呂一鳴，田瀟凌，王曉曦，馬 森

（河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院，鄭州 450001）

小麥(Triticum aestivum L.)是世界范圍內(nèi)重要的主糧作物，是30%人口的食物來源，小麥中含有8%～20%的蛋白質(zhì)，主要存在于小麥胚乳中 （70%～75%），少量存在于小麥皮層（19%）和麥胚中（8%）[1]。根據(jù)溶解性的不同可以將小麥蛋白分成四種，分別是清蛋白（溶于水）、球蛋白（僅溶于鹽溶液）、麥醇溶蛋白（溶于70%～90%乙醇）以及麥谷蛋白（溶于稀酸和稀堿溶液）[1]。小麥蛋白以生物學(xué)功能分類，可以分為貯藏蛋白質(zhì)和代謝蛋白質(zhì)，貯藏蛋白質(zhì)主要是指面筋蛋白約占小麥籽粒總蛋白的80%，主要包括麥醇溶蛋白和麥谷蛋白，面筋蛋白的含量會影響小麥粉的品質(zhì)和加工用途，面筋蛋白具有水化性質(zhì)，可以吸水膨脹但不溶于水，有著較好的親油性和乳化性；在面筋或面團(tuán)的形成過程中，麥谷蛋白形成連續(xù)的網(wǎng)狀蛋白基質(zhì)，麥醇溶蛋白則填充在蛋白基質(zhì)中，兩者共同作用，使得面筋蛋白具有黏彈性[2]。代謝蛋白質(zhì)包括各種酶、調(diào)控蛋白和轉(zhuǎn)運蛋白，α-淀粉酶、蛋白酶抑制因子、調(diào)控酶等清蛋白可以調(diào)節(jié)小麥籽粒的生長，還可以作為發(fā)芽胚的營養(yǎng)物質(zhì)，清蛋白和球蛋白的氨基酸組成更加平衡，賴氨酸、色氨酸及蛋氨酸含量相對較高；小麥的清蛋白與球蛋白的功能性質(zhì)相似，具有很好的乳化性、起泡性、泡沫穩(wěn)定性，小麥球蛋白和大豆球蛋白性質(zhì)相似，有著較好的乳化穩(wěn)定性[1]。然而目前關(guān)于小麥蛋白的應(yīng)用更多的是局限于面制品方面，形式單一。因此，本文通過對小麥蛋白質(zhì)的提取、改性和應(yīng)用進(jìn)行綜述，旨在為充分利用小麥蛋白質(zhì)資源、提高小麥的附加值、擴大其應(yīng)用范圍提供理論指導(dǎo)。

1 小麥蛋白質(zhì)的提取

小麥中總蛋白質(zhì)的提取需要首先將原料粉碎，再加入堿液溶解蛋白質(zhì)，通過離心除去不溶性物質(zhì)(例如淀粉和不可溶性纖維)，然后將溶液pH調(diào)節(jié)至小麥蛋白質(zhì)的等電點使蛋白質(zhì)沉淀，洗滌沉淀物后并再次離心除去其中可溶性物質(zhì)(糖、可溶性纖維)，將沉淀物水洗并干燥后，即得到濃縮的小麥蛋白[3]。而對于小麥中清蛋白、球蛋白、麥醇溶蛋白以及麥谷蛋白的提取，主要是利用各個蛋白質(zhì)在不同溶液中溶解性的差異依次分級提取，但是用這種方法獲得的蛋白組分具有廣泛的異質(zhì)性，組分之間存在重疊的現(xiàn)象，在分離蛋白質(zhì)的過程中還容易受到非蛋白組分的干擾[1]。

