谷物醇溶蛋白研究进展

臧 珉，单承莺, 马翼飞, 聂 韡, 马世宏

(1. 南京锐博科技有限公司，江苏 南京 210019；2. 南京野生植物综合利用研究院，江苏 南京210042；3．南京中医药大学，江苏 南京210023)

谷物醇溶蛋白研究进展

臧 珉1，单承莺2*, 马翼飞3, 聂 韡2, 马世宏2

(1. 南京锐博科技有限公司，江苏 南京 210019；2. 南京野生植物综合利用研究院，江苏 南京210042；3．南京中医药大学，江苏 南京210023)

目前研究较多的谷物醇溶蛋白有玉米醇溶蛋白、小麦醇溶蛋白、大麦醇溶蛋白及大米醇溶蛋白等，本文综述了近年来对谷物醇溶蛋白的研究进展，包括谷物醇溶蛋白的提取方法、理化性质及应用领域等。

醇溶蛋白；提取；性质；应用

醇溶蛋白是禾本科作物种子中的一种主要贮藏蛋白，是种子萌发时的主要碳源和氮源。谷物醇溶蛋白主要由α、β、γ、ω四种醇溶蛋白组成。不同作物种子中醇溶蛋白总蛋白含量和组成蛋白含量不同，小麦中醇溶蛋白是小麦种子中主要贮存蛋白，占总蛋白含量的50%～60%[1]；水稻种子中主要贮存蛋白为谷蛋白，醇溶蛋白含量较少，约占5%～10%[2]；黍子中蛋白质含量为11.5%，醇溶蛋白含量占总蛋白含量的80%[3]；玉米醇溶蛋白是玉米中主要的贮藏蛋白，约占玉米总蛋白含量的40%[4]。谷物的醇溶性蛋白结构特殊，存在着大量疏水性氨基酸，同时还含有较多的含硫氨基酸如半胱氨酸，蛋氨酸等，使其具有独特的特性，诸如良好的成膜性，生物降解能力，高韧性，弹性，疏水性和生物相容性。本文就近年来对谷物醇溶蛋白相关研究进展作一综述。

1 谷物醇溶蛋白的提取方法

1.1 醇提法

潘治利等[5]称取小麦粉0.1 g倒入离心管中，加入1 mL蒸馏水，震荡提取30 min，7 000 r/min离心10 min，重复提取3次，弃上清液；加入1 mL 0.5 mol/L的NaCl溶液，震荡提取30 min，7 000 r/min离心10 min，重复提取3次，弃上清液；加入1 mL 70%(体积分数)的乙醇溶液，震荡提取30 min，7 000 r/min离心10 min，重复提取3次，所得上清液即为可用于HPLC的醇溶蛋白。

曹威等人[6]就乙醇浓度、液料比、提取温度、提取时间对大麦醇溶蛋白纯度率和提取率的影响及其持水性、持油性、乳化性及乳化稳定性等理化学性质进行了较系统研究后，他们认为大麦醇溶蛋白的最佳提取条件为：乙醇体积分数70%、液料比6∶1(mL/g)、温度25 ℃、提取时间2 h。此条件下所得大麦醇溶蛋白纯度为82.1%，提取率为2.95%。

徐子涵等[3]利用正交实验和单因素实验探究黄米醇溶蛋白提取的影响因素，结果表明得到黍子醇溶蛋白的最佳提取条件为：料液比1∶6，乙醇浓度65%，温度75 ℃，提取时间1 h。在该条件下，黍子醇溶蛋白质的提取率为78.65%，蛋白质的含量为87.90%。

李丽杰等[7]在单因素试验结果的基础上，确定各因素的分析水平，利用响应面中心组合法设计试验方案。以提取率为响应值，建立数学模型并得到玉米醇溶蛋白提取工艺优化组合为浸提温度55 ℃、浸提时间2.5 h、液料比9∶1(mL/g)、乙醇体积分数80%。

Chung等[8]通过先将米粉烘干，然后向样品中加入400 mL蒸馏水，20 ℃搅拌4 h，离心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。在上述条件下，醇溶蛋白提取率为75.5%。

1.2 超声波辅助醇提法

黄国平等[9]应用超声波技术从玉米蛋白粉(CGM)中提取醇溶蛋白并脱色，最佳工艺条件为：pH值为12、液料比6∶1(mL/g)、体积分数80%乙醇、超声时间为30 min，提取率达到27%以上，产品纯度为88.3%，颜色淡黄。

任婷婷等[4]通过正交试验确定最优提取条件为乙醇浓度70%、超声波处理时间120 min料液比1∶12(mL/g)、pH为11，在此条件下玉米醇溶蛋白的提取率为86.6%。

