1.5 小麦蛋白特性及应用
小麦蛋白质主要分布在小麦籽粒的胚、胚乳和麸皮中。软麦中的蛋白质含量低于硬麦中的含量。从加工角度来看，小麦蛋白质属于小麦淀粉生产过程中产生的副产物，因为在小麦淀粉生产过程中，首先将胚芽分离出去，然后把淀粉和小麦面筋蛋白（即谷朊粉）分离开来。小麦谷朊粉营养和食品应用功能与小麦品种及蛋白质结构和组成有关。
1.5.1 小麦蛋白的分类
小麦籽粒中蛋白质含量差异很大，平均为13.4%，比其他谷物如玉米、稻谷、大麦及高粱都高，但平均含量低于黑麦及燕麦。小麦籽粒中的蛋白质含量与小麦品种及类型有关，不同品种之间差异显著。
Osboren最早提出了小麦蛋白质分类方法，1907年他根据蛋白质在不同溶剂中溶解性的差异，将小麦蛋白质分为清蛋白（水溶性蛋白，主要溶于水）、球蛋白（盐溶蛋白，溶于NaCl溶液）、醇溶蛋白（溶于70%的乙醇溶液中）和麦谷蛋白（溶于稀酸和稀碱溶液）4种不同的组分。近几年，随着色谱、电泳、胶体过滤和超速离心技术的迅速发展，发现这种分类方法有一定的局限性，因为有些蛋白质组分彼此相互交叉，例如我们在研究中发现利用水作为提取剂可以逐步把醇溶蛋白提取出来，而且在电泳图谱中水溶性蛋白和醇溶蛋白有很大的相似性。有许多研究者对小麦蛋白质的分类方法做了适当的改进，但目前还难以准确、全面地反映小麦蛋白质的特性，尽管Osboren的分类系统存在一定的局限性，但仍是目前广泛采用的分类方法。
清蛋白和球蛋白这两种蛋白质主要位于小麦籽粒的糊粉层和胚中，在胚乳中也有少量分布，属于籽粒中的可溶性蛋白质，分别占小麦籽粒蛋白的9%和5%左右。这两种蛋白质富含赖氨酸，肽链结构、组成及基因的染色体定位不同，但其功能主要是作为参与各种代谢的酶。清蛋白和球蛋白主要与小麦的营养品质有关。对小麦籽粒蛋白质及组分含量进行数量遗传分析表明，小麦籽粒蛋白质组分含量在品种间表现有一定差异。清蛋白和球蛋白富含赖氨酸对营养品质有利，而对面包和方便面加工品质不利；清蛋白氨基酸组成比较平衡，特别是赖氨酸、色氨酸和蛋氨酸含量较高，清蛋白含量与谷蛋白、干面筋含量、面包体积、面包评分之间呈显著或极显著负相关。
醇溶蛋白和麦谷蛋白属于小麦籽粒中的储藏蛋白，主要分布在小麦的胚乳中，分别约占小麦籽粒蛋白质的40%和46%。储藏蛋白是小麦面筋的主要成分，大量研究表明，小麦面筋蛋白的组成及结构是影响小麦加工品质的主要因素。麦谷蛋白是一种非匀质的大分子聚合体，分子量约为40～300kDa，而聚合体分子量高达数百万。每个小麦品种的麦谷蛋白由17～20种不同的多肽亚基组成，靠分子内和分子间的二硫键连接，呈纤维状；氨基酸组成大部分是极性氨基酸，彼此之间容易发生聚集作用，肽链间的二硫键和极性氨基酸是决定小麦面团强度的主要因素，麦谷蛋白主要与面团的弹性及抗延伸性有关。醇溶蛋白主要是单体蛋白，分子量较小，约为35kDa，没有亚基结构和分子间二硫键，单肽链间主要是通过氢键、疏水键以及分子内二硫键连接，从而形成比较紧密的三维结构，呈球形，一般由非极性氨基酸组成，故醇溶蛋白影响小麦面团的黏性和膨胀性能，主要提供面团的延伸性。麦谷蛋白和醇溶蛋白与水共同形成面筋，并以适当的比例结合才能共同赋予小麦面团特有的黏弹性，两者单独存在或者比例不适当都无法形成质量好的面团结构。不同小麦品种麦谷蛋白和醇溶蛋白的含量、比例及结构有明显的差异，导致了小麦面团的黏弹性不同，因而造成加工品质的差异[21]。
