《Food Chemistry》：Dialdehyde cellulose-
l-lysine Schiff base conjugate synergistically modulates water status, texture, and antibacterial activity of wheat gluten
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摘要
为了解决基于面筋的产品中水分保持能力差、质地恶化及微生物污染的问题，研究人员合成了二醛纤维素-赖氨酸席夫碱缀合物（DAC-Lys）。DAC-Lys-2（氧化12小时，添加量为4–6%）使面筋网络更加致密，孔隙分布更加均匀；结合水的比例从6.
摘要
为了解决基于面筋的产品中水分保持能力差、质地恶化及微生物污染的问题，研究人员合成了二醛纤维素-赖氨酸席夫碱缀合物（DAC-Lys）。DAC-Lys-2（氧化12小时，添加量为4–6%）使面筋网络更加致密，孔隙分布更加均匀；结合水的比例从6.93%增加到8.32%，而游离水的比例从82.91%降低到80.75%，表明水的流动性受到显著限制。含有6% DAC-Lys-2的烘焙面筋硬度降低了44.61%，弹性增加了39.13%，呈现出“柔软且有弹性”的质地。DAC-Lys-2对大肠杆菌（12.42±0.24 mm）、金黄色葡萄球菌（12.49±0.17 mm）、沙门氏菌（12.26±0.09 mm）和蜡样肉芽孢杆菌（14.36±0.46 mm）具有抗菌活性，其游离醛基残余量为50.03–67.36 μg/g。其机制涉及席夫碱交联和氢键作用，这些作用可以预先构建面筋网络，并将游离水转化为结合水。研究表明，DAC-Lys是一种有前景的面筋基食品改良剂，可在保持水分、改善质地和抗菌性能方面产生协同效应。
引言
烘焙面筋制品，如烘焙面筋棒及相关挤压/烘焙小麦面筋食品，因其独特的弹性与嚼劲、高蛋白含量及便利性而广受欢迎。然而在面团成型、高压蒸汽处理和烘焙过程中，小麦面筋经常发生不受控制的结构变化，包括水分保持能力不足、质地劣化和微生物污染（Rivera等，2025；Wang等，2015）。这些问题在烘焙面筋制品中尤为严重，因为热处理会进一步破坏面筋网络并改变水分分布（Ye等，2024）。因此，开发能够同时调节面筋制品水分状态、质地和抗菌性能的有效改良剂对其整体质量和保质期至关重要。
纤维素及其衍生物长期以来被认为是调节面粉基食品质量的多种生物基聚合物，这得益于它们的生物相容性、结构可调性以及通过与面筋蛋白的氢键和物理缠结相互作用的能力（Gasparre & Rosell，2022；Li等，2022）。在化学修饰的纤维素中，过碘酸盐氧化纤维素（即二醛纤维素DAC）作为一种反应性面筋改良剂受到了越来越多的关注（Jia等，2023；Sun & Jiang，2024）。过碘酸盐氧化会选择性地断裂无水葡萄糖单元的C2–C3键，在纤维素骨架上引入醛基（Sun & Jiang，2024）。这些醛基可以通过席夫碱作用与面筋蛋白中的游离氨基共价交联，从而增强三维面筋网络并提高面团的塑性。此外，DAC本身也具有较强的抗菌活性，但这种活性具有选择性：对金黄色葡萄球菌有效，而对其他常见食源性细菌的效果有限（Kokol等，2023；Luo等，2021；Zhang等，2017）。
为克服这一局限性，人们探索了将DAC与含氨基化合物进行席夫碱缀合的方法。L-赖氨酸是一种同时含有氨基和羧基的必需氨基酸，是席夫碱反应的理想底物。所得的DAC-L-赖氨酸缀合物（DAC-Lys）在保持纤维素骨架结构稳定性的同时，引入了具有广谱抗菌活性的含氮功能基团（Lin等，2025；Zhang等，2020）。更重要的是，DAC-Lys中的醛基可以与面筋蛋白中的游离氨基进一步反应，可能调节面筋网络结构和水分分布。先前的研究表明，醛基化的纤维素纳米晶体可以与明胶发生席夫碱反应，显著提高蛋白质基材料的机械性能（Kwak等，2020；Wei等，2025）。然而，关于DAC-Lys改性面筋的系统研究仍较少，尤其是在有效交联与最终产品性能之间的关系方面（Jia等，2023；Wei等，2025）。