面筋蛋白通常被加工成谷朊粉后用來提高面包、饅頭、面條等面制品的品質(zhì)。提取面筋蛋白的第一步就是將淀粉和面筋分離，分離方法主要有馬丁法、高速離心分離法、旋流法和三相臥螺工藝等。馬丁法是傳統(tǒng)面筋提取方法，用水沖洗生面團(tuán)，將其中的淀粉與水溶性蛋白質(zhì)洗出，剩下的即為面筋蛋白；高速離心分離法是將小麥粉和水混合勻質(zhì)后形成面漿，然后再高速離心使淀粉、可溶性蛋白與面筋蛋白分離；三相臥螺工藝是規(guī)模化生產(chǎn)小面筋蛋白的首選方法，小麥粉與水充分混合后，不同組分間吸水率相差較大，吸水后出現(xiàn)密度差，從而在離心時將物料分為A淀粉相、B淀粉和面筋相、戊聚糖相，然后再用分離篩將B淀粉與面筋分離[4-5]。還可以將乙醇溶液調(diào)至酸性后作為面筋蛋白的提取液，小麥粉與提取液混合均勻后再離心分離，即可得到面筋蛋白[6]。面筋蛋白和淀粉通過水處理分離后，為了提高谷朊粉的貯藏期和方便運輸，需要進(jìn)行干燥，由于面筋蛋白對溫度很敏感，因此合適的干燥溫度極為重要。一般認(rèn)為面筋蛋白可以被加熱到70℃而不會對其功能特性產(chǎn)生有不利的影響；然而，在80℃以上時，面筋蛋白就會發(fā)生變性。面筋在環(huán)形干燥器中干燥，促進(jìn)濕面筋(濕度約70%)與之前干燥的面筋混合。濕面筋的干燥速度和溫度必須小心控制，因為它的功能特性很容易受到濕熱破壞。其它可用于工業(yè)的干燥工藝還有滾筒干燥和噴霧干燥。除高溫烘箱干燥外，還可采用冷凍干燥和真空干燥。干燥完成后，再磨成細(xì)顆粒粉即為谷朊粉[7]。此外，值得一提的是小麥感染赤霉病以后，籽粒干癟，品質(zhì)降低，加工出粉率降低，嚴(yán)重影響小麥加工品質(zhì)，造成產(chǎn)量損失[8]。然而這些真菌毒素主要分布在皮層，由于嘔吐毒素易溶于水，水洗或表面清理后能夠除去大量的嘔吐毒素，所以針對僅感染鐮刀菌的小麥可以通過研磨制粉后再提取谷朊粉，能夠顯著降低提取物中嘔吐毒素含量；但是黃曲霉毒素 B1、玉米赤霉烯酮以及赭曲霉毒素A不易溶于水難以在水洗工藝中除去，會導(dǎo)致這些毒素在谷朊粉中富集，所以針對真菌污染嚴(yán)重以及混合污染的小麥不適合提取谷朊粉[9]。

2 小麥蛋白質(zhì)的改性

2.1 小麥蛋白質(zhì)的改性

由于面筋蛋白中含有大量的谷氨酸、亮氨酸及脯氨酸等疏水性氨基酸，使得面筋蛋白分子內(nèi)疏水區(qū)域較大，最終導(dǎo)致其水溶性差、起泡性差，從而限制了應(yīng)用范圍[2]。為了使面筋蛋白應(yīng)用范圍更廣，對其進(jìn)行改性處理非常重要。面筋的結(jié)構(gòu)由共價鍵(二硫鍵)和非共價鍵(氫鍵、離子鍵、疏水鍵)組成，通過各種改性處理后容易發(fā)生改變。蛋白質(zhì)的改性可分物理改性、酶法改性、化學(xué)改性等，改性對其結(jié)構(gòu)、功能特性都有很大的影響。

