小麦麸皮阿拉伯木聚糖-面筋杂化水凝胶：通过酶氧化与再生调控流变特性的可持续食品材料

本研究针对小麦加工副产物高值化利用难题，创新性地通过漆酶(laccase)交联小麦麸皮阿拉伯木聚糖(AX)与面筋蛋白(gluten)，构建可调控流变特性的杂化水凝胶。研究发现再生处理使储能模量(G’)提升3-10倍，揭示了蛋白质组分通过物理相互作用影响AX结晶度的机制，为开发兼具膳食纤维与蛋白质营养功能的植物基食品胶体提供了新策略。

　　

在全球每年产生约1.6亿吨小麦麸皮的背景下，如何将这种富含阿拉伯木聚糖(AX)的农业副产物转化为高附加值产品成为食品科学领域的重要课题。传统上，小麦麸皮因口感粗糙多用作动物饲料，但其富含的AX具有独特的功能特性——主链上的阿魏酸(FA)基团不仅能赋予抗氧化活性，还可作为酶交联的锚定点。与此同时，小麦面筋中的谷蛋白(glutenin)和麦胶蛋白(gliadin)因其特殊的粘弹性在食品工业中广泛应用。然而，如何将这两种来源于小麦加工副产物的组分有机结合，开发兼具营养与功能特性的新型材料，仍存在诸多科学问题待解。

这项发表在《Food Hydrocolloids》的研究由瑞典皇家理工学院Francisco Vilaplana团队领衔，通过创新性地整合亚临界水提取(SWE)和酶催化交联技术，成功构建了AX-面筋杂化水凝胶体系。研究人员首先采用亚临界水提取法从脱淀粉小麦麸皮中获取保留FA基团的AX（含量达10 mg/g），同时通过乙醇分级分离获得面筋蛋白组分；随后利用漆酶催化氧化FA和酪氨酸(Tyr)残基，构建共价交联网络；通过流变学测试、广角X射线散射(WAXS)和冷冻扫描电镜(cryo-SEM)等技术系统表征了材料的结构-功能关系。

【关键实验方法】

研究采用亚临界水提取(160°C, 10 MPa)从脱淀粉小麦麸皮分离AX，通过乙醇梯度沉淀纯化；面筋蛋白经70%乙醇/DTT处理分级为谷蛋白和麦胶蛋白组分。使用漆酶(0.6 mg/mL)在30°C催化交联制备10% w/v的杂化水凝胶，部分样品经冻干-复水再生处理。采用HPAEC-PAD分析单糖/氨基酸组成，SEC测定分子量，FTIR解析蛋白质二级结构，流变仪测试动态模量，同步辐射WAXS分析结晶度，高压冷冻结合cryo-SEM观察微观形貌。

【AX与面筋蛋白的结构特性】

亚临界水提取的AX具有高分子量(273 kDa)和典型单糖组成(Ara/Xyl=0.25)，FA含量显著高于传统碱法提取。面筋蛋白分级显示：谷蛋白组分富含β-折叠结构(46.4%强氢键)，麦胶蛋白则呈现更高无序结构(30.3%)。氨基酸分析发现所有组分均含3.3-5.6% Tyr，为酶交联提供潜在位点。

【流变性能调控规律】

纯AX凝胶储能模量(G’)达1.5 kPa，添加30%面筋蛋白后降至0.3 kPa，表明蛋白质主要起稀释作用而非参与共价交联。值得注意的是，冻干-再生处理使所有样品G’提升3-10倍，AX-20%谷蛋白再生凝胶(G20r)达4.2 kPa。这种"再生强化效应"归因于AX链的物理重排和致密化。

【纳米结构与相分离机制】

WAXS显示AX具有15.4%结晶度，对应木聚糖水合物特征峰。添加面筋使凝胶结晶度降低(12.7%)，表明蛋白质阻碍AX链有序排列。cryo-SEM发现再生凝胶中出现100-200 nm的蛋白质聚集体，证实冻干过程诱导了多糖-蛋白质相分离。FTIR二级结构分析揭示再生处理增加β-折叠含量，可能与界面相互作用增强有关。

【结论与展望】

该研究开创性地证明了小麦加工副产物可通过绿色工艺转化为功能性食品胶体。虽然面筋蛋白未显著参与共价交联，但其通过物理相互作用调控了AX网络的结晶行为和相形态。再生处理诱导的"结构致密化"效应为设计高强度植物基水凝胶提供了新思路。这种整合膳食纤维(AX)与植物蛋白(面筋)的材料，在改善素食产品质构和营养均衡性方面具有独特优势，为农业副产物的高值化利用开辟了可持续路径。未来研究可进一步优化酶交联效率，探索在肉类替代品、控释载体等领域的应用潜力。