酚酸與蛋白質(zhì)和碳水化合物相互作用及對(duì)面包面團(tuán)的影響研究進(jìn)展

辛嘉英，劉思淼，葛懌澤，宋增武，鎖博海，夏春谷

（1.哈爾濱商業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 哈爾濱 150028；2.中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所，羰基合成與選擇氧化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730000）

酚酸、蛋白質(zhì)和碳水化合物都是食品體系中常見(jiàn)的組成成分，常用于改善食品體系的加工特性及營(yíng)養(yǎng)功能。酚酸具有易氧化、反應(yīng)活性高等性質(zhì)，易與其他化合物發(fā)生相互作用。酚酸可以與蛋白質(zhì)通過(guò)共價(jià)或非共價(jià)的方式相互作用，改變蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，從而改善其起泡性和乳化性等加工特性，同時(shí)也能夠改善其營(yíng)養(yǎng)功能，如增強(qiáng)蛋白質(zhì)的抗氧化能力，改善花生蛋白的致敏性等[1]。酚酸與碳水化合物的相互作用也分為共價(jià)與非共價(jià)，二者之間的相互作用既可以保持酚酸原有的活性，還可以在碳水化合物-酚酸共軛物中引入有益的特性。酚酸與碳水化合物間的共價(jià)鍵可以通過(guò)多酚氧化酶催化發(fā)生聚合反應(yīng)形成，即在有氧的情況下通過(guò)酶將酚類氧化成醌類，然后與多糖發(fā)生聚合。在酚酸與碳水化合物的非共價(jià)相互作用中，酚酸與淀粉會(huì)通過(guò)螺旋腔內(nèi)的疏水相互作用形成V型復(fù)合物提高酚酸的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)酚酸的緩釋，從而提高其生物利用度。

在面包面團(tuán)的制作過(guò)程中，酚酸、蛋白質(zhì)和碳水化合物之間的相互作用影響了面包面團(tuán)的產(chǎn)品質(zhì)量。酚酸與蛋白質(zhì)相互作用時(shí)，酚酸可能會(huì)阻止二硫鍵的形成，影響面筋網(wǎng)絡(luò)的形成[2]。酚酸與阿拉伯木聚糖相互作用對(duì)面包面團(tuán)質(zhì)量的影響也極為重要，如維持面團(tuán)的穩(wěn)定性。酚酸也可對(duì)淀粉糊化、流變學(xué)、凝膠和老化等特性的影響[3]，從而改變面包面團(tuán)的質(zhì)量。酚酸、蛋白質(zhì)和碳水化合物的相互作用決定了焙烤食品的加工和產(chǎn)品性能，因此。探究三元相互作用對(duì)面團(tuán)和面包質(zhì)量的影響具有重要意義。

1 酚酸的來(lái)源及作用

植物酚類物質(zhì)被認(rèn)為是人體重要的膳食成分，具有較強(qiáng)的抗氧化活性。流行病學(xué)研究表明，食用富含抗氧化劑的水果和蔬菜可以降低某些相關(guān)疾病的風(fēng)險(xiǎn)，如癌癥、糖尿病和心血管疾病[4]。酚酸是植物酚類的一個(gè)子類，廣泛存在于水果、蔬菜、谷物等[5]，主要以糖苷的形式與碳水化合物結(jié)合。酚酸可分為羥基苯甲酸和羥基肉桂酸，且常見(jiàn)的酚酸有沒(méi)食子酸、丁香酸、咖啡酸（caffeic acid，CA）、阿魏酸（ferulic acid，F(xiàn)A）和芥子酸等[6]。酚酸具有抗氧化、清除自由基等功能，可以抑制脂質(zhì)氧化[7]，因此酚酸常作為一種重要的添加劑被廣泛用于食品和飲料中。

在酚類物質(zhì)的生物合成中，以苯丙氨酸作為起始化合物，通過(guò)莽草酸途徑由5-磷酰-D-紅素和2-磷烯醇丙酮酸合成。在此過(guò)程中，苯丙氨酸解氨酶將苯丙氨酸轉(zhuǎn)化為肉桂酸，隨后，單加氧酶可以將羥基結(jié)合到酚類化合物中，生成對(duì)羥基肉桂酸，通過(guò)酶進(jìn)一步氧化生成CA，圖1為CA和FA的生物合成過(guò)程[8]。在植物中，肉桂酸通過(guò)氧化脫羧和β-氧化生成羥基苯甲酸，羥基苯甲酸也可以被單加氧酶氧化生成其衍生物。

圖1 CA和FA的生物合成[8]Fig.1 Biosynthesis of CA and FA[8]

酚酸的氧化可分為酶促氧化和非酶促氧化，在氧化過(guò)程中生成的醌或半醌可提高對(duì)生物分子的反應(yīng)活性和親和力。Cilliers等[9]研究發(fā)現(xiàn)醌比半醌的活性更高，對(duì)于二酚類物質(zhì)如CA，其氧化生成了具有氧化還原活性的鄰醌，由于具有親電性，鄰醌易與親核試劑反應(yīng)，此外，鄰醌也可與自身反應(yīng)生成黑色素。對(duì)于單酚類衍生物如FA，只有一個(gè)羥基，因此半醌不能被進(jìn)一步氧化成醌。酚酸氧化生成醌和半醌，由于氧化的位置可能不同，可形成不同的氧化產(chǎn)物，使得對(duì)蛋白質(zhì)與酚類的共價(jià)相互作用機(jī)制探究難度增加。酚酸易氧化，主要通過(guò)與自由基組分反應(yīng)，發(fā)揮抗氧化能力。在自然界中，酚酸經(jīng)常以二聚體的形式出現(xiàn)，酚酸的自聚和交聯(lián)對(duì)植物的生理和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值有著重要的影響，Martínez-Rubio等[10]研究發(fā)現(xiàn)4-羥基肉桂酸酯交聯(lián)產(chǎn)物對(duì)谷物早期缺乏纖維素的細(xì)胞壁起到重要的輔助作用。另外有研究發(fā)現(xiàn)，部分酚酸二聚產(chǎn)物或交聯(lián)產(chǎn)物比酚酸單體更具有抗氧化活性。例如，Ami?等[11]研究表明，對(duì)能量的需求最少、形成5-C-5’-C連接的FA二聚體自由基清除能力比FA單體更高，因此更易與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。