2.1.1 物理改性

物理改性涉及面筋蛋白的聚集和降解，其二級和三級結(jié)構(gòu)受到離子、氫鍵、二硫鍵以及靜電和疏水相互作用的影響，它們在決定面團(tuán)流變學(xué)性質(zhì)和功能性特性方面起著主導(dǎo)作用[10]。物理改性的方法一般都是通過熱能、機械能使小麥蛋白質(zhì)分子的高級結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的理化性質(zhì)等發(fā)生改變。小麥面筋蛋白經(jīng)微波處理后，二級結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，同時促進(jìn)了二硫鍵和異肽鍵的形成，導(dǎo)致α-螺旋和β-轉(zhuǎn)角增多，但是分子間β-折疊則有明顯的減少；微波功率達(dá)到1000 W時，會破壞面筋結(jié)構(gòu)，且隨著功率的升高和處理時間的增長，蛋白質(zhì)分子之間發(fā)生的交聯(lián)愈加明顯[11]。微波處理通常還伴隨著熱作用，熱能通過改變離子鍵、氫鍵和二硫鍵以及靜電和疏水相互作用，導(dǎo)致蛋白質(zhì)的構(gòu)象改變[12]。微波處理后的面筋蛋白的乳化穩(wěn)定性和起泡穩(wěn)定性提高，蛋白質(zhì)的受控?zé)嶙冃赃€增加了蛋白質(zhì)的表面疏水性[13]。超聲處理會導(dǎo)致小麥蛋白質(zhì)的水合、分子大小以及構(gòu)象發(fā)生變化，進(jìn)一步導(dǎo)致其功能性質(zhì)的改變[14-15]。面筋蛋白超聲處理后網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變得松散，面筋網(wǎng)絡(luò)的孔隙增大，這可能是由于超聲波處理引起的微射流、剪切力、沖擊波和湍流，導(dǎo)致多肽鏈中氫鍵和范德華相互作用的破壞，以及蛋白質(zhì)分子之間的交聯(lián)，進(jìn)一步導(dǎo)致了面筋蛋白的膨脹及其空間構(gòu)象和二級結(jié)構(gòu)的變化；隨著超聲頻率的增加，面筋的溶解度、持水能力和持油能力顯著提高，面筋表面疏水性增加[16]。輻照處理會對面筋的物理化學(xué)性質(zhì)和流變性質(zhì)產(chǎn)生影響[17]。根據(jù)γ輻射的范圍，觀察到輻射對蛋白質(zhì)的破碎和聚集有兩種不同的影響[18]。根據(jù)SDS-PAGE圖譜，由于多肽鏈的輕微斷裂，在低劑量范圍的γ射線照射下，隨著照射劑量的增加，谷蛋白誘導(dǎo)高分子量和低分子量谷蛋白亞基的強度顯著降低；然而，在高劑量范圍降解蛋白分子的交聯(lián)產(chǎn)物是通過靜電相互作用、交聯(lián)反應(yīng)、二硫鍵和二酪氨酸交聯(lián)產(chǎn)生的[19]。

2.1.2 化學(xué)改性

化學(xué)改性與其它處理方法相比具有許多優(yōu)點，包括反應(yīng)時間短、成本低、不需要專門設(shè)備和改性效果明顯。面筋蛋白的化學(xué)改性主要可以通過酰化、糖基化、磷酸化和脫酰胺化進(jìn)行?；瘜W(xué)改性導(dǎo)致面筋蛋白變性、分解蛋白質(zhì)基質(zhì)和蛋白質(zhì)表面必需氨基酸的可用性增加而改善營養(yǎng)質(zhì)量，改善面筋蛋白的功能特性（起泡和乳化能力）；盡管各種化學(xué)改性在理論上是可行的，但是必須注意其改性后的安全性，當(dāng)賴氨酸發(fā)生美拉德反應(yīng)和堿性降解等反應(yīng)時，會產(chǎn)生類似賴丙氨酸等有毒的化合物，改性過程中可能會殘留化學(xué)物質(zhì)[20]。磷酸化的面筋蛋白能夠吸收大約85倍至200倍于自身重量的水，水的吸收率的提高是由于面筋蛋白中的氨基酸的羥基(包括酪氨酸、絲氨酸和蘇氨酸)形成的酯，帶負(fù)電荷的磷酸基可能導(dǎo)致蛋白質(zhì)聚合鏈相互排斥，導(dǎo)致吸水量的增加[21]。通過使用葡萄糖、乳糖和右旋糖酐生成糖基化面筋蛋白，與未處理的面筋蛋白相比，糖基化面筋的溶解度、乳化能力和穩(wěn)定性增強，而且糖基化面筋的表面疏水性有所提高[22]。?；瘯?dǎo)致面筋蛋白中的氫鍵斷裂、靜電斥力引起的蛋白質(zhì)展開、高分子量蛋白質(zhì)的解離、蛋白質(zhì)與水之間的相互作用增多、高分子量麥谷蛋白、麥醇溶蛋白含量降低，從而使面筋蛋白的吸水、發(fā)泡、乳化及持水等功能特性增強[23-24]。面筋蛋白乙酰化后粘性、彈性、硬度及咀嚼性降低，這表明氫鍵作用于谷蛋白酰胺基，改變了疏水相互作用和分子量分布[23]。

