玉米醇溶蛋白在食品工業(yè)中的應(yīng)用

尹天罡，朱詩萌，何余堂，馬春穎

（渤海大學(xué)食品科學(xué)研究院，渤海大學(xué)化學(xué)化工與食品安全學(xué)院，遼寧省食品安全重點實驗室，遼寧省食品貯藏加工及質(zhì)量安全控制工程技術(shù)研究中心，遼寧錦州 121013）

玉米作為生產(chǎn)酒精、淀粉、淀粉糖等的原料，在工業(yè)生產(chǎn)中具有重要的地位。近年來，我國玉米的工業(yè)消費量迅猛增長。玉米深加工過程中會產(chǎn)生5%的富含蛋白質(zhì)的廢料——玉米黃粉[1]。國際上玉米黃粉價格為每噸200 美元，主要用于作動物飼料，附加值低。玉米黃粉含有約60%的蛋白質(zhì)，其中一半以上是醇溶蛋白。玉米醇溶蛋白氨基酸組成獨特，富含疏水氨基酸，分子間由二硫鍵和疏水鍵相連，使得玉米醇溶蛋白易于成膜[2]，應(yīng)用前景廣闊。

玉米醇溶蛋白的研究開始于19世紀(jì)。1821年Gorham分離出玉米醇溶蛋白并對其做出了描述。1891年Osborne 首先獲得了提取玉米醇溶蛋白的美國專利。20世紀(jì)30 年代玉米醇溶蛋白開始工業(yè)化生產(chǎn)并在同世紀(jì)50 年代達(dá)到高峰。隨著石化工業(yè)崛起，玉米醇溶蛋白產(chǎn)業(yè)成本不具競爭力，在60 年代初逐漸失去了市場。由于環(huán)境問題和化石資源的枯竭，玉米醇溶蛋白以其環(huán)境友好，可降解，原料廣泛且無毒可食，再次成為研究熱點。高度脫色、脫臭技術(shù)的開發(fā)，也拓展了玉米醇溶蛋白的應(yīng)用范圍，使其成為一種有價值的食品工業(yè)原料[3]。

1 玉米醇溶蛋白的性質(zhì)

1.1 物理性質(zhì)

商業(yè)玉米醇溶蛋白一般為淡黃色粉末，但經(jīng)過多次脫色之后的純玉米醇溶蛋白為白色粉末。溶解性質(zhì)獨特，不溶于純的水或醇類，可溶于60 %～95 %的醇類水溶液、強堿（pH＞11）、十二烷基磺酸鈉（SDS）高濃度尿素及丙二醇和醋酸等有機溶劑。平均分子質(zhì)量44 kD，耐熱性好，玻璃化溫度為171 ℃，分解溫度為262 ℃[4]。

1.2 化學(xué)結(jié)構(gòu)

根據(jù)玉米醇溶蛋白在0%～95%異丙醇溶液中的溶解度差異可將其分為α-玉米醇溶蛋白、β-玉米醇溶蛋白和γ-玉米醇溶蛋白三種。Tatham 對玉米醇溶蛋白的分子的研究發(fā)現(xiàn)其形狀是棒狀或橢圓狀的結(jié)構(gòu)，軸徑比為28 ∶1 或7 ∶1[5]。玉米醇溶蛋白乙醇水溶液含有較多的α-螺旋體，旋光性較強。

1.3 生物特性

組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，缺乏帶電的堿性、酸性及極性基團(tuán)的氨基酸。獨特的氨基酸組成也使得玉米醇溶蛋白具有很多特殊性質(zhì)功能，它可食、無毒副作用、具有良好的生物相容性和降解性，這些特性是塑料等化工材料所不具備的。

2 玉米醇溶蛋白在食品工業(yè)中的應(yīng)用

玉米醇溶蛋白可用于食品、醫(yī)藥、化妝品、化工等行業(yè)，如作為藥劑的緩釋劑，保護(hù)藥物活性成分，使藥物在患者攝入后緩慢的釋放藥性[6]。玉米醇溶蛋白經(jīng)過改性可制成膠黏劑，替代污染嚴(yán)重的人工膠粘劑[7]。玉米醇溶蛋白作為玉米中的物質(zhì)，應(yīng)用于食品工業(yè)具有先天優(yōu)勢。

2.1 在可食性包裝中的應(yīng)用

可食性包裝是近年發(fā)展迅速的新型食品包裝，它可食、方便、環(huán)保。玉米醇溶蛋白無毒，成膜不需要添加交聯(lián)劑，是制作可食性包裝的理想材料。Arcan 等將酚類化合物加入玉米醇溶蛋白膜中，改善了傳統(tǒng)蛋白膜的機械強度，且蛋白膜的抗氧化性和抗菌性有所增強，可替代塑料包裝材料[8]。我國已研制出一種玉米蛋白與紙復(fù)合制成的耐油性極佳的包裝材料，將其煮沸性質(zhì)也不發(fā)生變化[9]。

2.2 在口香糖制品中的應(yīng)用

口香糖是深受青少年和兒童喜愛的糖類，但口香糖有20%的膠基無法降解，會造成環(huán)境污染。因此，開發(fā)可食、可消化、富含營養(yǎng)、可降解的口香糖是未來口香糖發(fā)展的方向。玉米醇溶蛋白是優(yōu)秀的膠基替代物。余美絨等以竹筍為主要原料，加入15%玉米醇溶蛋白、25%小麥面筋和風(fēng)味添加劑制成植物口香糖[10]。該口香糖咀嚼時間長，黏度與硬度均符合要求，還具有一定營養(yǎng)。