由于酚酸普遍存在于植物性食物中，具有易氧化、反應(yīng)活性高等性質(zhì)，易與其他化合物發(fā)生相互作用。所以無(wú)論是存在于植物中還是在加工過(guò)程中，酚酸、蛋白質(zhì)和碳水化合物的相互作用應(yīng)值得特別關(guān)注，這3 種大分子代表了許多食物基質(zhì)的主要成分，共同決定了大部分植物性食物的加工技術(shù)功能和營(yíng)養(yǎng)特性。

2 酚酸與蛋白質(zhì)和碳水化合物的相互作用

2.1 酚酸與蛋白質(zhì)的相互作用

酚酸和蛋白質(zhì)可以在食品體系中以非共價(jià)或共價(jià)的方式相互作用。當(dāng)它們相互作用時(shí)，親水或疏水結(jié)構(gòu)以及所選擇的氨基酸親核側(cè)鏈都提供了不同的相互作用位點(diǎn)。這種相互作用可以改變食品的體系，其中蛋白質(zhì)的性質(zhì)也會(huì)發(fā)生改變，從而影響食品的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。蛋白質(zhì)的特性取決于其三維結(jié)構(gòu)。其中，蛋白質(zhì)的一級(jí)序列、單個(gè)氨基酸含量以及二硫鍵的數(shù)量對(duì)其構(gòu)象起著關(guān)鍵作用。在食品加工過(guò)程中，蛋白質(zhì)形成較高分子質(zhì)量的聚集體或被消化成肽和氨基酸時(shí)，蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和某些氨基酸側(cè)鏈反應(yīng)位點(diǎn)起到關(guān)鍵作用。

蛋白質(zhì)與酚酸之間的非共價(jià)相互作用通常是可逆的，可以通過(guò)多種機(jī)制實(shí)現(xiàn)，如氫鍵、靜電相互作用、范德華力、疏水相互作用等。表1列出了蛋白質(zhì)和酚酸以不同作用力實(shí)現(xiàn)的非共價(jià)相互作用。非共價(jià)相互作用非常不穩(wěn)定，尤其依賴于pH值、離子強(qiáng)度和溫度。低、中性的pH值有利于非共價(jià)鍵的形成。非共價(jià)相互作用具有操作簡(jiǎn)單、反應(yīng)溫和、無(wú)副產(chǎn)物、安全等優(yōu)點(diǎn)，可以有效地改變蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，從而影響蛋白質(zhì)的加工特性。

表1 蛋白質(zhì)與酚酸不同作用力的非共價(jià)相互作用Table 1 Noncovalent interactions between proteins and phenolic acids through different forces

除了典型的非共價(jià)結(jié)合外，在特定條件下蛋白質(zhì)-酚酸發(fā)生的共價(jià)相互作用是一種特殊的結(jié)合方式。與非共價(jià)相互作用相比，共價(jià)結(jié)合是不可逆的，其作用力強(qiáng)于非共價(jià)鍵，并且對(duì)蛋白質(zhì)和酚酸的結(jié)構(gòu)與功能具有很大的影響。Quan等[17]研究表明酚酸苯環(huán)上相鄰的羥基具有較高的反應(yīng)活性，易在酶、堿性條件或金屬離子作用下氧化形成醌或半醌，并與蛋白質(zhì)側(cè)鏈中的親核殘基（例如蛋白質(zhì)的游離氨基、賴氨酸、半胱氨酸和色氨酸）發(fā)生反應(yīng)形成共價(jià)結(jié)構(gòu)，圖2為堿處理形成蛋白質(zhì)與CA偶聯(lián)物的作用機(jī)理。Prigent等[18]研究比較了在堿性（pH 9）和酸性（pH 5和pH 6）條件下多酚氧化酶催化綠原酸與α-乳清蛋白、溶菌酶和牛血清白蛋白的相互作用，在這兩種條件下蛋白質(zhì)與綠原酸之間都形成共價(jià)鍵；僅在pH 6酸性條件下發(fā)生共價(jià)相互作用，這可能是因?yàn)槎喾友趸傅幕钚栽趐H 5時(shí)受限；然而，在pH 4時(shí)高碘酸鹽氧化也可導(dǎo)致共價(jià)鍵的形成；對(duì)于溶菌酶，最多可以檢測(cè)到4 個(gè)分子的添加，但不能觀察到單個(gè)分子的添加，因此，酚酸很有可能在蛋白質(zhì)反應(yīng)之前發(fā)生二聚反應(yīng)。其他研究也表明酚酸二聚體的形成先于蛋白質(zhì)偶聯(lián)，例如FA、CA和對(duì)香豆酸二聚體可能比單體更容易與蛋白質(zhì)發(fā)生反應(yīng)[19]。有研究發(fā)現(xiàn)，大豆分離蛋白和大米蛋白可以與FA發(fā)生一定的交聯(lián)[20-21]。Li Junwen等[22]利用FA在過(guò)氧化氫酶和辣根過(guò)氧化物酶組成的氧化系統(tǒng)中交聯(lián)酪蛋白，改善了交聯(lián)酪蛋白的乳化和凝膠特性。