2.1.3 酶法改性

酶法改性是一種清潔的工藝，其所需的能耗低，產(chǎn)生的廢棄物少，以及更安全的工作條件。與化學(xué)改性不同，酶法改性不影響面筋蛋白的營養(yǎng)價值，同時酶也是生物可降解的蛋白質(zhì)，在熱加工的過程中會發(fā)生變性。酶法改性提高了面筋蛋白的持水能力、黏彈性和流變學(xué)特性，進(jìn)一步影響產(chǎn)品的風(fēng)味、體積、內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及保質(zhì)期[25]。此外，酶能根據(jù)酶的類型水解或交聯(lián)谷蛋白，并能增強面筋蛋白的乳化性、溶解度和起泡性[26]。酶能夠通過影響面筋蛋白的交聯(lián)和鍵合來影響其性質(zhì)和面筋網(wǎng)絡(luò)的形成。谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶催化谷氨酰胺殘基上的?；w與?；荏w間發(fā)生?；D(zhuǎn)移反應(yīng)，從而使蛋白質(zhì)發(fā)生共價交聯(lián)，形成強有力的凝膠，有效改善蛋白質(zhì)產(chǎn)品的彈性、持水性等功能特性[27]。通過使用水解酶，面筋蛋白二級結(jié)構(gòu)的變化可以使其乳化能力增強，肽鍵的破壞可以促進(jìn)肽和脂質(zhì)之間的相互作用，并增加油水界面肽殘基的可用性，從而降低界面張力并提高乳化性[28]。

3 小麥蛋白質(zhì)的應(yīng)用

3.1 谷朊粉的應(yīng)用

谷朊粉一般是以小麥粉為原料經(jīng)分離、提取、烘干、粉碎等工藝后得到的一種粉末狀產(chǎn)物。由于其主要成分是面筋蛋白，具有較好的黏彈性、延伸性、吸水性且安全性較好，可作為綠色的面團(tuán)改良劑，廣泛地應(yīng)用于面制品中。

3.1.1 谷朊粉在面條中的應(yīng)用

在面條的生產(chǎn)過程中添加適量谷朊粉，能增加面條的硬度和柔軟度，減小蒸煮損失率，減少斷條或出現(xiàn)面條過軟等現(xiàn)象[29]。目前，關(guān)于谷朊粉及其組分添加至面粉中影響面粉的粉質(zhì)、拉伸、糊化及流變等特性已廣泛研究[30]。研究表明，當(dāng)谷朊粉添加量為1.5%時，對面粉的粉質(zhì)和拉伸有改善，但過量則會產(chǎn)生不良影響，如面片亮度下降。當(dāng)谷朊粉添加量為1.5%～3%時，面粉的面筋特性、粉質(zhì)和拉伸特性及面帶的色澤和黏彈性較好，并且面條成品具有較佳的硬度和口感[31]。在全麥面條中，麩皮稀釋了面筋蛋白含量，使面條吸水性和溶出性變差，谷朊粉的加入能明顯改善全麥面條品質(zhì)[32]。谷朊粉對于雜糧面條的加工品質(zhì)改良也有重要意義，它可以增加雜糧粉面團(tuán)的面筋強度和耐揉性[33]。

