擠壓對(duì)小麥面筋蛋白構(gòu)象變化和功能特性影響的研究進(jìn)展

郭遠(yuǎn)，翟曉娜，裴海生，江利華，李媛媛

（1.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，北京 100125；2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地初加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100121；3.河北工程大學(xué) 生命科學(xué)與食品工程學(xué)院，河北 邯鄲 056038）

蛋白質(zhì)提供必需氨基酸以供人體合成激素、酶和抗體等，是人體所需營(yíng)養(yǎng)素之一[1]。蛋白質(zhì)除了具有營(yíng)養(yǎng)價(jià)值外，還具有重要的食品工業(yè)應(yīng)用價(jià)值，可開(kāi)發(fā)利用其不同的功能特性如乳化性和凝膠性等以滿足食品生產(chǎn)的實(shí)際需求。小麥面筋蛋白作為淀粉生產(chǎn)中的副產(chǎn)物，來(lái)源廣泛，價(jià)格便宜，主要應(yīng)用在面粉、肉制品和一些非食品如飼料加工中，是人類獲得能量、蛋白質(zhì)的主要來(lái)源[2]。國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2021 年我國(guó)小麥總產(chǎn)量為13 694.45 萬(wàn)t，小麥面筋蛋白原料充足。2010 年我國(guó)小麥面筋蛋白的年產(chǎn)量已達(dá)30 萬(wàn)t，年消費(fèi)量10 萬(wàn)t 以上，傳統(tǒng)領(lǐng)域?qū)π←溍娼畹鞍椎男枨笠掩呌陲柡蚚2]。根據(jù)小麥面筋蛋白結(jié)構(gòu)和功能特性，利用改性方法，深度加工利用小麥面筋蛋白，將其開(kāi)發(fā)應(yīng)用在新領(lǐng)域中是小麥面筋蛋白加工業(yè)的重要方向和研究熱點(diǎn)。

目前，關(guān)于小麥面筋蛋白的改性加工方法有諸多報(bào)道，擠壓加工技術(shù)是集混合、攪拌、破碎、加熱、蒸煮、殺菌、膨化以及成型等過(guò)程為一體的新型蛋白改性技術(shù)，具有設(shè)備成本低、能源消耗低、工藝操作簡(jiǎn)化等特點(diǎn)，以及產(chǎn)品口感好、可鈍化不良因子等優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于蛋白改性領(lǐng)域[3]。近幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)于小麥面筋蛋白擠壓過(guò)程中的微觀結(jié)構(gòu)和性質(zhì)變化均有一定研究，小麥面筋蛋白在擠壓過(guò)程中的變性機(jī)理為擠壓機(jī)內(nèi)蛋白質(zhì)受到高溫、高壓和剪切力的影響，維持蛋白質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)的結(jié)合力會(huì)變?nèi)?，失去其本身球形結(jié)構(gòu)和三維空間結(jié)構(gòu)，從折疊狀態(tài)伸展開(kāi)來(lái)，蛋白質(zhì)分子鏈重組，分子間的相互作用力如氫鍵、二硫鍵等會(huì)發(fā)生斷裂，使蛋白質(zhì)變性[4-7]。通過(guò)擠壓加工小麥面筋蛋白，使小麥面筋蛋白的微觀結(jié)構(gòu)改變，進(jìn)而改變蛋白質(zhì)的物理、化學(xué)和營(yíng)養(yǎng)性質(zhì)，改性后的小麥面筋蛋白在某些方面相較之前有更大的優(yōu)勢(shì)，從而有更好的利用價(jià)值[8]。

基于此，本文從小麥面筋蛋白的組成和功能出發(fā)，綜述了擠壓處理中擠壓剪切力、擠壓溫度和調(diào)制劑的添加對(duì)面筋蛋白構(gòu)象變化和功能特性影響的研究進(jìn)展，以期為小麥面筋蛋白的加工利用提供參考，指導(dǎo)小麥面筋蛋白類食品的開(kāi)發(fā)。

1 小麥面筋蛋白的組成和功能

小麥籽粒中蛋白質(zhì)含量為9%～15%，根據(jù)溶解特性可分為溶于水的清蛋白、溶于稀鹽溶液的球蛋白、溶于醇溶液的麥醇溶蛋白、溶于稀酸或稀堿的麥谷蛋白，未被溶解的殘存蛋白也可歸為麥谷蛋白。其中，清蛋白和球蛋白是小麥籽粒的酶蛋白，主要參與各種代謝；麥醇溶蛋白和麥谷蛋白是小麥籽粒的儲(chǔ)藏蛋白，合稱為小麥面筋蛋白（gluten），約占小麥籽粒中總蛋白的80%[9-10]。

