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1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）
| 1.1课题的意义 目前，富含麸皮的面制品日益增多，阿拉伯木聚糖（AX）作为麸皮非淀粉多糖的主要组成成分之一，添加到面制品中会影响面筋蛋白网络结构。本课题从机理上探讨AX对面筋蛋白热聚集特性的调控，为改善面制品品质提供科学依据。 面筋蛋白对小麦面团特性起主要作用，对面团机械加工性质和食用品质起到决定性作用[1]。面筋蛋白包括两个主要的亚组分，即赋予强度和弹性的麦谷蛋白和赋予面团粘性的醇溶蛋白。谷蛋白聚合物由高分子量和低分子量的亚基组成，可以通过二硫键相互连接，而麦醇溶蛋白通过非共价疏水相互作用和氢键与麦谷蛋白聚合物相互作用[2]。面筋蛋白具有许多功能特性[3]，如持水性、粘弹性、起泡性，随着消费者对自身饮食健康重视程度的不断提高，含有麸皮的面制品受到更多消费者青睐。研究表明，富含麸皮的面制品能够促进肠道消化、降低胆固醇。然而麸皮中非淀粉多糖（以阿拉伯木聚糖为主）对面粉品质、面团流变学特性以及最终面制品的感官品质有重要的影响[4, 5]。 阿拉伯木聚糖（AX）是一种非淀粉多糖（NSP），它作为膳食纤维的主要组成成分之一，具有显著的重要性，因为它们可以提高烘焙产品品质，同时抵抗各种疾病[6]。AX一方面可以通过减少老化和退化来改善面包品质，延长面包的保质期；另外一方面有助于调节血液胆固醇，从而保护机体免受动脉粥样硬化等心血管疾病的困扰[6]。此外，它们还可以作为消化道微生物的益生元[7]。AX主要存在于谷物的麸皮中，例如在麦麸中占20％-25％。总的来说，它们占小麦麸皮中NSP的70％，但不同品种的小麦麸皮AX 含量不同[7]。AX进一步分类为水可提取阿拉伯木聚糖（WEAX）和水不可提取阿拉伯木聚糖（WUAX），分别约占AX 含量的25%和75%，在细胞壁中与β-葡聚糖、阿拉伯半乳糖聚肽、葡甘露聚糖、蛋白质等成分以共价或非共价键连接[8]。 AX对面包、面团及面包烘焙品质起着重要作用，吸引了许多国内外学者对AX和面筋蛋白的混合物进行广泛的研究。本课题从机理上探讨AX对面筋蛋白热聚集特性的调控，对AX提高面团加工品质和面制品品质有着极为重要的理论和现实意义。 1.2国内外研究进展 有学者研究发现AX有保护蛋白质泡沫抗热破裂的能力，推测是由于AX的高粘度增加了围绕在气泡周围的面筋一淀粉膜的强度和延伸性。在高温焙烤时气泡不易破裂．扩散离开面团的速率得以延缓，使得面包体积增大，面包质构的细腻和均匀程度也得以改善。 有学者通过测定贮存一定时间的面包心的硬度得出的结论是：AX对面包质构的积极作用主要是由于提高了样品的湿度；水作为面筋一淀粉复合基质的增塑剂可有效降低面包的硬度。 Jeroen等人 [9]采用面筋蛋白SDS提取能力来评估具有不同含量的游离或结合FA |
| 的AX对面团的面筋网络形成的影响，与对照组相比，添加更高水平的AX的面筋蛋白SDS提取能力提高但是不是很显著。结果说明AX对面筋蛋白影响有限。 Doring等人[10]研究了不同AX浓度对小麦蛋白质网络形成的影响，用模型面团（保证没有其他面团组分的影响）预测最终面团性质，流变学性质、蛋白质的CLSM结果图表明，2.5%AX的加入有利于最终蛋白质网络形成，更高添加量的AX导致蛋白质网络没有形成，这可能由于AX与蛋白质竞争水，蛋白质聚集能力下降。 1.3应用前景 有望达到改善富含膳食纤维面制品品质的目的，这也将是今后研究全谷物食品的发展方向之一。 参考文献 ADDIN EN.REFLIST [1] ADAMS V. Functionality and Structural Properties of Arabinoxylanduring Frozen Storage of Yeasted Bread Dough Enriched with Wheat Fiber [J].2015, [2] GAO X, LIU T, DING M, et al. Effects ofHMW-GS Ax1 or Dx2 absence on the glutenin polymerization and gluten microstructure of wheat (Triticum aestivum L.) [J]. Food Chemistry, 2018,240(626-33. [3] NAWROCKA A,SZYMASKA-CHARGOT M, MI A, et al. Effect of dietary fibre polysaccharides onstructure and thermal properties of gluten proteins – A study on gluten dough with application of FT-Ramanspectroscopy, TGA and DSC [J]. Food Hydrocolloids, 2017, 69(410-21. [4] BONNAND-DUCASSEM, DELLA VALLE G, LEFEBVRE J, et al. Effect of wheat dietary