、U-PP%，发现2+12和3+12的PP%的降低是由E-PP%引起的。从阶段1到4，PP%、E-PP%、U-PP%、MP%、E-MP%和U-MP%均无显著差异。从阶段4到5，三个近等基因系的PP%显著上升，MP%显著下将。不可提取聚合蛋白（UPP）含量被广泛认为是评价面筋质量的可靠指标，5+10面粉的UPP%最高，其次是3+12，2+12最低，说明5+10亚基更有利于面粉中蛋白质的聚合，3+12和2 +12亚基次之。从阶段0到2，三个近等基因系的UPP%相对稳定。从阶段2到4，3+12和 5+10的UPP%呈上升趋势。从阶段4到5，受热效应和水分效应的影响，三个近等基因系的UPP%均显著上升（图3）。![]()
图3 鲜面条加工过程中的蛋白质尺寸分布的变化
4. 鲜面条加工过程中水分状态和分布变化所反映的水分行为利用低场核磁共振测定了鲜面条加工过程中水分状态和分布的动态变化。在鲜面加工过程中检测到三个峰值：T21、T22和T23分别代表结合水、弱结合水和自由水，他们的峰面积比分别为A21、A22和A23。在鲜面条加工过程中，从阶段1到5，三个近等基因系均观察到明显的T21变化，但是没有明显的变化规律。T22在阶段1到3稳定，在阶段3到5连续下降，而T23在阶段1到5总体上呈现先上升后下降的趋势。从阶段1到4，水分分布保持相对稳定，具体表现为A22占79.17%-83.42%，是主要的水分状态，其次是A21（16.32%-19.66%）和A23（0.87%-1.39%）。然而，从阶段4到5，主要的水状态从A22变为A23，这是由于外部水的输入导致水的流动性增加。与2+12和3+12相比，5+10熟鲜面条的T21、T22和T23较短，A21和A22较高，这可能与较低的鲜面条吸水率显相关。与携带2+12的新鲜熟面条相比，携带3+12的新鲜熟面条具有更短的T22和T23，表明2+12中较弱的水结合能力可能与更多的蒸煮损失有关（图4）。图4 鲜面条加工过程中水分分布的变化。
5. 鲜面条加工过程中与蛋白质和水分行为相关的化学键水平小麦面筋蛋白的结构和性质受到分子力（如氢键、疏水相互作用和离子键）的影响。氢键的含量从阶段0到1增加，这可能归因于混合阶段输入的水与谷蛋白相互作用。相反，从阶段0到1，疏水相互作用的含量降低。在混合过程中，2+12增加的氢键含量最多，其次是3+12和5 +10，这与PP%的变化趋势相对应。从阶段1到4，氢键的含量先下降后上升，而疏水相互作用的含量正好相反，这些现象表明氢键和疏水相互作用之间有明显的交换。然而，从阶段4到5，受热效应的作用，氢键和疏水相互作用的含量都降低。在整个鲜面条加工过程中，2+12的氢键含量几乎都低于3+12和5+10，而疏水作用含量都高于3+12和5+10。与疏水相互作用相比，氢键在稳定面筋网络中起着更关键的作用，这表明3+12或5+10的面筋网络比2+12的面筋网络更稳定。此外，在整个新鲜面条加工过程中，离子键含量最低，表明与氢键或疏水相互作用相比，离子键在面筋网络中的作用最小。
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β-折叠被认为是谷蛋白中最稳定的二级结构，从阶段0到1，2+12、3+12和5+10的β-折叠蛋白含量均下降，但下降的速率不同，2+12下降的最快，其次是3+12，5+10下降的最慢，这与PP%的变化一致。β折叠由分子间β折叠和分子内β折叠组成。2+12的分子间β-折叠和分子内β-折叠含量都明显减少，而在3+12和5+10中只有分子间β-折叠减少。从阶段1到2，5+10的β-折叠含量明显增加，而2 +12和3+12的β-折叠含量没有显著变化。从阶段2到4，3+12的β-折叠含量先下降后上升，5+10保持较高的β-折叠，而2+12连续下降。此外，从阶段1到4，β-折叠结构在5+10中占主导地位，3+12中以α-螺旋结构为主，而2+12以β-转角为主。在各种二级结构中，β-折叠构象最为紧密有序，其次是α-螺旋，而β-转角较为松散。这些现象证实了HMW-GSs在加工过程中对面筋强度和稳定性影响的差异，即5+10>3+12>2 +12。值得注意的是，从阶段4到5，2+12的β-折叠含量增加，而3+12的保持稳定，5+10的减少。2+12中β-折叠含量的增加是由分子内β-折叠含量的增加引起的。类似地，从阶段4到5，3+12（从α-螺旋到β-转角）或5+10（从β-折叠到β-转角）中的二级结构从紧密变得松散，这可能为烹饪过程中二硫键的形成提供了更多的机会。综上所述：从阶段0到4，携带3+12亚基的面团形成了中等强度的面筋网络，产生了中等的抗水化和机械处理能力，而携带2+12亚基的样品抗机械处理能力较差，携带5+10亚基的样品抗水化能力较差。蒸煮后，携带2+12或3+12的面条吸收更多的水分；而携带5+10亚基的蒸煮鲜面条由于面筋网络结构强且复杂，阻止了外界水分的浸入，吸收较少的水分。与携带2+12亚基的熟鲜面条相比，携带3+12的熟鲜面条具有更紧密的弱结合水和自由水。携带3+12亚基的鲜面条形成了适中的面筋网络，可以吸收较多的水分，产生良好的水合反应，形成均匀致密的面筋网络。因此，携带3+12亚基的熟鲜面条品质最佳。https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2024.139598
JIA | 四川农业大学颜泽洪教授课题组仅表达Glu-D1位点人工合成小麦的加工品质参数和面筋蛋白含量的多环境变异研究
中国农科院小麦品质育种课题组系统解析Glu-1启动子区保守顺式调控模块的功能
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