谷類蛋白的研究已有250年的歷史，1728年Beccari首次確認(rèn)了小麥蛋白的存在。此后研究者對(duì)小麥蛋白的研究從未停止過(guò)，其中比較有影響的是被稱為植物蛋白化學(xué)之父的TB Osborne，他根據(jù)小麥蛋白在一系列溶劑中溶解度的不同將蛋白分為：溶于水的白蛋白，溶于鹽的球蛋白，溶于醇的醇溶蛋白以及不溶于水和醇的麥谷蛋白。
谷朊粉是小麥粉經(jīng)水洗去淀粉和水可溶性成分后得到的物質(zhì)，生產(chǎn)中一般是指水不溶性的蛋白，其中也包括一定含量的脂質(zhì)(約 10％ )和水不溶性淀粉。谷朊粉中蛋白含量極高，約占75％～85％，含有人體所必需的八種氨基酸。其中，谷氨酸和谷氨酰胺約占總氨基酸含量的35％，其次為脯氨酸，約占16％。
作為小麥加工淀粉的副產(chǎn)物，谷朊粉與麩皮常常被用作飼料。隨著研究的深入以及食品行業(yè)對(duì)添加劑的需求，谷朊粉的價(jià)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了小麥淀粉本身。對(duì)以谷朊粉為原料的深加工和功能性食品的研究也越來(lái)越受到人們的重視。尤其是發(fā)現(xiàn)小麥蛋白肽具有多種生物活性，如抗氧化性、抗高血壓性、提高免疫力等活性后，從谷朊粉中提取生物活性小肽已成為研究的熱點(diǎn)，是谷朊粉深加工研究的重要組成部分。
谷朊粉應(yīng)用現(xiàn)狀
谷朊粉具有獨(dú)特的性質(zhì)，廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)、飼料行業(yè)中，用于制備可食性膜、生物活性小肽等產(chǎn)品。
1.1在食品工業(yè)中的應(yīng)用：
谷朊粉作為一種優(yōu)質(zhì)的植物蛋白，含有多種氨基酸，具有優(yōu)良的粘彈性，在食品工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。谷朊粉應(yīng)用于面包專用粉，能夠顯著提高面團(tuán)吸水率，增加面團(tuán)彈性、持氣性、面團(tuán)耐揉性和穩(wěn)定性，面包內(nèi)部結(jié)構(gòu)和烘烤品質(zhì)也得到顯著提升。并且由于谷朊粉蛋白質(zhì)含量高，在烘焙過(guò)程中常發(fā)生美拉德反應(yīng)，產(chǎn)生誘人的香味，可改善面包的品質(zhì)。
谷朊粉還可以提高食品的彈性。如在魚糕中添加谷朊粉后，由于谷朊粉吸水復(fù)原為富于延展性的面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，經(jīng)過(guò)捏和與魚肉均勻混合在一起，通過(guò)加熱，面筋不斷吸水熱變性，強(qiáng)化了魚糕的彈性；將經(jīng)還原劑或酶等變性的谷朊粉用于香腸制品的生產(chǎn)中，可增強(qiáng)香腸的彈性。
以谷朊粉為原料，制備的可食膜具有機(jī)械性能好、可食、可降解等特性，常被用作可食膜的基質(zhì)。研究表明，以谷朊粉為原料制得的可食膜具有較理想的保鮮效果。
傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為食品中起營(yíng)養(yǎng)作用的為蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)在人體經(jīng)分解為游離氨基酸后才能被人體吸收利用。但是近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，蛋白質(zhì)在人體內(nèi)經(jīng)消化后更多的是以2-7個(gè)氨基酸分子組成的小肽形式存在，而后被腸道直接吸收，以氨基酸形式吸收的比例很小。目前，從谷朊粉中提取生物活性小肽已成為功能食品學(xué)研究的熱點(diǎn)。
