陳 南，陳 龍，何 強，孫 群，曾維才,,*

（1.四川大學輕工科學與工程學院，四川 成都 610065；2.四川大學 食品科學與技術(shù)四川省高校重點實驗室，四川 成都 610065；3.四川大學生命科學學院，四川 成都 610064）

淀粉是食品工業(yè)中的常見加工原料，也是人體所需碳水化合物的主要來源。淀粉按結(jié)構(gòu)可分為直鏈淀粉和支鏈淀粉，其中直鏈淀粉由大量葡萄糖分子以α-1,4-糖苷鍵連接而成，而支鏈淀粉的側(cè)鏈以α-1,6-糖苷鍵與主鏈相連[1]。小麥淀粉提取于小麥面粉，相比于其他來源的淀粉，具有更高的透明度，是面包、饅頭等淀粉制品的主要成分，其在加工和儲運過程中，理化特性（糊化特性、回生特性等）的變化會影響其加工特性（感官特性、質(zhì)構(gòu)等）和營養(yǎng)品質(zhì)[2]。研究表明，來源于植物的無毒無害多酚類提取物能夠影響小麥淀粉的品質(zhì)，賦予其制品獨特的風味、色澤及口感，并強化其營養(yǎng)功效[2-3]。因此，關(guān)于植物多酚和淀粉間相互作用的探索已成為相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點。

茶（Camellia sinensis(L.) O. Ktze.）以其獨特的滋味及諸多的保健功效而廣受歡迎。茶多酚作為茶葉中重要的生物活性物質(zhì)，主要由表沒食子兒茶素沒食子酸酯（epigallocatechin gallate，EGCG）、表兒茶素沒食子酸酯（epicatechin gallate，ECG）、表沒食子兒茶素（epigallocatechin，EGC）和表兒茶素（epicatechin，EC）構(gòu)成，具有抗氧化、抗炎癥和預防癌癥等保健功效[4-5]，因此，茶多酚已被廣泛應用于食品、日用化學品和醫(yī)藥等領(lǐng)域。

目前，雖有大量關(guān)于多酚-淀粉相互作用體系的研究，但在分子水平上對其作用機理進行闡釋的研究較少。因此，本實驗測定了茶多酚對小麥淀粉理化特性以及面包品質(zhì)的影響，然后通過分子動力學模擬技術(shù)探究其相互作用機理，為茶多酚在淀粉及制品中的廣泛應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

金龍魚高筋小麥面粉 浙江益海嘉里食品工業(yè)有限公司；干酵母 安琪酵母股份有限公司；茶多酚（綠茶提取物，純度≥99%） 西安通澤生物科技有限公司；實驗用水均為蒸餾水。

1.2 儀器與設(shè)備

5K5SS小型和面機 美國Kitchen Aid公司；SM-40SP醒發(fā)箱 新麥機械（中國）有限公司；21U3-P1電熱式烘烤爐 臺灣浩勝食品機械有限公司；UV-1800紫外-可見分光光度計 上海美譜達儀器有限公司；差示掃描量熱（differential scanning calorimetry，DSC）儀梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；TA.XT Plus質(zhì)構(gòu)儀 英國Stable Micro Systems有限公司；JSM-7500F場發(fā)射掃描電子顯微鏡 日本電子株式會社；CM-5色差色度儀 日本Konica Minolta公司。

1.3 方法

1.3.1 小麥淀粉的制備及添加茶多酚的小麥淀粉理化特性測定

1.3.1.1 小麥淀粉的制備

向80 g小麥面粉中加入40 mL蒸餾水，充分揉捏使其形成面團，然后將面團浸泡于裝有100 mL蒸餾水的燒杯中，室溫靜置20 min，取出面團用手輕揉并同時用蒸餾水沖洗，直至將淡黃色的面筋組分分離，收集上述靜置和沖洗操作中的蒸餾水，并用30 目篩過濾，所得濾液在25 ℃下4 000 r/min離心10 min，收集下層沉淀于45 ℃下熱風干燥12 h，所得干物質(zhì)即為小麥淀粉[6]。

1.3.1.2 透光率的測定

向質(zhì)量分數(shù)1%的淀粉乳濁液（小麥溶于蒸餾水配制，下同）中分別添加質(zhì)量分數(shù)（以淀粉的質(zhì)量計，后同）0、5%、10%和20%的茶多酚，沸水浴中連續(xù)攪拌30 min。結(jié)束后用冰水浴迅速冷卻至室溫（25 ℃），于620 nm波長處測定其透光率[7]。