fibres on breaddough development and rheological properties [J]. Journal of Cereal Science,2010, 52(2): 200-6. [5] MALUNGA L N,IZYDORCZYK M, BETA T. Effect of water-extractable arabinoxylans from wheataleurone and bran on lipid peroxidation and factors influencing theirantioxidant capacity [J]. Bioactive Carbohydrates and Dietary Fibre, 2017,10(20-6. [6] SAEED F,PASHA I, ANJUM F M, et al. Arabinoxylans and arabinogalactans: a comprehensivetreatise [J]. Critical reviews in food science and nutrition, 2011, 51(5):467-76. [7] KOEGELENBERGD, CHIMPHANGO A F. Effects of wheat-bran arabinoxylan as partial flourreplacer on bread properties [J]. Food chemistry, 2017, 221(1606-13. [8] ZHU Y, WANGY, LI J, et al. Effects of Water-Extractable Arabinoxylan on thePhysicochemical Properties and Structure of Wheat Gluten by Thermal Treatment[J]. Journal of agricultural and food chemistry, 2017, 65(23): 4728-35. [9] SNELDERS J,DORNEZ E, DELCOUR J A, et al. Impact of wheat bran derivedarabinoxylanoligosaccharides and associated ferulic acid on dough and breadproperties [J]. Journal of agricultural and food chemistry, 2014, 62(29):7190-9. [10] ROSA-SIBAKOVN, POUTANEN K, MICARD V. How does wheat grain, bran and aleurone structureimpact their nutritional and technological properties? [J]. Trends in FoodScience Technology, 2015, 41(2): 118-34.
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2. 研究的基本内容和问题
| 2.1研究目标 1、分析不同结构组成WEAX对谷蛋白和醇溶蛋白聚集前后微观形态变化特征的影响，在微观层面上阐明WEAX对热诱导的面筋蛋白聚集形态的调控作用；、 2、研究不同结构组成WEAX对面筋蛋白功能性质的影响，在宏观层面上探明WEAX对热诱导的面筋蛋白聚集功能性的调控作用； 3、在分子层面上阐明WEAX对热诱导的面筋蛋白聚集结构的调控作用。深入探索面筋分子结构与宏观功能性和微观形态之间的本质联系，系统阐明WEAX调控热诱导的面筋蛋白聚集行为规律。 2.2研究内容 1、研究加热阶段WEAX调面筋蛋白聚集的宏观功能； 2、研究加热阶段WEAX调面筋蛋白聚集的微观形态； 3、研究加热阶段WEAX调面筋蛋白聚集的分子结构。 2.3拟解决的关键问题 深入探索面筋分子结构与宏观功能性和微观形态之间的本质联系，系统阐明WEAX调控热诱导的面筋蛋白聚集行为规律。
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3. 研究的方法与方案
| 3.1研究方法 分子排阻色谱（SEC）测定面筋蛋白在加热过程中的溶解性能、质构仪测定面筋蛋白在加热过程中的最大拉伸阻力和延展度以及拉伸比、动态流变仪（DR）跟踪蛋白在加热过程中的弹性模量和粘性模量以及耗损角变化、差示扫描量热仪（DSC）测定蛋白的热转变温度和焓值、热重分析仪（TGA）测定蛋白的热退化温度和失重率、激光粒度分析仪（LPA）测定面筋蛋白在加热过程中的平均粒度和分散指数、毛细管粘度计分析蛋白粘度、扫描电子显微镜（SEM）观察WEAX面筋微观网络结构、还原型和非还原型十二烷基磺酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS-PAGE）测定面筋蛋白亚基分布、反相色谱（RPC）技术测定面筋蛋白亚基含量、傅里叶转换红外光谱仪（FTIR）测定面筋蛋白二级结构等。 