谷朊粉

小麦中提取出来的天然蛋白质

谷朊粉又称活性面筋粉，其蛋白质含量在80%以上，且氨基酸组成比较齐全，是营养丰富、物美价廉的植物性蛋白源。谷朊粉主要由分子量较小、呈球状、具有较好延伸性的麦胶蛋白与分子量较大、呈纤维状、具有较强弹性的麦谷蛋白组成。当谷朊粉吸水后则形成具有网络结构的湿面筋，具有良好的粘弹性，延伸性，热凝固性，乳化性，以及薄膜成型性，如传统产品中的面筋、烤麸、霉麸、古老肉、素肠、素鸡、素鸭、油面筋等等，就是上述特性的简单应用。

组成

谷朊粉主要组成成分是麦谷蛋白和醇溶蛋白，另外还含有少量淀粉、脂肪、矿物质等（表1）。麦谷蛋白是由多肽键通过分子间二硫键作用聚合而成的蛋白，其分子量大，呈纤维状，以分支状方式高度交叉连接在一起，结构不规则，分子内含β-折叠结构较多，富含谷氨酰胺(Gln)和胱氨酸(Cys)。醇溶蛋白为单体蛋白，分子量约35 kD，呈球形，不溶于水及无水乙醇，但溶于70%～80%的乙醇溶液中，特点是脯氨酸和酰胺较多，非极性侧链较极性侧链多，分子内既无亚基结构，又无肽链间二硫键，单肽链间依靠氢键、疏水键以及分子内二硫键连结，形成较紧密的三维结构。在低pH值条件下，依据电泳迁移率的不同，醇溶蛋白可分为α、β、γ、ω四种类型，其中α-醇溶蛋白流动性最高，ω-醇溶蛋白流动性最差。

表1 谷朊粉的成分及含量

另外，根据在不同溶剂中的溶解性差异，可将谷朊粉中的蛋白质（面筋蛋白）分为4类：溶于水的麦清蛋白(9%)、溶于盐的麦球蛋白(5%)、溶于酒精溶液的麦醇蛋白(40%)和溶于稀酸或稀碱的麦谷蛋白(46%)。谷朊粉中蛋白质的种类及特性见表2。

表2 谷朊粉中蛋白质的种类及特性

功能特性

黏弹性

谷朊粉蛋白中的麦醇溶蛋白分子呈球状，分子量较小，具有延伸性，但弹性小；麦谷蛋白分子为纤维状，分子量较大，具有弹性，但延伸性小。这两者的共同作用，使得谷朊粉具有其它植物蛋白所没有的独特的黏弹性。

延伸性

延伸性是指把面筋块拉到某种长度而不致断裂的性能，可用面筋块拉到断裂时的最大长度来表示。面筋的延伸性分为三个级别：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弹性的直接表现。由于谷朊粉具有弹性，CO2或水汽等被连续蛋白相所包围，内部充满气体，使面筋呈海绵状或纤维状结构，形成薄膜面筋。

吸水性

谷朊粉中含有较多的疏水性氨基酸，与水接触后，高质量的面筋可吸收2倍面筋量的水，可在外围形成一层湿面筋网络结构，导致面筋蛋白的低溶解性，影响其乳化性、发泡性等其他功能性质。谷朊粉的这种吸水性可增加产品得率，并延长食品的货架期。

乳化性

蛋白质溶解性会影响乳化性，在其等电点pH值时，溶解度最低，而谷朊粉的等电点pH正处于大部分食品的酸碱范围内，因此乳化性也较差。

起泡性

食品中泡沫的形成原因是气泡分散于可溶性表面活性剂的连续液体或半固体相中的分散体系。快速搅拌时，空气进入到蛋白质溶液中，形成二维网络结构。泡沫形成后能够保持一定时间并具有一定抗破坏的能力称之为泡沫稳定性。谷朊粉的起泡性和泡沫稳定性与其溶解性有关，由于溶解性较差，其起泡性也受到影响。

凝胶性

凝胶作用的影响因素与形成凝胶的外界条件密切相关，如温度、PH值和盐浓度等等。水溶性蛋白质加热到临界温度就会变性，变性后就不易溶于水，这就是热凝固性。面筋蛋白与其它蛋白质不同，对热的敏感性差，如不加热到80℃左右，便不会凝胶化。这说明面筋中的分子间多为-S-S-交联，即面筋蛋白是由牢固的三级或四级结构构成的。因此，如果用还原剂切断面筋蛋白的-S-S-交联，其热敏感性就会显著提高。