圖2 堿處理形成蛋白質(zhì)與CA偶聯(lián)物的機(jī)理[23]Fig.2 Mechanism of the formation of protein-caffeic acid conjugates by alkali treatment[23]

由表2可知，蛋白質(zhì)與酚酸之間的相互作用受許多不同因素的影響，如溫度、pH值、離子強(qiáng)度、蛋白濃度等，這對(duì)后續(xù)的食品加工具有特殊意義。

表2 不同因素對(duì)蛋白質(zhì)與酚酸相互作用的影響Table 2 Effects of different factors on the interaction between proteins and phenolic acids

蛋白質(zhì)與酚酸的相互作用會(huì)影響蛋白質(zhì)的功能性質(zhì)，如乳化性、起泡性等。例如Jiang Jiang等[41]研究乳清分離蛋白和酪蛋白與綠原酸在pH 7、室溫條件下的非共價(jià)相互作用，發(fā)現(xiàn)綠原酸的添加提高了復(fù)合物的溶解度，可以將綠原酸應(yīng)用于乳制品中，從而改善蛋白質(zhì)的溶解性和起泡性。Tang Changbo等[42]發(fā)現(xiàn)，迷迭香酸-肌原纖維蛋白共價(jià)化合物對(duì)蛋白質(zhì)的凝膠性產(chǎn)生負(fù)面影響，這主要是因?yàn)閮烧吖矁r(jià)相互作用中的化學(xué)鍵（迷迭香酸-半胱氨酸）阻斷了蛋白質(zhì)的巰基，抑制了二硫鍵的形成，使其持水力下降、凝膠強(qiáng)度減弱。此外，酚酸與蛋白質(zhì)相互作用會(huì)影響蛋白質(zhì)的致敏性。Chung等[1]使用CA交聯(lián)花生蛋白，顯著降低了花生蛋白的致敏性。除了蛋白質(zhì)性質(zhì)的改變，酚酸的性質(zhì)也會(huì)受到共價(jià)和非共價(jià)相互作用的影響，如抗氧化活性。通過(guò)與蛋白質(zhì)相互作用，對(duì)酚酸的抗氧化活性既有積極影響也有消極影響。Wu Simin等[43]通過(guò)研究酚酸與β-乳球蛋白相互作用，發(fā)現(xiàn)酚酸-β-乳球蛋白復(fù)合物的抗氧化活性高于單獨(dú)的酚酸，其原因可能是β-乳球蛋白與酚酸的抗氧化活性產(chǎn)生協(xié)同作用。Liu Fuguo等[44]研究發(fā)現(xiàn)共價(jià)玉米醇溶蛋白與酚酸偶聯(lián)物的抗氧化活性高于非共價(jià)偶聯(lián)物；然而，與游離的酚酸相比，酚-蛋白結(jié)合物的抗氧化能力有所下降。

蛋白質(zhì)與酚酸的相互作用受不同條件以及酚酸和蛋白質(zhì)類型的影響，并引起其加工性質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、抗氧化活性等方面的變化，蛋白質(zhì)與酚酸的相互作用能夠拓展其應(yīng)用領(lǐng)域和賦予新的價(jià)值，并進(jìn)一步影響其所在的食品體系，因此可利用不同食物來(lái)源的蛋白質(zhì)與酚酸結(jié)合以開(kāi)發(fā)具有更好營(yíng)養(yǎng)、功能、感官品質(zhì)的新食物成分或產(chǎn)品。

2.2 酚酸與碳水化合物的相互作用

酚酸-碳水化合物之間的相互作用，既可以保持酚酸原有的活性，還可以在碳水化合物-酚酸共軛物中引入有益的特性。酚酸可以通過(guò)共價(jià)鍵或非共價(jià)鍵與各種成分發(fā)生反應(yīng)。共價(jià)鍵方面，酚酸通過(guò)酯鍵與果膠、纖維素和半纖維素等非淀粉多糖形成相互作用。非共價(jià)鍵方面，酚酸通過(guò)非共價(jià)鍵與淀粉形成配合物。

酚酸可以與碳水化合物發(fā)生共價(jià)結(jié)合，利用自由基接枝形成多糖-酚酸共價(jià)化合物。這種方法快速、環(huán)保，且無(wú)需有機(jī)溶劑或有毒的自由基引發(fā)劑，由氧化還原對(duì)（抗壞血酸/過(guò)氧化氫）相互作用產(chǎn)生的羥自由基攻擊多糖分子中的敏感基團(tuán)，形成的多糖大分子自由基可以與多酚發(fā)生氧化還原反應(yīng)，促進(jìn)多糖-多酚共價(jià)鍵的形成[15]。天然多糖具有良好的理化特性，例如生物相容性、生物降解性和抗菌性等，但由于某些多糖難以被溶解，因此其應(yīng)用范圍受到限制。為此，通過(guò)接枝親水官能團(tuán)提高這類多糖溶解性。多酚具有良好的水溶性，是合成水溶性多糖的理想材料。酚酸與多糖之間的共價(jià)鍵也可以通過(guò)多酚氧化酶激活與多糖發(fā)生聚合反應(yīng)生成[45]。其原理是在有氧的情況下通過(guò)酶將酚類氧化成醌類，然后與多糖發(fā)生聚合。多糖中的阿拉伯木聚糖可分為水溶性和水不溶性。研究發(fā)現(xiàn)水溶性木聚糖結(jié)構(gòu)松散并與細(xì)胞壁結(jié)合，但水不溶性木聚糖通過(guò)FA的共價(jià)酯鍵或非共價(jià)鍵（氫鍵、范德華力）與蛋白質(zhì)和木質(zhì)素結(jié)合[46]。玉米、黑麥和小麥等谷物的外層含有較高水平的結(jié)合態(tài)和游離態(tài)FA，其中的阿拉伯糖殘基與FA可以發(fā)生共價(jià)相互作用形成酯鍵。