麥醇溶蛋白具有單體結(jié)構(gòu)，根據(jù)其氨基酸序列不同，分為ω5（相對(duì)分子質(zhì)量為49 000～55 000 Da，分別占麥醇溶蛋白含量的3%～6%）、ω1，2（相對(duì)分子質(zhì)量為39 000～44 000 Da，分別占麥醇溶蛋白含量的4%～7%）、α/β（相對(duì)分子質(zhì)量為28 000～35 000 Da，分別占麥醇溶蛋白含量的28%～33%）和γ-醇溶蛋白（相對(duì)分子質(zhì)量為31 000～35 000 Da，分別占麥醇溶蛋白含量的23%～31%）。由于缺乏半胱氨酸，大多數(shù)ω-醇溶蛋白不可能形成二硫鍵，而γ-醇溶蛋白和α/β-醇溶蛋白分別含有8 個(gè)和6 個(gè)半胱氨酸殘基，可分別形成4 個(gè)和3 個(gè)鏈內(nèi)交聯(lián)物[11-14]。

麥谷蛋白為一種由亞基通過(guò)分子間二硫鍵相連形成的聚集體蛋白，相對(duì)分子質(zhì)量在500 000 Da 到10 000 000 Da 之間。亞基根據(jù)氨基酸序列和分子量不同，分為低分子量麥谷蛋白亞基（low molecular weight gluten subunit，LMW-GS）和高分子量麥谷蛋白亞基（high molecular weight gluten subunit，HMW-GS）。LMW-GS 含量約占整個(gè)面筋蛋白的19%～25%，相對(duì)分子質(zhì)量在32 000～39 000 Da。HMW-GS 含量約占整個(gè)面筋蛋白的10%[15]。根據(jù)氨基酸序列和分子量的不同，HMW-GS 可以進(jìn)一步分為x 類型和y 類型，相對(duì)分子量分別為83 000～88 000 Da 和67 000～74 000 Da，LMW-GS 和HMW-GS 分別由8 個(gè)和11 個(gè)（x-HMW）-12（y-HMW）-半胱氨酸殘基組成[16-17]。

面筋蛋白及其亞基是植物蛋白的重要組成部分，它們可以在凝膠和可食性薄膜生產(chǎn)中形成起主導(dǎo)作用的網(wǎng)絡(luò)，產(chǎn)生穩(wěn)定乳液和泡沫的界面薄膜[13]。然而，麥醇溶蛋白能夠溶解于70%乙醇水溶液中，而不能溶解在水中，這限制了麥醇溶蛋白在實(shí)際食品生產(chǎn)中的應(yīng)用[18]。另外，關(guān)于既不溶于乙醇溶液也不溶于水的麥谷蛋白應(yīng)用的研究仍然較少，如要綜合利用小麥面筋蛋白，就需要針對(duì)其蛋白特性，利用改性方法，擴(kuò)展面筋蛋白及其組分在食品加工中的應(yīng)用。

2 擠壓對(duì)面筋蛋白構(gòu)象變化和功能特性影響的研究進(jìn)展

擠壓過(guò)程依賴于高溫、壓力、螺桿轉(zhuǎn)速、剪切力、模具形狀和水分含量，使小麥面筋、淀粉等動(dòng)植物資源生成大量具有膨脹特性和低密度特征的產(chǎn)品。小麥面筋蛋白中隱藏氨基酸的暴露以及蛋白質(zhì)分子之間疏水相互作用和二硫鍵的生成提供了與其他食物成分相互作用的可能性。通過(guò)擠壓處理，食品的質(zhì)構(gòu)特性、消化性和持水性、美拉德反應(yīng)和其他功能顯著增強(qiáng)。因此，從擠壓過(guò)程中小麥面筋蛋白構(gòu)象變化出發(fā)，探究擠壓剪切力、溫度和調(diào)制劑在擠壓過(guò)程中對(duì)小麥面筋蛋白的影響。

2.1 擠壓處理（剪切和溫度組合）對(duì)面筋蛋白構(gòu)象變化和功能特性影響的研究進(jìn)展

小麥面筋蛋白在擠壓處理過(guò)程中，由于異肽聚集、美拉德反應(yīng)和自由基引發(fā)的交聯(lián)，對(duì)結(jié)構(gòu)變化和聚合反應(yīng)產(chǎn)生了重大影響；擠壓加工過(guò)程中的聚集和降解導(dǎo)致蛋白質(zhì)的二級(jí)、三級(jí)或四級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。蛋白質(zhì)聚集的發(fā)生主要伴隨著α-螺旋的消失和反平行β-折疊的增加。由于擠壓導(dǎo)致小麥面筋蛋白結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，進(jìn)而對(duì)小麥面筋蛋白功能性產(chǎn)生影響。

