谷朊粉的特性与用途

谷朊粉是营养丰富、物美价廉的植物蛋白源,其蛋白质质量分数700%-80%。综述了谷朊粉的持水性、乳化性、起泡性、凝胶性等功能特性，指出了谷朊粉作为一种天然的配料或添加剂，可以起到增加面粉蛋白质含量，增加面条延伸性，使鱼、肉制品具有好的黏弹性的作用，并阐述了谷朊粉在各类食品中的应用。

关键词：谷朊粉；功能特性；应用

中图分类号：TS201. 2﹢1   文献标识码：A    文章编号：1003-6202 (2010)10-0029-04

1 谷朊粉的结构组成与功能特性

1.1谷朊粉的结构组成

    谷朊粉又称活性面筋粉，是以小麦为原料，经过深加工提取的一种天然谷物蛋白。早在1728年意大利科学家Beccari从小麦面粉中洗出面筋蛋白，确立了小麦面筋的存在，但并未受到人们的重视，直到1907年Osborne根据小麦籽粒中蛋白质的溶解特性，将它分成清蛋白、球蛋白、麦醇溶蛋白和麦谷蛋白等四种蛋白质。而谷朊粉蛋白中主要含有麦醇溶蛋白和麦谷蛋白，合称储藏蛋白(约占小麦面筋干基的70%-80%)。

    谷朊粉蛋白中醇溶蛋白为单体蛋白，分子量较小，约35000 u,不溶于水及无水乙醇，但可溶于70%-80%乙醇中。组成上的特点是脯氨酸和酰胺较多，非极性侧链比极性侧链多，分子内既无亚基结构，也无肽链间二硫键，单肽链间依靠氢键、疏水键以及分子内二硫键连接，形成较紧密的三维结构，呈球形。由于麦醇溶蛋白多由非极性氨基酸组成，所以具有粘性和膨胀性，主要为面团提供延展性。

    麦谷蛋白是一种非均质的大分子聚合体，分子量为40000-300000 u,其中某些聚合体分子量可高达数十亿u。不溶于水、醇及中性盐溶液，但易溶于稀酸或稀碱。麦谷蛋白一般由17-20种不同的多肽亚基组成，靠分子内和分子间二硫键连接，呈纤维状，其氨基酸组成多为极性氨基酸，容易发生聚集作用。肽链间的二硫键和极性氨基酸是决定面团强度的主要因素，它赋予面团以弹性。

1.2谷朊粉蛋白的功能特性

    麦醇溶蛋白和麦谷蛋白的氨基酸组成赋予了小麦蛋白形成具有黏弹性的网络结构的特性，是其它蛋白质无法媲美的。当水分子与蛋白质的亲水基团互相作用时会形成水化物----湿面筋。水化作用由表及里逐步进行，表面作用阶段体积增大，吸水量较少。当吸水胀润进一步进行时，水分子进一步扩散到蛋白质分子中去，蛋白质胶粒犹如一个渗透袋，使吸水量大增。吸水后的湿面筋保持了原有的自然活性及天然物理状态，具有黏弹性、延伸性、薄膜成型性和吸脂乳化性。

    谷朊粉蛋白的物理特性如下：

    ①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的黏弹性。

    ②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。

    ③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。

    ④吸水性。高质量的面筋可吸收2倍面筋量的水。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。

    ⑤热凝固性。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。

    ⑥等电点。谷朊粉蛋白的等电点pH值6-8,在该pH值范围内溶解度

    ⑦口味。加工适当而又合理储藏的谷朊粉具有“清淡醇味”，或略带“谷物味”，这都是人们喜欢的口味。将谷朊粉与其它食品配料混合，即使大量加入也不会产生异味。

    谷朊粉在食品、饲料、化工和造纸等工业有着广泛的用途，作为食品或是配料，小麦蛋白必须具有食品应用和消费者接受的适当的功能性质。这些性质影响蛋白质的组成和构象，它们与食品其它成分的内部反应，受加工条件和加工环境的影响。谷朊粉蛋白的功能特性相互影响，在食品体系中的协同作用，各个功能性质的主要控制因素如下：