酚酸與碳水化合物的非共價(jià)相互作用包括氫鍵、范德華力和疏水相互作用等，由于酚酸和多糖具有許多羥基，它們之間很容易形成氫鍵，酚酸和多糖具有能產(chǎn)生極化分子的官能團(tuán)，如果先建立氫鍵，酚酸和多糖分子間的距離就會(huì)變短，此時(shí)則會(huì)形成范德華力。Zhang Dongxian等[47]研究乙醇對(duì)阿拉伯果膠吸附FA的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，隨著乙醇濃度的增加，阿拉伯果膠對(duì)FA的吸附量下降約350 μg/mg，而對(duì)照組中隨著NaCl濃度的添加其吸附量?jī)H下降19 μg/mg，這表明阿拉伯果膠與FA之間形成氫鍵，而乙醇的羥基具有很強(qiáng)的爭(zhēng)奪氫鍵能力。Zhu Fan[48]和Deng Nan等[49]綜述了淀粉與酚類化合物之間的非共價(jià)相互作用及其生理和營(yíng)養(yǎng)作用。淀粉與酚類化合物之間的非共價(jià)相互作用可分為兩種配合物，一種包合配合物（也稱為V-直鏈淀粉配合物），另一種是非包合淀粉復(fù)合物，圖3為非包合淀粉復(fù)合模型[50]。其中酚類物質(zhì)的羥基和羰基與直鏈淀粉和支鏈淀粉通過(guò)氫鍵相互作用形成分子間聚集體，這種復(fù)合物的結(jié)構(gòu)取決于淀粉的植物來(lái)源、提取物的化學(xué)組成、特定酚類物質(zhì)的結(jié)構(gòu)以及反應(yīng)體系的pH值。Fang Kun等[51]成功制備了一種木薯脫支淀粉-FA復(fù)合物，F(xiàn)A被包裹在直鏈淀粉分子之間形成的雙螺旋疏水核心中。包合配合物的優(yōu)點(diǎn)是所包合的配體不受其他因素影響。Li Min等[52]觀察了玉米支鏈淀粉和馬鈴薯淀粉與CA、沒(méi)食子酸和FA形成支鏈淀粉復(fù)合物的過(guò)程，但不能確定這些是包合物還是非包合物。這兩種類型都會(huì)影響淀粉和酚酸的功能特性。

圖3 非包合復(fù)合淀粉模型[50]Fig.3 Schematic models of non-inclusion starch-phenolic acid complexes[50]

酚酸與碳水化合物的相互作用會(huì)影響食物的消化及營(yíng)養(yǎng)特性等。為改善中性不溶性殼聚糖的溶解性，Curcio等[53]采用自由基接枝法將沒(méi)食子酸接枝到殼聚糖上。多糖-多酚共軛物也可以通過(guò)碳二亞胺介導(dǎo)法制備，其原理是利用含氨基的分子與含羧基的分子之間形成酰胺鍵，形成的復(fù)合物具有良好的水溶性和抗氧化性。在食品加工過(guò)程中，酚酸與淀粉會(huì)通過(guò)螺旋腔內(nèi)的疏水相互作用形成V型復(fù)合物以提高酚酸的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)酚酸的緩釋，從而提高其生物利用度。

3 三者相互作用對(duì)面包面團(tuán)的影響

3.1 酚酸與蛋白質(zhì)相互作用對(duì)面包面團(tuán)的影響

不同谷物中的酚酸和蛋白質(zhì)存在相互作用，因此它們的相互作用可能會(huì)影響小麥和黑麥產(chǎn)品，尤其是面包和面團(tuán)。酚酸與蛋白質(zhì)相互作用影響蛋白的理化和生物學(xué)特性。在小麥面包的制作過(guò)程中，蛋白質(zhì)（尤其是麥膠蛋白和麥谷蛋白）發(fā)揮了重要作用。在面團(tuán)形成過(guò)程中，蛋白質(zhì)通過(guò)分子間的相互作用形成了有彈性的面筋網(wǎng)絡(luò)，面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型如圖4所示。酚酸可能會(huì)影響面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成，從而影響面團(tuán)的彈性、黏度以及面包的質(zhì)量。小麥面筋網(wǎng)絡(luò)的形成對(duì)面包品質(zhì)的影響至關(guān)重要。

圖4 面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型[54]Fig.4 Schematic of gluten network structure[54]

