小麦胚蛋白质的研究进展_李建军.docx

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1、 2010, No.5 7 小麦胚蛋白质的研究进展 李建军 , 黄开红 , 单成俊 (江苏省农业科学 院 农产品加工研究所 , 江苏 南京 210014) 摘 要 :小麦胚中 含 有丰富油脂和蛋白质 , 且营养价值较高 , 为深度开发和利用脱脂 小麦胚蛋白 质资源 , 简述了 小 麦胚蛋白质的类型和功效 ,综述了小麦胚蛋白质的提取 、 加工处理对麦胚蛋白质 的影响 、 谷胱甘 肽的提取 、 麦胚 凝 集素的提取以及小麦胚蛋白质的应用等方面目前的国内外研究进展 。 关键词 :小麦胚 ;蛋白质 ;提取 ;加工应用 ;谷胱甘肽 中图分类号 :T S210 .9 文献标识码 :A 文章编号 :1003

2、 -6202(2010)05 -0007 -03 小 麦 胚占 麦 粒 质 量 的 1 .5 % 3 .9 %, 是整个 麦 粒营养价值最高的部分 , 含有优质的蛋白质和脂肪 以及丰富的维生素 、 矿物质和一 些 微量生理活性 成 分 , 营养丰 富 均 衡 。 小 麦 胚 含蛋 白 质 约 27 .0 % 30 .5 % 、 脂 肪 10 .5 % 13 .0 % 、 可 溶 性 无 氮 物 40 .0 % 47 .0 % 、 粗 纤 维 2 .0 % 2 .2 % 、 灰 分 4 .0 % 5 .0 % 、 水 分 9 .5 % 11 .5 %。 小麦胚蛋白质是一种优质蛋白质 , 人体必需

3、的 8 种 氨 基 酸 含 量 占 总 氨 基 酸 的 34 .74 %, 其 中 赖 氨 酸 占 1 .85 % , 蛋 白 质 生物效价 可 与鸡蛋相媲 美 , 其 所 含 V B1 、 V B2 、 铁和钾 , 分别是等量小麦粉的 3 、 8 、 4 、 8 倍 , 此外还含丰富的锌 。 小麦胚含有一种 含硫抗 氧 化 物 谷 胱甘 肽 , 在硒 元 素的参与下生成一 种 酶 , 能催化有机过氧化物还原 , 使体内化学致癌物质 失 去 毒 性 , 且 还 有 保 护 大 脑 、 促 进 婴 幼 儿 生 长 发 育 等 功 能 ;此 外 还 含 食 物 纤 维 , 有 降 低 血 清 胆

4、固 醇 及 预 防 糖尿病和结肠癌的功效 。 另外 , 对肠内有益菌群的 发育也起促进作用 。 制粉时 , 由于小麦胚的灰分和色素高 , 富含脂肪 和各种淀粉酶 、 脂肪酶等酶类 , 因而影响小麦粉的品 质 。 小麦胚是小麦制粉的副产品 。 近年来小麦胚丰 富的营养保健成分和活性物质突出的生理功能受到 国内外研究者的重视 , 相关研究不断深入 。 长期以 来 , 小麦胚一直被用作制油原料 , 但脱脂后小麦胚粕 一直没有找到很好的利用途径 , 造成优质植物蛋白 质资源巨大浪费 。 因此近几年深度开发和利用脱脂 小麦胚蛋白质资源成为国内外研究热点 。 1 小麦胚蛋白质类型和功效 小 麦胚蛋白质 中

5、 , 清蛋白 占 30 .2 %, 球蛋白 占 18 .9 %, 麦 醇 溶 蛋 白 占 14 .0 %, 麦 谷 蛋 白 占 0 .3 % 0 .37 %, 水 不 溶 性 蛋白 占 30 .2 % 1 。 小 麦 胚中非 蛋 收稿日 期 :2009-10-25 ;修回日 期 :2010-04-11 白 质 态 氮 含量相对较 高 , 达 11 .3 % 15 .3 %(水 分 含 量 14 %), 以天冬酰 胺 , 尿囊 素 、 甜菜 碱 、 胆 碱 、 卵 磷 脂 (1 .25 %)和谷胱甘肽为 主 ;另 外 , 多聚胺亚 精 胺 、 1 , 5-戊 二胺 和 1 , 4-丁 二 胺 也