1.3.1.3 糊化特性的測定

精確稱量2 mg淀粉于液體鋁坩堝中，使用微量進樣器分別向其中加入4 μL不同質(zhì)量分數(shù)（0、5%、10%和20%）的茶多酚溶液，密封后于20 ℃靜置24 h。隨后，使用DSC儀對樣品坩堝進行升溫處理，升溫速率為10 ℃/min，從20 ℃加熱至100 ℃，并以空坩堝作為參照[8]。淀粉糊化的初始溫度、峰值溫度、終值溫度及糊化焓通過DSC熱流曲線計算并記錄。

1.3.1.4 老化特性的測定

向質(zhì)量分數(shù)12%的淀粉乳濁液中分別添加質(zhì)量分數(shù)0、5%、10%和20%的茶多酚，沸水浴中連續(xù)攪拌30 min，隨后迅速轉(zhuǎn)入冰水中冷卻至室溫（25 ℃），然后將樣品置于4 ℃條件下冷藏48 h，測定樣品（圓柱形，直徑40 mm、高25 mm）的質(zhì)構(gòu)，記錄樣品的硬度[9]。探頭型號P/36R、測試前速率、測試速率和測試后速率均為1 mm/s、下壓距離10 mm、感應力5 g、兩次壓縮時間間隔5 s。

1.3.1.5 凝膠微觀結(jié)構(gòu)的觀察

將1.3.1.4節(jié)制得的淀粉凝膠置于冷凍干燥機內(nèi)，-55～-65 ℃干燥48 h，將所得凍干樣品切割成1 cm×1 cm×0.5 cm長方體。對樣品進行噴金處理后，用場發(fā)射掃描電子顯微鏡（電壓15.0 kV、放大倍數(shù)200）觀察樣品的微觀結(jié)構(gòu)[10]。

1.3.2 添加茶多酚面包的品質(zhì)分析

1.3.2.1 面包模型的制備

向500 g高筋小麥面粉中加入7 g干酵母、50 g白砂糖和質(zhì)量分數(shù)分別為0、0.025%、0.05%、0.1%、0.2%和0.4%（以面粉質(zhì)量計）的茶多酚，干粉混勻后，加入300 g蒸餾水和4 g鹽，使用和面機進行攪揉，直至面團能被拉成均勻的半透明狀。將攪拌成熟的面團置于28 ℃、85%相對濕度條件下發(fā)酵30 min，對其進行分塊和整型后于38℃、85%相對濕度條件下再發(fā)酵70 min。然后置于面火180 ℃、底火220 ℃的烘箱內(nèi)烘焙12 min[3]。面包于室溫（25 ℃）下冷卻30 min后備用。

1.3.2.2 面包比容的測定

采用油菜籽等體積置換法測定面包的比容[11]。分別測定面包的體積V和質(zhì)量m，再根據(jù)下式計算面包的比容。

式中：V為面包的體積/mL；m為面包的質(zhì)量/g。

1.3.2.3 面包質(zhì)構(gòu)的測定

用切片機將面包切成2 cm的均勻薄片，取最中間的一片面包芯用于質(zhì)構(gòu)（硬度、內(nèi)聚性、膠黏性和咀嚼性）測定[12]。實驗設(shè)定參數(shù)：探頭型號P/36R，測試前速率、測試速率和測試后速率均為1 mm/s，形變量50%，感應力5 g，兩次壓縮時間間隔5 s。

1.3.2.4 面包顏色的測定

采用色差色度儀以D65作為照明光源，對面包表皮和面包芯的顏色進行測定。測定前使用標準白板對儀器進行校準，測定區(qū)域直徑為3 mm，對不同樣品的同一部位進行測定，每組樣品重復測定3 次。使用國際照明委員會制定的顏色度量Lab模式表征樣品的顏色，測定參數(shù)分別為亮度（L*值）、紅度（a*值）和黃度（b*值）。

1.3.3 分子動力學模擬分析

設(shè)計意圖 通過練習幫助學生進一步理解三角函數(shù)的概念，并能運用概念靈活求直角三角形中銳角的函數(shù)值，使學生對知識的理解螺旋上升，形成能力，達到了較高要求.

