玉米醇溶蛋白在食品工业中的应用

尹天罡，朱诗萌，何余堂，马春颖

（渤海大学食品科学研究院，渤海大学化学化工与食品安全学院，辽宁省食品安全重点实验室，辽宁省食品贮藏加工及质量安全控制工程技术研究中心，辽宁锦州 121013）

玉米作为生产酒精、淀粉、淀粉糖等的原料，在工业生产中具有重要的地位。近年来，我国玉米的工业消费量迅猛增长。玉米深加工过程中会产生5%的富含蛋白质的废料——玉米黄粉[1]。国际上玉米黄粉价格为每吨200 美元，主要用于作动物饲料，附加值低。玉米黄粉含有约60%的蛋白质，其中一半以上是醇溶蛋白。玉米醇溶蛋白氨基酸组成独特，富含疏水氨基酸，分子间由二硫键和疏水键相连，使得玉米醇溶蛋白易于成膜[2]，应用前景广阔。

玉米醇溶蛋白的研究开始于19世纪。1821年Gorham分离出玉米醇溶蛋白并对其做出了描述。1891年Osborne 首先获得了提取玉米醇溶蛋白的美国专利。20世纪30 年代玉米醇溶蛋白开始工业化生产并在同世纪50 年代达到高峰。随着石化工业崛起，玉米醇溶蛋白产业成本不具竞争力，在60 年代初逐渐失去了市场。由于环境问题和化石资源的枯竭，玉米醇溶蛋白以其环境友好，可降解，原料广泛且无毒可食，再次成为研究热点。高度脱色、脱臭技术的开发，也拓展了玉米醇溶蛋白的应用范围，使其成为一种有价值的食品工业原料[3]。

1 玉米醇溶蛋白的性质

1.1 物理性质

商业玉米醇溶蛋白一般为淡黄色粉末，但经过多次脱色之后的纯玉米醇溶蛋白为白色粉末。溶解性质独特，不溶于纯的水或醇类，可溶于60 %～95 %的醇类水溶液、强碱（pH＞11）、十二烷基磺酸钠（SDS）高浓度尿素及丙二醇和醋酸等有机溶剂。平均分子质量44 kD，耐热性好，玻璃化温度为171 ℃，分解温度为262 ℃[4]。

1.2 化学结构

根据玉米醇溶蛋白在0%～95%异丙醇溶液中的溶解度差异可将其分为α-玉米醇溶蛋白、β-玉米醇溶蛋白和γ-玉米醇溶蛋白三种。Tatham 对玉米醇溶蛋白的分子的研究发现其形状是棒状或椭圆状的结构，轴径比为28 ∶1 或7 ∶1[5]。玉米醇溶蛋白乙醇水溶液含有较多的α-螺旋体，旋光性较强。

1.3 生物特性

组成玉米醇溶蛋白的氨基酸主要是疏水氨基酸和含硫氨基酸，缺乏带电的碱性、酸性及极性基团的氨基酸。独特的氨基酸组成也使得玉米醇溶蛋白具有很多特殊性质功能，它可食、无毒副作用、具有良好的生物相容性和降解性，这些特性是塑料等化工材料所不具备的。

2 玉米醇溶蛋白在食品工业中的应用

玉米醇溶蛋白可用于食品、医药、化妆品、化工等行业，如作为药剂的缓释剂，保护药物活性成分，使药物在患者摄入后缓慢的释放药性[6]。玉米醇溶蛋白经过改性可制成胶黏剂，替代污染严重的人工胶粘剂[7]。玉米醇溶蛋白作为玉米中的物质，应用于食品工业具有先天优势。

2.1 在可食性包装中的应用

可食性包装是近年发展迅速的新型食品包装，它可食、方便、环保。玉米醇溶蛋白无毒，成膜不需要添加交联剂，是制作可食性包装的理想材料。Arcan 等将酚类化合物加入玉米醇溶蛋白膜中，改善了传统蛋白膜的机械强度，且蛋白膜的抗氧化性和抗菌性有所增强，可替代塑料包装材料[8]。我国已研制出一种玉米蛋白与纸复合制成的耐油性极佳的包装材料，将其煮沸性质也不发生变化[9]。

2.2 在口香糖制品中的应用

口香糖是深受青少年和儿童喜爱的糖类，但口香糖有20%的胶基无法降解，会造成环境污染。因此，开发可食、可消化、富含营养、可降解的口香糖是未来口香糖发展的方向。玉米醇溶蛋白是优秀的胶基替代物。余美绒等以竹笋为主要原料，加入15%玉米醇溶蛋白、25%小麦面筋和风味添加剂制成植物口香糖[10]。该口香糖咀嚼时间长，黏度与硬度均符合要求，还具有一定营养。