1.5.2 小麦蛋白的组成
在小麦面粉中加适量水，再用手或机械进行揉合即得到黏聚在一起并具有黏弹性的面块，这就是所谓的面团。静置之后，面团在水中搓洗时，淀粉、麸皮渐渐离开面团而悬浮于水中，最后只剩下一块具有黏弹、延伸性和类似橡胶的物质，这就是所谓的面筋；因这种面筋含65%～70%的水分所以又称为湿面筋；湿面筋烘去部分的水即为干面筋。面筋在面团中所表现的功能特性，对于面团烤制品的工艺品质和食用品质具有决定性的意义。目前实际被利用的小麦蛋白质主要是小麦面筋，化学分析证明面筋主要是麦醇溶蛋白和麦谷蛋白组成的高度水化产物，另外还含有少量的淀粉、纤维、糖、脂肪、类脂和矿物质等[22]。
1.5.2.1 麦醇溶蛋白
小麦醇溶蛋白约占小麦面粉总量的4%～5%，是胚乳的主要储藏蛋白，在组成上具有高度的异质性和复杂性。在单项酸性电泳的条件下，通常一个小麦品种能分离出15～30个组分，而在双向电泳条件下可分离出多达50个左右的组分。醇溶蛋白的分子量约在30～80kDa之间。根据其在电泳图谱上的迁移率可分为α-醇溶蛋白、β-醇溶蛋白、γ-醇溶蛋白和ω-醇溶蛋白4种组分。这4种蛋白质组分分别占醇溶蛋白总量的25%、30%、30%和15%[21]。
1.5.2.2 麦谷蛋白
麦谷蛋白以聚合体的形式存在，主要由高分子量麦谷蛋白亚基和低分子量麦谷蛋白亚基组成，另外还有一种富含硫的谷蛋白成分。高分子量麦谷蛋白亚基也称为A亚基，分子量为90～147kDa；低分子量麦谷蛋白亚基又分为B亚基、C亚基和D亚基，B亚基分子量为40～50kDa，属于碱性蛋白，也是低分子量麦谷蛋白亚基的主要组分，它们的迁移率比α-醇溶蛋白、β-醇溶蛋白和γ-醇溶蛋白小；C亚基分子量为30～40kDa，它们的等电点变幅较宽，由弱酸性到强碱性，它们的迁移率和α-醇溶蛋白、β-醇溶蛋白和γ-醇溶蛋白近似；D亚基分子量为55～70kDa，迁移率比B亚基和C亚基慢，属于胚乳中主要的酸性蛋白亚基。麦谷蛋白聚合体主要由高分子量麦谷蛋白亚基和低分子量麦谷蛋白亚基通过链间二硫键连接而成[21]。
1.5.3 小麦蛋白的特性
小麦面筋蛋白的化学组分及氨基酸组成使其在功能上具有独特的性质。
1.5.3.1 溶解性
小麦蛋白中含有较多的疏水性氨基酸，与水接触后，在外围形成一层湿面筋网络结构，导致面筋蛋白具有低溶解性。同时，小麦面筋是一种络合蛋白质，它没有明显的等电点，也就难以找出其正负电荷正好平衡的分辨点。这是因为麦谷蛋白不溶于水，它具有正常的酸值范围，而面筋则趋向于反映麦醇溶蛋白在酸中溶解的等离子现象。研究麦醇溶蛋白质在不同酸值中的溶解度时发现，在pH值为6～9时，其溶解度最小。因而，小麦面筋蛋白在酸或碱的分散作用下加速溶解是值得注意的。
1.5.3.2 起泡性及泡沫稳定性
食品中泡沫的形成原因是气泡分散在含有可溶性表面活性剂的连续或半固体相中的分散体系。快速搅拌时，空气进入蛋白质溶液中，形成二维网络结构。泡沫形成后能够保持一定时间并具有一定抗破坏的能力，称为泡沫稳定性。谷朊粉的起泡性和泡沫稳定性与其溶解性有关，由于溶解性较差，其起泡性也受到影响[23]。
1.5.3.3 黏弹性
谷朊粉中的麦谷蛋白具有弹性，但延伸性较差；麦醇溶蛋白具有延伸性，但弹性较小。这两种蛋白结合作用使谷朊粉具有独特的黏弹性。谷朊粉的黏弹性直接表现为薄膜成型性。即由于谷朊粉的弹性特点，使面筋呈海绵状或纤维状结构，形成薄膜面筋[23]。