分別構(gòu)建淀粉模型-短鏈葡萄糖（short-chain glucose，SGS）、茶多酚主要成分（EC、EGC、ECG和EGCG）以及反應環(huán)境水盒子（TIP3PBOX，65 ?×46 ?×49 ?）的分子模型，采用分子動力學模擬的方法，探究茶多酚與小麥淀粉的相互作用。淀粉模型-SGS通過GLYCAM官網(wǎng)（https://www.glycam.org）在線構(gòu)建，SGS由18 個D-吡喃葡萄糖通過α-1,4-糖苷鍵連接組成，其中每6 個D-吡喃葡萄糖回轉(zhuǎn)形成1 個左手螺旋；茶多酚主要成分的分子模型通過ChemBio3D Ultra 12.0軟件構(gòu)建，并采用Discovery Studio 4.5軟件進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化[13]；反應環(huán)境水盒子模型（TIP3PBOX）通過AMBER 18.0軟件構(gòu)建并優(yōu)化。分子動力學模擬實驗通過AMBER 18.0軟件完成，首先調(diào)用多糖力場GLYCAM-06j-1和小分子力場GAFF，分別對SGS和茶多酚主成分的分子進行識別和優(yōu)化；接著以TIP3PBOX水盒子為模擬環(huán)境，對SGS及茶多酚主成分進行溶劑化處理，構(gòu)建淀粉-茶多酚-水的反應模擬體系[14]。模擬反應啟動前，調(diào)動能量最小化程序分別對TIP3PBOX水盒子和整個模擬體系的能量進行優(yōu)化，避免模擬體系在反應過程中崩塌，然后使用加熱程序，將體系溫度由0 K升溫至370 K，共計加熱50 ps，以模擬淀粉糊化的高溫環(huán)境。隨后對體系狀態(tài)（分子數(shù)、溫度及壓力）進行平衡，共計平衡50 ps，使體系密度無限趨近于1。最后，對平衡體系進行共計4 ns的模擬（包含2 000 幀模擬軌跡），記錄并計算模擬體系中SGS空間結(jié)構(gòu)的變化、結(jié)合位點的數(shù)量和變化、結(jié)合力的類型和強度、結(jié)合作用的穩(wěn)定性、結(jié)合自由能的強度等淀粉和茶多酚主要成分間分子相互作用的類型及相互作用力的變化情況[15]。分子動力學模擬過程中，調(diào)用SHAKE法則限制氫原子的運動，將步長設(shè)置為2 fs。模擬軌跡的可視化截圖通過Visual Molecular Dynamics 1.9.3軟件獲??；軌跡中數(shù)據(jù)的處理由AMBER 18.0軟件的CPPTRAJ程序完成[16]；結(jié)合自由能的計算采用AMBER 18.0軟件的分子力學泊松-玻爾茲曼比表面積法（molecular mechanics Poisson-Boltzmann surface area，MM-PBSA）完成[17]。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

每組實驗重復進行3 次，結(jié)果以平均值±標準差表示。采用Origin 2018軟件進行作圖。采用SPSS 20.0軟件進行統(tǒng)計學分析，單因素法進行顯著性差異分析，P＜0.05表示差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 茶多酚對小麥淀粉理化特性的影響

2.1.1 透光率

淀粉糊的透光率常用于表征淀粉分子間締合的程度，可間接地反映淀粉與茶多酚之間是否發(fā)生相互作用。由圖1可知，茶多酚的添加明顯降低了淀粉糊的透光率，當茶多酚質(zhì)量分數(shù)為20%時，透光率下降至7.80%。結(jié)合相關(guān)研究分析可知，淀粉糊化時顆粒破裂并吸水膨脹，淀粉鏈迅速擴散，此時淀粉分子相對分散，光線更易透過，而茶多酚的加入誘使淀粉分子之間通過氫鍵和范德華力等作用發(fā)生一定程度的聚集，從而降低了淀粉糊的透光率[18]。結(jié)果表明，糊化過程中，茶多酚與淀粉之間發(fā)生了相互作用，使得糊化后的淀粉分子間發(fā)生了較強的相互締合作用。

圖1 茶多酚對小麥淀粉糊透光率的影響Fig. 1 Effects of tea polyphenols on the transmittance of starch paste