6、 能 检 测到 2 。 小麦胚蛋白质不仅含 量丰富 , 而且质量 优良 。 蛋白质中氨基酸比 例合理 , 是 一种完全蛋白 质 3 。 在这些氨基酸中 , 蛋氨酸和组氨酸含量都较高 。 小 麦胚必需氨基酸比值与 F A O/ WH O 颁布的氨基酸 构成比例基本接近 , 且总量高于 FA O/ W HO 模式 。 因此 , 小麦胚是重要的优质植物蛋白质营养源 。 脱 脂 小 麦 胚 分 离 蛋 白 具有相对较好的 起 泡 性 、 乳化 性 和持水性 , 但其泡沫稳定性相对较差 。 对脱脂小麦 胚分离蛋白亚基 分子量分布进 行 SD S -PA G E 分 析 , 蛋 白 亚 基 较 多 , 分

7、子量分 布 在 l3 .2 91 .3 kD a , 主要有两个宽的谱带 55 kDa 和 21 kDa 。 麦胚凝集素指麦胚中能与专一性糖结合 , 促进 细胞凝集的单一蛋白质 。 小麦胚中麦胚凝集素的存 在方式有水溶性和与膜呈可逆结合状两种状态 。 它 是 非常 好 的 抗诱变 剂 , 具有 抗 癌 、 抗 微 生 物 、 凝血 等 多种生物效应 , 与脂肪细胞反应 , 有类似胰岛素的作 用 , 能激活葡萄糖氧化酶降低血糖含量 , 能诱导巨噬 细胞溶解肿瘤细胞 。 2 小麦胚蛋白质提取的研究 如何将优质蛋白质从脱脂小麦胚中分离 , 从而 获得具有一定 食品功能性的高纯度天 然植物蛋白 质 ,

8、 一直是食品科研工作者探索的课题 。 小麦胚蛋 白质的提取研究较多 , 目前主要有碱溶酸沉法 、 酶解 法 、 碱 溶 酸 沉 与 酶 解 的 复 合 方 法 、 超 声 波 法 和 反 胶 束 法等 。 2 .1 酶 解 法 辛志宏等将小麦胚脱脂 , 用淀粉酶水解麦胚蛋 作者简 介 :李建 军 (1978-), 男 , 助 理 研究 员 , 研究方向为农副产品综合利 用 。 8 李建军 等 :小麦胚蛋白质的研究进 展 / 2010 年 第 5 期 白质提取液中的淀粉 , 酸沉淀麦胚蛋白质 , 使蛋白质 含量和得率均较碱溶酸沉淀法明显提高 4 。 2 .2 碱 溶 酸 沉 与 酶 解 的 复

9、合 方 法 马海乐等为了改善小麦胚蛋白质的提取效果 , 建立了 “ 碱 提 + -淀 粉 酶 水 解 +酸沉 淀 ” 分 离 小麦 胚 蛋白质的新方法 5 。 与传统的碱溶酸沉淀法相比 , 该方法明显地提高了小麦胚蛋白质的纯度和得率 , 其 数 值 分 别达 到 94 .5 %和 81 .36 %。 用 高 效 毛 细 管 电泳定性测定小麦胚蛋白质的纯度 , 结果进一步证 明该方法得到的蛋白质纯度较高 。 用 SDS -P AG E 电泳测定了小麦胚蛋白质的分子量 , 结果表明小麦 胚蛋白质的分子量主要由 35 kD a 和 55 kDa 组成 。 2 .3 超 声 波 法 袁道强等采用超声波

