高粱醇溶蛋白结构与功能活性的研究进展

的蛋白质 受人体的
，进而 了醇溶蛋
白在人体内的
收。
链 硫键的稳定性
较强，Y -醇溶蛋白以单体形式存在并易溶于水[0],
0-醇溶蛋白富含
，导致0- Y-醇溶蛋
白通过二硫键的作
联 一起，造成高粱醇
蛋白的
低，是高粱食品难以被
主要原因[1]°
食用的
2
蛋白的结
高粱醇溶蛋白与玉米醇溶蛋白
特性
。玉米
醇溶蛋白
醇
的加强，从a -螺
醇溶蛋白
有独特的
被「
的特点，使其
定的
，在食品工业应用
中 较好的
景。疏水性活性物质由于低水
泼尼松龙
骨形成蛋白-2、
大豆油脂
单宁 姜黄素 白藜芦醇
激素类、蛋 白类、油脂类
运输生物活性成分
改性处理 增塑剂互作\制膜
活性成分结合
梨 果蔬
猪肉 鸡肉\肉类
包装
制备包装薄膜
高粱醇溶蛋白
ACE抑性肽
制备活性肽匕抗氧化肽
，观察了高粱醇溶蛋白
的构象
行为。
的蛋白质量：下,
高粱醇溶蛋白先是以椭 或 状颗粒的形式均
散存在副
的增加，除个别的 颗粒存
，大的盘状 状颗
始出现。
空间
中，测得典型的盘状颗
的长 别为115 nm
（（轴）、106 nm（轴）和13 nm（轴），典型的棒状颗
粒三轴的长度分别为246 nm（（轴）、86 nm（y轴）和
美国和澳大利亚等地区，高粱一般作为猪和家禽的 饲料;高粱在中国主要以酿造白酒和生产工业乙醇 最为常见。在食品加工过程中，由于高粱富含的醇 溶蛋白消化性较差，限制了高粱食品的开发和应用。
醇溶蛋白是谷物种子胚乳中氮源的主要贮藏形 式,决定了成熟种子的籽粒结构［］。高粱醇溶蛋白 在其全蛋白中占比为70%〜90%⑷，在氨基酸组成
12 nm（轴）°
蛋白颗粒的继续聚集，最终形成
了更大的盘状或棒状 蛋白 有一定的
°与之
的谷物醇
副口麦醇溶蛋白（小
麦和大麦）°小麦醇溶蛋白由于亮氨酸、色氨酸等疏
水 基酸的存在，使其具有
副
定
了发生
的 ⑺。大麦醇溶蛋白 醇
（60% ）中，呈现为修长的棒状构造，并且随着浓度的
力口，蛋白
生 聚集现象，形成比高粱醇溶
2021年5月 第36卷第5期
中国粮油学报
Journal of the Chinese Cereals and Oils Association
Vol- 36，No- 5 May 2021
高粱醇溶蛋白结构与功能活性的研究进展
蔡晓李忍V姜鹏1阮长青1 张东杰",王长远1李志江卩3,4
（黑龙江八一农垦大学食品学院S大庆163319） （黑龙江省杂粮加工及质量安全工程技术研究中心2,大庆163319）
，作为传递系 泛 I在
圭寸 运输各种药物或营养 品中。
3
蛋白的功能 性
高粱醇溶蛋白富含疏水 基酸，具有丰富的
活性蛋白
副
中具有运输生物活
、纟
、改善高粱蛋白
、生产
质面团、制备生物活
多 的 及活
性（如图1所示）°
3. 1运输生物活性成分
高粱醇溶蛋白疏水 基酸含量较高，能
与疏水性的生物活性物质产生较好的
°高粱
得其无法直接添加到食品中。因此以高粱醇溶蛋白
为载体，对活性物质进行包埋来提高其体内利用率
和功能活性的稳定尤为重要。
生物活性物质的输送系统类型较多 ，其中纳米
颗粒、乳液、纤维、微胶、微球应用广泛。利用高粱醇
溶蛋白进行荷载运输的生物活性成分较少，目前的