吸油性

影响蛋白的吸油性是蛋白质的构象和蛋白质之间的反应。非共价键是涉及蛋白与油反应的主要作用力，其次是氢键。

致敏性

谷朊粉是从小麦或小麦粉中提取出来的天然蛋白质，含有高比例的麸质和胰蛋白酶淀粉酶抑制剂（ATIs）。这两种物质都可能引发人体的免疫反应，导致肠道屏障功能受损，肠道炎症增加，肠道动力异常等问题。

谷朊粉引起的过敏有不同的类型和严重程度，可能表现为以下几种情况：

乳糜泻：这是一种自身免疫性疾病，由于对麸质过敏，导致小肠黏膜受损，影响营养吸收。乳糜泻的主要症状是腹泻、腹胀、体重下降、贫血等2。

食物过敏：这是一种IgE介导的过敏反应，由于对麸质或ATIs过敏，导致进食后2小时以内出现荨麻疹、血管性水肿、喘息、恶心、腹痛甚至严重的过敏反应3。

食物依赖运动诱发的过敏性休克：这是一种特殊的食物过敏类型，由于对ω-5醇溶蛋白（一种麸质蛋白）过敏，导致进食含小麦产品后1-6小时由运动诱发出现低血压、呼吸困难和全身荨麻疹等症状4。

非乳糜泻型小麦敏感性：这是一种不清楚机制的反应类型，由于对小麦中的某些成分敏感，导致进食后出现类似于肠易激综合征（IBS）的症状，如腹泻、腹胀、腹痛等

应用

食品工业

面粉强化和烘烤食品

谷朊粉最基本的用途就是用来调整面粉蛋白含量。许多地方面粉生产厂家通过添加谷朊粉到低筋粉中以达到面包粉的要求，而不必混合昂贵的、进口高筋粉。这种方法在欧洲已被普遍采用。同样，面包制造商也用谷朊粉来强化一般级别的面粉，而不必储存大量的高筋粉。

谷朊粉的独特的黏弹性能改善面团强度、混合性和处理性能；其成膜发泡能力能够保存空气用以控制膨胀度，改善体积、匀称度和纹理；其热凝固性能提供了必要的结构强度和咀嚼特性；其吸水能力提高了烘烤产品的产量、柔软度和保质期。据估计大约70%的谷朊粉用于生产面包、甜点心和各种各样的发酵产品。根据烘烤食品特定的用途，纹理和保质期的要求，谷朊粉的用量各有不同。例如，在小麦粉中增加约1%谷朊粉能降低椒盐脆饼成品的破损率，但增加了太多谷朊粉可能导致椒盐脆饼吃起来太硬。在预切汉堡和热狗面包中使用大约2%谷朊粉，可以改善其强度，并能给小面包提供想要的的脆皮特性。

面条加工

在挂面生产中，添加1%～2%谷朊粉时，由于面片成型好，柔软性增加，所以收到了提高操作性，增加筋力，改良触感的效果。煮面时，能减少面条成分向汤中溶出，有提高煮面得率，防止面条过软或断条，增加面延伸效果。

肉、鱼及家禽产品

谷朊粉能够结合脂肪和水的同时增加蛋白质含量，这使谷朊粉在肉类、鱼类和家禽产品中也有广泛的应用。面筋通过组织化重构过程提高了对牛肉、猪肉和羊肉的利用，面筋可以削切成更美味的牛排型产品以转换不够理想的鲜肉。面筋具有良好刨削性质，对于肉制品加工，如在家禽卷、“整体”罐头火腿和其他非特异性面包型产品中，它提高了刨削的特点，减少了烹饪过程中的损耗。

在肉制品中，谷朊粉蛋白作为黏合剂、填充剂或增量剂而呈现出许多优点。使用量1%～5%的谷朊粉作为黏合剂使用在肉制品中赋予产品许多优点，诸如增加黏弹性、色泽稳定性、硬度、出汁率和保水性，降低了保油性和加工损耗。其凝固特性有利于改善流变特性，增强成片能力和保持感官特性。小麦面筋独特的黏合性、薄膜成型性和热固性有助于将肉和果蔬粘合在一起制成牛排，也可将谷朊粉撒到肉片上。它也可被用在罐装汉堡包及面包切片中，以减少加工和蒸煮损失。谷朊粉的添加量为其质量的2%～3.5%。另外，谷朊粉也被用到肉饼中，有时也可作为香肠和一些肉产品的黏结剂。当面筋被水化后，它的结构伸展开，可被拉成丝、线或膜，利用此特点可被做成各种各样的人造肉。例如：谷朊粉可生产蟹肉类似物，甚至人工鱼子酱，溶于酒精的谷朊粉可用于制备可剥的食用膜，如肠衣膜。

