谷物醇溶蛋白研究進展

臧 珉，單承鶯, 馬翼飛, 聶 韡, 馬世宏

(1. 南京銳博科技有限公司，江蘇 南京 210019；2. 南京野生植物綜合利用研究院，江蘇 南京210042；3．南京中醫(yī)藥大學，江蘇 南京210023)

谷物醇溶蛋白研究進展

臧 珉1，單承鶯2*, 馬翼飛3, 聶 韡2, 馬世宏2

(1. 南京銳博科技有限公司，江蘇 南京 210019；2. 南京野生植物綜合利用研究院，江蘇 南京210042；3．南京中醫(yī)藥大學，江蘇 南京210023)

目前研究較多的谷物醇溶蛋白有玉米醇溶蛋白、小麥醇溶蛋白、大麥醇溶蛋白及大米醇溶蛋白等，本文綜述了近年來對谷物醇溶蛋白的研究進展，包括谷物醇溶蛋白的提取方法、理化性質及應用領域等。

醇溶蛋白；提??；性質；應用

醇溶蛋白是禾本科作物種子中的一種主要貯藏蛋白，是種子萌發(fā)時的主要碳源和氮源。谷物醇溶蛋白主要由α、β、γ、ω四種醇溶蛋白組成。不同作物種子中醇溶蛋白總蛋白含量和組成蛋白含量不同，小麥中醇溶蛋白是小麥種子中主要貯存蛋白，占總蛋白含量的50%～60%[1]；水稻種子中主要貯存蛋白為谷蛋白，醇溶蛋白含量較少，約占5%～10%[2]；黍子中蛋白質含量為11.5%，醇溶蛋白含量占總蛋白含量的80%[3]；玉米醇溶蛋白是玉米中主要的貯藏蛋白，約占玉米總蛋白含量的40%[4]。谷物的醇溶性蛋白結構特殊，存在著大量疏水性氨基酸，同時還含有較多的含硫氨基酸如半胱氨酸，蛋氨酸等，使其具有獨特的特性，諸如良好的成膜性，生物降解能力，高韌性，彈性，疏水性和生物相容性。本文就近年來對谷物醇溶蛋白相關研究進展作一綜述。

1 谷物醇溶蛋白的提取方法

1.1 醇提法

潘治利等[5]稱取小麥粉0.1 g倒入離心管中，加入1 mL蒸餾水，震蕩提取30 min，7 000 r/min離心10 min，重復提取3次，棄上清液；加入1 mL 0.5 mol/L的NaCl溶液，震蕩提取30 min，7 000 r/min離心10 min，重復提取3次，棄上清液；加入1 mL 70%(體積分數(shù))的乙醇溶液，震蕩提取30 min，7 000 r/min離心10 min，重復提取3次，所得上清液即為可用于HPLC的醇溶蛋白。

曹威等人[6]就乙醇濃度、液料比、提取溫度、提取時間對大麥醇溶蛋白純度率和提取率的影響及其持水性、持油性、乳化性及乳化穩(wěn)定性等理化學性質進行了較系統(tǒng)研究后，他們認為大麥醇溶蛋白的最佳提取條件為：乙醇體積分數(shù)70%、液料比6∶1(mL/g)、溫度25 ℃、提取時間2 h。此條件下所得大麥醇溶蛋白純度為82.1%，提取率為2.95%。

徐子涵等[3]利用正交實驗和單因素實驗探究黃米醇溶蛋白提取的影響因素，結果表明得到黍子醇溶蛋白的最佳提取條件為：料液比1∶6，乙醇濃度65%，溫度75 ℃，提取時間1 h。在該條件下，黍子醇溶蛋白質的提取率為78.65%，蛋白質的含量為87.90%。

李麗杰等[7]在單因素試驗結果的基礎上，確定各因素的分析水平，利用響應面中心組合法設計試驗方案。以提取率為響應值，建立數(shù)學模型并得到玉米醇溶蛋白提取工藝優(yōu)化組合為浸提溫度55 ℃、浸提時間2.5 h、液料比9∶1(mL/g)、乙醇體積分數(shù)80%。