研究主要集中在单宁、姜黄素、白藜芦醇的荷载运输
等领域。
。 粱蛋白消化率、生产无铁质面团、制备生物活性肽等领域的研究现状，并对其发展前景进行了展望
关键词高粱醇溶蛋白结构活性功能 中图分类号：514 文献标识码:A 文章编号:1003 -0174（2021 ）05 -0192 -11
网络首发时间:2020 -12 -31 11：28：11 网络首发地址:https://kns. cnki. net/kcms/detail/11- 2864 - TS- 20201229 - 2041 - 002 - html
参考依据。 白藜芦醇是非酮类多酚化合物，主要存在于葡
萄中，具有抗氧化、抗炎和抗肿瘤等多种药理活
性［23］。Khan等a利用0 -乳球蛋白或酪蛋白与高 粱醇溶蛋白复合包埋白藜芦醇，发现2% 0-乳球蛋
白或0.2%酪蛋白形成的颗粒粒径最/J、，白藜芦醇的 负载率为67% -76%，酪蛋白-醇溶蛋白复合颗粒
单宁是一类多酚类化合物的总称,具有抗氧化、
抗菌等多种生物活性［15］。Taylor等［16］通过乙醇法制
备高粱醇溶蛋白颗粒，发现其具有的多孔结构，这些
内表面积较大的颗粒可能具有良好的包埋能力。通
过对高粱单宁的包埋，并进行体外消化实验,发现被
包埋的单宁抗氧化活性释放量达到了 50%，证明了
醇 蛋白颗
物质的
醇溶蛋白-单宁复合颗粒的降血糖功效更具备说服 力,Links等［8］又通过大鼠口服淀粉耐受实验，确定
高粱醇溶蛋白-单宁复合颗粒的体内降血糖功效。 实验发现，复合颗粒可以抑制大鼠小肠碳水化合物
的分解，阻止血糖峰值，使最高血糖水平降了
11.8%，达到降血糖的目的。同时经过包埋的单宁，
苦涩味被掩盖，大鼠会自愿服用。通过以上研究可
抗肿瘤肽
改善高粱 蛋白消化率
蒸煮+碱化湿磨法处理 发芽处理 、转基因处理
生产无鉄质面补 面包
1 图 高粱醇溶蛋白主要功能活性树形图
194
中国粮油学报
2021年第5期
溶性和低生物利用度、在食品加工中易氧化变性和
在人类消化系统中的不稳定性等劣势，如多酚类化
合物、糖皮质激素类、功能性蛋白、功能性脂类等，使
1高粱醇溶蛋白的组成及类型
高粱醇 蛋白富含
、
、
极性的中性氨基酸,占总氨基酸的60.1%，是醇溶蛋 白呈现较强疏水性的主要原因［6］。呈现较强疏水性
的谷物醇溶蛋白还包括玉米醇溶蛋白、小麦醇溶蛋
白、大麦醇溶蛋白等，因氨基酸组成不平衡,具有耐 受消化的特点［］。根据分子量的差异，高粱醇溶蛋
, 白可分为a -、0 -、Y -纟-四种类型，其中a -醇溶
蛋白（22〜27 ku）占70〜80% -醇溶蛋白（18 ku） 占7〜8%，丫 -醇溶蛋白（50 ku）占9〜12% ,8 -醇溶
第36卷第5期
蔡晓等高粱醇溶蛋白结构与功能活性的研究进展
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蛋白（15 ku）占比小于1% []°高粱醇溶蛋白主要以
a -醇蛋白沉积在蛋白体内部，0 - Y -醇蛋 白包裹在外部的⑼。这种存在形式导致蛋白体内部
高粱是人类种植的五大谷物作物之一,其产量
仅为全世界谷物总产量的3%，与玉米（40% /、小麦 （28% ）和水稻（29% ）相比差距较大⑴。由于膳食结