1.3 超声波-微波协同醇提法

刘振春等[10]以高粱种子为原料，采用超声波-微波协同辅助提取高粱醇溶蛋白。在单因素试验结果的基础上利用响应面法优化高粱醇溶蛋白提取工艺，建立提取工艺回归数学模型。结果表明：最佳提取工艺条件为超声时间26 min、液料比10∶1 (mL/g)、微波时间260 s，在该条件下高粱醇溶蛋白的得率为6.79%。

2 谷物醇溶蛋白的理化性质

谷物醇溶蛋白诸多功能性质其实皆为蛋白质的两大分子特性的体现，即表面性质和水动力学特性。诸如吸湿特性、分散性、溶解性、起泡性、乳化性、保水性与保油性等功能性质主要为蛋白质表面性质的表现，由蛋白质表面的亲水/疏水及立体特征所决定；水动力学特性的表现主要有黏度、增稠、凝胶及组织化等功能特性，主要与蛋白质大小、形状及分子柔顺性有关。醇溶蛋白的表面性质主要受到氨基酸组成、分布以及折叠方式的影响，而水动力学特性更容易受到醇溶蛋白的物理形状和大小的制约。

2.1 大麦醇溶蛋白理化性质

管骁等[11]通过实验研究表明，大麦醇溶蛋白中游离巯基的含量为4.27 μmol/g，总巯基的含量为24.1 μmol/g，二硫键的含量为9.9 μmol/g，表面疏水性为283.93，蛋白中主要的氨基酸为谷氨酸与脯氨酸，氨基酸模式并不理想。原子力显微镜结果直观显示了大麦醇溶蛋白分子在干态环境中呈椭球状，椭球体直径约5.1 nm。

曹威等[6]通过测定蛋白的分子量、红外图谱、氨基酸组成分析大麦醇溶蛋白，结果表明大麦醇溶蛋白在酸性和碱性溶液中有良好的起泡性和泡沫稳定性，然而，在70%的乙醇水溶液中大麦醇溶蛋白的起泡性为0.279,30 min后的起泡稳定性为0。大麦醇溶蛋白较玉米醇溶蛋白含有更多的分子间氢键和较弱的疏水性。大麦醇溶蛋白的持水性相对较差，但持油能力良好，乳化及乳化稳定性与大豆分离蛋白不相上下，在食品行业中拥有巨大的潜力。

2.2 小麦醇溶蛋白理化性质

董超华等[12]通过在A-PAGE电泳条件下对小麦醇溶蛋白进行分离，结果表明醇溶蛋白的分子质量约在30 000～80 000 u之间。根据其在电泳图谱上的迁移率可分为α、β、γ、ω 4种醇溶蛋白。它们分别占醇溶蛋白总量的25%、30%、30%、15%。

2.3 大米醇溶蛋白理化性质

李捷等[13]参照Osborne方法分级提取稻米米胚蛋白组分，得到清蛋白，球蛋白，醇溶蛋白和谷蛋白。对四种蛋白理化性质进行研究，结果表明醇溶蛋白在大米中含量为7.68%，在pH为5时溶解度最低，在pH为11时醇溶蛋白溶解度达到最大。

王跃鹏等[14]经研究表明，大米醇溶蛋白分子量相对较小，其亚基分子量主要为10 kDa、13 kDa、15 kDa、16 kDa。单纯的醇溶蛋白表现出非常强的疏水性，虽N末端和C末端区域具有一定的亲水性，但中心区域含有大量的疏水性氨基酸残基，因此，其水可提取性较差。

Yadav等[15]通过SDS-PAGE分离大米中的蛋白质组分，测定和比较Jaya,HKR-120,P-44,Sharbati,Bas-370和HBC-19四种印度大米的吸水性，吸油性等理化性质，结果表明不同种类大米蛋白质组成不同，其理化性质也不同。大米的理化性质受大米蛋白质组成的影响。

Mann等[16]通过实验研究表明，脱脂米糠中蛋白质组成为白蛋白(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。

杨宝峰等[17]用考马斯亮蓝 G-250 染色法测定了相应的36个水稻品系醇溶蛋白的总含量，结果表明36个水稻品系种子贮藏醇溶蛋白含量分布范围在 5.053～15.651 mg·g-1。

2.4 玉米醇溶蛋白的理化性质

张钟等[18]通过实验测定玉米醇溶蛋白的吸水力，持水性，粘度等相关理化性质，并与大豆分离蛋白比较，结果表明，玉米醇溶蛋白具有良好的持水力、湿润性、吸油性及凝胶性，但是吸水性、乳化性较差, 但有一定的乳化稳定性。除此之外，试验结果还表明玉米醇溶蛋白的粘度随时间增加而增大。

