谷朊粉又称活性面筋粉，是以小麦粉为原料，用水洗去淀粉和其它水溶性物 质后剩下未变性的面筋经烘千制成的粉体。谷朊粉具有独特的黏弹特性和乳化性、 延伸性、发泡性等功能特性，其蛋白质含量在75%以上，Osb〇rne[1]根据蛋白质在 不同溶剂中的溶解性差异，将谷朊粉中的蛋白分为：麦球蛋白（不溶于水但溶于 稀盐，占蛋白总量的6%〜10%)、麦清蛋白（溶于水和稀盐，占蛋白总量的3%〜 5%)、麦醇溶蛋白（溶于70%(v/v)的乙醇，占蛋白总量的45%〜50%)、麦谷 蛋白（溶于稀碱或稀酸，占蛋白总量的30%〜40%)。此外还含有少量淀粉、纤维、 糖、脂肪、类脂和矿物质等。

1.1.2谷版粉应用现状

谷朊粉中蛋白质含量高，氨基酸较均衡，通过与其他食物性蛋白按比例混合， 还可以弥补赖氨酸含量较缺乏的缺点，在食用中充分保证营养。另外，谷朊粉中 脂肪、糖较低，钙、磷、铁含量均较高，尤其是钙含量远远大于鸡蛋、牛肉等食 品，完全符合人们对健康膳食结构的要求。目前己广泛应用于各个领域：其中食 品占67%，谷朊粉很早便被应用于食品中，例如传统食品中的烤麸、古老肉、素 鸡、素鸭、素肠、油面筋等，在现代食品中，谷朊粉通常作为食品添加剂、品质 改良剂，甚至可以作为某些食品的替代品；饲料占20%,谷朊粉的吸水性在饲料 中.己被广泛应用[2,3]，其营养性被应用于高档动物和宠物词料中[4’5];其它占13%， 如可用于农业病虫防治，谷肮粉经化学和酶修饰后可用作纸涂料和墙纸，也可生 产压敏性粘合剂。本文将对谷朊粉改性方法介绍国内外的研究情况。

1.2国内外研究进展

由于面筋蛋白含有较多的疏水性氨基酸，分子内疏水作用区域较大，溶解性 较低，限制了在食品中的利用范围[63。因此，可利用一定的手段改善面筋蛋白的一 些生物化学性质，提高其功能特性，拓宽小麦面筋蛋白的应用范围，为中髙档食 品生产提供系列化的品质改良剂。对谷朊粉进行改性的方法主要有化学方法、物 理方法、基因工程法和酶法等。