10、法提取小麦胚蛋白质 , 经 过小 麦 胚 稳定 化 处 理 、 脱 脂 、 粉 碎 、 加 蒸 馏 水 、 超 声 波 处理 、 离 心 、 上 清液蛋白质 含 量测定等步 骤 , 并进 行 单因 素 和 正交 实 验 , 得 出 的 最 适 提 取 条 件 为 :料 水 比 1 25 , pH 9 .0 , 超 声处理时 间 20 min , 功 率 200 W 。 在此 条 件 下 小 麦 胚 蛋 白 质 的 提 取 率 达 到 98 .68 % 6 。 与 普 通 的 碱溶 酸 沉 法相 比 , 提 取率提高 了 29 .66 %, 并且超声处理前后麦胚蛋白质分子量分布没有明显 改变 。

11、 这说明 超声处理没有改 变蛋白质的一 级结 构 , 而是改变了蛋白质的高级结构 。 2 .4 反 胶 束 法 孙晓红等探索了一种反胶束法提取蛋白质的后 萃方法 , 即先回收异辛烷 , 然后用 少量 K Cl 的缓冲 溶液溶解剩余固形物 , 最后用丙酮沉淀得小麦胚蛋 白 质 。 研 究 了 KC l 浓 度 、 缓 冲 液 pH 值 、 缓 冲 液 加 入 量对小麦胚蛋白质后萃率的影响 。 并在单因素实验 基础上 , 通过响应面分析法确定后萃最佳工艺条件 为 :K Cl 浓 度 0 .61 mo l/ L 、 缓冲 液 pH9 .47 、 缓冲 液 加 入 量 1 .0 ml 。 在 此工 艺

12、 条件 下 , 小麦 胚 蛋白质 后 萃 率 达 到 80 .07 % 7 。 3 加工处理对麦胚蛋白质的影响 3 .1 脲 、 巯基 乙 醇 处 理 T om os kozi 等 研究了脲处理变 性 、 2-巯 基 乙 醇 还原二硫键和再氧化处理等化学改性方法对小麦胚 分离蛋白功能性质的影响 。 结果表明 , 氢键在小麦 胚分离蛋白结构中扮演着十分重要的角色 。 如果消 除氢键将会对小麦胚分离蛋白溶解性 、 乳化性和 表 面疏水性产生很大影响 8 。 3 .2 酶 法 处 理 Sule 和 Claver 等先后采用不同蛋白酶 对小麦 胚蛋白质进行酶水解改性以提高其功能性质 。 Sule 等采

13、用胃蛋白酶和胰蛋白酶对小麦胚分离蛋白进行 改性 。 胃蛋白酶和胰蛋白酶都能提高小麦胚分离蛋 白表面疏水性 , 但随着酶解时间延长 , 其表面疏水性 又呈下降趋势 , 且胰蛋白酶能使小麦胚分离蛋白乳 化活性增强 9 。 Claver 等采用碱性蛋白酶 、 复合 蛋 白 酶 、 风 味 蛋 白 酶 、 木 瓜 蛋 白 酶 和 中 性 蛋 白 酶 对 小 麦 胚蛋白质进行改性 , 结果表明 , 碱性蛋白酶能极大提 高小麦胚蛋白质溶解度 , 碱性蛋白酶改性后产物具 有很好的溶解性 、 起泡 性 、 乳化性和 持 水 性 , 在食品 工业中具有良好应用前景 10 。 我国许多研究人员 也先后采用蛋白酶改

14、性方法对脱脂小麦胚蛋白质进 行改性研究 。 结果表明 , 采用蛋白酶改性不仅能提 高小麦胚蛋白质得率 , 且能很大程度改善蛋白质功 能性质 , 为脱脂小麦胚分离蛋白在食品工业广泛应 用提供了理论依据和有效实践 。 3 .3 超 高 压 处 理 蓝琳等研究了超高压处理对小麦胚蛋白质溶解 性 、乳 化 性 、 乳 化 稳 定性和表面疏水 性 的影 响 , 对各 功能性质之间的相互关联 性进行了分析 。 结果表 明 :超 高 压 处 理 可以有效 提 高小麦胚蛋白 质 的溶 解 度 ;乳 化 性 、 乳化 稳 定 性 和 表 面 疏 水 性 均 随 着 超 高 压 处理时间的延长而降低 11 。 说

