谷朊粉（英文名：vital wheat 面筋），又稱活性面筋粉、小麥面筋蛋白。是以小麥為原料，用水洗去淀粉和其他水溶性物質(zhì)后剩下的未變性的面筋體。它是小麥淀粉生產(chǎn)的副產(chǎn)物，蛋白質(zhì)含量在80%以上。谷朊粉呈淡黃色，主要由分子量較小、呈球狀、具有較好延伸性的麥醇蛋白與分子量較大、呈纖維狀、具有較強彈性的麥谷蛋白組成。
谷朊粉的氨基酸組成比較齊全，面筋蛋白質(zhì)中所含的堿性氨基酸（精氨酸、組氨酸的生物合成、賴氨酸）較少，含L-脯氨酸較多，約占氨基酸總量的14%，是營養(yǎng)豐富、物美價廉的植物性蛋白源。當(dāng)谷朊粉吸水后則形成具有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的濕面筋，具有優(yōu)良的黏彈性、延伸性、熱凝固性（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）、乳化性以及薄膜成型性。傳統(tǒng)產(chǎn)品中的燒烤面筋、烤麩、霉麩、咕嚕肉、素腸、素雞、素鴨、油面筋等，就是上述特性的簡單應(yīng)用。谷朊粉在食品工業(yè)、飼料工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、制造工業(yè)中都有應(yīng)用。
谷朊粉因其具有自然資源豐富、經(jīng)濟效益好等優(yōu)點，已發(fā)展成為世界性商品，在盛產(chǎn)小麥的美國、加拿大、歐洲和澳大利亞等地均有大量生產(chǎn)，其利用與開發(fā)研究在日本、美國等國日益盛行。利用一定的物理、化學(xué)或生物手段對谷朊粉進行處理，改性后可提高其功能特性，拓寬其使用范圍，從而提高產(chǎn)品附加值，獲得更高的經(jīng)濟效益。
簡介
谷朊粉又稱活性面筋粉，是以小麥為原料，用水洗去淀粉和其他水溶性物質(zhì)后剩下的未變性的面筋體，又稱活性面筋，它是小麥淀粉生產(chǎn)的副產(chǎn)物，蛋白質(zhì)含量在80%以上，主要由分子量較小、呈球狀、具有較好延伸性的麥醇蛋白與分子量較大、呈纖維狀、具有較強彈性的麥谷蛋白組成。且氨基酸組成比較齊全，面筋蛋白質(zhì)中所含的堿性氨基酸（精氨酸、組氨酸的生物合成、賴氨酸）較少，含L-脯氨酸較多，約占氨基酸總量的14%，是營養(yǎng)豐富、物美價廉的植物性蛋白源。當(dāng)谷朊粉吸水后則形成具有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的濕面筋，具有優(yōu)良的黏彈性、延伸性、熱凝固性、乳化性以及薄膜成型性。
成分及含量
谷朊粉主要由分子量較小、呈球狀、具有較好延伸性的麥醇蛋白與分子量較大、呈纖維狀、具有較強彈性的麥谷蛋白組成，另外還含有少量淀粉、脂肪、礦物質(zhì)等。
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：溶于水的麥清蛋白（9%）、溶于鹽的麥球蛋白（5%）、溶于乙醇溶液的麥醇蛋白（40%）和溶于稀酸或稀堿的麥谷蛋白（46%）。
功能特性
谷朊粉小麥面筋蛋白的化學(xué)組分及氨基酸組成使其在功能上具有獨特的性質(zhì)。
溶解性
谷朊粉中含有較多的疏水性氨基酸，與水接觸后，在外圍形成一層濕面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)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)。
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。
起泡性及泡沫穩(wěn)定性
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。快速攪拌時，空氣進入到蛋白質(zhì)溶液中，形成二維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。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(guān)，由于溶解性較差，其起泡性也受到影響。
粘彈性
谷朊粉中的麥谷蛋白具有彈性，但延伸性較差；麥醇溶蛋白具有延伸性，但彈性較小。這兩種蛋白結(jié)合作用使谷朊粉具有其它植物蛋白所沒有的獨特的黏彈性。谷朊粉的黏彈性直接表現(xiàn)為薄膜成型性。連續(xù)蛋白相包圍著和水汽等物質(zhì)，而內(nèi)部充滿氣體，由于谷朊粉的彈性特點，使面筋呈海綿狀或纖維狀結(jié)構(gòu)，形成薄膜面筋。
