谷朊粉

組成

谷朊粉主要組成成分是麥谷蛋白和醇溶蛋白，另外還含有少量淀粉、脂肪、礦物質(zhì)等（表1）2。麥谷蛋白是由多肽鍵通過分子間二硫鍵作用聚合而成的蛋白，其分子量大，呈纖維狀，以分支狀方式高度交叉連接在一起，結構不規(guī)則，分子內(nèi)含β-折疊結構較多，富含谷氨酰胺(Gln)和胱氨酸(Cys)。醇溶蛋白為單體蛋白，分子量約35 kD，呈球形，不溶于水及無水乙醇，但溶于70%～80%的乙醇溶液中，特點是脯氨酸和酰胺較多，非極性側鏈較極性側鏈多，分子內(nèi)既無亞基結構，又無肽鏈間二硫鍵，單肽鏈間依靠氫鍵、疏水鍵以及分子內(nèi)二硫鍵連結，形成較緊密的三維結構。在低pH值條件下，依據(jù)電泳遷移率的不同，醇溶蛋白可分為α、β、γ、ω四種類型，其中α-醇溶蛋白流動性最高，ω-醇溶蛋白流動性最差。

表1 谷朊粉的成分及含量3

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另外，根據(jù)在不同溶劑中的溶解性差異，可將谷朊粉中的蛋白質(zhì)（面筋蛋白）分為4類3：溶于水的麥清蛋白(9%)、溶于鹽的麥球蛋白(5%)、溶于酒精溶液的麥醇蛋白(40%)和溶于稀酸或稀堿的麥谷蛋白(46%)。谷朊粉中蛋白質(zhì)的種類及特性見表2。

表2 谷朊粉中蛋白質(zhì)的種類及特性3

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功能特性

黏彈性

谷朊粉蛋白中的麥醇溶蛋白分子呈球狀24，分子量較小，具有延伸性，但彈性小；麥谷蛋白分子為纖維狀，分子量較大，具有彈性，但延伸性小。這兩者的共同作用，使得谷朊粉具有其它植物蛋白所沒有的獨特的黏彈性。

延伸性

延伸性是指把面筋塊拉到某種長度而不致斷裂的性能4，可用面筋塊拉到斷裂時的最大長度來表示。面筋的延伸性分為三個級別：延伸性差的面筋、延伸性中等的面筋和延伸性好的面筋。

薄膜成型性

谷朊粉的薄膜成型性是其黏彈性的直接表現(xiàn)4。由于谷朊粉具有彈性，CO2或水汽等被連續(xù)蛋白相所包圍，內(nèi)部充滿氣體，使面筋呈海綿狀或纖維狀結構，形成薄膜面筋。

吸水性

谷朊粉中含有較多的疏水性氨基酸，與水接觸后，高質(zhì)量的面筋可吸收2倍面筋量的水4，可在外圍形成一層濕面筋網(wǎng)絡結構，導致面筋蛋白的低溶解性，影響其乳化性、發(fā)泡性等其他功能性質(zhì)。谷朊粉的這種吸水性可增加產(chǎn)品得率，并延長食品的貨架期。

乳化性

蛋白質(zhì)溶解性會影響乳化性，在其等電點pH值時，溶解度最低，而谷朊粉的等電點pH正處于大部分食品的酸堿范圍內(nèi)，因此乳化性也較差2。

起泡性

食品中泡沫的形成原因是氣泡分散于可溶性表面活性劑的連續(xù)液體或半固體相中的分散體系2?？焖贁嚢钑r，空氣進入到蛋白質(zhì)溶液中，形成二維網(wǎng)絡結構。泡沫形成后能夠保持一定時間并具有一定抗破壞的能力稱之為泡沫穩(wěn)定性。谷朊粉的起泡性和泡沫穩(wěn)定性與其溶解性有關，由于溶解性較差，其起泡性也受到影響。