3.1.2 谷朊粉在面包中的應(yīng)用

在烘焙產(chǎn)品中，谷朊粉可以用來強化蛋白質(zhì)含量低、質(zhì)量不理想或不適合制作面包的面粉，添加谷朊粉后能夠提高蛋白質(zhì)含量，改善面包品質(zhì)[34]。此外，還有研究表明，在烘焙過程中，谷朊粉蛋白質(zhì)含量高，有利于發(fā)生美拉德和焦糖化反應(yīng)，可以產(chǎn)生誘人的香味[35-36]。當(dāng)使用面包粉制作面包時，谷朊粉通常用作改良劑，以改善面團(tuán)的吸水性，增加彈性、持氣性、面團(tuán)耐揉性和穩(wěn)定性。當(dāng)使用雜糧粉制作面包時，雜糧面筋蛋白少，無法滿足加工需求，而谷朊粉的持水性高，能鎖住雜糧面包內(nèi)部水分，使其增加黏彈性和獲得較好的質(zhì)地和口感[33]。此外，谷朊粉作為改良劑在木薯粉、大麥粉等面粉制品中也有一定的應(yīng)用[37-38]。

3.1.3 谷朊粉在非面制食品中的應(yīng)用

谷朊粉良好的功能特性使其在食品領(lǐng)域的應(yīng)用也非常廣泛。谷朊粉具有很好的吸脂乳化性，可以應(yīng)用于肉制品中，能促進(jìn)體系中脂肪和水相互結(jié)合，還可以增加肉制品的彈性、韌性、持水性[39]。隨著消費者對健康和食品安全的日益關(guān)注，谷朊粉還可以作為動物蛋白的替代品，例如與大豆分離蛋白復(fù)配后進(jìn)行擠壓處理后制成植物肉[40]。谷朊粉中的谷氨酸含量較高使其成為制造醬油的理想原料，谷朊粉水解后再參與醬油的發(fā)酵，可以明顯提高醬油的總體滋味，尤其是鮮味，還能夠提高醬油的稠度[41]。谷朊粉用Protamex復(fù)合蛋白酶水解后具有良好的乳化性，可作為乳化劑應(yīng)用在奶油的生產(chǎn)中，從而減少化學(xué)乳化劑的添加，F(xiàn)lavourzyme風(fēng)味蛋白酶酶解后具有獨特的蛋白脫苦性質(zhì)，提高人造奶油的感官品質(zhì)和性能[42]。

3.1.4 谷朊粉在飼料中的應(yīng)用

谷朊粉作為一種天然的、易獲取的植物蛋白質(zhì)，在飼料工業(yè)中的應(yīng)用也有其獨特的優(yōu)勢，可以根據(jù)所飼養(yǎng)動物的特點與其他成分合理復(fù)配制成專用飼料。在寵物飼料中，谷朊粉具有很好的吸水能力和與脂肪的相互替代作用，因此可以用來制作類似于肉的飼料，也能夠滿足動物的營養(yǎng)需求；對于寵物飼料來說，添加谷朊粉有助于提高飼料抗破損性的能力，便于包裝和運輸[7]。在蝦飼料中添加谷朊粉后不僅能提高飼料在水中的穩(wěn)定性，還提高了飼料效率，蝦的體重明顯增加[43]。谷朊粉可以作為牛奶的代替品添加在牛犢的飼料中，為牛犢提供良好的蛋白質(zhì)來源，有效地降低了飼料的成本[44]。