Chung等[8]通過先將米粉烘干，然后向樣品中加入400 mL蒸餾水，20 ℃攪拌4 h，離心30 min，取上清液，加入400 mL 5% NaCl，20 °C，4 h，除去球蛋白。再加入300 mL 70%乙醇，20 ℃，4 h提取醇溶蛋白。在上述條件下，醇溶蛋白提取率為75.5%。

1.2 超聲波輔助醇提法

黃國平等[9]應用超聲波技術從玉米蛋白粉(CGM)中提取醇溶蛋白并脫色，最佳工藝條件為：pH值為12、液料比6∶1(mL/g)、體積分數(shù)80%乙醇、超聲時間為30 min，提取率達到27%以上，產品純度為88.3%，顏色淡黃。

任婷婷等[4]通過正交試驗確定最優(yōu)提取條件為乙醇濃度70%、超聲波處理時間120 min料液比1∶12(mL/g)、pH為11，在此條件下玉米醇溶蛋白的提取率為86.6%。

1.3 超聲波-微波協(xié)同醇提法

劉振春等[10]以高粱種子為原料，采用超聲波-微波協(xié)同輔助提取高粱醇溶蛋白。在單因素試驗結果的基礎上利用響應面法優(yōu)化高粱醇溶蛋白提取工藝，建立提取工藝回歸數(shù)學模型。結果表明：最佳提取工藝條件為超聲時間26 min、液料比10∶1 (mL/g)、微波時間260 s，在該條件下高粱醇溶蛋白的得率為6.79%。

2 谷物醇溶蛋白的理化性質

谷物醇溶蛋白諸多功能性質其實皆為蛋白質的兩大分子特性的體現(xiàn)，即表面性質和水動力學特性。諸如吸濕特性、分散性、溶解性、起泡性、乳化性、保水性與保油性等功能性質主要為蛋白質表面性質的表現(xiàn)，由蛋白質表面的親水/疏水及立體特征所決定；水動力學特性的表現(xiàn)主要有黏度、增稠、凝膠及組織化等功能特性，主要與蛋白質大小、形狀及分子柔順性有關。醇溶蛋白的表面性質主要受到氨基酸組成、分布以及折疊方式的影響，而水動力學特性更容易受到醇溶蛋白的物理形狀和大小的制約。

2.1 大麥醇溶蛋白理化性質

管驍?shù)萚11]通過實驗研究表明，大麥醇溶蛋白中游離巰基的含量為4.27 μmol/g，總巰基的含量為24.1 μmol/g，二硫鍵的含量為9.9 μmol/g，表面疏水性為283.93，蛋白中主要的氨基酸為谷氨酸與脯氨酸，氨基酸模式并不理想。原子力顯微鏡結果直觀顯示了大麥醇溶蛋白分子在干態(tài)環(huán)境中呈橢球狀，橢球體直徑約5.1 nm。

曹威等[6]通過測定蛋白的分子量、紅外圖譜、氨基酸組成分析大麥醇溶蛋白，結果表明大麥醇溶蛋白在酸性和堿性溶液中有良好的起泡性和泡沫穩(wěn)定性，然而，在70%的乙醇水溶液中大麥醇溶蛋白的起泡性為0.279,30 min后的起泡穩(wěn)定性為0。大麥醇溶蛋白較玉米醇溶蛋白含有更多的分子間氫鍵和較弱的疏水性。大麥醇溶蛋白的持水性相對較差，但持油能力良好，乳化及乳化穩(wěn)定性與大豆分離蛋白不相上下，在食品行業(yè)中擁有巨大的潛力。

2.2 小麥醇溶蛋白理化性質

董超華等[12]通過在A-PAGE電泳條件下對小麥醇溶蛋白進行分離，結果表明醇溶蛋白的分子質量約在30 000～80 000 u之間。根據(jù)其在電泳圖譜上的遷移率可分為α、β、γ、ω 4種醇溶蛋白。它們分別占醇溶蛋白總量的25%、30%、30%、15%。