2.1.1 擠壓處理（剪切和溫度組合）對(duì)面筋蛋白構(gòu)象變化的影響

擠壓過(guò)程中面筋蛋白發(fā)生變性、解離和碎裂過(guò)程，使變性的蛋白質(zhì)分子沿剪切方向排列[19]。擠壓過(guò)程中，面筋蛋白質(zhì)分子的變化見(jiàn)圖1。

圖1 蛋白質(zhì)分子在擠壓加工過(guò)程中通過(guò)疏水相互作用和二硫鍵與另一種蛋白質(zhì)或半胱氨酸分子變性、排列和交聯(lián)的示意圖Fig.1 Schematic diagrams of denaturation，arrangement and cross-linking of protein molecules with another protein or cysteine molecules through hydrophobic interactions and disulfide bonds during extrusion

由圖1 中路徑A 可知，變性蛋白通過(guò)疏水作用相互聚集后，相關(guān)蛋白質(zhì)中的巰基相互反應(yīng)和/或與二硫鍵交換，產(chǎn)生鏈間二硫鍵。然而，當(dāng)添加的半胱氨酸的含量（>1.5%）高于蛋白質(zhì)二硫鍵和巰基時(shí)，半胱氨酸中的巰基能夠打破面筋蛋白間二硫鍵網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生蛋白質(zhì)—S—SH 或蛋白質(zhì)—SS—半胱氨酸，極大地降低面筋蛋白的相對(duì)分子質(zhì)量（圖1 路徑B）[20]。此外，在擠壓過(guò)程中，半胱氨酸與蛋白質(zhì)之間的相互作用阻止了蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)之間的二硫鍵交聯(lián)。由于蛋白質(zhì)分子間的交聯(lián)度降低，面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)弱化[21]。

Rahaman 等[22]報(bào)道，剪切（500、1 000、1 500 s-1）不能單獨(dú)影響小麥面筋蛋白的構(gòu)象變化；然而，與低剪切速率（500 s-1）相比，當(dāng)剪切速率增加到1 000 s-1和1 500 s-1時(shí)，疏水性增強(qiáng)。這可能歸因于剪切力誘導(dǎo)的面筋分子的構(gòu)象變化、機(jī)械解離和解體，導(dǎo)致疏水相互作用的破壞和某些疏水殘基的暴露[23]。Grabowska等[24]對(duì)小麥面筋蛋白和大豆分離蛋白的濃縮混合物同時(shí)施加簡(jiǎn)單剪切變形和加熱（95 ℃），以產(chǎn)生具有新型半固體纖維或?qū)訝羁棙?gòu)的剪切誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)。當(dāng)兩相在剪切單元中水平和垂直排列時(shí)，分別形成纖維狀和層狀結(jié)構(gòu)[25]。Redl 等[26]研究表明外加機(jī)械剪切應(yīng)力對(duì)共價(jià)鍵聚合和斷裂的影響取決于剪切應(yīng)力的范圍。當(dāng)剪切不能對(duì)聚合物作出足夠的解纏時(shí)，較高的剪切應(yīng)力有助于將面筋聚合物分解為較小的分子量。Jansens等[27]研究發(fā)現(xiàn)，隨著擠壓剪切時(shí)間的延長(zhǎng)，胱氨酸含量降低，同時(shí)伴隨著DHA、半胱氨酸衍生物（lanthionine，LAN）和游離巰基含量的增加。DHA 可以與一些氨基酸反應(yīng)，生成共價(jià)鍵、LAL 和/或蛋白質(zhì)鏈之間的鍵，從而促進(jìn)面筋蛋白聚合。

2.1.2 擠壓處理（剪切和溫度組合）對(duì)面筋蛋白功能特性的影響

在擠壓過(guò)程中，由于水分含量、剪切速率、螺桿速度和進(jìn)料速度等機(jī)械應(yīng)力的作用，會(huì)發(fā)生小麥面筋共價(jià)鍵斷裂和/或小麥面筋聚合等現(xiàn)象，影響面筋蛋白的功能特性。

Wang 等[28]在剪切速率為500 s-1的情況下，研究水分含量對(duì)小麥面筋蛋白聚集行為的影響。研究發(fā)現(xiàn)水分含量在10%～55%適合于小麥面筋蛋白食品的擠壓加工。擠出物表現(xiàn)出較高的水溶指數(shù)、較低的吸水指數(shù)、較低的膨脹率、較高的密度和較高的硬度。對(duì)于高水分（>55%）擠壓工藝，較大的水分含量促進(jìn)了面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)的形成[22]。在145 ℃的擠出機(jī)溫度下，樣品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為各向異性，質(zhì)地不均勻，面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)度不一致，出現(xiàn)流動(dòng)取向的斷裂行為；而在110 ℃的擠出機(jī)溫度下，擠出物的斷裂行為表現(xiàn)為各向同性，缺乏特征的流動(dòng)模式[29]。因此，擠壓下流變特性與小麥面筋分子結(jié)構(gòu)的變化直接相關(guān)。