1.2.1谷朊粉的化学改性研究

化学改性的方法主要有蛋白质的水解作用、糖基化作用、磷酸化作用、酰化 作用、脱氨作用、羧基的酯化作用和蛋白质的交联等[7]。水解法是通过酸、碱对谷 朊粉中的酰胺链进行水解改性，即对分子中的谷氨酰胺和天冬酰胺进行去酰胺改 性，由于增加了羧基含量，降低了它们在谷朊粉蛋白质分子中形成氢键的能力， 从而改善谷朊粉的功能特性。酸性条件下，去酰胺反应是直接水解蛋白质酰胺键 中的氨，使分子脱氨后形成羧酸。Woodar等[8]用l.Omol / L的HC1溶液对面筋蛋 白进行改性，75°C下水解30min，得到的去酰胺面筋蛋白具有较好的溶解性和乳化 性。史新慧等[9]用0.3mol / L的HC1对面筋蛋白进行了改性，7(TC下作用30min可 使溶解度从3.0%上升至54.8%,乳化性从8.0%上升至60.4%•磷酸化改性法是 将谷朊粉悬浮液分散到磷酸盐中，二者反应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选择性地将蛋白质侧链的活性基团分别接进磷酸基团，如 Ser, Thr，Tyr 的-0H 及 Lys 的 e-NH"使之变成 Ser, Thr, Tyr 的-P0广和 Lys 的 -P0广，从而引进大量亲水性较高的磷酸基团，增加了蛋白质体系的电负性，减少 蛋白质分子之间的静电引力，使之在食品体系中更易分散，并且其净负电荷只有 在相当低的pH值环境中才会被中和，故拓宽了谷朊粉在食品中的应用范围[1°]。李 瑜等采用聚磷酸钠对朊粉进行磷酸化改性，结果表明，面筋蛋白经磷酸化改性后 其功能性质显著改善，可使乳化性、溶解性、起泡性及其稳定性都有极大提高[113。 贾光峰等用三氯氧磷对谷朊粉进行改性，在谷朊粉浓度7. 5%、pH为6.0、三氯 氧磷体积〇.5mL条件下谷朊粉的黏度为2.88mPa_s,与未处理前相比，得到了较 大提高[1Z]。对谷朊粉进行酰基化改性是将一定量谷朊粉加水调配成一定浓度的分 散体系，在弱碱性条件下，分批加入酸酐，室温下进行酰基化反应，再经过中和、 离心、真空干燥、粉碎、过筛等处理后即得酰化谷朊粉。谷朊粉分子中的-〇H、-NH2、 -SH等基团在碱性条件下可与乙酸酐或玻珀酸酐作用而发生酰基化反应，当谷朊 粉蛋白质分子中引入乙酰基或琥珀酰基后，由于蛋白质的净电荷增加，分子伸展， 解离为亚单位的趋势增加，从而使蛋白质的溶解度、乳化性得到改善[13]。钟昔阳 等对小麦面筋蛋白进行琥珀酰化改性，改性后其乳化性、溶解性、起泡性及稳定 性也都有很大提高，并在面条生产中应用，发现改性后面筋蛋白生产的面条溶胀 度大，最佳烹煮时间短，烹煮损失小，且面条的色泽、硬度、弹性、黏性、光滑 度、口感等、综合性能均比未改性的面筋蛋白品质高[1<]。利用乳糖等还原糖也可 以提高谷朊粉的乳化性，其机理是在一定条件下使糖与蛋白质发生羰氨缩合反应， 即美拉德(Mailand)反应，生成蛋白质一糖化合物，它的形成是基于蛋白质分子中 氨基酸侧链的自由氨基(主要是赖氨酸侧链上的e —氣基)和糖分子还原末端的醛 羰基之间的反应，蛋白质一糖化合物在功能特性上(如溶解度、乳化性、抗氧化性、 抗菌性以及热稳定性等)相对于原始蛋白质有明显的改善。湿热条件下胶体改性对谷朊粉特性的影响研究，研究结果表明，谷朊粉 的乳化活性指数(EAI,即每克蛋白质的乳化面积)为33.02m/g,比改性前的乳化活 性指数(5.19m/g)有显著的提髙[15]。糖改性蛋白质的方法具有经济、安全、有效、 操作简单等优点，且其产品是一种性质优良的“绿色”食品添加剂，符合现代社 会对健康食品的要求，有着广泛的应用前景。