    ①溶解度。由于麦醇溶蛋白和麦谷蛋白的性质，导致面筋蛋白的低溶解性，因此控制溶解度的最主要因素是电荷率和疏水性。

    ②持水性。小麦蛋白质与水的相互作用可分为吸水性能和持水性能两种，前者是“化学结合”，后者是“物理截留”。持水性主要由pH值决定而不是浓度。

    ③乳化性。乳化现象的产生依赖于物质的快速吸收，在内部展开和复位；而乳化稳定性取决于物质内部自由能的减少和膜的流变学特性。乳化作用的形成与pH值直接相关。

    ④起泡性。起泡性要求蛋白质分子能到达内表面并快速展开。谷朊粉蛋白的起泡能力受黏度、疏水性和溶解性从大到小的顺序影响。

    ⑤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。

    ⑥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。

    ⑦黏度。谷朊粉蛋白溶液是属于非牛顿流体的假塑性液体，其黏度随浓度的增加而增加。

2 谷朊粉在食品工业的应用

    谷朊粉蛋白质质量分数70%-80%，由多种氨基酸组成，钙、磷、铁等矿物质含量较高，是营养丰富、物美价廉的植物蛋白源。当谷朊粉吸水后形成具有网络结构的湿面筋，具有优良的黏弹性、延伸性、热凝固性、乳化性以及薄膜成型性，可作为一种天然的配料或添加剂，广泛用于各类食品，如面包、面条、古老肉、素肠、素鸡、肉制品等。

    起初谷朊粉主要应用在烘烤食品中。然而，随着对其的结构与功能特性认识的提高，谷朊粉的应用越来越广泛。归纳起来主要集中在以下几方面：

2. 1面粉强化和在烘烤食品中的应用

    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。

2.2面条加工中的应用

    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。

2.3肉、鱼及家禽产品中的应用

    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。

2.4宠物食品中的应用

    高蛋白含量的谷朊粉也倍受宠物食品工业的青睐。罐装香肠和流质食品主要利用谷朊粉的吸水性和吸脂乳化性，同时可提高产量和质量；制备狗食饼干时，在烘烤前加谷朊粉于面团中，可提高成品在包装和运输中的耐破碎力，并且，谷朊粉也提供很重要的营养。

2.5谷类食品和营养小吃中的应用

    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。

2.6在奶酪类似物和比萨中的应用

    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。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%。

2.7水产养殖业中的应用

    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。

2.8调味品中的应用

    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。

3 谷朊粉的发展趋势

    据统计，市场对谷朊粉需求量呈日益增长趋势。2004年的资料报道，谷朊粉总需求量为80万t，其中欧洲为40万t，澳大利亚、北美等发达国家约为20万t，中国及南亚地区等为12万t,其它地区约8万t。随人民生活水平的提高，人们会越来越钟爱这种植物蛋白，在今后的十几年中，小麦谷朊粉作为无固醇类的营养蛋白会进入千家万户。

    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将达到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1000 t扩大到了现在的年消费10万t以上，且每年都以15%以上的速度不断递增

    但是谷朊粉蛋白含有较多的疏水性氨基酸和不带电荷的氨基酸，分子内疏水作用区域较大，溶解度较低，往往不能满足加工的需要，应用受到限制。另外，其原始成膜性、起泡性及乳化性很弱，利用价值不高，所以目前谷朊粉的改性方法研究是一个热点问题，改性方法主要分为物理法、化学法和酶法等。物理法主要包括蛋白质的搅拌、超声波、热处理和挤压等。化学改性主要包括水解作用、磷酸化作用和酸化作用等。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。

4 结语

    谷朊粉不但具有的物理特性和全天然性，能满足食品多功能的需要，而且来源丰富，生产工艺简单，所以在食品工业和饲料工业中，无论是作为蛋白源还是添加剂，谷朊粉都将起到无可比拟的作用，如面包、面条、古老肉、素肠、素鸡、肉制品等，此外谷朊粉经过改性后，其乳化性、起泡性等得到改善，其应用范围进一步扩大。因此谷朊粉具有广阔的应用开发前景