1.2在飼料行業(yè)的應(yīng)用：
高檔谷朊粉清淡醇香，特別迎合寵物口味，可生產(chǎn)高檔動(dòng)物飼料。谷朊粉中氨基酸種類齊全，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較高，可以提高飼料的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。并且，谷朊粉具有較強(qiáng)的粘附能力，與飼料中其他成分粘附在一起，容易成型。因此谷朊粉是制造顆粒料的優(yōu)質(zhì)營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑和粘結(jié)劑。
谷朊粉的深加工
2.1 谷朊粉的酶改性
酶解是利用酶在一定的條件下催化水解谷朊粉，使高分子蛋白質(zhì)肽鏈斷開(kāi)，降解成小分子肽鏈。近年來(lái)酶解谷朊粉的研究主要集中在：
(1)利用酶解方法改善谷朊粉的功能性質(zhì)。
(2)酶解谷朊粉制 備功能性小肽。
(3)通過(guò)酶解谷朊粉獲得的小肽片段來(lái)推測(cè)小麥蛋白的結(jié)構(gòu)信息。
2.1.1 利用酶法改善谷朊粉的功能性質(zhì)
谷朊粉中含有較多的疏水性氨基酸，與水接觸后，在外面形成一層濕面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致面筋的溶解性較低，進(jìn)而影響其乳化性和起泡性。面筋蛋白獨(dú)特的彈性和延展性使其表現(xiàn)出一定的薄膜成形性，而吸水性和高透氧性限制了其應(yīng)用。研究人員對(duì)谷朊粉進(jìn)行了改性研究，酶解法由于特異性強(qiáng)、條件溫和、能耗低，受到了普遍重視。
張春紅利用谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶對(duì)谷朊粉進(jìn)行改性，結(jié)果表明改性后的谷朊粉凝膠性、乳化性、發(fā)泡性和泡沫穩(wěn)定性分別比對(duì)照提高了96.7％、43.5％、32.0％和75.9％。同時(shí)，谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶對(duì)谷朊粉中醇溶蛋白和麥谷蛋白有交聯(lián)性，其中對(duì)麥谷蛋白的交聯(lián)性最明顯。
王存章為了改善谷朊粉在水溶液中的分散特性，同時(shí)保留大分子蛋白質(zhì)的功能性質(zhì)，用堿性蛋白酶對(duì)谷朊粉進(jìn)行有限水解，結(jié)果表明酶解谷朊粉在水中分散性大大提高，而乳化能力和分散特性則依底物濃度、酶解溫度、加酶量、酶解時(shí)間等因素的不同而發(fā)生變化。
汪璇等通過(guò)正交試驗(yàn)探索堿性蛋白酶水解谷朊粉，以提高其溶解度、水解度、乳化性及乳化穩(wěn)定性，結(jié)果表明其水解條件為：底物濃度8％，pH值8.6，反應(yīng)溫度60℃，酶濃度0.09％，此時(shí)谷朊粉的溶解度為24.77％，水解度為12.73％，乳化性為71.43％，酶解效果顯著。
趙東艷用木瓜蛋白酶對(duì)谷朊粉乳化性進(jìn)行改良，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，谷朊粉濃度、酶濃度、溫度、時(shí)間和pH值對(duì)谷朊粉乳化性的影響由強(qiáng)到弱。水解條件為：谷朊粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)l1％，酶濃度25μL／g谷朊粉，反應(yīng)時(shí)間為2h，pH值 7.0，反應(yīng)溫 55℃ ；實(shí)驗(yàn)結(jié)果谷朊粉的水解度為3.5％，乳化活性為72.4％，乳化穩(wěn)定為75.5％，比水解前乳化性有明顯提高。李孟琴探討了干燥溫度對(duì)谷朊粉可食膜性能的影響，結(jié)果表明在60℃條件下干燥，可食膜的綜合性能。