面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性主要依賴于面團(tuán)混合和發(fā)面過(guò)程中麥谷蛋白和麥膠蛋白之間二硫鍵的形成和重組。然而，由于酚酸具有還原能力，可能通過(guò)干擾二硫鍵的形成而參與面團(tuán)的分解，從而引起十二烷基硫酸鈉（sodium dodecyl sulfate，SDS）-可提取蛋白數(shù)量的增加[53]。Wang Chongchong等[55]研究發(fā)現(xiàn)，添加FA可能會(huì)導(dǎo)致面筋網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的分子內(nèi)氫鍵以及面筋蛋白與水分子之間的強(qiáng)氫鍵斷裂，從而促進(jìn)面筋的聚集和增加其粒徑。李文[56]研究發(fā)現(xiàn)，添加FA會(huì)增加面團(tuán)的硬度和增強(qiáng)最大拉伸阻力，但由于面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的減弱導(dǎo)致了面團(tuán)的延展性降低。王紅娜等[57]研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)A可顯著縮短面團(tuán)的穩(wěn)定時(shí)間，即減弱面團(tuán)的耐滾揉能力，這表明FA在面團(tuán)滾揉過(guò)程中會(huì)與面筋蛋白發(fā)生相互作用，削弱了面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。FA的加入可增大面筋蛋白的黏彈性，降低面筋蛋白的熱穩(wěn)定性。Wang Mingwei等[58]發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)A可通過(guò)影響蛋白質(zhì)分子間的范德華力影響蛋白質(zhì)的聚集狀態(tài)，這種作用對(duì)面筋蛋白的熱穩(wěn)定性造成一定的影響。Snelders等[59]發(fā)現(xiàn)，添加FA后SDS-可提取的高分子質(zhì)量聚合面筋水平增加，且添加等量的阿拉伯寡糖具有相同的效果。因此，無(wú)論是游離的FA，還是與阿拉伯木聚糖結(jié)合，F(xiàn)A都會(huì)影響面筋網(wǎng)絡(luò)。SDS-可提取蛋白的含量增加可能是由于面團(tuán)混合時(shí)FA與游離的巰基發(fā)生反應(yīng)，阻礙了二硫鍵的重組，從而削弱了面筋網(wǎng)絡(luò)。目前，酚酸對(duì)面筋網(wǎng)絡(luò)的影響已經(jīng)有較為深入的研究，但其具體作用機(jī)制尚不明確，因此很難預(yù)測(cè)不同酚酸對(duì)面團(tuán)和面包性能的影響。但通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，由于酚酸對(duì)二硫鍵轉(zhuǎn)化的影響，它可以縮短面團(tuán)的攪拌時(shí)間，降低面團(tuán)的強(qiáng)度，加速面團(tuán)的發(fā)酵[59-60]。不同研究中面團(tuán)中酚酸與新形成的巰基之間是否發(fā)生交聯(lián)有不同的結(jié)果。Snelders等[59]沒(méi)有發(fā)現(xiàn)在面團(tuán)分解過(guò)程中FA與巰基發(fā)生交聯(lián)，而Huang Lianyan等[61]研究發(fā)現(xiàn)，在1 kg模型面團(tuán)中加入10～40 g FA后二硫鍵和游離巰基減少，這表明游離巰基被FA所占。早在1986年，Jackson等[62]發(fā)現(xiàn)小麥面團(tuán)中半胱氨酸與FA反應(yīng)生成共價(jià)化合物。此外，Huang Lianyan等[61]還發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照組相比，添加FA后模型面團(tuán)的變性溫度和變性焓均有所降低。這些結(jié)果表明，添加酚酸使谷蛋白網(wǎng)絡(luò)的空間結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，向更無(wú)序、更弱的谷蛋白網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變，從而更容易變性。王紅娜等[57]通過(guò)電鏡掃描發(fā)現(xiàn)添加膳食纖維（dietary fiber，DF）、FA的模型面團(tuán)面筋網(wǎng)絡(luò)均遭到了破壞（圖5）。除此以外，酚酸與二硫鍵和巰基的相互作用、氫鍵以及酚酸與面筋網(wǎng)絡(luò)之間的CH-π鍵和疏水相互作用也會(huì)影響其性質(zhì)。

圖5 DF、FA對(duì)面筋蛋白微觀結(jié)構(gòu)的影響（×800）[57]Fig.5 Effects of DF and/or FA on the microstructure of gluten (× 800)[57]

通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，添加FA或阿拉伯寡糖的面團(tuán)流變學(xué)發(fā)生變化（抗拉伸性降低、延展性增加），但最終面包體積未受影響；相反，其他研究發(fā)現(xiàn)添加FA會(huì)導(dǎo)致面包體積減小，例如，Han等[60]發(fā)現(xiàn)，每1 kg面粉添加250 mg FA可使面包體積縮小約4%，同時(shí)還可縮短混合時(shí)間、降低混合耐受性和面團(tuán)抗拉伸性。酚酸對(duì)游離巰基含量也有影響。在面團(tuán)分解之前，肉桂酸和CA的添加可導(dǎo)致游離巰基含量減少，同時(shí)二硫鍵的較不穩(wěn)定t-g-g和t-g-t構(gòu)象增加。相反，F(xiàn)A在面團(tuán)分解之前的混合過(guò)程中加入，則游離巰基增加。Krekora等[63]研究發(fā)現(xiàn)了酚酸與面筋網(wǎng)絡(luò)發(fā)生結(jié)合；拉曼光譜的結(jié)果顯示，肉桂酸、香豆酸或FA的加入使色氨酸在面團(tuán)分解前的譜帶強(qiáng)度增加，但對(duì)酪氨酸的譜帶特征強(qiáng)度沒(méi)有影響，表明酚酸通過(guò)與色氨酸的疏水相互作用進(jìn)入谷蛋白網(wǎng)絡(luò)，面團(tuán)分解后，所有酚酸和色氨酸譜帶特征均有所增加。

除了面筋網(wǎng)絡(luò)的形成外，氧化凝膠化過(guò)程對(duì)面團(tuán)及其烘焙性能的影響也極為重要。在氧化凝膠化過(guò)程中，水溶性戊聚糖會(huì)形成能夠維持大量水分的分子間網(wǎng)絡(luò)。這些分子間網(wǎng)絡(luò)是由阿拉伯木聚糖與FA通過(guò)異聚物交聯(lián)形成的。在阿拉伯木聚糖網(wǎng)絡(luò)形成的同時(shí)，阿拉伯木聚糖結(jié)合FA與蛋白質(zhì)之間也可能發(fā)生反應(yīng)。氧化凝膠化現(xiàn)象對(duì)軟質(zhì)小麥或黑麥產(chǎn)品尤為重要。在全麥面包和黑麥面包發(fā)酵和烘焙過(guò)程中，酚酸含量增加，尤其是FA的含量增加。烘焙后，面包屑中游離FA的釋放量高于面包皮[64]。酚酸還可以通過(guò)阻斷蛋白酶的結(jié)合位點(diǎn)或與內(nèi)源性酶相互作用抑制消化[65]。在小麥面包中添加咖啡豆的酚類物質(zhì)，降低了面包蛋白質(zhì)的消化率，從而導(dǎo)致其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值降低，由于酶不能水解肽鍵，從而無(wú)法釋放出必需氨基酸。此外，F(xiàn)A能夠抑制重要的酶如α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶[66]，從而影響淀粉的消化。與小麥相似，黑麥中的酶活性也受到酚酸的影響。在利用黑麥制作面包過(guò)程中，阿魏酰酯酶控制不溶性和可溶性酯結(jié)合酚酸的釋放。木聚糖酶活性與酚酸含量呈負(fù)相關(guān)。阿拉伯木聚糖水解酶活性可以被游離的酚酸以及與阿拉伯木聚糖結(jié)合的酚酸所抑制[67]。

