谷朊粉又稱活性面筋粉，是以小麥粉為原料，用水洗去淀粉和其它水溶性物 質(zhì)后剩下未變性的面筋經(jīng)烘千制成的粉體。谷朊粉具有獨特的黏彈特性和乳化性、 延伸性、發(fā)泡性等功能特性，其蛋白質(zhì)含量在75%以上，Osb〇rne[1]根據(jù)蛋白質(zhì)在 不同溶劑中的溶解性差異，將谷朊粉中的蛋白分為：麥球蛋白（不溶于水但溶于 稀鹽，占蛋白總量的6%?10%)、麥清蛋白（溶于水和稀鹽，占蛋白總量的3%? 5%)、麥醇溶蛋白（溶于70%(v/v)的乙醇，占蛋白總量的45%?50%)、麥谷 蛋白（溶于稀堿或稀酸，占蛋白總量的30%?40%)。此外還含有少量淀粉、纖維、 糖、脂肪、類脂和礦物質(zhì)等。

1.1.2谷版粉應(yīng)用現(xiàn)狀

谷朊粉中蛋白質(zhì)含量高，氨基酸較均衡，通過與其他食物性蛋白按比例混合， 還可以彌補賴氨酸含量較缺乏的缺點，在食用中充分保證營養(yǎng)。另外，谷朊粉中 脂肪、糖較低，鈣、磷、鐵含量均較高，尤其是鈣含量遠遠大于雞蛋、牛肉等食 品，完全符合人們對健康膳食結(jié)構(gòu)的要求。目前己廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域：其中食 品占67%，谷朊粉很早便被應(yīng)用于食品中，例如傳統(tǒng)食品中的烤麩、古老肉、素 雞、素鴨、素腸、油面筋等，在現(xiàn)代食品中，谷朊粉通常作為食品添加劑、品質(zhì) 改良劑，甚至可以作為某些食品的替代品；飼料占20%,谷朊粉的吸水性在飼料 中.己被廣泛應(yīng)用[2,3]，其營養(yǎng)性被應(yīng)用于高檔動物和寵物詞料中[4’5];其它占13%， 如可用于農(nóng)業(yè)病蟲防治，谷骯粉經(jīng)化學(xué)和酶修飾后可用作紙涂料和墻紙，也可生 產(chǎn)壓敏性粘合劑。本文將對谷朊粉改性方法介紹國內(nèi)外的研究情況。

1.2國內(nèi)外研究進展

由于面筋蛋白含有較多的疏水性氨基酸，分子內(nèi)疏水作用區(qū)域較大，溶解性 較低，限制了在食品中的利用范圍[63。因此，可利用一定的手段改善面筋蛋白的一 些生物化學(xué)性質(zhì)，提高其功能特性，拓寬小麥面筋蛋白的應(yīng)用范圍，為中髙檔食 品生產(chǎn)提供系列化的品質(zhì)改良劑。對谷朊粉進行改性的方法主要有化學(xué)方法、物 理方法、基因工程法和酶法等。