2.3 在生物活性肽中的應(yīng)用

使用水酶法可將玉米醇溶蛋白酶解為具有活性的多肽，這些多肽有抗氧化、降血壓、解酒、抗疲勞、抗衰老等多種保健功能[11]。劉志國等使用三種蛋白酶酶解玉米醇溶蛋白，所得的三種產(chǎn)物均含有較強ACE（血管緊張素轉(zhuǎn)換酶）活性抑制成分，其抑制活性最高達(dá)到68.36%[12]。

2.4 在抗氧化劑中的應(yīng)用

玉米醇溶蛋白對脂類有強抗氧化性，可制備油脂抗氧化劑和名貴油品包裝，國外已研制出具有高抗氧化性和氧化穩(wěn)定性的的干燥固定油脂。Seung Yong Cho等將玉米醇溶蛋白和大豆分離蛋白壓合成膜，其所成膜阻氧性很強，相比于橄欖油傳統(tǒng)的聚乙烯包裝材料，玉米醇溶蛋白大豆分離蛋白膜可以有效防止油脂的氧化酸敗[13]。

2.5 在食品保鮮中的應(yīng)用

玉米醇溶蛋白成膜性好，成膜時不需要添加任何交聯(lián)劑，將玉米醇溶蛋白溶液涂膜于食品可以在食品表面形成阻濕、阻氧、抗靜電、抗菌的皮膜，延長食品貨架期。玉米醇溶蛋白應(yīng)用于食品保鮮的相關(guān)研究較多，也是其在食品工業(yè)中的主要應(yīng)用方向。

2.5.1 肉類保鮮

新鮮肉類的水分活度高，微生物易生長繁殖，導(dǎo)致品質(zhì)下降?，F(xiàn)在通用的肉類保鮮方法是低溫冷藏或凍藏。冷藏或凍藏可延長新鮮肉類的貨架期但會造成肉品汁液流失，口感和營養(yǎng)價值下降。將玉米醇溶蛋白涂膜肉品不僅可維持肉品口感，防止肉品營養(yǎng)物質(zhì)流失，還可阻隔各種氣體、液體、微生物，達(dá)到延長新鮮肉類貨架期的目的。范少麗等將玉米醇溶蛋白與0.1%玉米須黃酮和0.2 %沙棘葉多酚混合涂膜于新鮮羊肉，在4 ℃條件下保鮮期達(dá)到了25 d[14]。Osman 等使用玉米醇溶蛋白與小麥蛋白以1∶1 混合涂膜凍魚片，凍藏7 個月后發(fā)現(xiàn)涂膜組營養(yǎng)物質(zhì)流失少于對照組[15]。

2.5.2 水果保鮮

水果是對部分可以食用的植物果實和種子的統(tǒng)稱，有降血壓、減緩衰老、皮膚保養(yǎng)、明目、抗癌、降低膽固醇等保健作用。一些水果如香蕉、獼猴桃、草莓等不易保存，受季節(jié)限制較大，使用玉米醇溶蛋白保鮮可緩解這些問題。田崇明等將玉米醇溶蛋白應(yīng)用于香蕉，改善了香蕉易褐變的缺點[16]。李云捷等以草莓為研究對象，涂膜后提升了草莓的整體品質(zhì)[17]。

2.5.3 干果保質(zhì)

干果水分含量較低，不易發(fā)霉變質(zhì)，但核桃、榛子等干果的油脂含量高，不飽和脂肪酸與氧氣接觸容易被氧化造成油脂酸敗，影響干果品質(zhì)。玉米醇溶蛋白對油脂具有強抗氧化性，經(jīng)玉米醇溶蛋白涂膜的干果在儲藏和加工過程中不易酸敗。將涂膜玉米醇溶蛋白的核桃仁與對照組同時放入真空干燥箱進(jìn)行氧化實驗，5 天后測定核桃仁中油脂指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)玉米醇溶蛋白可抑制核桃仁酸敗[18]。

3 存在的問題及解決途徑

3.1 存在的問題

現(xiàn)今對于玉米醇溶蛋白的研究大都停留在實驗室階段，限制其進(jìn)入實際應(yīng)用階段的原因主要有兩個，一是提取玉米醇溶蛋白需要消耗大量的溶劑，而回收這些溶劑又要消耗大量的熱量，這導(dǎo)致提取玉米醇溶蛋白成本過高，相比于傳統(tǒng)材料，價格沒有優(yōu)勢。二是玉米醇溶蛋白成膜雖不需交聯(lián)劑，但所成膜易脆，機械性能達(dá)不到應(yīng)用的要求。

3.2 解決方法

針對玉米醇溶蛋白的缺點，降低玉米醇溶蛋白的提取成本和提升其所成膜的機械性能是問題的關(guān)鍵。對玉米醇溶蛋白進(jìn)行循環(huán)浸提是解決溶劑消耗過大的有效方法，超聲、微波等新的提取方式的應(yīng)用可大大縮短提取時間降低生產(chǎn)成本。在玉米醇溶蛋白中加入增塑劑可有效增強其所成膜的機械性能，對玉米醇溶蛋白改性可以改善成膜機械性能差的缺點，還能創(chuàng)造出具有特殊用途的材料，與其他原料（如多糖、脂類等）復(fù)合制成復(fù)合膜也可以顯著增強其機械性能。

4 展望

我國是玉米生產(chǎn)大國，玉米醇溶蛋白是玉米深加工產(chǎn)業(yè)中的重要一環(huán)，作好其在食品工業(yè)中的應(yīng)用將產(chǎn)生巨大社會和經(jīng)濟效益。雖然玉米醇溶蛋白在實際應(yīng)用方面還存在著很多問題，但相信隨著研究的深入，玉米醇溶蛋白的應(yīng)用前景將十分廣闊。

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