15、明超高压处理使本 来伸展的蛋白质分子向折叠收拢的分子形态转变 , 使疏水基团由分子表面向分子内部转移 。 随着麦胚 蛋白质浓度的提高 , 表面疏水性也有所提高 。 3 .4 挤 压 膨 化 处 理 彭伟等人研究了挤压膨化对脱脂和全脂麦胚营 养 成 分 的 影 响及 其 机 理 。 在 高 温 、 高 压 、 高 剪 切 力 的 作用下 , 挤压膨化后的全脂和脱脂麦胚蛋白质发生 变 性 , 可 溶 性 蛋 白 质 的 含 量 分 别 减 少 47 .0l %和 48 .30 %;8 种 人 体 必 需 氨 基 酸 含 量 分 别 减 少 4 .19 % 和 8 .46 %;粗 纤 维 含 量 分

16、 别 减 少 39 .78 %和 42 .77 % ;还 原 糖 含 量 分 别 增 加 33 .07 %和 50 .35 %。 挤 压 膨 化 后 的 全 脂 和脱 脂 麦 胚 消 化 率 、 贮 藏 稳 定 性 、 持 水 率 均增加 12 。 4 谷胱甘肽的提取研究 从麦 胚 中提取 谷 胱甘肽 的 方法有溶 剂 法 、 发 酵 法 和 酶 法 , 通 过 添加适当溶 剂 , 结合 淀 粉 酶 、 蛋白 酶 水 解 , 或 发 酵处理 后 , 再 经 分 离 、 精制 而 成 。 萃 取 选 用 的 溶 剂 有 :异 戊 醇 和 正 己 烷 混 合 物 、 异 抗 坏 血 酸 和 抗 坏

17、 血 酸 的 混合 物 、 氯 化 铝 、 硫 酸 -氯 化 亚 铜 等 。 目 前谷胱甘肽的分离方法虽然有很多种 , 但是都很难 取得理想的效果 。 20 世纪 80 年代起 , 膜分离和离 子交换分离纯化技术取得了重大进展 。 离子交换树 脂问世以来 , 离子交换的应用发展很快 。 这就为谷 胱甘肽的分离和纯化创造了很好的条件 。 4 .1 离 子 交 换 法 周惠明等 13 采用离 子交换分离法 , 对膜分离 得到的小麦胚水溶剂提取物透过液中的谷胱甘肽的 纯化进行了研究 , 为制备谷胱甘肽的精品探索了一 种新的方法 。 经过膜分离后的小麦胚的水溶性提取 物用 A mberli te252

18、 大孔型树脂进行处理 , 使谷胱甘 李建军 等 :小麦胚蛋白质的研究进 展 / 2010 年 第 5 期 9 肽纯化和富集 , 从而使谷 胱甘肽浓度提 高近 2 倍 。 小麦胚水溶性提取物中含有的谷胱甘肽可以被强酸 性阳离子交换树脂吸附 , 并可以被合适的洗脱剂洗 脱下来 。 所选用的三种强酸性阳离子交换树脂都能 吸附谷胱甘肽纯品 。 不同性质洗脱剂的洗脱情况不 同 , 碱性洗脱剂的洗脱效果比较好 , 但对谷胱甘肽 有破坏作用 , 去离子水的洗脱效果很差 。 4 .2 浸 提 法 刘国琴等以脱脂小麦胚粉为研究对象 , 用热水 、 甲酸和乙醇浸提溶剂提取谷胱甘肽 , 分析比较不同 浸提 溶 剂