1.2.1谷朊粉的化學(xué)改性研究

化學(xué)改性的方法主要有蛋白質(zhì)的水解作用、糖基化作用、磷酸化作用、?；?作用、脫氨作用、羧基的酯化作用和蛋白質(zhì)的交聯(lián)等[7]。水解法是通過酸、堿對谷 朊粉中的酰胺鏈進行水解改性，即對分子中的谷氨酰胺和天冬酰胺進行去酰胺改 性，由于增加了羧基含量，降低了它們在谷朊粉蛋白質(zhì)分子中形成氫鍵的能力， 從而改善谷朊粉的功能特性。酸性條件下，去酰胺反應(yīng)是直接水解蛋白質(zhì)酰胺鍵 中的氨，使分子脫氨后形成羧酸。Woodar等[8]用l.Omol / L的HC1溶液對面筋蛋 白進行改性，75°C下水解30min，得到的去酰胺面筋蛋白具有較好的溶解性和乳化 性。史新慧等[9]用0.3mol / L的HC1對面筋蛋白進行了改性，7(TC下作用30min可 使溶解度從3.0%上升至54.8%,乳化性從8.0%上升至60.4%•磷酸化改性法是 將谷朊粉懸浮液分散到磷酸鹽中，二者反應(yīng)得到磷酸酯化作用改性的谷朊粉。谷 朊粉的磷酸化改性是有選擇性地將蛋白質(zhì)側(cè)鏈的活性基團分別接進磷酸基團，如 Ser, Thr，Tyr 的-0H 及 Lys 的 e-NH"使之變成 Ser, Thr, Tyr 的-P0廣和 Lys 的 -P0廣，從而引進大量親水性較高的磷酸基團，增加了蛋白質(zhì)體系的電負(fù)性，減少 蛋白質(zhì)分子之間的靜電引力，使之在食品體系中更易分散，并且其凈負(fù)電荷只有 在相當(dāng)?shù)偷膒H值環(huán)境中才會被中和，故拓寬了谷朊粉在食品中的應(yīng)用范圍[1°]。李 瑜等采用聚磷酸鈉對朊粉進行磷酸化改性，結(jié)果表明，面筋蛋白經(jīng)磷酸化改性后 其功能性質(zhì)顯著改善，可使乳化性、溶解性、起泡性及其穩(wěn)定性都有極大提高[113。 賈光峰等用三氯氧磷對谷朊粉進行改性，在谷朊粉濃度7. 5%、pH為6.0、三氯 氧磷體積〇.5mL條件下谷朊粉的黏度為2.88mPa_s,與未處理前相比，得到了較 大提高[1Z]。對谷朊粉進行?；男允菍⒁欢抗入梅奂铀{(diào)配成一定濃度的分 散體系，在弱堿性條件下，分批加入酸酐，室溫下進行?；磻?yīng)，再經(jīng)過中和、 離心、真空干燥、粉碎、過篩等處理后即得?；入梅邸９入梅鄯肿又械?〇H、-NH2、 -SH等基團在堿性條件下可與乙酸酐或玻珀酸酐作用而發(fā)生?；磻?yīng)，當(dāng)谷朊 粉蛋白質(zhì)分子中引入乙?；蜱牾；?，由于蛋白質(zhì)的凈電荷增加，分子伸展， 解離為亞單位的趨勢增加，從而使蛋白質(zhì)的溶解度、乳化性得到改善[13]。鐘昔陽 等對小麥面筋蛋白進行琥珀?；男?，改性后其乳化性、溶解性、起泡性及穩(wěn)定 性也都有很大提高，并在面條生產(chǎn)中應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)改性后面筋蛋白生產(chǎn)的面條溶脹 度大，最佳烹煮時間短，烹煮損失小，且面條的色澤、硬度、彈性、黏性、光滑 度、口感等、綜合性能均比未改性的面筋蛋白品質(zhì)高[1<]。利用乳糖等還原糖也可 以提高谷朊粉的乳化性，其機理是在一定條件下使糖與蛋白質(zhì)發(fā)生羰氨縮合反應(yīng)， 即美拉德(Mailand)反應(yīng)，生成蛋白質(zhì)一糖化合物，它的形成是基于蛋白質(zhì)分子中 氨基酸側(cè)鏈的自由氨基(主要是賴氨酸側(cè)鏈上的e —氣基)和糖分子還原末端的醛 羰基之間的反應(yīng)，蛋白質(zhì)一糖化合物在功能特性上(如溶解度、乳化性、抗氧化性、 抗菌性以及熱穩(wěn)定性等)相對于原始蛋白質(zhì)有明顯的改善。濕熱條件下膠體改性對谷朊粉特性的影響研究，研究結(jié)果表明，谷朊粉 的乳化活性指數(shù)(EAI,即每克蛋白質(zhì)的乳化面積)為33.02m/g,比改性前的乳化活 性指數(shù)(5.19m/g)有顯著的提髙[15]。糖改性蛋白質(zhì)的方法具有經(jīng)濟、安全、有效、 操作簡單等優(yōu)點，且其產(chǎn)品是一種性質(zhì)優(yōu)良的“綠色”食品添加劑，符合現(xiàn)代社 會對健康食品的要求，有著廣泛的應(yīng)用前景。