凝膠性

凝膠作用的影響因素與形成凝膠的外界條件密切相關，如溫度、PH值和鹽濃度等等4。水溶性蛋白質(zhì)加熱到臨界溫度就會變性，變性后就不易溶于水，這就是熱凝固性。面筋蛋白與其它蛋白質(zhì)不同，對熱的敏感性差，如不加熱到80℃左右，便不會凝膠化。這說明面筋中的分子間多為-S-S-交聯(lián)，即面筋蛋白是由牢固的三級或四級結構構成的。因此，如果用還原劑切斷面筋蛋白的-S-S-交聯(lián)，其熱敏感性就會顯著提高。

吸油性

影響蛋白的吸油性是蛋白質(zhì)的構象和蛋白質(zhì)之間的反應4。非共價鍵是涉及蛋白與油反應的主要作用力，其次是氫鍵。

致敏性

谷朊粉是從小麥或小麥粉中提取出來的天然蛋白質(zhì)，含有高比例的麩質(zhì)和胰蛋白酶淀粉酶抑制劑（ATIs）。這兩種物質(zhì)都可能引發(fā)人體的免疫反應，導致腸道屏障功能受損，腸道炎癥增加，腸道動力異常等問題。

谷朊粉引起的過敏有不同的類型和嚴重程度，可能表現(xiàn)為以下幾種情況：

乳糜瀉：這是一種自身免疫性疾病，由于對麩質(zhì)過敏，導致小腸黏膜受損，影響營養(yǎng)吸收。乳糜瀉的主要癥狀是腹瀉、腹脹、體重下降、貧血等2。

食物過敏：這是一種IgE介導的過敏反應，由于對麩質(zhì)或ATIs過敏，導致進食后2小時以內(nèi)出現(xiàn)蕁麻疹、血管性水腫、喘息、惡心、腹痛甚至嚴重的過敏反應3。

食物依賴運動誘發(fā)的過敏性休克：這是一種特殊的食物過敏類型，由于對ω-5醇溶蛋白（一種麩質(zhì)蛋白）過敏，導致進食含小麥產(chǎn)品后1-6小時由運動誘發(fā)出現(xiàn)低血壓、呼吸困難和全身蕁麻疹等癥狀4。

非乳糜瀉型小麥敏感性：這是一種不清楚機制的反應類型，由于對小麥中的某些成分敏感，導致進食后出現(xiàn)類似于腸易激綜合征（IBS）的癥狀，如腹瀉、腹脹、腹痛等

應用

食品工業(yè)

面粉強化和烘烤食品

谷朊粉最基本的用途就是用來調(diào)整面粉蛋白含量4。許多地方面粉生產(chǎn)廠家通過添加谷朊粉到低筋粉中以達到面包粉的要求，而不必混合昂貴的、進口高筋粉。這種方法在歐洲已被普遍采用。同樣，面包制造商也用谷朊粉來強化一般級別的面粉，而不必儲存大量的高筋粉。

谷朊粉的獨特的黏彈性能改善面團強度、混合性和處理性能；其成膜發(fā)泡能力能夠保存空氣用以控制膨脹度，改善體積、勻稱度和紋理；其熱凝固性能提供了必要的結構強度和咀嚼特性；其吸水能力提高了烘烤產(chǎn)品的產(chǎn)量、柔軟度和保質(zhì)期。據(jù)估計大約70%的谷朊粉用于生產(chǎn)面包、甜點心和各種各樣的發(fā)酵產(chǎn)品。根據(jù)烘烤食品特定的用途，紋理和保質(zhì)期的要求，谷朊粉的用量各有不同。例如，在小麥粉中增加約1%谷朊粉能降低椒鹽脆餅成品的破損率，但增加了太多谷朊粉可能導致椒鹽脆餅吃起來太硬。在預切漢堡和熱狗面包中使用大約2%谷朊粉，可以改善其強度，并能給小面包提供想要的的脆皮特性。

面條加工

在掛面生產(chǎn)中，添加1%～2%谷朊粉時，由于面片成型好，柔軟性增加，所以收到了提高操作性，增加筋力，改良觸感的效果4。煮面時，能減少面條成分向湯中溶出，有提高煮面得率，防止面條過軟或斷條，增加面延伸效果。