1.5.3.4 吸水性
高质量的面筋可吸收2倍面筋量的水。谷朊粉的这种吸水性可增加产品得率，并延长食品的货架期。小麦面筋的吸水性和黏弹性相结合，就产生“活性”，通常称为“活性面筋”。小麦湿面筋在干燥前烧煮，则会产生不可逆的变性，不再具有吸水性和黏弹性，而成为一种普通植物蛋白。我国的烤麸水面筋就是这种无活性面筋。
1.5.3.5 热凝固性
水溶性蛋白质加热到临界温度就会变性，变性后就不易溶于水，这就是热凝固性。面筋蛋白与其他蛋白质不同，对热的敏感性差，不加热到80℃左右，便不会凝胶化。这说明面筋中的分子间多为二硫键交联，即面筋蛋白是由牢固的三级或四级结构构成的。因此，如果用还原剂切断面筋蛋白的二硫键交联，其热敏感性就会显著提高。
1.5.3.6 口味
加工适当而又合理储藏的谷朊粉具有“清淡醇味”，或略带“谷物味”，这都是人们喜欢的口味。将谷朊粉与其他食品配料混合，即使大量加入也不会产生异味。
1.5.4 小麦蛋白的应用
由于其自身具有的各种独特性能，谷朊粉被广泛应用于面条、方便面和面包等食品工业的实际生产中，也可用于肉制品中保持水分以改善储藏品质，同时也被作为基础材料加入高档水产饲料中。
1.5.4.1 在食品中的应用
谷朊粉蛋白质质量分数为70%～80%，由多种氨基酸组成，钙、磷、铁等矿物质含量较高，是营养丰富、物美价廉的植物蛋白源。当谷朊粉吸水后形成具有网络结构的湿面筋，具有优良的黏弹性、延伸性、热凝固性、乳化性以及薄膜成型性，可作为一种天然的保健食品配料或添加剂，广泛用于各类食品，如面包、面条、素肠、素鸡、肉制品等。
在面包专用粉生产中，根据面粉本身的特点添加2%～3%的谷朊粉，可明显提高面团的吸水性，增强面团的耐搅拌性，缩短面团发酵时间，令面包成品比容增大，包心质地细腻均匀，并在表皮色泽、外形、弹性及口感上都有极大改善。还能留存醒发时的气体，使其保水性良好，保鲜不老化、延长存放寿命，同时增加面包的营养成分。
在方便面、长寿挂面、面条、水饺专用粉生产上添加1%～2%谷朊粉，能够明显改善制品的抗压力、抗弯曲力和抗拉力等加工性能，增加面条韧性，加工时不易断头，耐浸泡、耐热。食用口感滑、不粘牙，营养丰富。
在馒头的生产中，添加1%左右谷朊粉，可以增强面筋质量，明显提高面团吸水率，增强制品的持水性，改善口感，稳定外形，延长货架期。
在肉制品中，生产香肠制品时，添加2%～3%谷朊粉，可增强产品弹性、韧性、持水性，使其久煮久炒不碎。当将谷朊粉用于脂肪含量多的富肉香肠制品中，乳化性更为明显。
谷朊粉的另一个主要用途是作为替代肉类的素食食品，以及生产人造的昂贵肉类，如海鲜和蟹类的类似物。纯湿面筋可以调味，变形，并加工成肉丸和牛排。组织化处理的小麦面筋利用挤压技术可以用来模仿肉类的口感、咀嚼性和味道。这种方法制造的“肉”产品适合作为即食主菜，也可作为三明治夹心或比萨饼和沙拉配料。
利用谷朊粉制造的合成奶酪在质地和口感上与天然奶酪没有什么区别。国际小麦面筋协会近来的研究表明，谷朊粉单独或者和大豆蛋白混合使用，可部分取代昂贵的酪蛋白酸钠，大大地降低了奶酪的生产成本。谷朊粉也被用来强化比萨表面强度，提供硬外壳和爽口感，使外皮酥脆，增加咀嚼性，并能减少水分从酱汁转移到比萨内部。添加量一般为小麦粉基质的1%～2%。
1.5.4.2 在水产品加工中的应用