1_2.2谷朊粉的物理改性研究

物理改性是通過適度的熱變性、添加增稠劑、機械攪拌、擠壓、冷凍、質(zhì)構(gòu) 化和超聲波等途徑來改變蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)和分子間的聚集方式，從而改善植物 蛋白的功能性和營養(yǎng)性的方法，此法具有費用低、無毒副作用、作用時間短以及 對產(chǎn)品營養(yǎng)性質(zhì)影響較小等特點。目前，國內(nèi)外提髙谷朊粉功能特性所釆用的物 理方法主要有濕熱處理法和微波處理法。濕熱處理法是在一定水分含量和弱酸條 件下對谷朊粉進行水浴加熱處理，從而改善其乳化特性的方法。通過濕熱處理， 蒸汽可使水分滲透到蛋白質(zhì)分子內(nèi)部，在較高的溫度(l〇(TC)下引起谷朊粉中蛋白 質(zhì)分子構(gòu)象的變化，使分子的立體結(jié)構(gòu)伸展，更主要的是使分子中的酰胺鍵斷裂 和二硫鍵水解，從而有利于面筋蛋白分子初水分子的運動及其相互作用，從而使 其乳化性得到相應(yīng)的提高。趙冬艷等利用此方法對谷朊粉進行了改性，通過試驗 研究pH值、谷朊粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、加熱溫度及時間等因素對谷朊粉乳化性的影響， 結(jié)果表明，通過濕熱法處理后，谷朊粉的乳化性和乳化穩(wěn)定性均達到1〇〇%[16]。微 波處理法是將一定水分含量的谷朊粉用NaOH或HC1溶液調(diào)節(jié)至一定pH值后，放 入不同功率的微波爐中，通過調(diào)整處理時間來改善其乳化性的方法。微波本身不 生熱，它只在被物體吸收后產(chǎn)生熱，通過微波對谷朊粉進行處理改性后，可使其 構(gòu)象發(fā)生改變，分子立體結(jié)構(gòu)伸展，谷朊粉的溶解性得到了極大的提高，從而使 谷朊粉的乳化性得到顯著改善。趙東艷等用微波法對谷朊粉進行改性，得到微波 處理提高乳化性的最佳作用條件為:pH值10.0、谷朊粉濃度9.0%、加熱時間100s 和微波能量560W;在最佳條件下，谷朊粉的乳化活性及乳穩(wěn)定性均為100%,溶 解度37.6%,結(jié)果表明谷朊粉的乳化性顯著提高[17]。賈光峰等人用微波法對谷阮 粉進行改性，確定了提高谷朊粉粘性的最佳條件為：谷朊粉濃度為O.lg/ml、pH 值為4、加熱時間為120s和微波功率為630W，此條件下的粘性為9.20mPa«s[18]。

1.2.3谷朊粉的酶法改性研究

酶法改性由于其可控制性強、條件適中、能耗低、專一性強及副產(chǎn)物較少的 優(yōu)點而廣受重視，用來水解蛋白質(zhì)的酶有胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、 木瓜蛋白酶及微生物酶等。采用非專一性蛋白酶如木瓜蛋白酶充分水解谷朊粉， 能起到增溶效果，并降低其凝膠化、增強產(chǎn)品的起泡和乳化性質(zhì)；若采用部位專 一性酶如胰蛋白酶或胰凝乳蛋白酶對谷朊粉進行部分水解，也能在一定程度上改 進產(chǎn)品的起泡和乳化性質(zhì)。趙東艷、董海洲用木瓜蛋白酶對谷朊粉進行改性，使 谷朊粉的乳化活性提高到72.4%[1#]。趙東艷等利用堿性蛋白酶對谷朊粉乳化性進行 改良，確定最佳水解條件為:底物濃度為10.0%，反應(yīng)時間為4h, pH值為8.0,反 應(yīng)溫度為6(TC;此時谷朊粉的水解度為3.2%,乳化活性為77. 02%,乳化穩(wěn)定性為 78.56%,比水解前乳化性有明顯提高[20]。鐘方旭、張弦等用固定化堿性蛋白酶水 解谷朊粉，在底物濃度為5%、酶濃度為4000 U/g、酶解時間為3h條件下水解度 達到9.5%,谷朊粉的溶解性得到較大改善[21]。賈光峰用微生物轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶對谷 朊粉的凝膠性進行改善，當(dāng)谷朊粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%,反應(yīng)時間為1?2 h,反應(yīng)溫 度為30?401：，口?1值為2.5?3.5時，谷朊粉形成的凝膠質(zhì)量最好[22]。0以8〇等利 用真菌蛋白酶水解熱處理過的谷朊粉時發(fā)現(xiàn)，谷朊粉溶解度隨著水解度增加而增 大。當(dāng)水解度為14%時，不僅可以提高谷朊粉的溶解性，而且在pH為9和6. 5時， 可獲得較高的起泡性，從而擴大了谷朊粉的應(yīng)用范圍[23]。