2.3 大米醇溶蛋白理化性質

李捷等[13]參照Osborne方法分級提取稻米米胚蛋白組分，得到清蛋白，球蛋白，醇溶蛋白和谷蛋白。對四種蛋白理化性質進行研究，結果表明醇溶蛋白在大米中含量為7.68%，在pH為5時溶解度最低，在pH為11時醇溶蛋白溶解度達到最大。

王躍鵬等[14]經研究表明，大米醇溶蛋白分子量相對較小，其亞基分子量主要為10 kDa、13 kDa、15 kDa、16 kDa。單純的醇溶蛋白表現(xiàn)出非常強的疏水性，雖N末端和C末端區(qū)域具有一定的親水性，但中心區(qū)域含有大量的疏水性氨基酸殘基，因此，其水可提取性較差。

Yadav等[15]通過SDS-PAGE分離大米中的蛋白質組分，測定和比較Jaya,HKR-120,P-44,Sharbati,Bas-370和HBC-19四種印度大米的吸水性，吸油性等理化性質，結果表明不同種類大米蛋白質組成不同，其理化性質也不同。大米的理化性質受大米蛋白質組成的影響。

Mann等[16]通過實驗研究表明，脫脂米糠中蛋白質組成為白蛋白(37.23%)，球蛋白(20.27%)，谷蛋白(46.82%)和醇溶谷蛋白(1.18%)。氧化活性由低到高依次是白蛋白>谷蛋白>球蛋白>醇溶蛋白。

楊寶峰等[17]用考馬斯亮藍 G-250 染色法測定了相應的36個水稻品系醇溶蛋白的總含量，結果表明36個水稻品系種子貯藏醇溶蛋白含量分布范圍在 5.053～15.651 mg·g-1。

2.4 玉米醇溶蛋白的理化性質

張鐘等[18]通過實驗測定玉米醇溶蛋白的吸水力，持水性，粘度等相關理化性質，并與大豆分離蛋白比較，結果表明，玉米醇溶蛋白具有良好的持水力、濕潤性、吸油性及凝膠性，但是吸水性、乳化性較差, 但有一定的乳化穩(wěn)定性。除此之外，試驗結果還表明玉米醇溶蛋白的粘度隨時間增加而增大。

3 谷物醇溶蛋白的應用

由于谷物醇溶蛋白難溶于水，不能直接為人體所利用，從而限制了其在食品中的應用。但是谷物醇溶蛋白在工業(yè)上的應用十分廣泛，包括塑料，涂料，油墨，粘合劑，口香糖，和纖維，目前研究應用最廣泛的當屬玉米醇溶蛋白。

3.1 天然抗氧化劑

李依璇等[19]對大麥醇溶蛋白粗提物及其酶解產物的抗氧化活性進行研究。從大麥面粉中提取大麥醇溶蛋白，對其粗提物進行凝膠層析法分離純化，并模擬人體消化道系統(tǒng)酶解得到不同組分的酶解產物，采用FTC法(硫氰酸鐵法)及FARP法對酶解前后及不同組分酶解產物的抗氧化活性進行比較。結果顯示，大麥醇溶蛋白酶解產物的抗氧化活性顯著高于其未經酶解的粗提物，酶解產物中一大麥醇溶蛋白的活性顯著高于其他組分。表明大麥醇溶蛋白是一種優(yōu)良的天然抗氧化劑，并且經消化酶解會大大提高其抗氧化活性。

3.2 種子篩選

張誼寒等[20]采用酸性聚丙烯酰胺凝膠電泳(A-PAGE)對43個不同來源的普通小麥品種進行了醇溶蛋白位點特異性檢測，分析了不同基因型間醇溶蛋白的遺傳差異和遺傳多樣性。結果表明：43個供試品種在醇溶蛋白帶型上差異顯著。醇溶蛋白電泳共分離出51條遷移率不同的帶，其中有4條穩(wěn)定表達帶(均為100%表達)，47條具有多態(tài)性，占97.6%。供試品種間遺傳距離(GD)在0.35～0.82之間,平均值為0.58，遺傳變異較大。說明小麥醇溶蛋白嚴格受基因控制，醇溶蛋白電泳可以充分應用于小麥品種遺傳多樣性的研究和小麥種子的篩選。