2.1.2 糊化特性

淀粉糊化是指淀粉顆粒在高溫下溶脹、分裂，形成均勻糊狀溶液的過程，淀粉糊化特性對淀粉的加工特性有較大的影響[19]。由表1可知，茶多酚的加入顯著降低了淀粉糊化的初始溫度、峰值溫度、終值溫度及糊化焓（P＜0.05），當茶多酚質(zhì)量分數(shù)為20%時，糊化焓由17.12 J/g降低至3.30 J/g。相關(guān)研究指出，淀粉的糊化涉及到淀粉分子結(jié)晶膠束結(jié)構(gòu)的破壞與結(jié)晶片的熔化，需要加熱以提供熱量，而較低的糊化溫度與糊化焓表明淀粉糊化所需能量降低，糊化更易發(fā)生[19-20]；此外，近期的研究發(fā)現(xiàn)，茶多酚能夠與淀粉鏈通過氫鍵結(jié)合，削弱淀粉顆粒內(nèi)部結(jié)晶結(jié)構(gòu)的強度，同時提高顆粒的吸水膨脹能力，促進淀粉的糊化[2]。本實驗結(jié)果表明，茶多酚能夠與淀粉結(jié)合，降低糊化所需熱能，促進淀粉分子在糊化過程中與水分子的結(jié)合，影響淀粉的糊化特性。

表1 茶多酚對淀粉糊化特性和老化特性的影響Table 1 Effects of tea polyphenols on the gelatinization and retrogradation of starch

2.1.3 老化特性

淀粉的老化是指糊化后的淀粉分子重新排列形成有序結(jié)晶結(jié)構(gòu)的過程，老化過程的持續(xù)發(fā)生將降低淀粉制品的品質(zhì)與口感[21]。由表1可知，茶多酚的添加顯著降低了淀粉凝膠的硬度（P＜0.05），當茶多酚質(zhì)量分數(shù)為20%時，淀粉凝膠硬度由483.67 g降低至228.87 g。結(jié)合相關(guān)研究分析可知，淀粉發(fā)生老化時，淀粉分子重排并相互纏繞，形成雙螺旋等致密結(jié)構(gòu)[21-22]。同時，淀粉的側(cè)鏈還能與其周圍游離的淀粉分子結(jié)合，形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，賦予淀粉凝膠一定的硬度。淀粉老化過程中，淀粉制品硬度的降低表明淀粉老化過程的發(fā)生受到抑制，其三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的形成受到影響；此外，相關(guān)研究表明，茶多酚分子中的多酚羥基結(jié)構(gòu)能夠與淀粉分子的側(cè)鏈相結(jié)合，占據(jù)淀粉鏈的氫鍵結(jié)合位點，阻礙淀粉分子間的纏繞與結(jié)合[21-23]。本實驗結(jié)果表明，茶多酚能夠抑制老化過程中淀粉分子的重結(jié)晶，影響淀粉的老化特性。

淀粉凝膠的微觀結(jié)構(gòu)可用于反映淀粉老化締合的程度，其與淀粉制品的質(zhì)構(gòu)特性密切相關(guān)[24]。茶多酚對淀粉凝膠微觀結(jié)構(gòu)的影響如圖2所示，茶多酚質(zhì)量分數(shù)為0時，淀粉凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)呈清晰的層狀，層間彼此交聯(lián)形成許多分布較為均勻、連續(xù)的孔洞，呈現(xiàn)較為完整的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)（圖2A）；茶多酚質(zhì)量分數(shù)為5%和10%時，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)表面的粗糙度增加，破壞了淀粉凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（圖2B、C）；茶多酚質(zhì)量分數(shù)為20%時，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的交叉處被大而粗糙的塊體填充，阻礙了周圍柱狀連接與孔洞的形成（圖2D）。實驗結(jié)果表明，茶多酚的加入影響了淀粉凝膠的交聯(lián)程度和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成方向，對淀粉凝膠的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)有明顯影響。

圖2 茶多酚對淀粉凝膠微觀結(jié)構(gòu)的影響Fig. 2 Effects of tea polyphenols on the microstructure of starch gel

2.2 茶多酚對面包品質(zhì)的影響

2.2.1 比容

比容反映樣品在質(zhì)量相同的情況下其體積發(fā)生的變化。由圖3可知，隨著茶多酚質(zhì)量分數(shù)的增加，面包的比容呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。當茶多酚質(zhì)量分數(shù)低于0.1%時，茶多酚對面包比容并未產(chǎn)生負面影響，當茶多酚質(zhì)量分數(shù)繼續(xù)增加時，面包比容逐漸低于茶多酚質(zhì)量分數(shù)為0組。結(jié)合相關(guān)研究分析可知，茶多酚的添加會促進小麥粉中淀粉的糊化，提高淀粉對水分的爭奪能力，促進淀粉顆粒的吸水膨脹[25-26]。本實驗結(jié)果表明，較低質(zhì)量分數(shù)（≤0.1%）的茶多酚會增大面包的比容，改善產(chǎn)品的品質(zhì)。