3 谷物醇溶蛋白的应用

由于谷物醇溶蛋白难溶于水，不能直接为人体所利用，从而限制了其在食品中的应用。但是谷物醇溶蛋白在工业上的应用十分广泛，包括塑料，涂料，油墨，粘合剂，口香糖，和纤维，目前研究应用最广泛的当属玉米醇溶蛋白。

3.1 天然抗氧化剂

李依璇等[19]对大麦醇溶蛋白粗提物及其酶解产物的抗氧化活性进行研究。从大麦面粉中提取大麦醇溶蛋白，对其粗提物进行凝胶层析法分离纯化，并模拟人体消化道系统酶解得到不同组分的酶解产物，采用FTC法(硫氰酸铁法)及FARP法对酶解前后及不同组分酶解产物的抗氧化活性进行比较。结果显示，大麦醇溶蛋白酶解产物的抗氧化活性显著高于其未经酶解的粗提物，酶解产物中一大麦醇溶蛋白的活性显著高于其他组分。表明大麦醇溶蛋白是一种优良的天然抗氧化剂，并且经消化酶解会大大提高其抗氧化活性。

3.2 种子筛选

张谊寒等[20]采用酸性聚丙烯酰胺凝胶电泳(A-PAGE)对43个不同来源的普通小麦品种进行了醇溶蛋白位点特异性检测，分析了不同基因型间醇溶蛋白的遗传差异和遗传多样性。结果表明：43个供试品种在醇溶蛋白带型上差异显著。醇溶蛋白电泳共分离出51条迁移率不同的带，其中有4条稳定表达带(均为100%表达)，47条具有多态性，占97.6%。供试品种间遗传距离(GD)在0.35～0.82之间,平均值为0.58，遗传变异较大。说明小麦醇溶蛋白严格受基因控制，醇溶蛋白电泳可以充分应用于小麦品种遗传多样性的研究和小麦种子的筛选。

而在水稻品质改良过程之中，水稻醇溶蛋白和谷蛋白具有重要的研究意义。除此之外，国内外已将水稻醇溶蛋白用于水稻种子质量鉴定监控等相关领域。

3.3 药物包埋传递

药物或营养物定点定量释放一直是研究的热点。醇溶蛋白在胃液中难消化，但在肠内被破坏和水解，故而可用于制造在胃中缓慢释放或不释放的药剂壁材。醇溶蛋白已用于各种疏水性生物活性物质的包埋和传递，如阿维菌素、环丙沙星、5-氟尿嘧啶、DNA、香精油、酶、多酚等。此外，醇溶蛋白价格低廉，来源广泛，无毒副作用，可用来替代由动物皮革研制得到的药用胶囊。

3.4 可食性包装

醇溶蛋白有较强的保油性、抗氧化性，且易于成膜。醇溶蛋白膜可用于隔氧、保鲜、抗紫外线、防静电等，并且有一定的抑菌作用。用喷淋或浸入的方法在产品表面形成一层薄膜可有效地减缓腐败。

3.5 人造蛋白纤维

醇溶蛋白的氢氧化钠-乙醇水溶液通过挤压胶的纺丝得到。大多数工艺是碱性醇溶蛋白溶液湿纺到酸性凝固槽中，有些工艺加甲醛到碱性蛋白溶液中，在槽中用甲醛处理纤维使其硬化。

3.6 其他

Hyun-Joong Yoon等[21]通过小鼠动物实验表明大米醇溶蛋白对于自身免疫病具有一定的治疗作用。有研究显示，黄米醇溶蛋白能提高大鼠和小鼠血清高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)的浓度，却不会引起血清总胆固醇(TC)、低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)浓度的显著变化[22]。这种独一无二的作用预示着黄米醇溶蛋白作为一种新的调节胆固醇代谢的功能性食品配料有广阔前景。

随着科学的发展和技术的进步，对醇溶蛋白的理化性质和组成结构有了更深的了解。谷类醇溶蛋白目前在种子筛选和食品保存方面进行了很好的实践应用，但是在功能性食品开发领域仍存在巨大的发展空间，例如，将黄米醇溶蛋白开发为一种新的调节胆固醇代谢的功能性食品配料。随着研究的深入，对于谷类醇溶蛋白的研究和利用还将更加深入，谷类醇溶蛋白的应用范围也将进一步扩大。

[1] 郝春燕, 李建国, 李雅轩, 等. 小麦醇溶蛋白基因克隆研究进展[J]. 首都师范大学学报(自然科学版), 2006, 27(2): 67-70.[2] 蒋冬花, 杨宝, 蔡敏杰, 等. 水稻醇溶蛋白提取条件和总含量分布[J]. 浙江农业学报, 2007, 19(3): 174-178.