3.2 酚酸與碳水化合物相互作用對(duì)面包面團(tuán)的影響

與酚酸-蛋白相互作用相比，目前對(duì)面團(tuán)或面包中酚酸與淀粉或非淀粉多糖相互作用影響的研究相對(duì)較少。淀粉與酚酸之間的相互作用對(duì)面團(tuán)或面包的營(yíng)養(yǎng)特性具有顯著影響。酚酸能夠抑制消化酶如α-淀粉酶或α-葡萄糖苷酶，在酚酸的相互作用下，只有部分甚至沒(méi)有淀粉被分解為小的糖單位，從而使個(gè)體食用富含淀粉和酚酸的食物后血糖指數(shù)維持在較低水平，因此，富含酚酸的淀粉進(jìn)一步加工成谷類產(chǎn)品可以用于糖尿病患者或肥胖人群。除了對(duì)消化特性影響外，流變學(xué)特別是面包的結(jié)構(gòu)特性也受相互作用的影響。例如通過(guò)添加酚酸降低硬度或黏附性提高谷物制品的質(zhì)量[3]。在糊化過(guò)程中，酚類與淀粉之間發(fā)生相互作用可以延緩淀粉老化，并且改變其黏度和結(jié)構(gòu)。酚酸對(duì)小麥淀粉懸濁液pH值也有影響，Zhu Fan等[68]研究發(fā)現(xiàn)添加酚酸后面包的pH值降低，其中添加FA的面包pH值為2.95，而未添加FA的面包pH值為6.79；同時(shí)該學(xué)者還探究了pH值與峰值黏度、熱糊黏度和最終黏度的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)pH值和峰值黏度不相關(guān)，但淀粉懸浮液中熱糊黏度和冷糊黏度與pH值呈正相關(guān)（表3）。Beta等[69]發(fā)現(xiàn)淀粉的類型、直鏈淀粉與支鏈淀粉的比例和酚酸的濃度會(huì)影響?zhàn)椥?。在低直鏈淀粉中添加酚酸提高了黏彈性，而在中間直鏈淀粉和高直鏈淀粉中添加酚酸則降低了黏彈性[1]，到目前為止，對(duì)這一現(xiàn)象還沒(méi)有明確的解釋。淀粉的黏度受淀粉-酚酸復(fù)合物中氫鍵和范德華力的影響，但另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)FA與去支木薯淀粉的包合物對(duì)其黏度沒(méi)有影響[70]。Wu Yue等[71]發(fā)現(xiàn)在大米淀粉中添加茶多酚可以抑制其老化。Zhu Fan[48]綜述了許多不同淀粉類型的相互作用，以及酚酸對(duì)淀粉糊化、流變學(xué)、凝膠和老化的影響。酚酸在食品添加劑領(lǐng)域有很大的研究潛力，特別是在制造工藝和相關(guān)的儲(chǔ)存、發(fā)酵和烘焙條件方面。

表3 15 種酚酸處理小麥淀粉的黏度、結(jié)構(gòu)參數(shù)和pH值[68]Table 3 Viscosity,structural parameters and pH of wheat starch treated with 15 phenolic acids[68]

酚酸與阿拉伯木聚糖相互作用對(duì)面包面團(tuán)質(zhì)量的影響也極為重要。生產(chǎn)面包前，谷物需要除去胚芽和外殼，然后將其磨碎。在這一過(guò)程中，酚類物質(zhì)因其位于顆粒的外層而被除去，全麥面粉是完全研磨的面粉，可以避免酚酸的損失。面粉在儲(chǔ)存過(guò)程中，其成分會(huì)發(fā)生明顯變化，隨之也影響面粉的相互作用。因此，濕度、酶活性、預(yù)干燥和貯藏溫度等條件起著重要的作用。與新鮮面粉相比，儲(chǔ)存6 個(gè)月的面粉酚酸譜型保持不變，但由于發(fā)生了氧化反應(yīng)，其酚酸的含量顯著降低[72]。Cheng Zhihong等[73]研究發(fā)現(xiàn)，研磨導(dǎo)致麩皮顆粒尺寸降低，增加其中酚酸的釋放量。長(zhǎng)時(shí)間的儲(chǔ)存會(huì)導(dǎo)致谷類麩皮的抗氧化活性降低[74]。