肉、魚及家禽產(chǎn)品

谷朊粉能夠結合脂肪和水的同時增加蛋白質(zhì)含量，這使谷朊粉在肉類、魚類和家禽產(chǎn)品中也有廣泛的應用4。面筋通過組織化重構過程提高了對牛肉、豬肉和羊肉的利用，面筋可以削切成更美味的牛排型產(chǎn)品以轉換不夠理想的鮮肉。面筋具有良好刨削性質(zhì)，對于肉制品加工，如在家禽卷、“整體”罐頭火腿和其他非特異性面包型產(chǎn)品中，它提高了刨削的特點，減少了烹飪過程中的損耗。

在肉制品中，谷朊粉蛋白作為黏合劑、填充劑或增量劑而呈現(xiàn)出許多優(yōu)點。使用量1%～5%的谷朊粉作為黏合劑使用在肉制品中賦予產(chǎn)品許多優(yōu)點，諸如增加黏彈性、色澤穩(wěn)定性、硬度、出汁率和保水性，降低了保油性和加工損耗。其凝固特性有利于改善流變特性，增強成片能力和保持感官特性。小麥面筋獨特的黏合性、薄膜成型性和熱固性有助于將肉和果蔬粘合在一起制成牛排，也可將谷朊粉撒到肉片上。它也可被用在罐裝漢堡包及面包切片中，以減少加工和蒸煮損失。谷朊粉的添加量為其質(zhì)量的2%～3.5%。另外，谷朊粉也被用到肉餅中，有時也可作為香腸和一些肉產(chǎn)品的黏結劑。當面筋被水化后，它的結構伸展開，可被拉成絲、線或膜，利用此特點可被做成各種各樣的人造肉。例如：谷朊粉可生產(chǎn)蟹肉類似物，甚至人工魚子醬，溶于酒精的谷朊粉可用于制備可剝的食用膜，如腸衣膜。

谷朊粉的另一個主要用途是作為替代肉類的素食食品，以及生產(chǎn)人造的昂貴肉類，如海鮮和蟹類的類似物，特別是在日本，由于對健康和食品安全日益關注，越來越多的消費者正在尋找肉類替代品。純濕面筋可以調(diào)味，變形，并加工成肉丸和牛排。組織化處理的小麥面筋利用擠壓技術可以用來模仿肉類的口感，咀嚼性和味道。這種方法制造的“肉”產(chǎn)品適合作為即食主菜，也可作為三明治夾心或比薩餅和沙拉配料。面筋可以在“素食者漢堡包”中扮演似肉物。

谷類食品和營養(yǎng)小吃

由于谷朊粉特有的風味和營養(yǎng)，被谷朊粉強化的谷物食品已被消費者廣泛地接受，尤其和牛奶一起享用4。如：高樂高。因為谷朊粉不僅提供必需的營養(yǎng)需求，而且有助于在加工中將維生素和礦物質(zhì)粘合在一起，強化谷物食品。在營養(yǎng)小吃中，谷朊粉提供豐富的營養(yǎng)和酥脆性。一般添加量為1%～2%。但在澳大利亞，一些產(chǎn)品的谷朊粉質(zhì)量分數(shù)達到30%～45%。其中一個高蛋白小吃的例子就是包含土豆條、面包屑和谷朊粉的一種面食。

奶酪類似物和比薩

利用谷朊粉制造的合成奶酪在質(zhì)地和口感上與天然奶酪沒有什么區(qū)別4。國際小麥面筋協(xié)會近來的研究表明，谷朊粉單獨或者和大豆蛋白混合使用，可部分取代昂貴的酪蛋白酸鈉，大大地降低了奶酪的生產(chǎn)成本。谷朊粉也被用來強化比薩表面強度，提供硬外殼和爽口感，使外皮酥脆，增加咀嚼性，并能減少水分從醬汁轉移到比薩內(nèi)部。添加量為小麥粉基質(zhì)的1%～2%。

水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)

水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)（包括魚類、甲殼類動物）是一個日益膨大的工業(yè)4?，F(xiàn)代養(yǎng)殖業(yè)依靠飼養(yǎng)來提高產(chǎn)量，谷朊粉的特性正好迎合這一需求。它的粘合性將小球狀或者粒狀飼料粘結起來；它的水不溶性可以防止球潰散；它的黏彈性提供柔軟而粘著的質(zhì)地組織，使其擁有一定的界面張力，懸浮于水中，利于吞食。而且谷朊粉還具有豐富的營養(yǎng)價值。