1.2.4谷朊粉的復(fù)合改性研究

復(fù)合改性即同時利用上述討論方法中的兩種或兩種以上方法對谷朊粉進行改 性的方法。董群義等利用乙酸酐和三聚磷酸鈉進行復(fù)合改性的研究表明，乙?；?和磷酸化具有協(xié)同增效作用，同時作用可明顯改善谷朊粉的功能性質(zhì)[24]。此外， Akio kato利用蛋白酶處理面筋蛋白后，再將葡聚糖通過羰氨縮合共價接于面筋蛋 白中，該反應(yīng)無須加入任何化學(xué)試劑，只是將葡聚糖與面筋蛋白以一定的比例混 合后，于溫度為60°C、相對濕度(RH)79%的干燥箱中放置3周。葡聚糖雖只有一 個活性中心，但面筋蛋白經(jīng)酶處理后，一個面筋肽鏈可以和幾個葡聚糖結(jié)合，大 大提高了溶解度，從而顯著改善其乳化性w。趙曉園等用磷酸化—酶法復(fù)合方法 對小麥面筋蛋白進行改性，研究表明小麥面筋蛋白添加量7%,三聚磷酸鈉添加 量2.5%，中性蛋白酶添加量0.05%,溫度30°C,酸解pH值10.5時谷朊粉膜的 阻水性和消化率最好[26]。戈志成，張燕萍采用先濕熱，后琥珀酸酐隊谷朊粉進行 改性，處理后谷朊粉的乳化性得到了顯著提高W。

1.3膠體及其應(yīng)用現(xiàn)狀

1.3.1果膠

果膠是一種大分子多糖物質(zhì)，主要成分是D-半乳糖醛酸，存在于植物相鄰細(xì) 胞壁的中膠層。果膠具有良好的乳化、穩(wěn)定、增稠、凝膠等作用，被廣泛應(yīng)用于 食品行業(yè)中。近年來的一些研究表明，果膠具有一些特定的重要生理功能，如降 低血清膽固醇、血糖含量，增強抗體活性，刺激巨噬細(xì)胞和噬菌細(xì)胞，增殖脾細(xì) 胞，抑制透明質(zhì)酸酶和組胺的釋放、內(nèi)毒素誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)和預(yù)防癌癥的發(fā)生和 轉(zhuǎn)移[28]。此外，果膠還能防止重金屬離子中毒，特別是防止鉛中毒。因此，果膠 除了作為凝膠劑、增稠劑、穩(wěn)定劑及蛋黃乳化機應(yīng)用與糖果、果醬、果凍、果汁 飲料、罐頭等食品中外，還可作為功能性添加劑應(yīng)用于食品6

果膠的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜且多變，目前學(xué)術(shù)界傾向于果膠結(jié)構(gòu)如圖1-1所示，以 同型半乳糖醛酸聚糖（homogalacturonan，HG)為主鏈，鼠李半乳糖醒酸聚糖I (rhamngalacturonan I,RGI)和鼠李半乳糖醛酸聚糖II (rhamngalacturonan II，RGII)連接在HG上' 果膠之所以具有很強的凝膠作用和吸附能力，可能與 螺旋狀的空間構(gòu)造以及一些二價陽離子在這些螺旋狀分子之間的架橋作用有關(guān)。 在特定條件下，果膠分子之間可以交聯(lián)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，網(wǎng)狀空隙中充滿水或可溶 性固形物，從而完成凝膠作用。