2.1.2 谷朊粉制備功能性小肽
近年來(lái)，隨著人們對(duì)生物活性物質(zhì)研究的深入，研究人員發(fā)現(xiàn)谷朊粉經(jīng)降解后能夠產(chǎn)生具有生物活性功能的肽，主要有抗氧化肽、血管緊張素轉(zhuǎn)移酶抑 制肽(ACE—I，又稱抗壓肽)、免疫調(diào)節(jié)肽等。谷朊粉酶解后產(chǎn)生抗氧化肽的抗氧化性與蛋白質(zhì)和氨基酸相比，得到顯著提高。Suetsuna K等用胃蛋白酶水解谷朊粉后得到一種抗氧化肽，其氨基酸組成為：Leu—Gin—Pro—Gly—Gin— Gly—Gln—Gln—Gly和 Ala—Gln—Ile—Pro—Gin— Gln。喬曉林用中性蛋白酶、木瓜蛋白酶和堿性蛋白酶兩兩組合酶解谷朊粉，其水解產(chǎn)物表現(xiàn)出較 強(qiáng)的還原能力。
劉立芳心用中性蛋白酶水解谷朊粉，發(fā)現(xiàn)酶解液羥基自由基清除率達(dá)65.3％。酶解谷朊粉能得到ACE抑制肽。它能夠降低血管緊張素Ⅱ含量并使激肽破壞量減少，從而實(shí)現(xiàn)降低血壓的功能。
日本九州大學(xué)MalstuiT用堿性蛋白酶酶解小麥蛋白后，分離純化得到抑制ACE活性成分，證明Ile—Val—Tyr是活性最強(qiáng)的成分。
辛志宏等用堿性蛋白酶水解麥胚蛋白，得到對(duì)ACE有很強(qiáng)抑制作用的小肽。MotoiH等用酸性蛋白酶作用谷朊粉，經(jīng)離子交換色譜、分子凝膠排阻色譜、反相高效液相相色譜純化得到ACE—I活性小肽Ile—Ala—Pro，發(fā)現(xiàn)該成分對(duì)自發(fā)高血壓小鼠靜脈注射有抑制血管緊張素I作用，腹腔給藥能夠顯著降低血壓。
ThewissenBG和 DadzieRG也分別利用蛋白酶從谷朊粉中得到ACE—I。
研究人員也從谷朊粉中提取得到了谷氨酰胺肽。谷氨酰胺(Gln)在代謝中有許多重要的生理功能，但是它的溶解度低，且在溶液中不穩(wěn)定。而酶法水解谷朊粉得到的結(jié)合態(tài)谷氨酰胺肽，相對(duì)穩(wěn)定，是游離谷氨酰胺的替代品。研究人員發(fā)現(xiàn)谷氨酰胺肽具有多種生理活性，與免疫活性細(xì)胞密切相關(guān)。它能加速細(xì)胞增殖，增強(qiáng)腸道免疫功能。除此之外，谷氨酰胺肽還是谷胱甘肽合成的前提，是生物體內(nèi)抗氧化清除自由基的主要來(lái)源。
酶解谷朊粉所用的酶主要是動(dòng)物來(lái)源的胃蛋白酶、胰蛋白酶以及植物來(lái)源的木瓜蛋白酶和微生物來(lái)源的堿性蛋 白酶等。由于動(dòng)物來(lái)源的蛋白酶資源不是很充足，因此人們也對(duì)植物和微生物來(lái)源的蛋白酶進(jìn)行了探討。但研究人員發(fā)現(xiàn)這些酶水解效果不佳，開(kāi)始探索其他的生產(chǎn)工藝，以期能夠獲得較多的谷朊粉酶解小肽。
張海華用響應(yīng)面法探討堿性蛋白酶對(duì)谷朊粉的水解工藝，并研究了微波、超聲、添加半胱氨酸、干熱，濕熱對(duì)谷朊粉預(yù)處理后谷氨酰胺的釋放效果。
陳思思等比較了在水與乙醇體系中堿性蛋 白酶的酶解效果。在乙醇體系中谷氨氮含量比水體系中高1％～7.5％，多肽高3％～13％，但乙醇體系中水解度不如水體系中高，且酶易失活。
Cabrera—ChOvezF研究表明谷朊粉中富含脯氨酸，需要多種酶聯(lián)合作用才能降解，崔 鳳杰和喬曉林等證實(shí)了這一點(diǎn)，兩者都使用復(fù)合蛋白酶來(lái)水解谷朊粉，酶解產(chǎn)物的降解程度得到了一定的提高。
2.1.3 通過(guò)肽段推測(cè)蛋白結(jié)構(gòu)信息
