2.3 茶多酚與淀粉的分子相互作用

2.3.1 模型的構(gòu)建及優(yōu)化

分子模型的合理構(gòu)建及結(jié)構(gòu)優(yōu)化對(duì)于后續(xù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性有顯著的影響。在參考相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，實(shí)驗(yàn)構(gòu)建并優(yōu)化了茶多酚與淀粉在熱加工過(guò)程中的各個(gè)反應(yīng)組分的分子模型，結(jié)果如圖5所示。其中，SGS的結(jié)構(gòu)模型（圖5a）是由12個(gè)D-葡萄糖分子以α-1,4糖苷鍵連接而成，每6個(gè)D-葡萄糖分子形成一個(gè)左手螺旋；EGCG（圖5b）是茶多酚中含量最高的組份，同時(shí)也因其結(jié)構(gòu)中6個(gè)鄰位酚羥基的存在而使得它的活性優(yōu)于其它茶多酚組分；TIP3PBOX水溶劑盒子（圖5c）是一個(gè)適用于觀察小分子與多糖之間相互作用的反應(yīng)溶劑模型。同時(shí)，有研究表明，分子模型的結(jié)構(gòu)張力所造成的高能量，可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)模擬系統(tǒng)的崩解[33]。因此，實(shí)驗(yàn)在模擬升溫及正式反應(yīng)前采用能量最小化程序來(lái)釋放這種結(jié)構(gòu)張力，以優(yōu)化構(gòu)建的EGCG與SGS的相互作用反應(yīng)體系。

2.3.2 相互作用軌跡的可視化與模擬體系的評(píng)價(jià)

淀粉的糊化是高溫加熱過(guò)程。因此，使用加熱程序?qū)囟扔?K升溫至370K，整個(gè)過(guò)程中SGS與EGCG的結(jié)合軌跡如圖6所示。由圖6可知，EGCG和SGS先處于分離狀態(tài)，之后EGCG與SGS的鏈尾通過(guò)形成氫鍵而發(fā)生短暫的結(jié)合，隨后由于氫鍵的斷裂與新氫鍵的不斷形成，EGCG被牽引至SGS的鏈?zhǔn)滋幉⑴c它穩(wěn)定結(jié)合。同時(shí)，當(dāng)EGCG與SGS之間的分子相互作用處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)時(shí)，二者之間的結(jié)合形式會(huì)出現(xiàn)動(dòng)態(tài)變化，具體表現(xiàn)為：EGCG局部與SGS結(jié)合或EGCG包埋進(jìn)SGS螺旋空腔內(nèi)。這兩種結(jié)合形式的動(dòng)態(tài)變化可能是由兩個(gè)分子之間所形成的氫鍵數(shù)量和位置在不斷變化所導(dǎo)致。
 

為了評(píng)價(jià)模擬體系的合理性和穩(wěn)定性，實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步考察了EGCG與SGS分子相互作用的質(zhì)心距離和RMSD值（均方根偏差），結(jié)果如圖7所示。由圖7A可知，在2000幀的軌跡中，EGCG與SGS之間的質(zhì)心距離先下降，后增加，最后呈現(xiàn)整體下降的趨勢(shì)，該結(jié)果與圖6所示結(jié)合軌跡一致。質(zhì)心距離常用于表征模擬反應(yīng)中分子間的結(jié)合狀態(tài)，質(zhì)心距離的減小表明分子間逐漸靠近，相互作用順利進(jìn)行。此外，如圖7B所示，RMSD值先增加，最后保持在11～13ai的范圍內(nèi)，RMSD值的平穩(wěn)表明EGCG和SGS分子間的相互作用達(dá)到平衡狀態(tài)。

2.3.3 EGCG對(duì)SGS空間構(gòu)象的影響

EGCG對(duì)SGS空間構(gòu)型的影響如圖8所示。由圖8可知，在未添加EGCG的反應(yīng)組中（圖8a），隨著作用時(shí)間的延長(zhǎng)，SGS的空間構(gòu)象由起始的左手螺旋結(jié)構(gòu)變成了一個(gè)隨意盤繞的不閉合圓環(huán)（3.0ns），最后形成一條結(jié)構(gòu)更松散的螺旋鏈，從而導(dǎo)致SGS分子的伸展（4.0ns）；添加EGCG的反應(yīng)組中（圖8b，未顯示EGCG分子），SGS受到EGCG的影響，空間結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出與圖8A不同的動(dòng)態(tài)變化，最終形成一個(gè)開放的環(huán)。有研究表明，葡萄糖鏈的空間構(gòu)型主要依賴于兩種分子內(nèi)氫鍵，包括匝間氫鍵（06-02和06-03）和相鄰葡萄糖單元之間的匝內(nèi)氫鍵（02-03）。然而，EGCG分子具有許多結(jié)合位點(diǎn)與SGS形成分子間氫鍵，并且可以競(jìng)爭(zhēng)性地抑制SGS分子內(nèi)氫鍵的形成，從而導(dǎo)致其空間構(gòu)型發(fā)生變化。