調(diào)味品

谷朊粉也用于制備醬油，并制造味精4。谷朊粉的高谷氨酰胺含量使它成為制造后者的理想的初級材料。用谷朊粉制造的醬油同傳統(tǒng)醬油相比，擁有淺色，緩慢褐變率，優(yōu)良的風味和良好的稠度。

食品保鮮

小麥面筋蛋白因其獨有的黏彈性和水不溶性受到了國內(nèi)外一些膜研究者的關注，并從理論上指出它可能成為一種優(yōu)秀的成膜劑(Kester和Fennema)3。Kayserilioglu等人的研究表明：在pH值4～11，干燥或非干燥條件下，0%～40%(w/w)的木聚糖與谷朊粉結合能形成可生物降解性的復合膜。陳新健等人的研究也表明：用可食性面筋蛋白涂膜荔枝，對荔枝有較好的保鮮作用，不但降低了爛果率，避免了營養(yǎng)成分的顯著減少，荔枝保鮮期也由2～3 d延長至7 d。彭海萍等人以小麥面筋蛋白為原料制備了可食性包裝膜。該研究不但通過單因素試驗探討了影響膜厚度、膜透光率、膜水溶性和膜阻隔性能的主要因素，還通過正交試驗確定了小麥面筋成膜的最佳工藝條件是：小麥面筋與甘油的配比為4:1，乙醇濃度為50%，成膜溶液的pH值為11，熱處理溫度為80℃。

飼料工業(yè)

谷朊粉的蛋白質(zhì)含量高，氨基酸組成比較齊全，在飼料工業(yè)中，可以利用其優(yōu)良的蛋白源作為高檔動物及寵物的飼料35。在飼料加工過程中，只要將谷朊粉與其他食物性蛋白按比例混合，并根據(jù)動物飼料的特性及其所缺的必需成分進行合理搭配，就能制成各種動物的專用飼料。高檔谷朊粉具有“清淡醇味”或“略帶谷物口味”，與其他成分混合制成飼料后，可以說色香味俱全，特別適合于各種寵物的口味，這樣大大增加了飼料的利用率。

高質(zhì)量的谷朊粉在30～80℃的溫度范圍內(nèi)能迅速吸入自身2倍重的水分，這種性能能夠防止制品水分分離，提高其保水性。在制作懸浮飼料時添加谷朊粉，飼料吸水后的懸浮性和自然黏彈性都得到提高。當谷朊粉與飼料中的其他成分充分拌和，由于其強力的黏附性，很容易將飼料造型成顆粒。飼料顆粒投放到水中后吸水，飼料顆粒被充分包絡在濕面筋網(wǎng)絡結構中，能夠懸浮于水中，這樣不但使飼料的營養(yǎng)不損失，而且大大提高了動物對谷朊粉的利用率。

醫(yī)藥工業(yè)

近年的研究發(fā)現(xiàn)，某些食物蛋白質(zhì)肽鏈中蘊藏著生物活性肽6 。它們在蛋白質(zhì)降解過程中釋放出來，發(fā)揮代謝調(diào)節(jié)作用。研究發(fā)現(xiàn)，小麥面筋蛋白經(jīng)堿性蛋白酶、胃酶、胃酶和胰酶復合水解制備的 3 種短肽具有較好的鎮(zhèn)痛作用和較好的阿片活性 。此外，面筋蛋白還可以用于藥物的釋放。 Andreani L等分別用小麥面筋蛋白和面筋/聚乙二醇復合物對地爾硫包封成膠囊，包封率高，且添加聚乙二醇后增加了微球體的多孔性，也影響了模型藥物的體外釋放 。M ascheroni E 等以谷朊粉為基質(zhì)制備了醫(yī)用抗菌劑( 香芹酚) 傳遞系統(tǒng)，結果發(fā)現(xiàn)，填充高含量(≥5 %) 蒙脫石顆粒后，很好地保留并保護了香芹酚的抗菌活性。隨著醫(yī)藥研究的不斷深入，必將進一步拓寬面筋蛋白的應用范圍 。

