食品学院栾广忠副教授团队在玉米蛋白加工领域研究取得重要进展

　　 　　

玉米产量高，种植范围广，与小麦相比仅含有少量过敏原，是一种理想的无麸质食品原料。玉米蛋白粉（Corn gluten meal, CGM）是玉米淀粉湿法提取过程中产生的副产物，含有高含量的蛋白质（60%-70%）和少量的淀粉，是一种丰富的可再生蛋白质资源。然而，目前CGM大多用于饲料生产，其蛋白价值有待于深度研究以扩大其在食品工业中的应用。2022年8月，食品学院栾广忠副教授团队在国际食品领域Top期刊 《Food Chemistry》 上发表题为“Physicochemical properties and protein structure of extruded corn gluten meal: implication of temperature”的研究论文。食品学院博士生张莹莹为第一作者，栾广忠副教授为通讯作者。研究发现不同挤压温度对CGM理化性质和蛋白质结构产生不同的影响（图1和图2）。CGM在挤压温度达到120°C时组织化，并在达到140°C时膨化。随着温度的升高（从120°C到140°C），挤出物的密度、粒径和ξ电位下降（从662.0到642.5 mg/cm³，301.0到191.3 nm，和4.82到1.52 mV）。SDS-PAGE结果显示二硫键和其他共价键参与了挤出过程中的蛋白质的交联。最后，文章提出了挤压温度对蛋白质组织化的影响模型：随着温度的增加，肽链逐渐展开；更多的共价反应在高温下发生，促进蛋白质组织化，为CGM在膨化食品或人造肉中的应用中提供了一定的理论参考。

图1. CGM的直观图和微观图

图2. 相关性分析和蛋白质反应模型

CGM中的主要蛋白质是玉米醇溶蛋白（zein），该蛋白在玻璃化转变温度以上（35℃左右）水合时可形成一种类似面筋（麸质）的黏弹性蛋白质网络（图3），因为该特性，zein成为极具潜力的麸质替代品。近年来无麸质食品的需求在全球范围内增长迅猛，zein在无麸质食品领域的应用探索也逐年增加（图4）。2022年7月，该团队在国际食品领域Top期刊 《Food Research  International》 上发表了题为“Application of zein in gluten-free foods: A comprehensive review”的综述论文。在分子水平上比较了zein和麸质蛋白（gluten）的蛋白质结构，总结了zein在无麸质体系中的应用现状，zein功能性的影响因素，以及在人造肉中的应用潜力。未来的研究仍需提高zein无麸质面团的弹性和持气性，以及降低zein的玻璃化转变温度。

图3. 蛋白质水合过程

图4. WOS报道的1991-2020年间科学出版物数量

此外，除了在无麸质方面的应用，该团队还发现Zein在增塑剂的作用下，可由无定形的固体颗粒转变为粘性流动状态，形成具有强附着力的粘合剂。2022年7月，团队在国际农林领域Top期刊《Industrial Crops & Products》 上发表了题为“Effect of zein subunit and plasticizer on rheology and adhesion properties of zein-based adhesives”的研究论文。用乙酸和乙醇作为增塑剂，快速制备zein粘合剂的方法（图5和图6）。乙酸对zein的塑化作用强于乙醇；增塑剂越强，固化后的zein增塑型粘合剂的热稳定性越高，结构更稳定，表面更光滑，从而具有更强的粘合强度和更高的耐水性。此外，zein的亚基类型影响粘合效力，α-zein比β-和γ-zein更易增塑，α-zein-乙酸粘合剂在所有zein粘合剂中表现出更优异的粘合强度（600 kPa）和耐水性（300 kPa）。研究证实zein在防水粘合剂方面的应用潜力，丰富了蛋白基粘合剂的种类合制备方法。

图5. 玉米醇溶蛋白增塑型粘合剂的形成示意图

图6. (A) 玉米醇溶蛋白增塑型粘合剂在线性黏弹性区(T = 25℃; f = 1 Hz)的tanδ；

        (B) 玉米醇溶蛋白增塑型粘合剂的时间扫描 (T = 40℃; γ = 0.1%; f =""1"" Hz);

(C 和 D) 玉米醇溶蛋白增塑型粘合剂的频率扫描 (T = 25℃; γ = 0.1%)。

附件：文章列表

 

题目	期刊	原文链接
Physicochemical properties and protein structure of extruded corn gluten meal: implication of temperature	Food Chemistry	https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2022.133985
Application of zein in gluten-free foods: A comprehensive review	Food Research   International	https://doi.org/10.1016/j.foodres.2022.111722
Effect of zein subunit and plasticizer on rheology and adhesion properties of zein-based adhesives	Industrial Crops & Products	https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2022.115398