2.3.4 EGCG與SGS的分子間作用力

相互作用過(guò)程中EGCG與SGS的分子間作用的變化情況如表3～表5所示。由表3可知，未添加EGCG的反應(yīng)組內(nèi)，SGS的分子內(nèi)氫鍵占比最高的氫鍵是由氫原子（4GA_9@H30）和氧原子（4GA_10@O2）形成，占比為19.8%，在2000幀軌跡中出現(xiàn)了396幀，這表明該類氫鍵可能在保持SGS的空間構(gòu)型方面起著重要的作用。同時(shí)，該體系中共有三種類型的氫鍵占比超過(guò)10%。由表4可知，添加了EGCG的反應(yīng)組內(nèi)，SGS的分子內(nèi)氫鍵占比最高的氫鍵是由氫原子（4GA_12@H30）和氧原子（4GA_13@02）形成，占比為18.7%，在2000幀軌跡中出現(xiàn)了374幀。同時(shí)，該體系中共觀察到5類占比大于10%的氫鍵。與表3的結(jié)果相比，SGS的分子內(nèi)氫鍵中對(duì)于維持SGS空間構(gòu)型較為重要的氫鍵（氫原子：4GA_9@H30，氧原子：4GA_10@02）的占比由19.8%下降至10.9%，表現(xiàn)出明顯的差異。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，EGCG對(duì)SGS分子內(nèi)氫鍵的形成具有顯著的影響。此外，實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步觀察了EGCG和SGS之間分子間氫鍵的分布情況，結(jié)果如表5所示。EGCG的酚羥基可以與SGS形成分子間氫鍵，其中，占比最高（5.6%，2000幀中出現(xiàn)112幀）的分子間氫鍵是由氫原子（EGCG_1@H18）和氧原子（4GA_12@02）形成。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，EGCG可以通過(guò)占據(jù)SGS的氫鍵結(jié)合位點(diǎn)，從而影響SGS的分子內(nèi)和分子間氫鍵的形成，進(jìn)而改變SGS的空間構(gòu)型。同時(shí)，淀粉分子（SGS）空間構(gòu)型與淀粉的理化特性及加工特性密切相關(guān)，茶多酚主成分EGCG通過(guò)氫鍵與SGS結(jié)合，改變了淀粉分子的空間構(gòu)型，影響淀粉分子（SGS）間的纏繞、排列，從而改變淀粉類制品（如：饅頭）的品質(zhì)。

3 結(jié)論

茶多酚對(duì)饅頭的品質(zhì)及淀粉的理化特性有顯著影響。茶多酚的添加對(duì)饅頭的比容未產(chǎn)生負(fù)面影響（數(shù)值維持在2.2mL/g），并改變了饅頭的質(zhì)構(gòu)，降低了饅頭的硬度（1212.42±9.24～889.46±13.81g），使其口感更加柔軟。同時(shí)，茶多酚的添加阻礙了淀粉與碘分子的結(jié)合，提高了淀粉的溶解度（8.3%～38.1%）和膨脹勢(shì)（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，促進(jìn)了淀粉的糊化，并延緩了淀粉的老化。此外，茶多酚主要通過(guò)氫鍵作用力在加熱過(guò)程中與淀粉分子發(fā)生相互作用，并在相互作用過(guò)程中通過(guò)改變淀粉分子的分子內(nèi)氫鍵和分子間氫鍵的形成，從而改變淀粉分子的空間構(gòu)型，進(jìn)而影響淀粉的特性和淀粉食品的品質(zhì)。研究工作從分子相互作用層面初步揭示了茶多酚對(duì)饅頭品質(zhì)及淀粉理化特性影響的機(jī)理，為茶多酚在食品工業(yè)中用于提高淀粉食品的品質(zhì)與質(zhì)量提供了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

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