谷朊粉的另一个主要用途是作为替代肉类的素食食品，以及生产人造的昂贵肉类，如海鲜和蟹类的类似物，特别是在日本，由于对健康和食品安全日益关注，越来越多的消费者正在寻找肉类替代品。纯湿面筋可以调味，变形，并加工成肉丸和牛排。组织化处理的小麦面筋利用挤压技术可以用来模仿肉类的口感，咀嚼性和味道。这种方法制造的“肉”产品适合作为即食主菜，也可作为三明治夹心或比萨饼和沙拉配料。面筋可以在“素食者汉堡包”中扮演似肉物。

谷类食品和营养小吃

由于谷朊粉特有的风味和营养，被谷朊粉强化的谷物食品已被消费者广泛地接受，尤其和牛奶一起享用。如：高乐高。因为谷朊粉不仅提供必需的营养需求，而且有助于在加工中将维生素和矿物质粘合在一起，强化谷物食品。在营养小吃中，谷朊粉提供丰富的营养和酥脆性。一般添加量为1%～2%。但在澳大利亚，一些产品的谷朊粉质量分数达到30%～45%。其中一个高蛋白小吃的例子就是包含土豆条、面包屑和谷朊粉的一种面食。

奶酪类似物和比萨

利用谷朊粉制造的合成奶酪在质地和口感上与天然奶酪没有什么区别。国际小麦面筋协会近来的研究表明，谷朊粉单独或者和大豆蛋白混合使用，可部分取代昂贵的酪蛋白酸钠，大大地降低了奶酪的生产成本。谷朊粉也被用来强化比萨表面强度，提供硬外壳和爽口感，使外皮酥脆，增加咀嚼性，并能减少水分从酱汁转移到比萨内部。添加量为小麦粉基质的1%～2%。

水产养殖业

水产养殖业（包括鱼类、甲壳类动物）是一个日益膨大的工业。现代养殖业依靠饲养来提高产量，谷朊粉的特性正好迎合这一需求。它的粘合性将小球状或者粒状饲料粘结起来；它的水不溶性可以防止球溃散；它的黏弹性提供柔软而粘着的质地组织，使其拥有一定的界面张力，悬浮于水中，利于吞食。而且谷朊粉还具有丰富的营养价值。

调味品

谷朊粉也用于制备酱油，并制造味精。谷朊粉的高谷氨酰胺含量使它成为制造后者的理想的初级材料。用谷朊粉制造的酱油同传统酱油相比，拥有浅色，缓慢褐变率，优良的风味和良好的稠度。

食品保鲜

小麦面筋蛋白因其独有的黏弹性和水不溶性受到了国内外一些膜研究者的关注，并从理论上指出它可能成为一种优秀的成膜剂(Kester和Fennema)。Kayserilioglu等人的研究表明：在pH值4～11，干燥或非干燥条件下，0%～40%(w/w)的木聚糖与谷朊粉结合能形成可生物降解性的复合膜。陈新健等人的研究也表明：用可食性面筋蛋白涂膜荔枝，对荔枝有较好的保鲜作用，不但降低了烂果率，避免了营养成分的显著减少，荔枝保鲜期也由2～3 d延长至7 d。彭海萍等人以小麦面筋蛋白为原料制备了可食性包装膜。该研究不但通过单因素试验探讨了影响膜厚度、膜透光率、膜水溶性和膜阻隔性能的主要因素，还通过正交试验确定了小麦面筋成膜的最佳工艺条件是：小麦面筋与甘油的配比为4:1，乙醇浓度为50%，成膜溶液的pH值为11，热处理温度为80℃。

饲料工业

谷朊粉的蛋白质含量高，氨基酸组成比较齐全，在饲料工业中，可以利用其优良的蛋白源作为高档动物及宠物的饲料。在饲料加工过程中，只要将谷朊粉与其他食物性蛋白按比例混合，并根据动物饲料的特性及其所缺的必需成分进行合理搭配，就能制成各种动物的专用饲料。高档谷朊粉具有“清淡醇味”或“略带谷物口味”，与其他成分混合制成饲料后，可以说色香味俱全，特别适合于各种宠物的口味，这样大大增加了饲料的利用率。

高质量的谷朊粉在30～80℃的温度范围内能迅速吸入自身2倍重的水分，这种性能能够防止制品水分分离，提高其保水性。在制作悬浮饲料时添加谷朊粉，饲料吸水后的悬浮性和自然黏弹性都得到提高。当谷朊粉与饲料中的其他成分充分拌和，由于其强力的黏附性，很容易将饲料造型成颗粒。饲料颗粒投放到水中后吸水，饲料颗粒被充分包络在湿面筋网络结构中，能够悬浮于水中，这样不但使饲料的营养不损失，而且大大提高了动物对谷朊粉的利用率。