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(guān)，如溫度、pH值和鹽濃度等。
吸油性
影響蛋白的吸油性是蛋白質(zhì)的構(gòu)象和蛋白質(zhì)之間的反應(yīng)。非共價鍵是涉及蛋白與油反應(yīng)的主要作用力，其次是氫鍵。
持水性
小麥蛋白質(zhì)與水的相互作用可分為吸水性能和持水性能兩種，前者是“化學(xué)結(jié)合”，后者是“物理截留”。持水性主要由pH值決定而不是濃度。
改性
在蛋白質(zhì)化學(xué)中，結(jié)構(gòu)決定其功能，因此想要增強和拓展谷朊粉的功能特性，就必須從改變蛋白質(zhì)側(cè)鏈和主鏈結(jié)構(gòu)入手。目前我國對植物蛋白的改性技術(shù)主要有物理法、化學(xué)法和酶法。
物理法改性
化學(xué)法改性
酶法改性
微生物轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶法改性
微生物轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶法是使蛋白質(zhì)催化交聯(lián)的有效手段，可改善谷朊粉的凝膠作用。賈光鋒利用谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶的交聯(lián)作用研究改善谷朊粉的凝膠特性，當(dāng)谷朊粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%、酶濃度7—9U/g（谷朊粉）、pH值為2.5—3.5時，在30℃-40℃條件下，作用1—2h后，形成的谷朊粉凝膠質(zhì)量最好。
除以上列舉的幾種改性方法外，還有復(fù)合方法對谷朊粉進行改性，如磷酸化—酶法復(fù)合方法改性等。利用一定的物理、化學(xué)或生物手段對谷朊粉進行處理，改性后可提高其功能特性，拓寬其使用范圍，從而提高產(chǎn)品附加值，獲得更高的經(jīng)濟效益。
應(yīng)用
基本情況
中國小麥年總產(chǎn)量在1億t以上，谷朊粉加工原料充足，具有明顯的加工和應(yīng)用優(yōu)勢。據(jù)統(tǒng)計，全球谷朊粉年產(chǎn)量約60萬噸，中國約為10萬噸。谷朊粉在北美、歐洲、澳大利亞、日本等國家不同行業(yè)中都有廣泛的應(yīng)用。
食品工業(yè)
傳統(tǒng)產(chǎn)品中的面筋、烤麩、咕嚕肉、素腸、素雞、素鴨、油面筋等，就是谷朊粉的簡單應(yīng)用。
面包、蛋糕等新型面制食品
通常面包粉中小麥蛋白含量少，筋力較弱，面包粉中添加雜糧食品會降低面團成團性，進而降低面制品的柔韌度、彈性和色澤，不能滿足食品烘焙加工需求。谷朊粉具有良好的持水性和黏彈性，能保持面包內(nèi)部的水分，延緩面包老化變味，使面包質(zhì)地均勻、彈性適中、口感更佳，同時提升了面點制品的營養(yǎng)均衡性，增強了消費者的選擇度。李永軍將65%的濕面筋添加到苦蕎面包中，增強了面團的光滑度和彈性，提升了面包制品的感官品質(zhì)。結(jié)果表明，添加谷朊粉的面包體積大，感官評分高，但過量添加會使面包芯孔過大，使得面包紋理結(jié)構(gòu)差，降低了面包的滿意度評分。
谷朊粉也可以應(yīng)用到蛋糕類制品生產(chǎn)中，結(jié)果表明，酰化作用的小麥面筋蛋白引入了親水基團，能明顯提高溶解度、乳化度、起泡性、氣泡穩(wěn)定性，其代替蛋糕油應(yīng)用到蛋糕制作中，能達(dá)到氣孔均勻、細(xì)膩、口感香軟的效果。
餃子、面條等傳統(tǒng)面制食品
在中國北方地區(qū)，面條和餃子在主食結(jié)構(gòu)中占有很大比例。在面制食品中添加谷朊粉可以改善面制品的適口性、黏性、光滑性等指標(biāo)。諸多研究均表明，添加谷朊粉可以增加面條中的蛋白質(zhì)含量，增加面條的硬度、黏彈性、回復(fù)性、最大剪切力，促進了面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成。此外，面團中添加谷朊粉還可以改變粉質(zhì)流變學(xué)特性，達(dá)到降低面團穩(wěn)定時間、減小弱化度、提高綜合指標(biāo)的效果。
肉類食品
