茶多酚对馒头品质的影响及机理初探（三）

2.3 茶多酚与淀粉的分子相互作用

2.3.1 模型的构建及优化

分子模型的合理构建及结构优化对于后续实验结果的准确性有显著的影响。在参考相关文献的基础上，实验构建并优化了茶多酚与淀粉在热加工过程中的各个反应组分的分子模型，结果如图5所示。其中，SGS的结构模型（图5a）是由12个D-葡萄糖分子以α-1,4糖苷键连接而成，每6个D-葡萄糖分子形成一个左手螺旋；EGCG（图5b）是茶多酚中含量最高的组份，同时也因其结构中6个邻位酚羟基的存在而使得它的活性优于其它茶多酚组分；TIP3PBOX水溶剂盒子（图5c）是一个适用于观察小分子与多糖之间相互作用的反应溶剂模型。同时，有研究表明，分子模型的结构张力所造成的高能量，可能会导致整个模拟系统的崩解[33]。因此，实验在模拟升温及正式反应前采用能量最小化程序来释放这种结构张力，以优化构建的EGCG与SGS的相互作用反应体系。

2.3.2 相互作用轨迹的可视化与模拟体系的评价

淀粉的糊化是高温加热过程。因此，使用加热程序将温度由0K升温至370K，整个过程中SGS与EGCG的结合轨迹如图6所示。由图6可知，EGCG和SGS先处于分离状态，之后EGCG与SGS的链尾通过形成氢键而发生短暂的结合，随后由于氢键的断裂与新氢键的不断形成，EGCG被牵引至SGS的链首处并与它稳定结合。同时，当EGCG与SGS之间的分子相互作用处于相对稳定的状态时，二者之间的结合形式会出现动态变化，具体表现为：EGCG局部与SGS结合或EGCG包埋进SGS螺旋空腔内。这两种结合形式的动态变化可能是由两个分子之间所形成的氢键数量和位置在不断变化所导致。
 

为了评价模拟体系的合理性和稳定性，实验进一步考察了EGCG与SGS分子相互作用的质心距离和RMSD值（均方根偏差），结果如图7所示。由图7A可知，在2000帧的轨迹中，EGCG与SGS之间的质心距离先下降，后增加，最后呈现整体下降的趋势，该结果与图6所示结合轨迹一致。质心距离常用于表征模拟反应中分子间的结合状态，质心距离的减小表明分子间逐渐靠近，相互作用顺利进行。此外，如图7B所示，RMSD值先增加，最后保持在11～13ai的范围内，RMSD值的平稳表明EGCG和SGS分子间的相互作用达到平衡状态。

2.3.3 EGCG对SGS空间构象的影响

EGCG对SGS空间构型的影响如图8所示。由图8可知，在未添加EGCG的反应组中（图8a），随着作用时间的延长，SGS的空间构象由起始的左手螺旋结构变成了一个随意盘绕的不闭合圆环（3.0ns），最后形成一条结构更松散的螺旋链，从而导致SGS分子的伸展（4.0ns）；添加EGCG的反应组中（图8b，未显示EGCG分子），SGS受到EGCG的影响，空间结构呈现出与图8A不同的动态变化，最终形成一个开放的环。有研究表明，葡萄糖链的空间构型主要依赖于两种分子内氢键，包括匝间氢键（06-02和06-03）和相邻葡萄糖单元之间的匝内氢键（02-03）。然而，EGCG分子具有许多结合位点与SGS形成分子间氢键，并且可以竞争性地抑制SGS分子内氢键的形成，从而导致其空间构型发生变化。

2.3.4 EGCG与SGS的分子间作用力

相互作用过程中EGCG与SGS的分子间作用的变化情况如表3～表5所示。由表3可知，未添加EGCG的反应组内，SGS的分子内氢键占比最高的氢键是由氢原子（4GA_9@H30）和氧原子（4GA_10@O2）形成，占比为19.8%，在2000帧轨迹中出现了396帧，这表明该类氢键可能在保持SGS的空间构型方面起着重要的作用。同时，该体系中共有三种类型的氢键占比超过10%。由表4可知，添加了EGCG的反应组内，SGS的分子内氢键占比最高的氢键是由氢原子（4GA_12@H30）和氧原子（4GA_13@02）形成，占比为18.7%，在2000帧轨迹中出现了374帧。同时，该体系中共观察到5类占比大于10%的氢键。与表3的结果相比，SGS的分子内氢键中对于维持SGS空间构型较为重要的氢键（氢原子：4GA_9@H30，氧原子：4GA_10@02）的占比由19.8%下降至10.9%，表现出明显的差异。实验结果表明，EGCG对SGS分子内氢键的形成具有显著的影响。此外，实验进一步观察了EGCG和SGS之间分子间氢键的分布情况，结果如表5所示。EGCG的酚羟基可以与SGS形成分子间氢键，其中，占比最高（5.6%，2000帧中出现112帧）的分子间氢键是由氢原子（EGCG_1@H18）和氧原子（4GA_12@02）形成。实验结果表明，EGCG可以通过占据SGS的氢键结合位点，从而影响SGS的分子内和分子间氢键的形成，进而改变SGS的空间构型。同时，淀粉分子（SGS）空间构型与淀粉的理化特性及加工特性密切相关，茶多酚主成分EGCG通过氢键与SGS结合，改变了淀粉分子的空间构型，影响淀粉分子（SGS）间的缠绕、排列，从而改变淀粉类制品（如：馒头）的品质。

3 结论

茶多酚对馒头的品质及淀粉的理化特性有显著影响。茶多酚的添加对馒头的比容未产生负面影响（数值维持在2.2mL/g），并改变了馒头的质构，降低了馒头的硬度（1212.42±9.24～889.46±13.81g），使其口感更加柔软。同时，茶多酚的添加阻碍了淀粉与碘分子的结合，提高了淀粉的溶解度（8.3%～38.1%）和膨胀势（11.4%～13.8%）。此外，茶多酚降低了淀粉的糊化焓值（17.70±0.10～1.99±0.27J/g）及回生率，促进了淀粉的糊化，并延缓了淀粉的老化。此外，茶多酚主要通过氢键作用力在加热过程中与淀粉分子发生相互作用，并在相互作用过程中通过改变淀粉分子的分子内氢键和分子间氢键的形成，从而改变淀粉分子的空间构型，进而影响淀粉的特性和淀粉食品的品质。研究工作从分子相互作用层面初步揭示了茶多酚对馒头品质及淀粉理化特性影响的机理，为茶多酚在食品工业中用于提高淀粉食品的品质与质量提供了实验基础。

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