Redl 等[26]發(fā)現(xiàn)螺桿轉(zhuǎn)速?gòu)?80 r/min 增加到800 r/min，擠出物的密度和硬度略有下降，可溶性蛋白含量顯著降低。隨著螺桿轉(zhuǎn)速增加，麥醇溶蛋白-麥谷蛋白交聯(lián)度逐漸降低，面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)致密性減弱，觀察到擠出物斷裂的現(xiàn)象。Pietsch 等[29]通過(guò)改變螺桿配置和模具長(zhǎng)度，研究了機(jī)械能輸入從32～206 kJ/kg，剪切率高達(dá)50 s-1的機(jī)械應(yīng)力，以及1.5～3.5 MPa 的擠出機(jī)壓力對(duì)小麥面筋蛋白的影響。在研究范圍內(nèi)，未觀察到上述條件對(duì)面筋蛋白共價(jià)鍵的產(chǎn)生以及聚合和/或裂解反應(yīng)有顯著影響，然而，擠出機(jī)溫度在90～160 ℃時(shí)，聚集行為會(huì)發(fā)生顯著變化。研究發(fā)現(xiàn)，擠壓過(guò)程中的剪切應(yīng)變水平也會(huì)影響蛋白質(zhì)的聚集和降解。在7%的剪切應(yīng)變下，兩種反應(yīng)的活化能相同；而在70%的剪切應(yīng)變下，降解反應(yīng)的活化能較低。事實(shí)上，在高溫和巨大的剪切應(yīng)變下，面筋蛋白的降解需要重點(diǎn)關(guān)注。此外，大量研究發(fā)現(xiàn)擠壓協(xié)同溫度會(huì)顯著改善面筋蛋白的結(jié)構(gòu)和功能，因此，本文重點(diǎn)關(guān)注擠壓溫度對(duì)面筋蛋白品質(zhì)特性的影響。

2.2 擠壓溫度對(duì)面筋蛋白構(gòu)象變化和功能特性的調(diào)節(jié)作用

在擠壓過(guò)程中，受擠壓溫度的影響，蛋白逐漸展開(kāi)原有的天然結(jié)構(gòu)進(jìn)而發(fā)生重排，這是小麥面筋蛋白結(jié)構(gòu)改變的契機(jī)，包括離子、氫鍵和二硫鍵以及靜電和疏水作用。擠壓溫度決定蛋白變性的劇烈程度，較低溫度下擠壓使蛋白變性后會(huì)發(fā)生局部的聚集，而溫度過(guò)高則會(huì)造成聚集體重新展開(kāi)，甚至影響如β-折疊等肽鏈間的作用從而改變二級(jí)結(jié)構(gòu)相對(duì)含量。擠壓會(huì)改變小麥面筋蛋白在水中的溶解程度，改變蛋白中的分子質(zhì)量分布，不同亞基形成的聚集體其溶解狀態(tài)也不盡相同。通常高溫高壓條件可促使小麥面筋蛋白變性和聚集，從而降低蛋白溶解度，然而，過(guò)高螺桿轉(zhuǎn)速和過(guò)高溫度又會(huì)破壞形成的蛋白聚集體。因此，本文重點(diǎn)綜述擠壓溫度對(duì)面筋蛋白構(gòu)象變化和功能特性的調(diào)節(jié)作用。

2.2.1 擠壓溫度對(duì)面筋蛋白構(gòu)象的調(diào)節(jié)作用

擠壓過(guò)程中的進(jìn)料溫度通過(guò)各種化學(xué)作用導(dǎo)致谷物蛋白構(gòu)象的變化，包括離子、氫鍵和二硫鍵以及靜電和疏水作用，因此，在熱誘導(dǎo)擠壓過(guò)程中，小麥面筋蛋白既有聚集又有碎裂[30]。Wang 等[28]研究發(fā)現(xiàn)，熱誘導(dǎo)擠壓過(guò)程導(dǎo)致面筋的二級(jí)、三級(jí)或四級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，伴隨著α-螺旋的消失和β-折疊的增加。小麥面筋蛋白的熱誘導(dǎo)聚合反應(yīng)包括谷蛋白亞基之間分子內(nèi)二硫鍵的形成，麥醇溶蛋白和麥谷蛋白亞基之間通過(guò)分子間二硫鍵或氧化的分子間交聯(lián)鏈，在擠壓溫度大于90～120 ℃下由胱氨酸衍生的交聯(lián)鏈[31-33]。