谷朊粉應(yīng)用于動物肉制品可以提高肉制品黏彈性和熱固性，發(fā)揮粘合劑的作用。研究人員在魚糕和魚肉香腸中添加谷朊粉，增強了魚糕的彈性，解決了魚肉香腸因加熱滅菌而使品質(zhì)下降的矛盾。研究人員將谷朊粉作為粘合劑用于肉餅、牛排粘合肉、禽卷、罐裝漢堡包和面包切片等的加工生產(chǎn)。谷朊粉可以作為替代肉制品的優(yōu)質(zhì)素食食材。研究表明，谷朊粉可以加工成顆粒以代替冷凍狀態(tài)的肉糜，或加工成糊狀或纖維蛋白制品充當(dāng)肉糜類餡料替代物。但在畜禽肉制品加工過程中應(yīng)特別注意畜禽肉的滅菌溫度為70~75℃，這與谷朊粉的熱凝固溫度為80℃有一定差距，因而作為粘合劑使用的谷朊粉應(yīng)先進行改性處理。
食用膜生產(chǎn)
早期食品包裝常用塑料制品，但塑料制品具有難降解、影響包裝食品固有風(fēng)味的缺點。谷朊粉具有質(zhì)地均勻、機械性能強、相對不溶于水、可降解、與生物相容等優(yōu)勢，可在食用膜生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。谷朊粉制膜可分為單純膜和復(fù)合膜2類。復(fù)合膜又可分為與蛋白類復(fù)合成膜、與脂類復(fù)合成膜、與多糖類復(fù)合成膜3類。
此外，也有學(xué)者將蛋白質(zhì)、脂類、多糖按一定比例制作成復(fù)合膜，使復(fù)合膜具有阻水性、阻氧性、強抗拉性、強透光率和機械性等多重優(yōu)良特性。優(yōu)質(zhì)可食用膜既可以保證包裝食品的安全性，也可以保持其固有風(fēng)味，是谷朊粉在食品行業(yè)的另一研究方向。
其他食品領(lǐng)域
除面制品、食用膜工藝、肉類及人造肉類食品中應(yīng)用谷朊粉外，在釀酒及餅干零食類食品中也有所應(yīng)用。研究人員利用小麥蛋白粉在最佳工藝下獲得多肽含量為5.20mg/mL的小麥多肽酒。研究人員以糯玉米粉和普通玉米粉配比2:3為比例，添加2%谷朊粉制作的玉米曲奇餅干的酥松度及感官較好。在啤酒制造過程中，胃Caspase-3和堿性蛋白酶酶解谷朊粉可以改善啤酒初始持泡性及穩(wěn)定性。谷朊粉可以作為葡萄汁和酒制品的澄清劑，從而降低葡萄汁色價、總酸及總酚含量。經(jīng)酶解的谷朊粉可獲得功能性多肽，從而制備多肽酒。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(fēng)味和良好的稠度。
飼料工業(yè)
谷朊粉在飼料工業(yè)中用于生產(chǎn)高檔水產(chǎn)品如螃蟹、鰻、鱉、對蝦屬等飼料的黏結(jié)劑和營養(yǎng)強化添加劑，不僅提高了飼料的營養(yǎng)價值，在制作懸浮飼料時，其吸水后的懸浮性，自然黏彈性還提高了飼料在飼喂中的綜合利用率。高檔谷朊粉具有“清淡醇味”或“略帶谷物口味”，當(dāng)其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。
谷朊粉的吸水性在飼料中的應(yīng)用
高質(zhì)量的谷朊粉當(dāng)溫度為30～80℃時能迅速吸入2倍重的水分，其中蛋白質(zhì)含量為75%～80%（干基），干基谷朊粉吸水時蛋白質(zhì)含量隨著吸水量的增加而下降，直至吸足水，含水量為65%，含蛋白質(zhì)25.27%，這種性能能夠防止水分分離，提高保水性。當(dāng)谷朊粉與飼料中的其他成分充分拌和，并由于其強力的黏附能力，很容易造型成顆粒，投放到水中吸水后使其中的飼料顆粒被充分包絡(luò)在濕面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中并懸浮于水中，營養(yǎng)不會損失，大大提高了動物對其的利用率。
谷朊粉的營養(yǎng)性在飼料工業(yè)中的應(yīng)用
通過前面谷朊粉的營養(yǎng)成分分析，其蛋白質(zhì)含量高、氨基酸組成比較齊全，是一種理想的天然蛋白質(zhì)源。同樣，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。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。
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。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。小麥面筋蛋白經(jīng)堿性Caspase-3、胃酶、胃酶和胰酶復(fù)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/聚乙二醇配位化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。Mascheroni 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(jié)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(yīng)用范圍。