1.3.2海蕩酸鈉

海藻酸鈉（Sodium Alginate)，又名褐藻酸鈉、褐藻膠、海帶膠、藻酸鹽， 是從海帶中提取的天然多糖碳水化合物。其形狀為白色或淡黃色不定形粉末，無 臭、無味，易溶于水形成粘稠狀膠體凝膠，不溶于酸（PH<3)和酒精等有機溶劑。 海藻酸鈉是由P -D-甘露糖醛酸鈉與a -L-古羅糖醛酸鈉鹽形成的聚合物，其結(jié)構(gòu) 如圖1-2所示，分子量在32000?200000之間。其羧基具有較大的活性，能與除 汞、鎂以外的二價金屬離子發(fā)生快速的離子交換，生成海藻酸鹽凝膠。海藻酸鈉 作為增稠劑、穩(wěn)定劑、乳化劑、上漿劑、粘合劑等廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、造紙、 印染、紡織、日用化工等產(chǎn)品中。由于海藻酸鈉實際上是一種天然的纖維素，所 以它不僅是一種安全的食品添加劑，還可以作為仿生食品貨療效食品的基材。海 藻酸鈉具有疏通血管、軟化血管、降低人體內(nèi)膽固醇和血液黏度等作用，可預(yù)防 高血壓、糖尿病、肥胖癥等現(xiàn)代病，能抑制腸道中的有害金屬如鍶、鎘、鉛等在 體內(nèi)的積累。因為海藻酸鈉的這些特殊功能，日本人把富含海藻酸鈉的食品稱為 “長壽食品”，美國人則稱其為“奇妙的食品添加劑” [3〇]。

1.3.3明膠

明膠是從豬、牛等動物骨和皮中的膠原通過變性而制得的變性蛋白質(zhì)，濕熱條件下膠體改性對谷朊粉特性的影響研究，其蛋 白質(zhì)含量達82%以上，含有18中氨基酸，其中7種為人體所必需。明膠成品為無 色或淡黃色透明薄片貨微粒，明膠因來源不同其物理性質(zhì)也有較大的差異，其中 以豬皮制得的明膠性質(zhì)最優(yōu)，透明度高，可塑性強*明膠不溶于冷水，但可溶于 熱水形成熱可塑性凝膠，并且具有極其優(yōu)良的物理性質(zhì)，比如膠凍力、髙度分散 性、分散穩(wěn)定性、親和性、低粘度性、持水性、韌性和可逆性等，因此明膠是一 種重要的食品添加劑，在食品中作為膠凍劑、穩(wěn)定劑、發(fā)泡劑、乳化劑、增稠劑、 澄清劑、分散劑等廣泛應(yīng)用[31’M]。 1.3.4羧甲基纖維素鈉

羧甲基纖維素鈉(簡稱CMC)是由天然纖維素加工而成的一種陰離子線性物質(zhì), 屬于纖維素衍生物，其分子結(jié)構(gòu)式如圖1-3所示。CMC為白色粉末，無味、無臭、 無毒、易吸濕，易對光和熱穩(wěn)定。CMC具有增稠性、乳化性、粘結(jié)性、分散性、保 水性、懸浮性、凝膠性等特性，在食品工業(yè)中作為增稠劑、乳化劑、分散劑、穩(wěn) 定劑、懸浮劑、濕潤劑、凝膠劑等應(yīng)用，廣泛應(yīng)用于食品加工上。CMC作為增稠劑 主要應(yīng)用于各種果汁飲料、調(diào)味汁、湯汁中，具有良好的穩(wěn)定性，可使食品保持 口感均一、濃度均一和風(fēng)味均一。CMC作為乳化劑主要應(yīng)用于面包、奶油醬、冰淇 淋等食品，它可使制品不分層、不出現(xiàn)油花。CMC作為濕潤劑主要應(yīng)用于烘烤食品 中，可使食品保持一定的濕度，防止食物脫水，使食物保持一定的外觀形狀。此 外，CMC還廣泛應(yīng)用于果粒飲料、乳酸飲料、果凍、果醬等食品中％341。