制造工業(yè)

隨著煤炭、石油等不可再生資源被不斷地開采，資源日益枯竭，人們對怎樣將谷朊粉作為原料運用到工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)重新產(chǎn)生了興趣5。1971年，Noznichk和Tatter研制出谷朊粉膠囊，所制得的膠囊能夠延緩色澤的衰退、減少風味物質(zhì)的釋放和藥物有效成分的散失。1982年，Winter發(fā)明了用甲醛將小麥蛋白改性，可用于選擇性地吸附回收重金屬離子。1989年，Tsuda和Hann等利用部分水解后的谷朊粉合成出性能良好的去污劑。1996年，McGuire等對谷朊粉進行酸堿改性后與害蟲控制劑混合制成噴霧型害蟲控制劑，能夠很好讓控制劑吸附在植物表面和害蟲體表毛發(fā)上，達到有效控蟲的目的。2003年，Bassi等將利用焦亞硫酸鈉還原所得的谷朊粉添加到紙漿涂膜原料中，能夠起到增加產(chǎn)品光澤度的效果。2004年，Woerd等對谷朊粉進行硫醇改性，能夠制成工業(yè)用可降解膜。

發(fā)展前景

隨著人類環(huán)保意識的增強及不可再生資源的短缺和人類需求日益增大，谷朊粉再度受到人們的重視。據(jù)統(tǒng)計，國際市場對谷朊粉需求量呈日益增長趨勢。美國、澳大利亞的谷朊粉產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的70%4，2010年我國谷朊粉年產(chǎn)量達到30萬 t，國內(nèi)谷朊粉市場規(guī)模迅速擴大，已從20世紀90年代不足1000t擴大到了年消費10萬 t以上，且每年都以15%以上的速度不斷遞增。

對于谷朊粉的研究和利用主要集中在食品及飼料工業(yè)，對于高附加值的應用研究還較少，并且主要集中在谷朊粉的整體特性上，對谷朊粉具體組分及其功能特性的研究較少6 。因此，在繼續(xù)開發(fā)谷朊粉的方向上，應加強基礎性研究，進一步認識其組分的結構 、功能及其對應關系，從本質(zhì)上認識谷朊粉，為以后應用奠定理論基礎。

此外，雖然谷朊粉作為改良劑已在食品加工等方面起到了較好的效果，但由于谷朊粉中含有較多的疏水性氨基酸，分子結構中疏水作用區(qū)域較大，因此其溶解度較低。這一特性使得它的應用范圍受到限制。為了提高和拓寬谷朊粉的功能特性，就需要利用技術手段對谷朊粉的蛋白質(zhì)結構加以改造，該技術稱為谷朊粉改性技術，也是當前谷朊粉應用研究的熱點之一。對谷朊粉進行改性的方法主要有化學方法、物理方法、基因工程法和酶法等3，其中用化學方法對谷朊粉進行改性的研究報道較多，也有少數(shù)用物理方法對谷朊粉進行改性的報道。

化學改性主要包括水解作用、磷酸化作用和?；饔玫?。酶法改性是采用蛋白酶對蛋白質(zhì)進行酶解。化學改性在產(chǎn)生預期效果的同時，可能在營養(yǎng)和毒理方面造成有害的效應，因此，化學方法改性在食品加工中的應用受到一定的限制。采用酶法改性，酶促反應速度快，專一性強，條件溫和，能耗很低，而反應效率較高，在低酶濃度下也能產(chǎn)生顯著效果，不需要特殊的設備，一般不會導致營養(yǎng)方面的損失，也不會產(chǎn)生毒理方面的問題。從營養(yǎng)和經(jīng)濟上講，酶法改性都明顯優(yōu)于物理改性和化學改性，該法是一種有發(fā)展前途的改性方法。

隨著針對谷朊粉應用研究的持續(xù)深入，谷朊粉必將得到更廣泛的應用，并最大限度地發(fā)揮其作用來滿足人們的需求。