1_2.2谷朊粉的物理改性研究

物理改性是通过适度的热变性、添加增稠剂、机械搅拌、挤压、冷冻、质构 化和超声波等途径来改变蛋白质的高级结构和分子间的聚集方式，从而改善植物 蛋白的功能性和营养性的方法，此法具有费用低、无毒副作用、作用时间短以及 对产品营养性质影响较小等特点。目前，国内外提髙谷朊粉功能特性所釆用的物 理方法主要有湿热处理法和微波处理法。湿热处理法是在一定水分含量和弱酸条 件下对谷朊粉进行水浴加热处理，从而改善其乳化特性的方法。通过湿热处理， 蒸汽可使水分渗透到蛋白质分子内部，在较高的温度(l〇(TC)下引起谷朊粉中蛋白 质分子构象的变化，使分子的立体结构伸展，更主要的是使分子中的酰胺键断裂 和二硫键水解，从而有利于面筋蛋白分子初水分子的运动及其相互作用，从而使 其乳化性得到相应的提高。赵冬艳等利用此方法对谷朊粉进行了改性，通过试验 研究pH值、谷朊粉的质量分数、加热温度及时间等因素对谷朊粉乳化性的影响， 结果表明，通过湿热法处理后，谷朊粉的乳化性和乳化稳定性均达到1〇〇%[16]。微 波处理法是将一定水分含量的谷朊粉用NaOH或HC1溶液调节至一定pH值后，放 入不同功率的微波炉中，通过调整处理时间来改善其乳化性的方法。微波本身不 生热，它只在被物体吸收后产生热，通过微波对谷朊粉进行处理改性后，可使其 构象发生改变，分子立体结构伸展，谷朊粉的溶解性得到了极大的提高，从而使 谷朊粉的乳化性得到显著改善。赵东艳等用微波法对谷朊粉进行改性，得到微波 处理提高乳化性的最佳作用条件为:pH值10.0、谷朊粉浓度9.0%、加热时间100s 和微波能量560W;在最佳条件下，谷朊粉的乳化活性及乳稳定性均为100%,溶 解度37.6%,结果表明谷朊粉的乳化性显著提高[17]。贾光峰等人用微波法对谷阮 粉进行改性，确定了提高谷朊粉粘性的最佳条件为：谷朊粉浓度为O.lg/ml、pH 值为4、加热时间为120s和微波功率为630W，此条件下的粘性为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强、条件适中、能耗低、专一性强及副产物较少的 优点而广受重视，用来水解蛋白质的酶有胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、 木瓜蛋白酶及微生物酶等。采用非专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，并降低其凝胶化、增强产品的起泡和乳化性质；若采用部位专 一性酶如胰蛋白酶或胰凝乳蛋白酶对谷朊粉进行部分水解，也能在一定程度上改 进产品的起泡和乳化性质。赵东艳、董海洲用木瓜蛋白酶对谷朊粉进行改性，使 谷朊粉的乳化活性提高到72.4%[1#]。赵东艳等利用碱性蛋白酶对谷朊粉乳化性进行 改良，确定最佳水解条件为:底物浓度为10.0%，反应时间为4h, pH值为8.0,反 应温度为6(TC;此时谷朊粉的水解度为3.2%,乳化活性为77. 02%,乳化稳定性为 78.56%,比水解前乳化性有明显提高[20]。钟方旭、张弦等用固定化碱性蛋白酶水 解谷朊粉，在底物浓度为5%、酶浓度为4000 U/g、酶解时间为3h条件下水解度 达到9.5%,谷朊粉的溶解性得到较大改善[21]。贾光峰用微生物转谷氨酰胺酶对谷 朊粉的凝胶性进行改善，当谷朊粉质量分数为20%,反应时间为1〜2 h,反应温 度为30〜401：，口?1值为2.5〜3.5时，谷朊粉形成的凝胶质量最好[22]。0以8〇等利 用真菌蛋白酶水解热处理过的谷朊粉时发现，谷朊粉溶解度随着水解度增加而增 大。当水解度为14%时，不仅可以提高谷朊粉的溶解性，而且在pH为9和6. 5时， 可获得较高的起泡性，从而扩大了谷朊粉的应用范围[23]。

1.2.4谷朊粉的复合改性研究

复合改性即同时利用上述讨论方法中的两种或两种以上方法对谷朊粉进行改 性的方法。董群义等利用乙酸酐和三聚磷酸钠进行复合改性的研究表明，乙酰化 和磷酸化具有协同增效作用，同时作用可明显改善谷朊粉的功能性质[24]。此外， Akio kato利用蛋白酶处理面筋蛋白后，再将葡聚糖通过羰氨缩合共价接于面筋蛋 白中，该反应无须加入任何化学试剂，只是将葡聚糖与面筋蛋白以一定的比例混 合后，于温度为60°C、相对湿度(RH)79%的干燥箱中放置3周。葡聚糖虽只有一 个活性中心，但面筋蛋白经酶处理后，一个面筋肽链可以和几个葡聚糖结合，大 大提高了溶解度，从而显著改善其乳化性w。赵晓园等用磷酸化—酶法复合方法 对小麦面筋蛋白进行改性，研究表明小麦面筋蛋白添加量7%,三聚磷酸钠添加 量2.5%，中性蛋白酶添加量0.05%,温度30°C,酸解pH值10.5时谷朊粉膜的 阻水性和消化率最好[26]。戈志成，张燕萍采用先湿热，后琥珀酸酐队谷朊粉进行 改性，处理后谷朊粉的乳化性得到了显著提高W。