由肽段推測(cè)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)信息的研究還處于初期，由于技術(shù)上的限制使得一些片段無(wú)法從酶解液中分離出來(lái)，研究也比較有限。2006年，張亞飛應(yīng)用ESI質(zhì)譜檢測(cè)堿性蛋白酶水解谷朊粉得到的免疫活性肽，根據(jù)ESI質(zhì)譜碎片離子峰推測(cè)出該活性成分為Tyr—Leu—Val和His—Cys—Pro—Val—Tyr，張海華利用堿性蛋白酶酶解谷朊粉制備谷氨酰胺肽，酶解液經(jīng)分離后，利用質(zhì)譜分析得出谷氨酰胺肽的氨基酸組成為QQPDESQQ等。目前，該研究?jī)H限于提純的某一組分，并確定其氨基酸排列順序，對(duì)于整體蛋白結(jié)構(gòu)信息的研究還很缺乏。
2.2 發(fā)酵谷朊粉
目前，發(fā)酵法主要應(yīng)用于降解谷朊粉中醇溶蛋白成分，以減輕對(duì)小麥蛋白不耐癥患者的毒性作用等。CarloGiuseppeRizzellol3等利用真菌蛋白酶(米曲霉和黑曲霉)和乳酸菌處理面團(tuán)，對(duì)其抗原特性和制作的面包的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)處理組比普通小麥粉組有更高的蛋白質(zhì)消化率和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。
s．M’hir引發(fā)現(xiàn)腸球菌和真菌蛋白酶在長(zhǎng)時(shí)間發(fā)酵中可以降解98％的谷朊蛋白成分，可 以用于無(wú)谷朊蛋白食品制作中。而以提高谷朊粉營(yíng)養(yǎng)價(jià)值或獲取功能性小肽為目的的發(fā)酵研究還不多見(jiàn)。
展望
近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步及生產(chǎn)企業(yè)為提高副產(chǎn)物附加值的需要，人們對(duì)谷朊粉降解肽的研究不斷深入。但是我國(guó)對(duì)谷朊粉的利用仍然存在一些問(wèn)題。主要有：
(1)小麥蛋白在天然狀態(tài)下常與植酸、半纖維素等抗?fàn)I養(yǎng)因子結(jié)合，并且疏水性氨基酸含量高，嚴(yán)重影響蛋白質(zhì)的消化吸收效率；
(2)體內(nèi)缺乏特定消化酶的群體無(wú)法消化麥醇溶蛋白，常常導(dǎo)致乳糜瀉；
(3)技術(shù)發(fā)展限制。
我國(guó)谷朊粉的應(yīng)用基本處于初級(jí)加工階段，附加值很低。酶解谷朊粉因其專一性高，能夠降解大分子蛋白，并能產(chǎn)生一些具有生物活性成分而成為谷朊粉研究的熱點(diǎn)。但酶解谷朊粉也有其自身缺陷，如酶解所用酶的種類比較單一，只在特定的氨基酸片段上切斷肽鏈，導(dǎo)致降解程度有限；并且酶制劑價(jià)格昂貴，使得生產(chǎn)成本高，難于應(yīng) 用于工業(yè)化生產(chǎn)；酶解后酶解液口感不佳，常因疏水性肽含量高而具有苦味。
在谷朊粉的深加工方面，發(fā)酵法較酶解法具有更多的優(yōu)勢(shì)，發(fā)酵法能產(chǎn)生較多酶系，酶切位點(diǎn)相對(duì)較多，因此可產(chǎn)生更多的小肽或氨基酸。發(fā)酵法更容易降低生產(chǎn)成本。因此，越來(lái)越多的重視，研究開(kāi)發(fā)新的谷朊粉降解工藝技術(shù)，包括發(fā)酵、及發(fā)酵和酶解相結(jié)合等方法，使得大規(guī)模生產(chǎn)生物活性成分成為可能。
參考文獻(xiàn)：
1.鐘晨滑，負(fù)婷婷，張琳，綦文濤，王永偉，李愛(ài)科，谷朊粉應(yīng)用及深加工技術(shù)研究進(jìn)展