[3] 徐子涵, 高航天, 丁宇宁, 等. 黍子醇溶蛋白提取工艺的研究[J]. 食品工业科技, 2013, 16: 276-279.

[4] 任婷婷, 李艳娟, 李书国, 等. 玉米醇溶蛋白的提取、功能特性及其应用研究[J]. 粮油食品科技, 2014, 22(3): 6-10.

[5] 潘治利, 罗元奇, 艾志录, 等. 不同小麦品种醇溶蛋白的组成与速冻水饺面皮质构特性关系[J]. 农业工程学报, 2016 (4): 242-248.

[6] 曹威. 大麦醇溶蛋白的提取、性质及成膜研究[D]. 武汉: 武汉轻工大学, 2015.

[7] 李丽杰, 王英利, 赵一楠, 等. 响应面法优化玉米醇溶蛋白提取工艺[J]. 食品科学, 2012, 33(24): 165-169.

[8] CHUNG C Y, PARK Y L, KIM N, et al. Rice prolamin extract ameliorates acute murine colitis by inhibiting nuclear factor-kappa B and modulating intestinal apoptosis and cell proliferation[J]. Clinical and Experimental Immunology, 2014, 537-547.

[9] 黄国平, 温其标, 杨晓泉, 等. 超声波法提取玉米醇溶蛋白的研究[J]. 食品与发酵工业, 2002, 28(10): 1-5.

[10] 刘振春, 耿存花, 孙慧娟, 等. 响应面优化超声波-微波协同提取高梁醇溶蛋白工艺[J]. 食品科学, 2014, 35(4): 21-25.

[11] 管骁, 赵欣, 殷婷, 等. 大麦醇溶蛋白的制备及其理化性质研究[J]. 中国粮油学报, 2016, 31(4): 47-50, 56

[12] 董超华, 徐如宏, 张庆勤. 小麦醇溶蛋白和谷蛋白研究进展[J]. 山地农业生物学报, 2003, 22(2): 164-168.

[13] 李捷, 熊华, 史苏华, 等. 米胚蛋白组分的提取及功能性质研究[J]. 食品科技, 2012, 37(1): 155～159.

[14] 王跃鹏. 稻米蛋白质及组成对其蒸煮食味品质影响的研究[D]. 杭州：浙江工商大学, 2015.

[15] YADAV R B, KHATKAR B S, YADAV B S. Electrophoretic characterization and functional properties of rice proteins from indian rice cultivars[J]. International Journal of Food Properties, 2013, 16: 1776-1788.

[16] MANN G S, BHATIA S, KAUR A, et al. Optimization of process parameters for extraction of deoiled rice bran protein and its utilization in wheat based cookies[J]. Agric Eng Int, 2016, 18(4): 243-252.

[17] 杨宝峰, 李杰, 蒋冬花, 等. 水稻醇溶蛋白提取剂的优化及其多态性研究[J].上海交通大学学报(农业科学版), 2008, 26(1): 38-41.

[18] 张钟, 齐爱云. 玉米醇溶蛋白提取工艺及功能性质研究[J]. 粮食与饲料工业, 2004(9): 21-23.

[19] 李依璇, 张伟, 吴丽萍, 等. 大麦醇溶蛋白及其酶解产物的抗氧化活性研究[J]. 农产品加工(学刊), 2012(12): 5-9.

[20] 张谊寒, 张改生, 马守才, 等. 普通小麦品种间醇溶蛋白遗传多样性分析[J].西北植物学报, 2005, 25(4): 668-672.

[21] YOON M J, JANG M S, KIM H W, et al. Protective effect of diet supplemented with rice prolamin extract against DNCB-inducedatopic dermatitis in BALB/c mice[J]. BMC Complementary and Alternative Medicine, 2015(15): 353-359.

[22] 刘勇, 姚惠源, 王强. 黄米醇溶蛋白对小鼠胆固醇代谢的调节作用[J]. 华东理工大学学报(自然科学版), 2007, 33(2): 195-199.

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—)，从事日化产品的研究与开发工作。

*通讯作者：单承莺(1981—)，女，副研究员，主要从事植物资源综合开发利用。E-mail:shancy81@163.com

Q512+.5

A

1006-9690(2017)04-0046-04