3.2技术路线 WEAX与面筋蛋白混合及热处理→WEAX调控热诱导面筋蛋白聚集的宏观功能与微观形态研究→WEAX调控热诱导面筋蛋白聚集的分子结构研究 3.3实验方案 （1）WEAX与面筋蛋白混合及热处理 在体系中水分和干物质含量固定的基础上（干物质/水=2:3），将面筋蛋白和WEAX溶液按比例充分混合。模拟面团在熟制过程中的中心温度变化，将样品置于铝箔纸中，加热处理，取不同温度下（25℃, 40℃, 50℃, 60℃, 70℃, 80℃, 90℃, 95℃下分别处理30min）的加热面筋进行分析。 （2）WEAX调控热诱导面筋蛋白聚集的宏观功能与微观形态研究 ① 用分子排阻色谱（SEC）测定面筋蛋白在加热过程中的溶解性能，通过分子量差异鉴别谷蛋白和醇溶蛋白，分析谷蛋白和醇溶蛋白溶解度随加热温度的变化规律，确定二者之间的特征交联温度（Tc）。 ② 用质构仪测定面筋蛋白在加热过程中的最大拉伸阻力、延展度及拉伸比来研究其强度和延展性变化；用动态流变仪（DR）跟踪蛋白在加热过程中的弹性模量、粘性模量和损耗角变化，以此分析其粘弹性变化过程；在施加和撤除应力情况下，用DR测定面筋蛋白蠕变柔量，分析其蠕变-恢复性能变化；用差示扫描量热仪（DSC）测定蛋白的热转变温度和焓值来研究其热转变行为；通过热重分析仪（TGA）测定蛋白的热退化温度和失重率来研究其热退化行为。研究不同结构组成WEAX对面筋蛋白上 |
| 述参数的影响，重点分析参数在谷蛋白和醇溶蛋白聚集前后的差异，探明面筋功能性变化过程，在宏观层面上探明WEAX对热诱导的面筋蛋白聚集功能性的调控作用。 ③ 用激光粒度分析仪（LPA）测定面筋蛋白在加热过程中的平均粒度和分散指数，研究其粒径分布情况；用毛细管粘度计分析蛋白粘度随蛋白浓度的变化规律，建立Martin方程来计算蛋白固有粘度，以此表征其平均容积度变化；用扫描电子显微镜（SEM）观察WEAX对面筋在加热过程中微观网络结构的影响；分别用多克隆抗体-异硫氰酸荧光素（FITC）和罗丹明B标记WEAX和面筋蛋白，用激光共聚焦电子扫描显微镜（CLSM）观察WEAX和面筋在加热过程中的微观结构变化；通过原子力显微镜（AFM）表征面筋的三维表观形貌变化。分析不同结构组成WEAX对谷蛋白和醇溶蛋白聚集前后上述参数的影响，明确面筋微观形态变化特征，在微观层面上阐明WEAX对热诱导的面筋蛋白聚集形态的调控作用。 （3）WEAX调控热诱导面筋蛋白聚集的分子结构研究 ① 当加热温度（T） Tc时，谷蛋白和醇溶蛋白之间尚未聚集，此时分别以谷蛋白和醇溶蛋白作为研究对象；当T≥ Tc时，以谷蛋白-醇溶蛋白交联网络结构为研究对象。通过分子排阻色谱联用多角度激光光散射技术（SEC-MALLS）分析面筋蛋白分子量和分子尺寸 ② 运用还原型和非还原型十二烷基磺酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS-PAGE）以及反相色谱（RPC）技术分析谷蛋白中的高分子量亚基（HMS）和低分子量亚基（LMS）以及醇溶蛋白的α、γ和ω型亚基分布；用傅里叶转换红外光谱仪（FTIR）定量分析蛋白的α-螺旋、β-折叠、β-转角和无规则卷曲等二级结构变化。 ③用荧光色谱测定蛋白的内外源疏水性，表征蛋白疏水基团分布情况；采用分光光度法测定蛋白二硫键和游离巯基含量，以此描述蛋白分子的二硫键变化规律；利用不同变性试剂可专一性的破坏特定分子作用力的原理，用SEC定性和定量分析蛋白在磷酸盐缓冲液（PBS）、SDS PBS、尿素 PBS、SDS 尿素 PBS、巯基乙醇 PBS、SDS 巯基乙醇 PBS等不同组合试剂中的分子量分布和回收率，揭示维持面筋蛋白结构的氢键、疏水键等非共价键及共价二硫键等作用力在聚集过程中的变化。 ④ 分析不同结构组成WEAX对谷蛋白和醇溶蛋白聚集过程中的关键结构参数影响，建立面筋蛋白结构的变化模型，在分子层面上阐明WEAX对热诱导的面筋蛋白聚集结构的调控作用。深入探索面筋分子结构与宏观功能性和微观形态之间的本质联系，系统阐明WEAX调控热诱导的面筋蛋白聚集行为规律。 3.4可行性分析 （1）技术可行性：本课题所涉及的内容，在国内外已经有相当成熟的理论基础和技术基础，通过文献调查，可以解决主要问题，其余部分通过自学也可以解决。 （2）经济可行性：本课题可以通过对学校实验室现有条件设备的使用得以完成，不仅节省了学校的经费，也锻炼了学生自我研发以及动手能力。
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4. 研究创新点
4.1特色
研究不同结构的weax对面筋蛋白热聚集行为的调控作用。
4.2创新之处
5. 研究计划与进展
5.1研究计划
| 时间 | 实验安排 |
| 2.17-2.20 | 面筋蛋白在不同温度下加热制得各温度下的样品粉末 |
| 2.21-3.1 | 流变学特性包括温度扫描、频率扫描等 |
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5.2预期进展
4月15日 中期检查完成
5月20日 毕业论文终稿提交
6月1日 提交重查报告以及毕业答辩情况
课题毕业论文、开题报告、任务书、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