Pietsch 等[29]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)擠壓溫度升高到120 ℃和160 ℃時(shí)，擠出物中可溶性二硫鍵水平分別從127.1、61.7 nmol/mg 大幅下降；不溶性二硫鍵的含量從44.6 nmol/mg 增加到145.5 nmol/mg。然而，當(dāng)擠壓臨界溫度升高至160 ℃時(shí)，超聲（5 W，20 kHz，60 s）可使擠出物中可溶性二硫鍵的含量分別從對(duì)照的126.6 nmol/mg降至47.5 nmol/mg；不溶性二硫鍵的含量從對(duì)照組的不可檢測(cè)水平增加到擠出物中的138.3 nmol/mg。Chen等[34]研究表明隨著擠壓溫度的升高，小麥面筋蛋白的游離基減少，二硫鍵增加，小麥面筋蛋白通過(guò)二硫鍵交聯(lián)促進(jìn)了聚集。此外，在擠壓過(guò)程中，溫度的升高通過(guò)增加巰基—二硫鍵交換促進(jìn)了面筋的聚集。

Rombouts 等[35]研究表明，在擠壓過(guò)程中應(yīng)用極端條件（160 ℃、180 s）存在二硫鍵（從75 ℃到170 ℃）和美拉德反應(yīng)的共價(jià)鍵（>110 ℃）。由于半胱氨酸中的游離巰基氧化成二硫鍵，擠壓處理后半胱氨酸的含量與對(duì)照相比顯著降低，半胱氨酸、酪氨酸、蛋氨酸、精氨酸、丙氨酸、甘氨酸和異亮氨酸的損失大于5.0%是美拉德反應(yīng)發(fā)生的依據(jù)[29，36]。此外，在還原的聚丙烯酰胺凝膠電泳的頂部出現(xiàn)了新的條帶，這意味著形成了新的大分子，擠出物的相對(duì)分子質(zhì)量太大而無(wú)法進(jìn)入凝膠[28]。由于整個(gè)二硫鍵在還原的條件下被分解，上述大分子可能不是來(lái)自二硫鍵的形成，而是潛在地歸因于美拉德產(chǎn)物或異肽鍵的發(fā)生。麥醇溶蛋白和麥谷蛋白亞基已被證明在大于120 ℃的溫度下通過(guò)硫醇—二硫鍵交換反應(yīng)產(chǎn)生分子間交聯(lián)鏈[37]。然而，異肽聚集、美拉德反應(yīng)和自由基引發(fā)的交聯(lián)也可能在聚合理論中發(fā)揮重要作用。熱加工過(guò)程中的非剪切面筋聚合由反應(yīng)圖2（a）表示，其中二硫鍵是由作為蛋白質(zhì)骨架中的兩個(gè)官能團(tuán)的兩個(gè)—SH 相互作用而形成的[35]?？傮w而言，在非還原條件下，由于形成二硫鍵和異肽鍵等共價(jià)鍵，處理時(shí)間和溫度的增加導(dǎo)致十二烷基硫酸鈉可提取的蛋白質(zhì)減少。

圖2 擠壓過(guò)程中有剪切和無(wú)剪切面筋聚合-解聚模型Fig.2 Polymerization-depolymerization model of gluten with and without extrusion shear

2.2.2 擠壓溫度對(duì)面筋蛋白功能特性的調(diào)節(jié)作用

Fischer 等[38]研究表明擠壓溫度升高經(jīng)歷兩步過(guò)程：1）面筋蛋白變性、結(jié)構(gòu)展開(kāi)、疏水基團(tuán)和分子反應(yīng)位點(diǎn)暴露；2）由分子間二硫鍵和非特異性疏水相互作用誘導(dǎo)的蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用。Pietsch 等[29]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)擠壓臨界溫度在60～160 ℃內(nèi)，擠壓物中蛋白質(zhì)幾乎不溶于提取液，因此表現(xiàn)出較低的溶解性。當(dāng)擠壓溫度升高到160 ℃時(shí)，擠出物中可溶性二硫鍵水平顯著降低；不溶性二硫鍵的含量顯著增加。當(dāng)擠壓臨界溫度升高至160 ℃時(shí)，超聲（5 W，20 kHz，60 s）可使擠出物中可溶性二硫鍵的含量分別進(jìn)一步降低；不溶性二硫鍵的含量明顯增加。由于蛋白質(zhì)的分子量可以決定其在加熱蛋白質(zhì)中的溶解度，在擠壓加工過(guò)程中蛋白質(zhì)的聚集引起的蛋白質(zhì)分子量的增加反過(guò)來(lái)導(dǎo)致蛋白質(zhì)的溶解性降低。在擠壓過(guò)程中，當(dāng)擠壓溫度達(dá)到120 ℃時(shí)，非共價(jià)鍵的作用力有助于小麥蛋白質(zhì)的聚集，然而，超聲可使膨化產(chǎn)物中的大部分不溶性蛋白質(zhì)（相對(duì)分子質(zhì)量>42 000）溶解；而膨化產(chǎn)物中的大部分不溶性蛋白質(zhì)在160 ℃的模壓下不能被超聲溶解，而是溶于十二烷基硫酸鈉-巰基乙醇水體系，這表明小麥蛋白質(zhì)可能形成了共價(jià)交聯(lián)，這種共價(jià)交聯(lián)不能被超聲影響。