圖3 茶多酚對面包比容的影響Fig. 3 Effects of tea polyphenols on the specific volume of bread

2.2.2 質(zhì)構(gòu)

質(zhì)構(gòu)特性作為淀粉制品一項重要的品質(zhì)指標，不僅可以用來反映產(chǎn)品的口感、細膩度和組織狀態(tài)等，還能進一步反映產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性。硬度指樣品發(fā)生一定形變所需的力；內(nèi)聚性反映樣品內(nèi)部的黏合力，指樣品經(jīng)第一次壓縮變形后所表現(xiàn)出來的對第二次壓縮的相對抵抗能力；膠黏性指樣品內(nèi)部的收縮力；咀嚼性指將樣品咀嚼成吞咽狀態(tài)時所需的能量[12]。茶多酚對面包質(zhì)構(gòu)特性的影響如圖4所示，面包的硬度、膠黏性和咀嚼性均隨著茶多酚質(zhì)量分數(shù)的增加而呈現(xiàn)增大的趨勢（圖4A、C、D）；而內(nèi)聚性隨著茶多酚質(zhì)量分數(shù)的增加而減?。▓D4B）。相關(guān)研究指出，淀粉制品硬度和咀嚼性的降低可使其更柔軟，更易咀嚼和吞咽[3]。同時，適中的內(nèi)聚性和膠黏性會賦予淀粉制品更好的口感。本實驗中，面包質(zhì)構(gòu)特性的變化可能與淀粉分子纏繞形成的三維網(wǎng)狀含水膠體結(jié)構(gòu)受茶多酚的影響有關(guān)，較低質(zhì)量分數(shù)（≤0.1%）的茶多酚會賦予面包更優(yōu)的質(zhì)構(gòu)特性，使其質(zhì)地更加松軟，口感更加豐富。

圖4 茶多酚對面包質(zhì)構(gòu)特性的影響Fig. 4 Effects of tea polyphenols on the texture of bread

2.2.3 顏色

顏色是一項重要的食品感官指標，與消費者對食品的可接受度密切相關(guān)[27]。茶多酚對面包顏色的影響如圖5所示，不同質(zhì)量分數(shù)茶多酚的添加顯著降低了面包皮和面包芯的L*值（圖5A），顯著增加了面包皮和面包芯的a*、b*值（圖5B、C）（P＜0.05），使面包顏色整體偏暗、偏紅和偏黃。本實驗結(jié)果表明，較低質(zhì)量分數(shù)（≤0.1%）的茶多酚可以賦予面包獨特且誘人的顏色，提高產(chǎn)品的市場競爭力。

圖5 茶多酚對面包顏色的影響Fig. 5 Effects of tea polyphenols on the color of bread

2.3 分子動力學模擬分析結(jié)果

2.3.1 分子模型及相互作用軌跡

分子動力學模擬是目前用于對分子相互作用進行解釋或預測的研究方法。淀粉模型-SGS、茶多酚主要成分（EC、EGC、ECG和EGCG）以及TIP3PBOX水盒子的分子模型如圖6所示。根據(jù)AMBER官網(wǎng)的說明及文獻[28]的分析，分子結(jié)構(gòu)內(nèi)不適當?shù)慕Y(jié)構(gòu)張力會使得模擬體系崩塌，因此正式模擬前需對分子模型進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的分子模型為分子動力學模擬的基礎(chǔ)。