19、的 提取 效 果 。 结 果 表 明 :热水浸提是一 种 比较理想的从脱脂小麦胚粉中 提取谷胱甘肽 的方 法 。最 佳 浸 提 条 件 为 :浸 提时 间 12 min , 料 液 比 1 9 , 浸提反应温度 95 , 搅拌速度 200 r/ min 14 。 5 麦胚凝集素的研究进展 麦 胚凝集 素 的提取 方 法有水 提 取 法 、 缓冲液 提 取法和酸法提取法 。 纯化方法有硫酸铵盐析 、 甲壳 素亲和层析 、 亲和絮凝 法 和超滤 法 。 麦胚凝集素提 取纯 化 制 备 的 一 般 流 程 :麦 胚 粉 碎 脱 脂 浸 提 透 析 沉 淀 、 洗 涤 、 离 心 凝 胶 过 滤 凝

20、集 素 13 。 王凯南等人研究用鸡卵黏蛋白为配基的亲和色 谱法分离纯化麦胚凝集素 , 并对纯化的麦胚凝集素 进行性质分析 。 先制备鸡卵黏蛋白的亲和吸附剂 , 然后用其纯化麦胚凝集素 。 结果此亲和色谱方法使 纯 化 后 的 麦 胚 凝 集 素 比 其 粗 提 液 纯 度 提 高 约 1 000 倍 , 相 对 分 子 质 量 为 20 420 , pI 为 5 .10 。 鸡 卵 黏蛋白亲和色谱法是一种经济适用的纯化麦胚凝集 素 的 好 方 法 15 。 6 麦胚蛋白质的应用 6 .1 小 麦 胚 蛋 白 质 饮 料 李慧霞等对小麦胚蛋白质饮料的生产工艺进行 研 究试 验 。 结 果 表

21、明 :将 小 麦 胚 进 行 萃 取浸 提 , 并 对 小麦胚蛋白质饮料的制作工艺进行适当的调整 , 萃 取 浸提 温 度 65 , 时 间 2 h , pH7 .0 , 料 水 比 1 10 。 经调 配 、 均 质 、 杀 菌 生 产 出 口 感 清 爽 、 组 织状 态 细 腻 、 风味 香 甜 、 质 量 稳 定的乳 白 色 (或淡黄 色 )高营养 小 麦胚蛋白质饮料 16 。 6 .2 脱 脂 麦 胚 蛋 白 粉 脱脂后小麦胚粕经灭酶 、 粉 碎所得 脱 脂麦胚 粉 因含有丰富的优质蛋白质而被 称为脱脂麦胚 蛋白 粉 。 脱脂麦胚蛋白粉含有多种营养素 , 因此人们尝 试将其作为一种配

22、料用于食品工业 。 而作为一种食 品功能配料就要能赋予一定的功能性质 。 V ani 和 董英等先后都对脱脂麦胚蛋白粉蛋白质溶解性能和 持水能力进行试验研究 。 结果表明 , 脱脂麦胚蛋白 粉持水能力受 pH 影响较多 , 在 pH 4 8 , 随 pH 增 加 而增 加 ;而 脱 脂 麦胚蛋白粉持 水 能力受温度影 响 相 对 较 小 , 其持水能力 在 pH 8 .0 , 温 度 70 时达 到 最大 。 脱脂麦胚蛋白粉蛋白质溶解性能随 pH 和温 度 增 加而增 加 17 18 。 综合 二 者影 响 , 在 pH 6 .0 7 .0 , 温 度 70 左 右 , 脱 脂 麦 胚蛋白 粉

23、 的持水 能 力 和 溶解度都较理想 。 这与许多食品 , 如焙烤制品和肉 糜制品加工工艺相接近 。 因此 , 若将脱脂麦胚蛋白 粉添加在这些食品中 , 既可强化营养 , 又能充分利用 其功能特性 , 从而能改善食品内在品质和感官性能 。 参考文献 1 G rew e E , LcClerc J A .C om mercial w heat germ , It s composi- t ion J .Cereal Chemi st ry , 1943 , 20 :423 434 . 2 P omeranz Y .W heat :chemi st ry an d techn ol ogy A .

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