Abedi 等[20]研究表明極端溫度（185 ℃）對(duì)膨化產(chǎn)物的溶解度有正向影響，在水、0.5 mol/L 氯化鈉、0.05 mol/L磷酸二氫鈉緩沖溶液、0.01 mol/L 氫氧化鈉、0.1 mol/L鹽酸和70%乙醇等溶劑中的溶解度略大于160 ℃和170 ℃擠壓溫度時(shí)的溶解度，這是由于面筋蛋白聚集力的破壞和蛋白質(zhì)相對(duì)分子質(zhì)量的降低所致。較高的擠壓溫度加速了共價(jià)鍵（S—S 鍵、肽鍵）和非共價(jià)鍵（靜電力、疏水力、氫鍵）的斷裂，降低了蛋白質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量。同樣，Jansens 等[27]研究發(fā)現(xiàn)麥谷蛋白和醇溶蛋白的結(jié)構(gòu)區(qū)域隨著擠壓溫度從160 ℃增加到185 ℃而明顯斷裂，表現(xiàn)出增加的表觀黏度。分子量在45 000～67 000 Da 之間的麥醇溶蛋白受到高溫?cái)D壓過(guò)程的影響較小，可能是因?yàn)樗鼈兒泻苌俚陌腚装彼釟埢?或很少的疏水氨基酸。

2.3 調(diào)制劑在擠壓過(guò)程中對(duì)面筋蛋白構(gòu)象變化和功能特性的調(diào)節(jié)作用

擠壓機(jī)作為小麥蛋白反應(yīng)容器，蛋白質(zhì)分子在套筒內(nèi)經(jīng)歷聚合和解聚過(guò)程。蛋白質(zhì)分子在擠壓過(guò)程中相互作用力主要包括有共價(jià)鍵和非共價(jià)鍵交聯(lián)，其中共價(jià)鍵包括有二硫鍵和非二硫鍵的共價(jià)鍵交聯(lián)，非共價(jià)鍵包括由疏水相互作用和氫鍵等。小麥蛋白在擠壓過(guò)程中，增加分子間的相互作用力，誘導(dǎo)蛋白質(zhì)聚合成更大分子量的聚合體，從而使蛋白質(zhì)的拉絲強(qiáng)度增強(qiáng)，擠壓產(chǎn)品的品質(zhì)提高。為改變蛋白質(zhì)之間的相互作用，提高產(chǎn)品品質(zhì)，通常在擠壓過(guò)程中添加調(diào)制劑，主要分為氧化還原類、酸堿類和其他等。

2.3.1 調(diào)制劑在擠壓過(guò)程中對(duì)面筋蛋白構(gòu)象變化的調(diào)節(jié)作用

在小麥蛋白擠壓過(guò)程中加入的氧化還原類型的調(diào)制劑一般為溴酸鉀、亞硫酸鈉、半胱氨酸等。加入氧化還原劑的原因是為了改變小麥蛋白在擠壓過(guò)程中聚合狀，從而探究小麥蛋白的聚合對(duì)組織化蛋白的影響[39]。擠壓過(guò)程中加入亞硫酸鈉，蛋白質(zhì)分子間二硫鍵被打斷，蛋白質(zhì)以小聚體或者單體狀態(tài)存在，氧化還原劑的加入可調(diào)控組織化蛋白中二硫鍵的含量[40]。Wang等[28]研究表明，當(dāng)擠壓過(guò)程中小麥粉中L-半胱氨酸的添加量為1.5%時(shí)，二硫鍵的數(shù)量增加了一倍。