圖6 分子模型Fig. 6 Molecular models

SGS和茶多酚主要成分（EC、EGC、ECG及EGCG）之間相互作用的分子模擬軌跡如圖7所示。SGS的起始結(jié)構(gòu)呈左手螺旋狀，模擬期間其分子內(nèi)氫鍵的斷裂和新氫鍵的不斷形成，使得SGS構(gòu)象不斷發(fā)生變化，呈現(xiàn)無規(guī)律、隨意的卷曲，模擬結(jié)束后，SGS的螺旋結(jié)構(gòu)發(fā)生伸展，形成更疏松的螺旋鏈狀結(jié)構(gòu)（SGS空白組）；在EC/SGS模擬組中，EC與SGS幾乎沒有發(fā)生結(jié)合，但由于體系中EC的加入，影響了SGS的構(gòu)象，使其發(fā)生了盤繞；在EGC/SGS模擬組中，相比于EC，EGC分子在B環(huán)5′位上存在一個酚羥基（圖6C），略微增強了EGC與SGS的結(jié)合能力，故EGC在模擬前期（0～1.0 ns）與SGS發(fā)生了短暫的結(jié)合；而在ECG/SGS模擬組中，相比于EC，ECG結(jié)構(gòu)中D環(huán)上沒食子?；拇嬖冢▓D6C）不僅增加了能與SGS作用的活性酚羥基數(shù)目，還影響了B環(huán)電子云的分布，增強了B環(huán)上酚羥基的反應活性，故ECG在模擬后期（1.0～4.0 ns）與SGS一直緊密結(jié)合；在EGCG/SGS模擬組中，EGCG與SGS一直處于緊密結(jié)合的狀態(tài)，相比于ECG，EGCG分子的B環(huán)5′位上存在一個酚羥基，而B環(huán)上3 個相鄰酚羥基之間的弱氫鍵作用所產(chǎn)生的共軛穩(wěn)定性賦予了EGCG更強的反應活性[29]；此外，在EGCG分子B環(huán)上的3 個酚羥基中，由于B環(huán)5′位置上的酚羥基更靠近D環(huán)的沒食子?；?，因此該位點的酚羥基對B環(huán)的反應活性更加重要。模擬軌跡分析結(jié)果表明，D環(huán)沒食子?；约癇環(huán)5′位上酚羥基的存在使得EGCG擁有更高的反應活性，使其與SGS的結(jié)合更為穩(wěn)定。

圖7 SGS和茶多酚主要成分之間相互作用的分子模擬軌跡Fig. 7 Molecular trajectories of interactions between SGS and major components of tea polyphenols

2.3.2 模擬體系的評價

為了評估現(xiàn)有分子動力學模擬的合理性與穩(wěn)定性，進一步記錄了質(zhì)心距離和均方根偏差（root mean square deviation，RMSD）。

質(zhì)心距離表示分子間質(zhì)量中心的距離，質(zhì)心距離可用于評價分子間結(jié)合狀態(tài)的穩(wěn)定性。由圖8可知，EC/SGS和EGC/SGS的質(zhì)心距離起伏波動較大，這與EC、EGC兩分子與SGS的結(jié)合不穩(wěn)定有關(guān)，ECG/SGS的質(zhì)心距離整體呈減小趨勢，表明兩個分子彼此靠近并逐漸結(jié)合在一起，而EGCG/SGS的質(zhì)心距離整體處于相對平穩(wěn)的狀態(tài)，這與兩個分子的緊密結(jié)合相關(guān)。

圖8 SGS與茶多酚主要成分質(zhì)心距離Fig. 8 Centroid distance between SGS and major components of tea polyphenols

RMSD值是以體系初始構(gòu)象作為參照，計算模擬中產(chǎn)生的每一幀構(gòu)象與其偏差值。由圖9可知，EC/SGS和EGC/SGS的RMSD值波動較大，ECG/SGS和EGCG/SGS的RMSD值整體上趨于相對平穩(wěn)的狀態(tài)，表明ECG和EGCG這兩種茶多酚主要成分與SGS的結(jié)合更為穩(wěn)定，可能對淀粉理化和加工特性的影響更大。

圖9 不同模擬組的RMSDFig. 9 Root mean square deviation values of various simulation groups