1.3胶体及其应用现状

1.3.1果胶

果胶是一种大分子多糖物质，主要成分是D-半乳糖醛酸，存在于植物相邻细 胞壁的中胶层。果胶具有良好的乳化、稳定、增稠、凝胶等作用，被广泛应用于 食品行业中。近年来的一些研究表明，果胶具有一些特定的重要生理功能，如降 低血清胆固醇、血糖含量，增强抗体活性，刺激巨噬细胞和噬菌细胞，增殖脾细 胞，抑制透明质酸酶和组胺的释放、内毒素诱导的炎症反应和预防癌症的发生和 转移[28]。此外，果胶还能防止重金属离子中毒，特别是防止铅中毒。因此，果胶 除了作为凝胶剂、增稠剂、稳定剂及蛋黄乳化机应用与糖果、果酱、果冻、果汁 饮料、罐头等食品中外，还可作为功能性添加剂应用于食品6

果胶的结构非常复杂且多变，目前学术界倾向于果胶结构如图1-1所示，以 同型半乳糖醛酸聚糖（homogalacturonan，HG)为主链，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)连接在HG上' 果胶之所以具有很强的凝胶作用和吸附能力，可能与 螺旋状的空间构造以及一些二价阳离子在这些螺旋状分子之间的架桥作用有关。 在特定条件下，果胶分子之间可以交联形成网状结构，网状空隙中充满水或可溶 性固形物，从而完成凝胶作用。

1.3.2海蕩酸钠

海藻酸钠（Sodium Alginate)，又名褐藻酸钠、褐藻胶、海带胶、藻酸盐， 是从海带中提取的天然多糖碳水化合物。其形状为白色或淡黄色不定形粉末，无 臭、无味，易溶于水形成粘稠状胶体凝胶，不溶于酸（PH<3)和酒精等有机溶剂。 海藻酸钠是由P -D-甘露糖醛酸钠与a -L-古罗糖醛酸钠盐形成的聚合物，其结构 如图1-2所示，分子量在32000〜200000之间。其羧基具有较大的活性，能与除 汞、镁以外的二价金属离子发生快速的离子交换，生成海藻酸盐凝胶。海藻酸钠 作为增稠剂、稳定剂、乳化剂、上浆剂、粘合剂等广泛应用于食品、医药、造纸、 印染、纺织、日用化工等产品中。由于海藻酸钠实际上是一种天然的纤维素，所 以它不仅是一种安全的食品添加剂，还可以作为仿生食品货疗效食品的基材。海 藻酸钠具有疏通血管、软化血管、降低人体内胆固醇和血液黏度等作用，可预防 高血压、糖尿病、肥胖症等现代病，能抑制肠道中的有害金属如锶、镉、铅等在 体内的积累。因为海藻酸钠的这些特殊功能，日本人把富含海藻酸钠的食品称为 “长寿食品”，美国人则称其为“奇妙的食品添加剂” [3〇]。

1.3.3明胶

明胶是从猪、牛等动物骨和皮中的胶原通过变性而制得的变性蛋白质，湿热条件下胶体改性对谷朊粉特性的影响研究，其蛋 白质含量达82%以上，含有18中氨基酸，其中7种为人体所必需。明胶成品为无 色或淡黄色透明薄片货微粒，明胶因来源不同其物理性质也有较大的差异，其中 以猪皮制得的明胶性质最优，透明度高，可塑性强*明胶不溶于冷水，但可溶于 热水形成热可塑性凝胶，并且具有极其优良的物理性质，比如胶冻力、髙度分散 性、分散稳定性、亲和性、低粘度性、持水性、韧性和可逆性等，因此明胶是一 种重要的食品添加剂，在食品中作为胶冻剂、稳定剂、发泡剂、乳化剂、增稠剂、 澄清剂、分散剂等广泛应用[31’M]。 1.3.4羧甲基纤维素钠

羧甲基纤维素钠(简称CMC)是由天然纤维素加工而成的一种阴离子线性物质, 属于纤维素衍生物，其分子结构式如图1-3所示。CMC为白色粉末，无味、无臭、 无毒、易吸湿，易对光和热稳定。CMC具有增稠性、乳化性、粘结性、分散性、保 水性、悬浮性、凝胶性等特性，在食品工业中作为增稠剂、乳化剂、分散剂、稳 定剂、悬浮剂、湿润剂、凝胶剂等应用，广泛应用于食品加工上。CMC作为增稠剂 主要应用于各种果汁饮料、调味汁、汤汁中，具有良好的稳定性，可使食品保持 口感均一、浓度均一和风味均一。CMC作为乳化剂主要应用于面包、奶油酱、冰淇 淋等食品，它可使制品不分层、不出现油花。CMC作为湿润剂主要应用于烘烤食品 中，可使食品保持一定的湿度，防止食物脱水，使食物保持一定的外观形状。此 外，CMC还广泛应用于果粒饮料、乳酸饮料、果冻、果酱等食品中％341。

