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人才强校 | 杨栋副教授揭示还原型和氧化型面粉增筋剂促进一维和三维面筋网络形成的不同机制

2021年12月06日 浏览次数:

中国农大新闻网讯 近日,食品科学与营养工程学院杨栋副教授在国际材料科学顶级期刊Biomaterials在线发表了题为“Mechanism differences between reductive and oxidative dough rheology improvers in the formation of 1D and 3D gluten network”的研究型论文,系统比较了还原型和氧化型面粉增筋剂的不同增筋机制。食品科学与营养工程学院2020级博士生高吉慧和2021届本科生郭艺展为共同第一作者,杨栋副教授为该文章的通讯作者。

拉面中常加入蓬灰(还原型)以增加延展性,面包中则加入偶氮甲酰胺(氧化型)以增加体积。同样被称作增筋剂,这两种增筋剂的化学性质截然相反,那么它们相应的作用机制有何不同?面筋网络由麦谷蛋白半胱氨酸之间的氧化交联形成,并决定了面团的流变学特性。在现实生活中,氧化型和还原型的增筋剂都有相应的应用场合。本研究以焦亚硫酸钠为还原型增筋剂代表,以偶氮甲酰胺为氧化型增筋剂代表,研究它们在一系列不同浓度下对面团吹泡特性、蛋白质分布、麦谷蛋白组成、自由巯基含量的影响。研究中采用了氧化还原等量原则,即使用的氧化剂所夺取的电子数,等于对应浓度还原剂赋予的电子数。在氧化型和还原型增筋剂各自最适浓度下,分析了面筋网络的形成情况。结果显示,焦亚硫酸钠增加了自由巯基含量,疏松了面筋网络,从而增强了面团延展性。偶氮甲酰胺则减少了自由巯基含量,让面筋网络更加致密,增强了面团的韧性和烘焙强度。研究提出,还原剂减少原来面筋网络中的二硫键,导致一维面筋网络的形成;而氧化剂促使二硫键的形成,导致三维面筋网络的形成。本研究为区别不同的面粉增筋剂,以增强它们使用特异性,提供了理论基础。该研究得到了国家自然科学基金委和生物大分子国家重点实验室开放课题的支持。

图注:还原型和氧化型增筋剂的作用原理示意图。还原型增筋剂还原了大多数麦谷蛋白之间的二硫键,只留下必要的维系一维面筋网络结构的少部分二硫键;另一方面,氧化型增筋剂氧化了大多数麦谷蛋白上的半胱氨酸从而增强了三维的面筋网络结构。

杨栋副教授本科毕业于西安交通大学,受教于分子伴侣研究专家、中国科学院生物物理研究所王志珍院士;博士毕业于美国马里兰大学,师从分子伴侣研究专家、美国科学院院士、英国皇家科学院院士George H. Lorimer教授;耶鲁大学分子生物物理与生物化学系博士后出站后,2016年以 “优秀人才” 引进进入中国农业大学任教。目前主要从事食品生物化学与营养学方面研究,以第一作者或独立通讯作者在Biomaterials, PNAS, Critical Reviews of Food Science and Nutrition等领域顶级期刊上发表论文17篇。杨栋主持国家自然科学基金、国家重点研发计划子课题等多项科研项目,目前为Food Chemistry Molecular Science 客座编辑,并受邀担任Food Chemistry Molecular Sciences首届编委,Frontiers of Agricultural Science and Engineering和《轻工学报》首届青年编委。同时担任Critical Reviews of Food Science and Nutrition, Journal of Agricultural and Food Chemistry, LWT, RCS Advances等18种国内外期刊审稿人。


供稿:食品科学与营养工程学院

编辑:欧阳永志


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