在鱼糕中添加谷朊粉后，由于谷朊粉吸水复原为富于延展性的面筋网络结构，同时经过捏合均匀地延伸到鱼肉中，通过加热，面筋不断吸水和热变性，强化了鱼糕弹性。其添加量一般控制在2%～4%，但应根据原料、使用目的等进行增减，添加后直至充分吸水之前要进行搅拌，同时根据需要添加谷朊粉用量1～2倍的水。油炸鱼丸子中添加谷朊粉也可达到同样的效果，尤其是对大量混合蔬菜等原料的制品效果最好，能增强黏结性，防止因蔬菜水分流出而引起的弹性下降和触感下降。
在鱼肉香肠制作中，从食品的安全性角度考虑，往往不使用防腐剂，而采用高温加热处理以达到高温杀菌的目的。但如果原料中低级鱼肉糜的配合比率高，那么高温处理就很容易引起制品品质下降，添加谷朊粉则可有效地防止这种缺陷。通过向谷朊粉中加水，使之复原成面筋，然后填充到肠衣中，在测定加热到各种温度下的凝固强度时发现，加热到130℃，凝胶强度仍未下降。谷朊粉在鱼肉香肠中的添加量为3%～6%，但需根据原料状态、杀菌条件来改变添加量，向肉中添加谷朊粉的时机应选择在添加脂肪并搅拌后，方法是直接添加谷朊粉，加水量应比对照品（未加谷朊粉）多些，搅拌时间也略长些[24]。
1.5.4.3 在保健品及婴儿制品中的应用
由于氨基酸较平衡，营养价值高，谷朊粉作为蛋白质添加物广泛用于各种保健食品及婴幼儿食品中。虽然赖氨酸含量较缺乏，但只要将谷朊粉与其他食物性蛋白按合适比例混合，使谷朊粉的配合比例达到60%，在食用中就可充分保证营养。
在各种保健食品和婴幼儿食品生产中，添加1%～2%的谷朊粉作为蛋白添加物，食品的氨基酸含量在85%以上，可充分保证营养。同时又提高了钙、磷、铁的含量，尤其是钙的含量远远大于鸡蛋、牛肉等食品，更有利于婴幼儿、青少年的健康发育[24]。
1.5.4.4 在饲料生产中的应用
水产养殖业（包括鱼类、甲壳类动物）是一个日益膨大的产业。现代养殖业依靠饲养来提高产量，谷朊粉的特性正好迎合这一需求。它的黏合性将小球状或者粒状饲料黏结起来；它的水不溶性可以防止球溃散；它的黏弹性提供柔软而黏着的质地组织，使其拥有一定的界面张力，悬浮于水中，利于吞食。而且谷朊粉还具有丰富的营养价值，是一种理想的天然蛋白质源。
1.5.4.5 在调味品中的应用
谷朊粉也用于制备酱油和味精。谷朊粉的高谷氨酰胺含量使它成为制造后者的理想初级材料。用谷朊粉制造的酱油同传统酱油相比，颜色更浅，拥有缓慢的褐变率、优良的风味和良好的稠度。
1.5.4.6 在工业中的应用
作为一种植物蛋白，小麦谷朊粉有着石油衍生物无法比拟的优点：来源丰富，具可再生、可降解性。更重要的是小麦谷朊粉具有一些独特的功能特性，可应用在非食品领域，这对扩大小麦深加工，提高其附加值有重大意义。
小麦谷朊粉的功能特性有成膜性、乳化性、黏结性等。目前谷朊粉的工业应用主要是通过一定改性，提高其功能特性进而加以利用。例如，在混凝土中加入一定量的经还原的小麦储藏蛋白可使其持气性能增强，提高了抗霜冻性；对谷朊粉进行水解，取分子量为3～5kD的肽添加在化妆品或护发产品中能起水溶性增湿剂的作用；经部分水解的谷朊粉能合成性能良好的去污剂；对谷朊粉进行酸碱改性并与害虫控制剂混合可制成喷雾型害虫控制剂，使得控制剂很好地黏附在植物表面和害虫体表、毛发上，达到较好的控虫目的；利用还原剂如焦亚硫酸钠对小麦谷朊粉进行改性，打开其二硫键，再用丙三醇、山梨醇、甘露醇等增塑，可形成可食性仿造膜；还可用硫醇等改性剂对谷朊粉改性，制成工业用可降解膜[25]。