通過(guò)改變擠壓過(guò)程中的酸堿度，能改變蛋白質(zhì)表面的電荷分布，使維持蛋白質(zhì)分子構(gòu)象的次級(jí)化學(xué)鍵發(fā)生改變，從而影響了蛋白質(zhì)在擠壓套筒內(nèi)的變性程度[39]。Li 等[41]在擠壓條件相同的情況下，添加堿性調(diào)制劑，在擠壓過(guò)程中小麥蛋白處于堿熱的環(huán)境中，可誘導(dǎo)小麥蛋白發(fā)生β-消除反應(yīng)，蛋白質(zhì)聚集成分子量更大的聚合體，然而，Ding 等[42]發(fā)現(xiàn)，低堿含量更有利于基于面筋蛋白的產(chǎn)品生產(chǎn)。

擠壓過(guò)程中添加的其他類調(diào)制劑主要有氯化鈉、磷酸鹽、多糖、乳化劑等。Zhao 等[43]通過(guò)研究溫度調(diào)控羧甲基纖維素與小麥面筋蛋白相互作用對(duì)面筋蛋白流變特性和結(jié)構(gòu)的影響，結(jié)果表明添加羧甲基纖維素后小麥面筋蛋白的β結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯轉(zhuǎn)變；溫度促進(jìn)了羧甲基纖維素與面筋蛋白相互作用，蛋白質(zhì)-多糖結(jié)合物是通過(guò)共價(jià)作用發(fā)生的，且蛋白質(zhì)-多糖結(jié)合物的含量隨溫度升高而增加。

Wang 等[28]研究了在擠壓過(guò)程中加入三聚磷酸鈉、焦磷酸鈉和六偏磷酸（0%～2%），研究其對(duì)小麥組織化蛋白品質(zhì)的改性機(jī)制。三聚磷酸鈉的添加顯著提高了小麥組織化蛋白的品質(zhì)，焦磷酸鈉和六偏磷酸鈉起著相反的作用。蛋白質(zhì)聚合行為結(jié)果分析表明：三聚磷酸鈉降低了游離巰基含量，提高了蛋白質(zhì)中二硫鍵和β-折疊相對(duì)含量以及蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)定性；相反，焦磷酸鈉和六偏磷酸鈉降低了蛋白質(zhì)的聚合程度，降低了大分子蛋白質(zhì)的含量。Zhang 等[44]研究表明低水平（1%以下）果膠的添加降低了面筋蛋白的α-螺旋含量，但增加了面筋的β-折疊和β-轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)，影響面筋蛋白的水合水平。Chen 等[45]研究發(fā)現(xiàn)KHCO3降低了醇溶蛋白與谷蛋白的比例，改變了面團(tuán)的二級(jí)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了面筋的聚集性。在擠壓處理過(guò)程中，添加各類調(diào)制劑通過(guò)對(duì)蛋白質(zhì)中的二硫鍵、β-折疊相對(duì)含量和次級(jí)化學(xué)鍵產(chǎn)生影響，進(jìn)而改變蛋白質(zhì)之間的相互作用力[28]。

2.3.2 調(diào)制劑在擠壓過(guò)程中對(duì)面筋蛋白功能特性的調(diào)節(jié)作用

在雙螺桿擠壓過(guò)程中，小麥面筋蛋白的保水性能明顯提高，氮溶指數(shù)降低，這可能歸因于新的二硫鍵生成和非共價(jià)相互作用[28]。Koh 等[46]在擠壓過(guò)程中添加對(duì)苯二酚抑制面筋蛋白的交聯(lián)，結(jié)果表明對(duì)苯二酚添加后顯著抑制了蛋白質(zhì)交聯(lián)，但對(duì)面筋蛋白的氨基酸組成沒(méi)有顯著的影響。此外，面筋蛋白擠出物形狀較不規(guī)則，稍有膨化，面筋纖維狀結(jié)構(gòu)粗糙。Jia 等[47]研究了維生素C 對(duì)小麥面筋蛋白結(jié)構(gòu)和功能特性的影響，結(jié)果表明維生素C 可以通過(guò)改變面筋中二硫鍵的含量，降低面筋的乳化特性和乳化穩(wěn)定性，增加面筋的溶解度，改善面團(tuán)的動(dòng)態(tài)黏度。