从机制上看，DAC-Lys通过两种方式调节面筋品质：共价席夫碱交联和非共价氢键作用。前者在面团成型过程中预先构建面筋网络，后者增强蛋白质与水的相互作用并促进游离水向结合水的转化。这种“预构建-诱导重构”过程可能在后续热处理过程中实现水分状态、质地和抗菌性能的定向优化（Zhang等，2026）。然而，过度交联可能导致网络变硬、聚集和拉伸性能下降，因此需要找到有效交联与网络柔韧性之间的最佳平衡。此外，DAC-Lys引入的游离醛基需要仔细评估，因为它们与纤维素骨架共价结合，可能在烘焙过程中进一步反应，这对最终产品的安全性至关重要（Münster等，2019；Park等，2024）。
基于这一原理，本研究使用微晶纤维素（MCC）作为原料，通过控制氧化时间制备不同醛含量的DAC，并通过席夫碱反应与L-赖氨酸合成DAC-Lys缀合物。系统研究了DAC-Lys对面筋面团和烘焙面筋产品的水分分布、微观结构、质地特性、持水能力、抗菌活性及游离醛基残留量的影响。明确了DAC-Lys的最佳制备条件和添加范围，旨在为基于面筋的烘焙食品的质量提升和功能开发提供理论基础和技术支持。值得注意的是，尽管DAC-Lys源自生物基纤维素和L-赖氨酸，但其制备涉及过碘酸盐氧化和有机溶剂清洗；因此，此处将其视为一种有前景的生物基改良剂，而非完全“绿色”的改良剂。其实际应用潜力需结合安全性、感官评价和可持续性研究进行评估。
章节片段
材料
小麦面筋粉购自中国新乡良润全谷物食品有限公司。微晶纤维素（MCC，平均粒径50 μm，聚合度249）和L-赖氨酸（Lys）购自中国上海阿拉丁生物科技有限公司。过碘酸钠、2,4-二硝基苯肼和盐酸羟胺购自中国上海麦克林生化有限公司。ε-聚赖氨酸购自
DAC的醛基含量和产率
如表1所示，将氧化时间从6小时延长到12小时和14小时，DAC的醛基含量分别从2.16±0.05 mmol/g增加到4.90±0.03 mmol/g和5.47±0.08 mmol/g，而产率相应地从84.39±0.54%降低到77.31±0.75%和75.88±0.34%。这种负相关现象源于氧化时间延长的双重影响：一方面促进了更多羟基转化为醛基，另一方面加速了纤维素链的降解
结论
本研究报道了一种二醛纤维素-L-赖氨酸席夫碱缀合物（DAC-Lys），它通过预构建和诱导重构机制同时调节基于面筋的烘焙制品的水分状态、质地和抗菌性能。DAC-Lys不仅在面团成型过程中通过席夫碱交联和氢键作用预先构建面筋网络，还在后续过程中引导游离水向结合水的转化
CRediT作者贡献声明
唐鑫燕：撰写——初稿、软件使用、方法学设计、概念构建。 陈乔玲：撰写——审核与编辑、验证、资金获取、数据分析。 张丹峰：验证、实验研究。 陈育轩：数据可视化、实验研究、数据分析。 尤淑军：方法学设计、实验研究、数据管理。 胡永华：实验研究、数据管理。 朱秋强：实验研究、数据管理。 李娟：实验研究、数据分析。 柯贵柱：
Chen等，2022
Sultana, Edlund, Guria和Westman，2024
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本论文工作的已知财务利益或个人关系。
致谢
我们衷心感谢中国福建省漳州市自然科学基金会（ZZ2025JH04；ZZ2024J44）、中国福建省2025年大学生创新创业培训计划（S202510402025）以及中国福建省自然科学基金会（2024J01812；2023J01919）的支持。
作者名单：唐鑫燕 | 陈乔玲 | 张丹峰 | 陈育轩 | 尤淑军 | 胡永华 | 朱秋强 | 李娟 | 柯贵柱