医药工业

近年的研究发现，某些食物蛋白质肽链中蕴藏着生物活性肽。它们在蛋白质降解过程中释放出来，发挥代谢调节作用。研究发现，小麦面筋蛋白经碱性蛋白酶、胃酶、胃酶和胰酶复合水解制备的 3 种短肽具有较好的镇痛作用和较好的阿片活性。此外，面筋蛋白还可以用于药物的释放。 Andreani L等分别用小麦面筋蛋白和面筋/聚乙二醇复合物对地尔硫包封成胶囊，包封率高，且添加聚乙二醇后增加了微球体的多孔性，也影响了模型药物的体外释放。M ascheroni E 等以谷朊粉为基质制备了医用抗菌剂( 香芹酚) 传递系统，结果发现，填充高含量(≥5 %) 蒙脱石颗粒后，很好地保留并保护了香芹酚的抗菌活性。随着医药研究的不断深入，必将进一步拓宽面筋蛋白的应用范围。

制造工业

随着煤炭、石油等不可再生资源被不断地开采，资源日益枯竭，人们对怎样将谷朊粉作为原料运用到工业产品的生产重新产生了兴趣。1971年，Noznichk和Tatter研制出谷朊粉胶囊，所制得的胶囊能够延缓色泽的衰退、减少风味物质的释放和药物有效成分的散失。1982年，Winter发明了用甲醛将小麦蛋白改性，可用于选择性地吸附回收重金属离子。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剂。1996年，McGuire等对谷朊粉进行酸碱改性后与害虫控制剂混合制成喷雾型害虫控制剂，能够很好让控制剂吸附在植物表面和害虫体表毛发上，达到有效控虫的目的。2003年，Bassi等将利用焦亚硫酸钠还原所得的谷朊粉添加到纸浆涂膜原料中，能够起到增加产品光泽度的效果。2004年，Woerd等对谷朊粉进行硫醇改性，能够制成工业用可降解膜。

发展前景

随着人类环保意识的增强及不可再生资源的短缺和人类需求日益增大，谷朊粉再度受到人们的重视。据统计，国际市场对谷朊粉需求量呈日益增长趋势。美国、澳大利亚的谷朊粉产量占世界总产量的70%，2010年我国谷朊粉年产量达到30万 t，国内谷朊粉市场规模迅速扩大，已从20世纪90年代不足1000t扩大到了年消费10万 t以上，且每年都以15%以上的速度不断递增。

对于谷朊粉的研究和利用主要集中在食品及饲料工业，对于高附加值的应用研究还较少，并且主要集中在谷朊粉的整体特性上，对谷朊粉具体组分及其功能特性的研究较少。因此，在继续开发谷朊粉的方向上，应加强基础性研究，进一步认识其组分的结构、功能及其对应关系，从本质上认识谷朊粉，为以后应用奠定理论基础。

此外，虽然谷朊粉作为改良剂已在食品加工等方面起到了较好的效果，但由于谷朊粉中含有较多的疏水性氨基酸，分子结构中疏水作用区域较大，因此其溶解度较低。这一特性使得它的应用范围受到限制。为了提高和拓宽谷朊粉的功能特性，就需要利用技术手段对谷朊粉的蛋白质结构加以改造，该技术称为谷朊粉改性技术，也是当前谷朊粉应用研究的热点之一。对谷朊粉进行改性的方法主要有化学方法、物理方法、基因工程法和酶法等，其中用化学方法对谷朊粉进行改性的研究报道较多，也有少数用物理方法对谷朊粉进行改性的报道。

化学改性主要包括水解作用、磷酸化作用和酰化作用等。酶法改性是采用蛋白酶对蛋白质进行酶解。化学改性在产生预期效果的同时，可能在营养和毒理方面造成有害的效应，因此，化学方法改性在食品加工中的应用受到一定的限制。采用酶法改性，酶促反应速度快，专一性强，条件温和，能耗很低，而反应效率较高，在低酶浓度下也能产生显著效果，不需要特殊的设备，一般不会导致营养方面的损失，也不会产生毒理方面的问题。从营养和经济上讲，酶法改性都明显优于物理改性和化学改性，该法是一种有发展前途的改性方法。

随着针对谷朊粉应用研究的持续深入，谷朊粉必将得到更广泛的应用，并最大限度地发挥其作用来满足人们的需求。

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