而在水稻品質改良過程之中，水稻醇溶蛋白和谷蛋白具有重要的研究意義。除此之外，國內外已將水稻醇溶蛋白用于水稻種子質量鑒定監(jiān)控等相關領域。

3.3 藥物包埋傳遞

藥物或營養(yǎng)物定點定量釋放一直是研究的熱點。醇溶蛋白在胃液中難消化，但在腸內被破壞和水解，故而可用于制造在胃中緩慢釋放或不釋放的藥劑壁材。醇溶蛋白已用于各種疏水性生物活性物質的包埋和傳遞，如阿維菌素、環(huán)丙沙星、5-氟尿嘧啶、DNA、香精油、酶、多酚等。此外，醇溶蛋白價格低廉，來源廣泛，無毒副作用，可用來替代由動物皮革研制得到的藥用膠囊。

3.4 可食性包裝

醇溶蛋白有較強的保油性、抗氧化性，且易于成膜。醇溶蛋白膜可用于隔氧、保鮮、抗紫外線、防靜電等，并且有一定的抑菌作用。用噴淋或浸入的方法在產品表面形成一層薄膜可有效地減緩腐敗。

3.5 人造蛋白纖維

醇溶蛋白的氫氧化鈉-乙醇水溶液通過擠壓膠的紡絲得到。大多數(shù)工藝是堿性醇溶蛋白溶液濕紡到酸性凝固槽中，有些工藝加甲醛到堿性蛋白溶液中，在槽中用甲醛處理纖維使其硬化。

3.6 其他

Hyun-Joong Yoon等[21]通過小鼠動物實驗表明大米醇溶蛋白對于自身免疫病具有一定的治療作用。有研究顯示，黃米醇溶蛋白能提高大鼠和小鼠血清高密度脂蛋白膽固醇(HDL-C)的濃度，卻不會引起血清總膽固醇(TC)、低密度脂蛋白膽固醇(LDL-C)濃度的顯著變化[22]。這種獨一無二的作用預示著黃米醇溶蛋白作為一種新的調節(jié)膽固醇代謝的功能性食品配料有廣闊前景。

隨著科學的發(fā)展和技術的進步，對醇溶蛋白的理化性質和組成結構有了更深的了解。谷類醇溶蛋白目前在種子篩選和食品保存方面進行了很好的實踐應用，但是在功能性食品開發(fā)領域仍存在巨大的發(fā)展空間，例如，將黃米醇溶蛋白開發(fā)為一種新的調節(jié)膽固醇代謝的功能性食品配料。隨著研究的深入，對于谷類醇溶蛋白的研究和利用還將更加深入，谷類醇溶蛋白的應用范圍也將進一步擴大。

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Research Progress of Cereal Gliadin

Zang Min1, Shan Chengying2*, Ma Yifei3, Nie Wei2, Ma Shihong2

(1.Nanjing Ruibo Sci. and Tech. Co., Ltd., Nanjing 210019, China;2.Nanjing Institute for Comprehensive Utilization of Wild Plants, Nanjing 210042, China;3. Nanjing University of Chinese Medicine, Nanjing 210023, China)

At present, most cereal gliadin studies have focused on zein, wheat gliadin, barley gliadin and prolamin. This paper reviews the recent advances in the research of cereal gliadin, including extraction methods, physical and chemical properties and application.

gliadin; extraction; properties; application

10.3969/j.issn.1006-9690.2017.04.010

2017-02-22

臧珉(1988—)，從事日化產品的研究與開發(fā)工作。

*通訊作者：單承鶯(1981—)，女，副研究員，主要從事植物資源綜合開發(fā)利用。E-mail:shancy81@163.com

Q512+.5

A

1006-9690(2017)04-0046-04