Wang 等[28]研究表明，當(dāng)擠壓過(guò)程中小麥粉中L-半胱氨酸的添加量為1.5% 時(shí)，小麥面筋蛋白黏度的降低。這歸因于面筋蛋白質(zhì)的不穩(wěn)定性以及半胱氨酸和半胱氨酸、蛋白質(zhì)和半胱氨酸以及蛋白質(zhì)和蛋白質(zhì)之間的巰基基團(tuán)的氧化。然而，擠壓協(xié)同熱處理影響了面筋蛋白的聚合反應(yīng)和分子間相互作用，面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)致密性減弱，顯著降低麥醇溶蛋白-麥谷蛋白交聯(lián)度，表現(xiàn)出膨化產(chǎn)物的含水率顯著降低，黏度增加，擠出物的斷裂性能和彈性顯著降低。熱處理和機(jī)械處理影響面筋蛋白的聚合反應(yīng)和分子相互作用，增加黏度，除了共價(jià)鍵，非共價(jià)分子相互作用也有助于在熱機(jī)械處理過(guò)程中復(fù)雜黏度的演變[25]。在堿性擠壓條件下，由于蛋白質(zhì)的交聯(lián)性增強(qiáng)，擠出物的硬度、回復(fù)性和咀嚼性能高于對(duì)照樣品；然而，低堿含量有利于以面筋蛋白為基礎(chǔ)的質(zhì)構(gòu)產(chǎn)品的生產(chǎn)。Li 等[41]通過(guò)加入碳酸氫鈉、碳酸鈉以及氫氧化鈉來(lái)改變谷朊粉在擠壓套筒中的擠壓環(huán)境，小麥組織化蛋白的咀嚼性、黏彈性顯著增加，內(nèi)部的拉絲效果提高。在擠壓條件相同的情況下，添加堿性調(diào)質(zhì)劑，在擠壓過(guò)程中小麥蛋白處于堿熱的環(huán)境中，可誘導(dǎo)小麥蛋白發(fā)生β-折疊反應(yīng)，蛋白質(zhì)聚集成分子量更大的聚合體，從而提高小麥組織化蛋白的品質(zhì)。

擠壓過(guò)程中添加的其他類調(diào)質(zhì)劑主要有氯化鈉、磷酸鹽、多糖、乳化劑等。多糖的加入會(huì)加劇蛋白質(zhì)在擠壓套筒內(nèi)的美拉德反應(yīng)，從而使擠出物的顏色加深。Zhao 等[43]通過(guò)溫度誘導(dǎo)與羧甲基纖維素間的相互作用對(duì)小麥面筋蛋白流變特性和結(jié)構(gòu)的影響表明添加0.5% 羧甲基纖維素，增強(qiáng)了面筋網(wǎng)絡(luò)，改善了面筋的黏彈性行為。相反，加入1.0%的羧甲基纖維素鈉，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)被破壞和穩(wěn)定。低濃度的氯化鈉添加量對(duì)于高水分?jǐn)D壓成型的小麥組織化蛋白品質(zhì)提升有著促進(jìn)作用，而高濃度添加下蛋白質(zhì)溶解度降低，阻礙蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的展開(kāi)，不利于蛋白質(zhì)分子之間的交聯(lián)。三聚磷酸鹽的添加，增加了小麥面筋蛋白的溶解度和黏度，從而改善了其乳化性、起泡性、熱穩(wěn)定性和流變性[48]，增加產(chǎn)品的硬度、咀嚼性以及回復(fù)力，對(duì)小麥蛋白組織化產(chǎn)品品質(zhì)的提升具有促進(jìn)作用[49]。Wang 等[28]發(fā)現(xiàn)海藻酸鈉、單甘酯和三聚磷酸鈉均可提高小麥面筋蛋白的持水性，其中三聚磷酸鈉的作用最顯著。

3 總結(jié)與展望

小麥面筋蛋白是豐富的蛋白質(zhì)資源之一，擠壓處理是小麥面筋蛋白常見(jiàn)的改性方式之一。在擠壓過(guò)程中涉及面筋蛋白的聚集和降解，顯著影響面筋蛋白二級(jí)和三級(jí)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響其加工成為面團(tuán)獨(dú)特的流變性和功能性以及烘焙品質(zhì)，因此，明確擠壓過(guò)程、擠壓溫度、調(diào)制劑加入對(duì)面筋蛋白品質(zhì)特性的影響，利用擠壓技術(shù)改善谷物蛋白的功能特性，從而拓寬谷物蛋白的開(kāi)發(fā)利用，在未來(lái)食品領(lǐng)域前景非常廣闊。

隨著研究的不斷深入，擠壓技術(shù)和其他生產(chǎn)技術(shù)結(jié)合的新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)逐漸成為研究熱點(diǎn)，未來(lái)研究中，可考慮擠壓協(xié)同超高壓、超聲波等技術(shù)聯(lián)合使用改善小麥面筋蛋白構(gòu)象和功能特性，這對(duì)促進(jìn)小麥面筋蛋白類產(chǎn)品加工的創(chuàng)新開(kāi)發(fā)、實(shí)現(xiàn)環(huán)境友好和資源保護(hù)、提高小麥產(chǎn)品價(jià)值鏈、促進(jìn)小麥產(chǎn)業(yè)升級(jí)具有重要的意義。