1.3.5瓜爾膠

將瓜爾豆種子的胚芽和外殼從種子中分離出來，并將胚乳精磨得到食品等級、 技術(shù)等級或工業(yè)等級即得到瓜爾膠原粉。瓜爾膠是一種高純化多糖，主要成分是 分子量為5萬至80萬的配糖鍵結(jié)合的半乳甘露聚糖，即由半乳糖和甘露糖以一比 二的比率組成的高分子量水解膠體多糖類。

瓜爾膠作為一種添加劑已在食品行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，例如在冷飲中加入瓜爾 膠可以防止冰晶產(chǎn)生，起著增稠、乳化作用；在飲料中加入瓜爾膠可改善口感， 并起到增、持水和穩(wěn)定的作用；在面制品中加入瓜爾膠可以起到粘結(jié)、保水、增

加筋力，保持優(yōu)良品質(zhì)的作用，并且可延長食品的貨架期：在豆制品中加入瓜爾 膠可起到穩(wěn)定作用；在肉制品中，如午餐肉、肉丸、火腿腸中加入瓜爾膠可起到 粘結(jié)、增加體積和爽口的作用；在乳制品中加入瓜爾膠可起到乳化、增稠和改善 口感的作用。此外，瓜爾膠還廣泛應(yīng)用于化妝品工業(yè)、紡織工業(yè)、石油工業(yè)、造 紙工業(yè)[35]。

1.4立題的背景和意義

我國是小麥生產(chǎn)大國，近年來年生產(chǎn)總量一直位居世界前茅，因此谷朊粉的 產(chǎn)量也持續(xù)在增加，傳統(tǒng)市場對它的需求己趨于飽和，為了擴大谷朊粉在食品行 業(yè)的應(yīng)用范圍，增加小麥深加工的附加值，對谷朊粉進行改性是一種有效的方法。 雖然國內(nèi)外對植物蛋白的改性研究已有很多，但也不能完全滿足食品行業(yè)的需求， 用膠體對谷朊粉進行改性，是一種經(jīng)濟、安全、簡單的方法，其產(chǎn)品屬于綠色食 品添加劑，符合現(xiàn)代社會對天然綠色食品的需求，在食品行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用前 景。

本研究旨在探索在濕熱條件下，果膠、海藻酸鈉、明膠、羧甲基纖維素鈉和 瓜爾膠對谷朊粉功能性質(zhì)的影響，為拓寬谷朊粉應(yīng)用范圍和深加工提供參考。

1.5本課題的主要研究內(nèi)容

本論文的研究對象為谷朊粉，主要圍繞“膠體在濕熱條件下對谷朊粉功能性 質(zhì)的影響-響應(yīng)面法羧甲基纖維素鈉在濕熱條件下對谷朊粉粘彈性的改性研究-濕 熱條件下膠體改性谷朊粉機理初步探討”這一思路展開各項研究，具體研究內(nèi)容 如下：

(1)親水膠體在濕熱條件下對谷朊粉功能特性的影響

測定谷朊粉蛋白質(zhì)、脂肪、灰分、水分等含量，以溶解性、起泡性及起泡穩(wěn) 定性、乳化性及乳化穩(wěn)定性、粘彈性作為考察指標(biāo)，濕熱條件下膠體改性對谷朊粉特性的影響研究，研究不同膠體在濕熱條件下 對谷朊粉功能性質(zhì)的影響。

(2)CMC濕熱法改善谷朊粉粘彈性的研究

采用響應(yīng)面法確定濕熱條件下CMC改善谷朊粉粘性的最佳條件。

(3)膠體-谷朊粉復(fù)合物熱特性（DSC)變化

對各膠體改性的谷朊粉進行熱特性測試，從谷朊粉熱特性變化中探究膠體對 谷朊粉改性的機理。

(4)膠體-濕熱復(fù)合改性對谷朊粉巰基、雙硫鍵的影響

測定改性前后谷朊粉的自由巰基和二硫鍵的含量，以探究自由巰基和二硫鍵 含量對谷朊粉功能性質(zhì)的影響。

(5)膠體-濕熱復(fù)合改性對谷朊粉流變學(xué)特性的影響

從谷朊粉的儲能模量、損耗模量和復(fù)合黏度方面探究了膠體對谷朊粉流變學(xué) 特性的影響。