《Food Hydrocolloids》：Ferulic acid vs.
p-coumaric acid: Divergent effects on gluten/glutenin/gliadin multi-level structure and physicochemical properties—from aggregation behavior and spatial conformation perspective
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酚酸强化通过共价与非共价作用调控麸质结构，显著提升热稳定性和机械性能，其中Ferulic acid（FA）促进谷蛋白交联，增强网络致密度，而p-Coumaric Acid（p-CA）通过氢键和π-π堆积改善醇溶蛋白延展性，二者协同优化面筋功能特性。
钱琳|梁伟|赵文清|熊科|李文豪
中国陕西省杨陵市西北农林科技大学食品科学与工程学院大学与企业联合粮食加工技术研究中心，邮编712100
摘要
酚酸越来越多地被用于改良面筋，但它们对面筋亚组分麦谷蛋白和麦胶蛋白的结构-功能关系的影响仍知之甚少。本研究阐明了阿魏酸（FA）和对香豆酸（p-CA）在1.5–3%浓度下对面筋、麦谷蛋白和麦胶蛋白的不同影响。结果表明，阿魏酸在诱导蛋白质共价交联、增强β-折叠结构以及提高热稳定性和机械强度方面优于对香豆酸（p<0.05）。而对香豆酸主要通过非共价相互作用影响蛋白质结构，并在高浓度下对麦谷蛋白表现出特定效应。在这三种蛋白质中，麦谷蛋白对酚酸的添加最为敏感，其结构容易发生剧烈改变。麦胶蛋白显示出显著的交联潜力，而面筋的行为则是其两种组分的协同效应的结果。总之，阿魏酸有助于增强面筋的完整性和交联作用，而对香豆酸则更有效地调节其塑性和延展性。这些发现揭示了酚酸如何策略性地调节面筋的性质，为设计和开发更健康的谷物基食品提供了理论基础。
引言
小麦面筋衍生物是全球重要的膳食主食；然而，市场对质地改良和功能增强的需求促使人们开发新的改进策略（Wang等人，2025年）。要阐明面筋强化的机制，首先需要对其组成和结构特性有基本的理解：面筋网络的形成包括（i）水合作用引起的蛋白质展开，（ii）剪切作用驱动的麦胶蛋白-麦谷蛋白排列及二硫键交联，以及（iii）非共价稳定形成粘弹性基质（Jiang等人，2025年）。其中，麦胶蛋白是一种由高分子量（HMW）和低分子量（LMW）亚单位通过二硫键连接的线性聚合物，赋予面团弹性和拉伸强度（Yang等人，2023年）。相比之下，麦谷蛋白以球形单体存在，通过分子内二硫键稳定，赋予面团延展性、粘度和流动性（Rani等人，2023年）。现有的面筋强化策略通常将这两种成分归为一类，缺乏从亚组分角度探讨它们规律性的转化机制。
酚酸通过两种相互作用机制有效改良面筋：（i）通过羟基/羧基与蛋白质主链酰胺的氢键结合，以及（ii）通过二硫键-巯基交换实现共价交联（Welc等人，2022年）。这些协同作用通过同时增强二硫键和非共价力来提高面筋网络的完整性，从而改善粘弹性和加工性能（K?osok等人，2022年）。研究关键麸质酚酸对谷物蛋白质的影响具有双重意义：它推动了功能性食品设计的前沿，同时促进了农业副产品（如小麦麸皮）的再利用（Feng等人，2022年）。尽管阿魏酸和对香豆酸具有众所周知的抗氧化、抗炎和抗菌特性，但它们对面筋亚组分（特别是麦谷蛋白作为粘弹性调节剂与麦胶蛋白作为弹性决定因素）的不同结构影响仍不甚清楚，这限制了它们在精准面筋调节中的应用（Feng等人，2022年；Li等人，2024年）。此外，关于阿魏酸和对香豆酸的不同官能团（甲氧基 vs. 羟基）如何影响其与面筋亚组分的结合作用的研究仍然较少；这一知识空白阻碍了人们对酚酸如何调节面筋构象变化和聚集行为的深入理解（Kamanda & Jacobs，2021年；Xu等人，2022年）。此外，目前的研究尚未建立麦谷蛋白/麦胶蛋白的多级结构变化与其宏观性质（如流变行为、热稳定性和水分分布）之间的内在关系（Wang等人，2023年）。
基于这些发现，本研究假设阿魏酸通过疏水相互作用优先与麦胶蛋白结合，促进β-折叠的形成和交联，而对香豆酸则通过氢键和π-π堆积与麦谷蛋白相互作用，从而增强其柔韧性和延展性（Gong等人，2024年；Li等人，2025年）。此外，这种酚酸调节的蛋白质结构转化机制是否依赖于添加比例，还需要进一步研究。因此，本研究从面筋中分离出麦谷蛋白和麦胶蛋白，评估了阿魏酸和对香豆酸（添加比例为1.5%和3%）对蛋白质形态特征、聚集行为、空间构象和物理化学性质的影响。通过分析分子水平上的蛋白质二级结构、聚集状态和分子间相互作用的变化，并将其与宏观尺度的流变、质地和微观结构性质相关联，本研究阐明了酚酸诱导的结构变化如何决定蛋白质系统的宏观功能。这种多尺度方法建立了稳健的结构-功能关系，为理解酚酸对面筋的差异调节提供了理论基础。这些发现填补了酚酸-面筋相互作用领域的知识空白，有助于有针对性地提高面粉产品的质量和功能。
材料
本研究使用的小麦面粉由金沙河有限公司（中国邢台）提供，含水量为11.79%，蛋白质含量为12.61%。对香豆酸（p-CA）和Coomassie Brilliant Blue R250购自上海源叶生物科技有限公司（中国上海）。阿魏酸（FA）由上海麦克林生化有限公司（中国上海）提供。其他化学试剂包括盐酸尿素、十二烷基硫酸钠（SDS）、5,5'-二硫双（2-硝基苯甲酸）等。
扫描电子显微镜（SEM）观察
SEM观察清楚地显示了三种蛋白质的固有形态差异（图1）。麦胶蛋白具有典型的多孔网状结构，孔系统具有显著的空间异质性、宽的孔径分布、不规则的孔几何形状和不规则的空间排列，这与通过分子间二硫键交联形成的聚合物特性一致。而麦谷蛋白则表现出独特的自组装层状结构。
结论
本研究表明，酚酸能差异性地调节蛋白质的交联网络和构象重排，从而从根本上改变其功能特性。具体来说，阿魏酸通过共价键合增强交联作用，并显著促进分子间相互作用，形成致密稳定的蛋白质网络。这种结构有效提高了蛋白质的热稳定性、机械强度和持水能力。
作者贡献声明
钱琳：撰写、审稿与编辑、概念构思。梁伟：软件操作、方法论。赵文清：验证、方法论、实验研究。熊科：方法论。李文豪：项目监督、资金获取、概念构思。
利益冲突声明
作者声明在本研究中不存在财务或其他利益冲突，本研究的数据尚未在其他地方发表。
致谢
本研究得到了北京科技与商务大学的跨创新开放项目“食品风味与健康”（FFHCI-2025054）的资助。此外，作者感谢食品科学与工程学院的仪器共享平台以及西北农林科技大学生命科学研究核心服务部门在DSC（崔璐）、FT-IR（胡雅云）、SE-HPLC（王华）、RVA（马翠翠）、LF-NMR（刘晓莉）、SEM（黄克朗）和CLSM（刘晓瑞）等方面的支持。