制造工業(yè)
谷朊粉作為一種優(yōu)質(zhì)的蛋白資源，具有成膜性、乳化性、黏結(jié)性、熱塑性等功能特性，這些都為其在工業(yè)具有廣闊的應(yīng)用空間打下了基礎(chǔ)。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。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(fēng)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(dá)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。
在膜制作中需要對面筋蛋白進行酸、堿、熱、高壓、超聲或增塑等處理以提高膜的綜合性能。通過對影響成膜的因素進行分析和優(yōu)化，可以制備具有良好物理性能的谷朊粉膜。研究包括：脂質(zhì)/小麥蛋白復(fù)合膜、玉米醇溶蛋白/谷朊粉復(fù)合膜、谷朊粉/大豆分離蛋白復(fù)合膜等。與傳統(tǒng)的塑料膜相比，面筋蛋白膜有巨大的優(yōu)勢。蛋白膜將會朝著復(fù)合型、多功能性的方向發(fā)展，廣泛應(yīng)用于飲料、果蔬等食品包裝上。
其他應(yīng)用
經(jīng)甲醛交聯(lián)后的小麥蛋白可作為金屬離子吸附劑，有選擇地回收重金屬離子。用甲醛羥甲基化后再用環(huán)氧氯丙烷陽離子化改性后的小麥蛋白，能提高紙張的干抗張強度和濕強度，作為紙張的干強劑和濕強劑有很大的應(yīng)用前景。用血色素、肌球素、芥辣過氧化物酶與面筋蛋白膜制備石墨電極，還可以檢測溶液中H?O?的濃度。谷朊粉在乳膠漆中使用，能使涂料具有良好的粘結(jié)力、流平性、涂膜外觀、耐水性以及耐洗刷等性能，提高了與涂料乳液的相容性，降低了產(chǎn)品成本。
意義
谷朊粉在食品和飼料行業(yè)具有很高的應(yīng)用價值，對谷朊粉進行深度開發(fā)利用并探索谷朊粉在食品加工、合成膜制備等方面的應(yīng)用及發(fā)酵酶解谷朊粉工藝對食品和飼料行業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展具有重要意義。
現(xiàn)狀及發(fā)展
據(jù)統(tǒng)計，國際市場對谷朊粉的需求量呈日益增長趨勢；中國市場規(guī)模也迅速擴大，已從20世紀(jì)90年代不足1000t增至年消費10萬噸以上，且每年以15%以上的速度遞增，2010年中國年產(chǎn)量已達(dá)30萬噸。作為無膽固醇的營養(yǎng)蛋白，小麥谷朊粉隨人民生活水平提高將更受青睞，而美國、澳大利亞的產(chǎn)量占全球70%。
截至2011年，谷朊粉的研究和利用主要集中在食品、飼料工業(yè)，高附加值應(yīng)用研究較少；且現(xiàn)有研究多聚焦其整體特性，對具體組分及功能特性的探究不足。因此，未來開發(fā)需從兩方面推進：一方面加強基礎(chǔ)性研究，明確其組分的結(jié)構(gòu)、功能及對應(yīng)關(guān)系，從本質(zhì)上認(rèn)識谷朊粉，為應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)；另一方面，通過物理、化學(xué)或生物方法改性以拓寬應(yīng)用領(lǐng)域，但需注意化學(xué)改性在產(chǎn)生預(yù)期效果的同時可能造成有害的營養(yǎng)和毒理效應(yīng)（已導(dǎo)致其在食品加工中的應(yīng)用受限），且改性機理及相關(guān)營養(yǎng)、毒理學(xué)問題的研究較匱乏，這是食品應(yīng)用中需重視的問題。
谷朊粉營養(yǎng)價值高，改性后加工特性更優(yōu)，已廣泛用于食品、飼料等工業(yè)。中國內(nèi)外需求量持續(xù)增長，其開發(fā)空間與市場潛力巨大，而研究新的改性方法、提升功能特性、實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)，是待解決的重要問題。
參考資料 >