小麥和黑麥面粉可用于加工成各種食品，特別是烘焙食品。在焙烤過(guò)程中的許多相互作用，特別是與戊聚糖相關(guān)的相互作用，可以影響面粉的烘烤特性。Gaden等[75]發(fā)現(xiàn)酸性環(huán)境會(huì)增強(qiáng)蛋白質(zhì)和戊聚糖的水結(jié)合能力，F(xiàn)A可以降低凝膠體系的pH值，增加蛋白質(zhì)和戊聚糖與水結(jié)合的能力，戊聚糖通過(guò)與FA進(jìn)行交聯(lián)，有助于凝膠的形成，改善面團(tuán)的機(jī)械性能。在膠凝過(guò)程中，水溶性阿拉伯木聚糖發(fā)生氧化凝膠化，導(dǎo)致其黏度顯著增加，并且由阿拉伯木聚糖分子與阿魏酰基通過(guò)分子間交聯(lián)形成了凝膠三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[76]。除了使面團(tuán)增稠改善黏性外，阿拉伯木聚糖還可以增加發(fā)酵面團(tuán)的持氣性和穩(wěn)定性。發(fā)酵面團(tuán)為淀粉-面筋黏彈性基質(zhì)，其中氣室和在氣泡之間形成液膜的液相共同構(gòu)成三相體系，液相含有蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和多糖等多種化合物。阿拉伯木聚糖溶解在此液相中，能夠增加其黏度并穩(wěn)定面團(tuán)結(jié)構(gòu)，從而增強(qiáng)生面團(tuán)的穩(wěn)定性和持氣性。然而，在發(fā)酵過(guò)程中，不溶性阿拉伯木聚糖通過(guò)破壞空腔降低氣體的穩(wěn)定性。添加內(nèi)切木聚糖酶和阿拉伯呋喃糖苷酶，可提高不溶性阿拉伯木聚糖的溶解性，改善黏度，降低硬度，增加氫鍵數(shù)量[77]。因此，在制作面包過(guò)程中，面團(tuán)發(fā)酵的類型、微生物的利用和酶的添加十分關(guān)鍵，它們會(huì)影響酚酸與碳水化合物之間的相互作用，從而影響烘焙食品的生物利用度、抗氧化能力和產(chǎn)品質(zhì)量。Konopka等[64]利用小麥和黑麥粉制作面包，發(fā)現(xiàn)黑麥粉制作的面團(tuán)和面包中酚類物質(zhì)和游離FA含量高于小麥粉制作的面團(tuán)和面包；在小麥和黑麥面包的發(fā)酵和烘烤過(guò)程中，游離脂肪酸的含量有所增加。Skrajda-Brdak等[78]用不同的酵母制作小麥和黑麥面包，發(fā)現(xiàn)除酵母的種類外，水、氧含量和溫度等參數(shù)也會(huì)影響發(fā)酵動(dòng)力學(xué)和酚酸的溶解度。Menga等[79]在220 ℃烘烤30 min制備面包時(shí)，面包中結(jié)合態(tài)的香草酸、對(duì)香豆酸、水楊酸和FA的含量增加。因此，可認(rèn)為加熱過(guò)程有助于酚酸的釋放和醌的氧化形成，生成共價(jià)鍵。然而，當(dāng)面團(tuán)受熱溫度較高時(shí)，谷物的細(xì)胞壁會(huì)被破壞，酶被釋放出來(lái)受熱變性，氧化過(guò)程不再繼續(xù)。因此，溫度對(duì)淀粉或戊聚糖與酚酸之間的相互作用有重要影響。

淀粉與酚酸的相互作用可有效降低淀粉的消化率、延緩淀粉老化、提高淀粉的抗氧化能力和改善淀粉的流變學(xué)特性，非淀粉多糖與酚酸的相互作用對(duì)面包面團(tuán)的加工特性以及營(yíng)養(yǎng)特性的影響也十分重要，可有效改善面團(tuán)的持氣性、穩(wěn)定性、黏彈性等加工特性，但目前酚酸和淀粉的類型以及加工參數(shù)對(duì)面包面團(tuán)特性影響的研究相對(duì)較少，因此還需進(jìn)對(duì)二者之間的相互作用進(jìn)一步探究。

3.3 酚酸、蛋白質(zhì)和碳水化合物相互作用對(duì)面包面團(tuán)的影響

酚酸、蛋白質(zhì)和碳水化合物的相互作用決定了烘焙食品加工和產(chǎn)品性能。蛋白質(zhì)和碳水化合物之間存在不同程度的共價(jià)和非共價(jià)相互作用，這些相互作用會(huì)對(duì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)功能、酚酸的抗氧化能力與生物利用率以及淀粉的消化性與糊化特性等造成影響，例如外源性蛋白質(zhì)能夠增加淀粉基食品的黏度，也可通過(guò)抑制消化酶的作用調(diào)節(jié)淀粉的消化；酚酸可以改善淀粉的回生和消化吸收，也可改善蛋白質(zhì)的環(huán)境敏感性等。因此三元相互作用更有可能影響面團(tuán)和面包的特性。