2.3 在生物活性肽中的应用

使用水酶法可将玉米醇溶蛋白酶解为具有活性的多肽，这些多肽有抗氧化、降血压、解酒、抗疲劳、抗衰老等多种保健功能[11]。刘志国等使用三种蛋白酶酶解玉米醇溶蛋白，所得的三种产物均含有较强ACE（血管紧张素转换酶）活性抑制成分，其抑制活性最高达到68.36%[12]。

2.4 在抗氧化剂中的应用

玉米醇溶蛋白对脂类有强抗氧化性，可制备油脂抗氧化剂和名贵油品包装，国外已研制出具有高抗氧化性和氧化稳定性的的干燥固定油脂。Seung Yong Cho等将玉米醇溶蛋白和大豆分离蛋白压合成膜，其所成膜阻氧性很强，相比于橄榄油传统的聚乙烯包装材料，玉米醇溶蛋白大豆分离蛋白膜可以有效防止油脂的氧化酸败[13]。

2.5 在食品保鲜中的应用

玉米醇溶蛋白成膜性好，成膜时不需要添加任何交联剂，将玉米醇溶蛋白溶液涂膜于食品可以在食品表面形成阻湿、阻氧、抗静电、抗菌的皮膜，延长食品货架期。玉米醇溶蛋白应用于食品保鲜的相关研究较多，也是其在食品工业中的主要应用方向。

2.5.1 肉类保鲜

新鲜肉类的水分活度高，微生物易生长繁殖，导致品质下降。现在通用的肉类保鲜方法是低温冷藏或冻藏。冷藏或冻藏可延长新鲜肉类的货架期但会造成肉品汁液流失，口感和营养价值下降。将玉米醇溶蛋白涂膜肉品不仅可维持肉品口感，防止肉品营养物质流失，还可阻隔各种气体、液体、微生物，达到延长新鲜肉类货架期的目的。范少丽等将玉米醇溶蛋白与0.1%玉米须黄酮和0.2 %沙棘叶多酚混合涂膜于新鲜羊肉，在4 ℃条件下保鲜期达到了25 d[14]。Osman 等使用玉米醇溶蛋白与小麦蛋白以1∶1 混合涂膜冻鱼片，冻藏7 个月后发现涂膜组营养物质流失少于对照组[15]。

2.5.2 水果保鲜

水果是对部分可以食用的植物果实和种子的统称，有降血压、减缓衰老、皮肤保养、明目、抗癌、降低胆固醇等保健作用。一些水果如香蕉、猕猴桃、草莓等不易保存，受季节限制较大，使用玉米醇溶蛋白保鲜可缓解这些问题。田崇明等将玉米醇溶蛋白应用于香蕉，改善了香蕉易褐变的缺点[16]。李云捷等以草莓为研究对象，涂膜后提升了草莓的整体品质[17]。

2.5.3 干果保质

干果水分含量较低，不易发霉变质，但核桃、榛子等干果的油脂含量高，不饱和脂肪酸与氧气接触容易被氧化造成油脂酸败，影响干果品质。玉米醇溶蛋白对油脂具有强抗氧化性，经玉米醇溶蛋白涂膜的干果在储藏和加工过程中不易酸败。将涂膜玉米醇溶蛋白的核桃仁与对照组同时放入真空干燥箱进行氧化实验，5 天后测定核桃仁中油脂指标，发现玉米醇溶蛋白可抑制核桃仁酸败[18]。

3 存在的问题及解决途径

3.1 存在的问题

现今对于玉米醇溶蛋白的研究大都停留在实验室阶段，限制其进入实际应用阶段的原因主要有两个，一是提取玉米醇溶蛋白需要消耗大量的溶剂，而回收这些溶剂又要消耗大量的热量，这导致提取玉米醇溶蛋白成本过高，相比于传统材料，价格没有优势。二是玉米醇溶蛋白成膜虽不需交联剂，但所成膜易脆，机械性能达不到应用的要求。

3.2 解决方法

针对玉米醇溶蛋白的缺点，降低玉米醇溶蛋白的提取成本和提升其所成膜的机械性能是问题的关键。对玉米醇溶蛋白进行循环浸提是解决溶剂消耗过大的有效方法，超声、微波等新的提取方式的应用可大大缩短提取时间降低生产成本。在玉米醇溶蛋白中加入增塑剂可有效增强其所成膜的机械性能，对玉米醇溶蛋白改性可以改善成膜机械性能差的缺点，还能创造出具有特殊用途的材料，与其他原料（如多糖、脂类等）复合制成复合膜也可以显著增强其机械性能。

4 展望

我国是玉米生产大国，玉米醇溶蛋白是玉米深加工产业中的重要一环，作好其在食品工业中的应用将产生巨大社会和经济效益。虽然玉米醇溶蛋白在实际应用方面还存在着很多问题，但相信随着研究的深入，玉米醇溶蛋白的应用前景将十分广阔。

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