3.1.5 谷朊粉在非食品領(lǐng)域中的應(yīng)用

谷朊粉具有成膜性、熱塑性等功能特性，因此在非食品的領(lǐng)域也有廣闊的應(yīng)用前景[45]。谷朊粉具有彈性、延伸性、吸水性和成膜性等，與其它成膜材料如多糖、蛋白質(zhì)、脂類復(fù)合改性使其可以制作成可食性膜[46]。谷朊粉與大豆分離蛋白、甘油和亞硫酸鈉復(fù)配后制成的蛋白質(zhì)膜具有良好的性能[47]。谷朊粉是一種可再生資源，能夠形成纖維網(wǎng)絡(luò)，在形成薄膜時可以提供強度、彈性和可塑性[48]。然而，當(dāng)谷朊粉被用作可食性膜時需要注明，避免乳糜瀉患者誤食。谷朊粉可以經(jīng)脲、十二烷基硫酸鈉和巰基乙醇等化學(xué)試劑改性后能夠用于制作膠黏劑[49]。谷朊粉水解后產(chǎn)生的氨基酸再與十二烷基酰氯反應(yīng)的產(chǎn)物可以作為表面活性劑，應(yīng)用在化妝品或個人護(hù)理產(chǎn)品中[50]。

3.2 小麥肽

小麥肽的獲取方法有化學(xué)水解法、化學(xué)合成法、DNA重組技術(shù)合成法、微生物發(fā)酵法和蛋白質(zhì)酶解法[51]。小麥蛋白低聚肽是以小麥蛋白質(zhì)為原料，通過酶制劑定向酶切及特定小肽分離技術(shù)獲得的小分子多肽物質(zhì)，小麥胚芽蛋白中也含有多種生物活性肽，與蛋白質(zhì)相比，生物活性肽不僅具有更好的消化吸收性能，而且具有重要的抗氧化、調(diào)節(jié)免疫、降血壓、降血脂等生理功能[52]。抗氧化性是小麥肽的最主要功能特性，這主要是因為小麥肽含有大量的谷氨酰胺，它是谷胱甘肽的主要前體物質(zhì)，而谷胱甘肽具有很好的抗氧化作用，小麥肽中的氨基酸還能夠直接被機體吸收并參與機體多種代謝反應(yīng)，從而降低自由基對蛋白質(zhì)的損傷[53]。小麥肽容易消化吸收，能迅速為機體提供能量、促進(jìn)脂質(zhì)代謝和恢復(fù)體力特性，可用于運動員食品的制備。采用小麥肽作為運動食品能量膠的主要原料，預(yù)防和緩解運動疲勞、運動后損傷組織的修復(fù)和減少肌酸激酶在細(xì)胞內(nèi)的外滲具有重要作用[54]。以小麥肽為原料制作的運動飲料，具有抗氧化和抗疲勞活性[55]。小麥肽還可以有效刺激胃饑餓素的分泌，增強食欲[56]。

4 結(jié)論

小麥蛋白質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)及功能特性都已經(jīng)有了較多的研究，但是小麥蛋白質(zhì)資源的開發(fā)利用還有所欠缺。尤其是小麥清蛋白、球蛋白提取與應(yīng)用遠(yuǎn)不如面筋蛋白，清蛋白、球蛋白良好的營養(yǎng)特性及功能特性也未得到充分的利用，有待進(jìn)一步開發(fā)研究?？梢酝ㄟ^對現(xiàn)有的面筋蛋白提取工藝進(jìn)行改良，先利用溶解性差異將清蛋白和球蛋白提取出來，然后再提取面筋蛋白，能夠有效減少蛋白質(zhì)資源的浪費。小麥蛋白質(zhì)中面筋蛋白的獨特的功能性質(zhì)在面制品中發(fā)揮著重要的作用，但同時其應(yīng)用范圍有一定的局限性，而面筋蛋白在經(jīng)過改性后，通過改變離子健、氫鍵、二硫鍵以及疏水、靜電相互作用，可以改善其功能性質(zhì)。面筋蛋白經(jīng)過加工后制成的谷朊粉及其衍生產(chǎn)物具有良好吸水性、乳化性、熱塑性及成膜性等功能性質(zhì)，在非面制品食品以及非食品領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用空間。小麥肽還是一種質(zhì)優(yōu)價廉、健康安全的功能性因子，可以作為功能性食品的原料，為小麥蛋白的增值利用提供新的途徑。