2.3.3 分子間相互作用機制

氫鍵是分子相互作用中的一種非共價結(jié)合力，葡萄糖鏈的空間構(gòu)型主要依賴于3 種類型的分子內(nèi)氫鍵（O6—O2、O6—O3以及O2—O3），而具有多酚羥基結(jié)構(gòu)的酚類物質(zhì)能夠與淀粉形成氫鍵，競爭性抑制淀粉分子內(nèi)氫鍵的形成[30-31]。因此，本實驗分析了SGS的分子內(nèi)氫鍵以及SGS與EC、EGC、ECG、EGCG分子間氫鍵的變化。由表2可知，SGS空白組（未添加茶多酚主成分）中分子內(nèi)氫鍵出現(xiàn)比例最高的是4GA_4＠O2與4GA_3＠H3O形成的氫鍵，比例為11.1%；EC、EGC、ECG和EGCG的加入都不同程度地影響了SGS分子內(nèi)氫鍵的形成；EGCG對SGS分子內(nèi)氫鍵形成的影響最為顯著，該類氫鍵（受體氧原子為4GA_10＠O2、供體氫原子為4GA_9＠H3O）的比例高達39.6%，在2 000 幀的模擬軌跡中出現(xiàn)了792 幀，而EC/SGS、EGC/SGS、ECG/SGS中氫鍵的最高比例均未超過20%。表3記錄了茶多酚4 種主要成分與SGS分子間氫鍵的形成情況。EC、EGC及ECG與SGS所形成的分子間氫鍵的最高比例分別為0.05%（受體氧原子為4GA_6＠O2、供體氫 原子為EC_1＠H12）、1.05%（受體氧原子為4GA_6＠O5、供體氫原子為EGC_1＠H9）及1.20%（受體氧原子ECG_1＠O3、供體氫原子4GA_12＠H6O），且在EC/SGS中僅發(fā)現(xiàn)一類比例極低的分子間氫鍵；而在EGCG/SGS組中，氧原子4GA_13＠O2與氫原子EGCG_1＠H7形成的分子間氫鍵比例達到9.20%，表明EGCG在與SGS的緊密結(jié)合中形成了連續(xù)的分子間氫鍵網(wǎng)絡(luò)。本實驗結(jié)果表明，EGCG是茶多酚中與SGS結(jié)合最為穩(wěn)定的成分，它通過與SGS形成穩(wěn)定、連續(xù)的分子間氫鍵，占據(jù)SGS的氫鍵結(jié)合位點，影響SGS分子內(nèi)氫鍵的形成，改變SGS的空間構(gòu)象。

表2 茶多酚主要成分對SGS分子內(nèi)氫鍵的影響Table 2 Effects of major components of tea polyphenols on the intramolecular hydrogen bonds of SGS

表3 SGS和茶多酚主要成分之間形成的分子間氫鍵Table 3 Intermolecular hydrogen bonds between SGS and major components of tea polyphenols

2.3.4 結(jié)合自由能

通過MM-PBSA法分別對茶多酚中的4 種主成分與SGS的結(jié)合自由能進行計算，默認參數(shù)包括范德華力作用能、靜電作用能、極性溶劑化自由能、非極性溶劑化自由能，其中，結(jié)合自由能＝范德華力作用能+靜電作用能+極性溶劑化自由能+非極性溶劑化自由能，茶多酚主成分與SGS發(fā)生相互作用時，范德華力作用能和靜電作用能等能量共同決定了結(jié)合自由能，而結(jié)合自由能的高低決定了茶多酚主成分與SGS相互作用的強弱、彼此結(jié)合發(fā)生的可能性及穩(wěn)定性大小，結(jié)合自由能越低，結(jié)合越穩(wěn)定[18]。如表4所示，EGCG/SGS的結(jié)合自由能最低，為-8.206 5 kJ/mol；此外，EC/SGS、EGC/SGS的范德華力作用能（分別為-4.237 8 kJ/mol和-4.997 9 kJ/mol）及靜電作用能（分別為-1.716 9 kJ/mol和-2.383 4 kJ/mol）不利于它們與SGS的結(jié)合；而ECG/SGS與EGCG/SGS相比，較高的范德華力作用能（-11.573 7 kJ/mol）和靜電作用能（-3.064 2 kJ/mol）使得ECG與SGS結(jié)合能力低于EGCG。結(jié)果表明，EGCG/SGS的結(jié)合最為穩(wěn)定，相互作用最強。

表4 SGS和茶多酚主要成分的結(jié)合自由能Table 4 Binding free energies of SGS with major components of tea polyphenols

3 結(jié) 論

茶多酚與小麥淀粉通過分子間氫鍵形成多酚-淀粉復合物，改變了淀粉的分子內(nèi)氫鍵，影響了淀粉的理化特性和制成面包的品質(zhì)；此外，在茶多酚的4 種主要成分中，EGCG分子結(jié)構(gòu)中D環(huán)沒食子酰基和B環(huán)5′位上羥基的存在，使其與淀粉模型-SGS的結(jié)合更穩(wěn)定，相互作用更強。本實驗為茶多酚在淀粉類食品的加工及生產(chǎn)中的應用提供了參考。