阿拉伯木聚糖在影響黑麥和小麥面團(tuán)的加工特性和功能性方面起主要作用。與小麥相比，黑麥中阿拉伯木聚糖的含量幾乎是小麥的2 倍。Buksa[80]在黑麥面包模型中發(fā)現(xiàn)了FA可以交聯(lián)阿拉伯木聚糖-蛋白質(zhì)復(fù)合物。趙小惠[81]研究了水溶性阿拉伯木聚糖與FA協(xié)同作用對(duì)面筋蛋白聚集行為的影響，結(jié)果表明，水溶性阿拉伯木聚糖能夠提高面筋蛋白熱穩(wěn)定性及其結(jié)構(gòu)有序性，同時(shí)FA與水溶性阿拉伯木聚糖相互作用促進(jìn)了面筋蛋白熱聚集，顯著改善了面筋蛋白流變特性。Wang Minwei等[82]研究發(fā)現(xiàn)，由于全麥面粉中的酚酸有較多羥基，與淀粉和蛋白質(zhì)競(jìng)爭(zhēng)水分，影響了面包面團(tuán)中的水分分布。江志堅(jiān)等[83]發(fā)現(xiàn)添加葡萄糖氧化酶對(duì)面筋蛋白的水合作用具有顯著影響，加入葡萄糖氧化酶促進(jìn)了可溶性木聚糖和FA的氧化交聯(lián)凝膠作用，顯著增加面團(tuán)持水性，并且使凝膠持水性過(guò)強(qiáng)而搶奪面筋吸附的水分，從而改善面團(tuán)性質(zhì)。周素梅等[84]發(fā)現(xiàn)葡萄糖氧化酶的加入降低了面團(tuán)中FA、阿拉伯木聚糖和蛋白質(zhì)的含量，并推測(cè)面團(tuán)體系中蛋白質(zhì)的參與促進(jìn)了阿拉伯木聚糖的氧化凝膠能力。鄧家珞等[85]研究發(fā)現(xiàn)添加過(guò)氧化氫酶的面包能夠產(chǎn)生自由基，促進(jìn)酪氨酸或可溶性木聚糖和FA氧化形成凝膠并且與面筋蛋白發(fā)生交聯(lián)，從而導(dǎo)致面團(tuán)中水分不易遷移，改變了面團(tuán)黏彈性和內(nèi)聚性等性質(zhì)。潘志琴[86]通過(guò)掃描電鏡發(fā)現(xiàn)FA與漆酶復(fù)合添加到面團(tuán)中，面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)鏈接得更緊密，可有效改善面筋蛋白的弱化作用，提高面筋蛋白凍藏穩(wěn)定性。阿拉伯木聚糖-蛋白質(zhì)復(fù)合物與面包體積有關(guān)，復(fù)合物的形成可能與氫鍵有關(guān)或者是由過(guò)氧化物酶催化合成。Boeriu等[87]在由辣根過(guò)氧化物酶催化的FA交聯(lián)阿拉伯木聚糖和β-酪蛋白的模型中也觀察到具有280 nm（含有芳族殘基的聚合物特征波長(zhǎng)）和320 nm（C—C芳族鍵的特征波長(zhǎng)）特征波長(zhǎng)的復(fù)合物形成。圖6展示了辣根過(guò)氧化物酶催化酪蛋白-FA-阿拉木聚糖復(fù)合物的形成機(jī)理。Revanappa等[88]研究發(fā)現(xiàn)加入過(guò)氧化物酶會(huì)降低面團(tuán)的黏附性；阿拉伯木聚糖分子質(zhì)量的增加可以改善面團(tuán)的特性，并發(fā)現(xiàn)阿拉伯木聚糖餾分中的蛋白質(zhì)和FA含量增加，因此，阿拉伯木聚糖與蛋白質(zhì)、FA通過(guò)過(guò)氧化物酶交聯(lián)可能是使其分子質(zhì)量增加的原因。

圖6 辣根過(guò)氧化物酶催化合成酪蛋白-FA-阿拉伯木聚糖復(fù)合機(jī)理[87]Fig.6 Mechanism for the synthesis of casein-ferulic acid-arabinoxylan complex catalyzed by horseradish peroxidase[87]

食品行業(yè)對(duì)蛋白質(zhì)與碳水化合物的交聯(lián)進(jìn)行了較多研究，且生成的聚合物增強(qiáng)了某些功能特性，如乳化性和起泡性等。對(duì)于共價(jià)交聯(lián)，不同多酚氧化酶作用位點(diǎn)不同，所發(fā)揮的氧化能力不同，如漆酶在催化木聚糖和α-酪蛋白形成雜偶聯(lián)物的效果優(yōu)于酪氨酸酶。在氧化凝膠過(guò)程中，水溶性的阿魏?；c可溶性阿拉伯木聚糖共價(jià)交聯(lián)，可增強(qiáng)阿拉伯木聚糖凝膠的彈性、凝膠性和持水力等。可溶性阿拉伯木聚糖也能通過(guò)酚酸與蛋白質(zhì)相互作用。如上所述，在小麥和黑麥中發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)-酚酸與可溶性阿拉伯木聚糖結(jié)合[80,88]。Oest等[89]發(fā)現(xiàn)在黑麥面包模型中，F(xiàn)A交聯(lián)的阿拉伯木聚糖-蛋白復(fù)合物的形成影響了面包的最大體積，此外，黑麥中的水不溶性非淀粉多糖和蛋白質(zhì)相互作用對(duì)面包質(zhì)量有影響，因?yàn)榈鞍踪|(zhì)變性和淀粉糊化受到抑制，同時(shí)全麥面包模型中的非淀粉多糖含量較高，導(dǎo)致面包質(zhì)量降低。淀粉與其他成分（如戊聚糖或蛋白質(zhì)）爭(zhēng)奪水分，可能會(huì)限制淀粉糊化，從而影響面團(tuán)和面包的品質(zhì)。

綜上所述，酚酸與蛋白質(zhì)和碳水的相互作用對(duì)面團(tuán)的彈性、黏度和最終的面包品質(zhì)有一定的影響。但是為了準(zhǔn)確預(yù)測(cè)三者之間的相互作用，對(duì)化學(xué)機(jī)制和條件的影響需要進(jìn)一步探究。

4 結(jié)語(yǔ)

蛋白質(zhì)-酚酸-碳水化合物組成的三元食品體系具有巨大的發(fā)展?jié)摿?，目前的研究重點(diǎn)主要集中在兩兩組分相互作用上，對(duì)三元體系研究還相對(duì)較少。三者的相互作用也會(huì)影響各自的結(jié)構(gòu)與功能特性，進(jìn)而影響面包面團(tuán)的品質(zhì)，也可以利用這種相互作用完善食品體系的功能性質(zhì)。但由于蛋白質(zhì)-酚酸-碳水化合物復(fù)合物之間的相互作用關(guān)系十分復(fù)雜，且三者之間的協(xié)同作用也十分重要。因此，還需進(jìn)一步探究三元體系復(fù)合物的結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)及其功能影響，可進(jìn)一步為三元復(fù)合物功能性食品的開(kāi)發(fā)奠定基礎(chǔ)。