人才強校 | 楊棟副教授揭示還原型和氧化型麵粉增筋劑促進一維和三維麵筋網路形成的不同機制

近日，食品科學與營養工程學院楊棟副教授在國際材料科學頂級期刊Biomaterials線上發表了題為“Mechanism differences between reductive and oxidative dough rheology improvers in the formation of 1D and 3D gluten network”的研究型論文，系統比較了還原型和氧化型麵粉增筋劑的不同增筋機制。食品科學與營養工程學院2020級博士生高吉慧和2021屆本科生郭藝展為共同第一作者，楊棟副教授為該文章的通訊作者。

拉麵中常加入蓬灰(還原型)以增加延展性，麵包中則加入偶氮甲醯胺（氧化型）以增加體積。同樣被稱作增筋劑，這兩種增筋劑的化學性質截然相反，那麼它們相應的作用機制有何不同？麵筋網路由麥谷蛋白半胱氨酸之間的氧化交聯形成，並決定了麵糰的流變學特性。在現實生活中，氧化型和還原型的增筋劑都有相應的應用場合。本研究以焦亞硫酸鈉為還原型增筋劑代表，以偶氮甲醯胺為氧化型增筋劑代表，研究它們在一系列不同濃度下對面團吹泡特性、蛋白質分佈、麥谷蛋白組成、自由巰基含量的影響。研究中採用了氧化還原等量原則，即使用的氧化劑所奪取的電子數，等於對應濃度還原劑賦予的電子數。在氧化型和還原型增筋劑各自最適濃度下，分析了麵筋網路的形成情況。結果顯示，焦亞硫酸鈉增加了自由巰基含量，疏鬆了麵筋網路，從而增強了麵糰延展性。偶氮甲醯胺則減少了自由巰基含量，讓麵筋網路更加緻密，增強了麵糰的韌性和烘焙強度。研究提出，還原劑減少原來麵筋網路中的二硫鍵，導致一維麵筋網路的形成；而氧化劑促使二硫鍵的形成，導致三維麵筋網路的形成。本研究為區別不同的麵粉增筋劑，以增強它們使用特異性，提供了理論基礎。該研究得到了國家自然科學基金委和生物大分子國家重點實驗室開放課題的支援。

圖注：還原型和氧化型增筋劑的作用原理示意圖。還原型增筋劑還原了大多數麥谷蛋白之間的二硫鍵，只留下必要的維繫一維麵筋網路結構的少部分二硫鍵；另一方面，氧化型增筋劑氧化了大多數麥谷蛋白上的半胱氨酸從而增強了三維的麵筋網路結構。

楊棟副教授本科畢業於西安交通大學，受教於分子伴侶研究專家、中國科學院生物物理研究所王志珍院士；博士畢業於美國馬里蘭大學，師從分子伴侶研究專家、美國科學院院士、英國皇家科學院院士George H. Lorimer教授；耶魯大學分子生物物理與生物化學系博士後出站後，2016年以 “優秀人才” 引進進入中國農業大學任教。目前主要從事食品生物化學與營養學方面研究，以第一作者或獨立通訊作者在Biomaterials, PNAS, Critical Reviews of Food Science and Nutrition等領域頂級期刊上發表論文17篇。楊棟主持國家自然科學基金、國家重點研發計劃子課題等多項科研專案，目前為Food Chemistry Molecular Science 客座編輯，並受邀擔任Food Chemistry Molecular Sciences首屆編委，Frontiers of Agricultural Science and Engineering和《輕工學報》首屆青年編委。同時擔任Critical Reviews of Food Science and Nutrition, Journal of Agricultural and Food Chemistry, LWT, RCS Advances等18種國內外期刊審稿人。

供稿：食品科學與營養工程學院

編輯：歐陽永志