1.3.5瓜尔胶

将瓜尔豆种子的胚芽和外壳从种子中分离出来，并将胚乳精磨得到食品等级、 技术等级或工业等级即得到瓜尔胶原粉。瓜尔胶是一种高纯化多糖，主要成分是 分子量为5万至80万的配糖键结合的半乳甘露聚糖，即由半乳糖和甘露糖以一比 二的比率组成的高分子量水解胶体多糖类。

瓜尔胶作为一种添加剂已在食品行业得到广泛应用，例如在冷饮中加入瓜尔 胶可以防止冰晶产生，起着增稠、乳化作用；在饮料中加入瓜尔胶可改善口感， 并起到增、持水和稳定的作用；在面制品中加入瓜尔胶可以起到粘结、保水、增

加筋力，保持优良品质的作用，并且可延长食品的货架期：在豆制品中加入瓜尔 胶可起到稳定作用；在肉制品中，如午餐肉、肉丸、火腿肠中加入瓜尔胶可起到 粘结、增加体积和爽口的作用；在乳制品中加入瓜尔胶可起到乳化、增稠和改善 口感的作用。此外，瓜尔胶还广泛应用于化妆品工业、纺织工业、石油工业、造 纸工业[35]。

1.4立题的背景和意义

我国是小麦生产大国，近年来年生产总量一直位居世界前茅，因此谷朊粉的 产量也持续在增加，传统市场对它的需求己趋于饱和，为了扩大谷朊粉在食品行 业的应用范围，增加小麦深加工的附加值，对谷朊粉进行改性是一种有效的方法。 虽然国内外对植物蛋白的改性研究已有很多，但也不能完全满足食品行业的需求， 用胶体对谷朊粉进行改性，是一种经济、安全、简单的方法，其产品属于绿色食 品添加剂，符合现代社会对天然绿色食品的需求，在食品行业具有广泛的应用前 景。

本研究旨在探索在湿热条件下，果胶、海藻酸钠、明胶、羧甲基纤维素钠和 瓜尔胶对谷朊粉功能性质的影响，为拓宽谷朊粉应用范围和深加工提供参考。

1.5本课题的主要研究内容

本论文的研究对象为谷朊粉，主要围绕“胶体在湿热条件下对谷朊粉功能性 质的影响-响应面法羧甲基纤维素钠在湿热条件下对谷朊粉粘弹性的改性研究-湿 热条件下胶体改性谷朊粉机理初步探讨”这一思路展开各项研究，具体研究内容 如下：

(1)亲水胶体在湿热条件下对谷朊粉功能特性的影响

测定谷朊粉蛋白质、脂肪、灰分、水分等含量，以溶解性、起泡性及起泡稳 定性、乳化性及乳化稳定性、粘弹性作为考察指标，湿热条件下胶体改性对谷朊粉特性的影响研究，研究不同胶体在湿热条件下 对谷朊粉功能性质的影响。

(2)CMC湿热法改善谷朊粉粘弹性的研究

采用响应面法确定湿热条件下CMC改善谷朊粉粘性的最佳条件。

(3)胶体-谷朊粉复合物热特性（DSC)变化

对各胶体改性的谷朊粉进行热特性测试，从谷朊粉热特性变化中探究胶体对 谷朊粉改性的机理。

(4)胶体-湿热复合改性对谷朊粉巯基、双硫键的影响

测定改性前后谷朊粉的自由巯基和二硫键的含量，以探究自由巯基和二硫键 含量对谷朊粉功能性质的影响。

(5)胶体-湿热复合改性对谷朊粉流变学特性的影响

从谷朊粉的储能模量、损耗模量和复合黏度方面探究了胶体对谷朊粉流变学 特性的影响。