构的调整和人们对谷物的营养需求不断增加，对高 粱食品的开发和利用显得尤为重要。与其他主要谷 物相比,高粱在种植条件上更具有优势，在严重缺水 的种植环境中，高粱在产量上可以超越玉米⑵。在
的负载率最高，同时白藜芦醇更加稳定。0-乳球蛋
白 - 醇 蛋白 复 颗 则 白 醇的 DPPH 基清除能力有所提高。Pu等［25］以碳酸钠为牺牲模 板，将没食子酸与高粱醇溶蛋白复合制备纳米颗粒
包埋白藜芦醇，发现空心纳米颗粒比固体颗粒负载
率更高，冻干后的再分散性更好。当荷载量小于
20%，纳米颗粒的平均直径小于100 nm时，冻干后的 颗粒仍能获得稳定的胶体分散体系。同时颗粒具有
以推测，高粱醇溶蛋白-单宁复合颗粒具有良好的
降
，
醇 蛋白 单宁的活
性保护较好，但包埋率和活性成分释放情况还需要
进一步提高,这也是未来研究的热点方向。
姜黄素是一种天然酚类化合物,具备抗氧化抗
菌等生物活性，但由于其水溶性差,导致生物利用率
较低。近年来研究人员通过纳米络合 、微胶囊等方 式提高姜黄素的生物利用度［9］。李晓晖等［20］通过
较好。 醇
溶蛋白颗粒的内部空间并未得到充分的利用，这也
导致了包埋率下降，可能会影响单宁抗氧化活性的
持续作用效果。同时丄inks等"］也利用高粱醇溶蛋
白对高粱单宁进行了包埋处理 ，包埋率达到48%。
在体外消化实验中发现，经过包埋的单宁对a -葡萄 糖昔酶和a -淀粉酶的抑制活性良好,未经包埋的单
宁抑制活性则会大量丧失，证明了高粱醇溶蛋白单宁复合颗粒具有良好的降血糖潜力。为了使高粱
（国家杂粮工程技术研究中心3,大庆163319） （北大荒现代农业产业技术省级培育协同创新中心 4,大庆163319）
摘要高粱醇溶蛋白是高粱中的主要贮藏蛋白，可应用于食&加工和医疗保健领域。从高粱醇溶蛋白
组成、结构和功能及活性方面进行了阐述，综述了高粱醇溶蛋白在运输生物活性成分、制备包装薄膜、改善高
上,人体所必须的色氨酸和赖氨酸不足，并且蛋氨酸 的含量极低［5］,导致高粱谷物较少被烹饪食用。但
高粱醇溶蛋白具有强疏水性和较好的成膜性，直接
基金项目：国家重点研发计划（2018YFE0206300 -05 ）,黑龙江 省杂粮产业技术协同创新体系杂粮食品加工技术协
） 3 ” 同创新岗、优势特色学科资助项目（黑教联［2018］4
旋向0 -折叠构象转变，持续
，0 -折叠构
象在疏水作
现反向
，产生首尾 的条
，条带继续卷曲最
纳米颗粒副
过
程[2]°通过改变溶剂极性和醇溶蛋白质量浓度，同
以调节高粱醇溶蛋白发生
过程° Xiao
等⑹利用傅里叶变换红外光谱图分析技术，确定了
高粱醇溶蛋白的 a -螺旋 ，27%的0
副
Байду номын сангаас
°其中
49%的
24%的0 -折叠
号 黑龙江八一农垦大学"三纵三 科研团队支撑 计划（TDJH201806） 收稿日期:2020 -07 -30 作者简介:蔡晓，男，1994年出生，硕士，食品科学与工程 通信作者:李志江,男,1977年出生，教授，食品科学与工程 张东杰，男等966年出生，教授，农产品加工与质量安 全
将高粱醇溶蛋白制备食品级薄膜，涂抹于食物表面, 可以延长其货架期，应用于食品包装材料领域。高 粱醇溶蛋白颗粒还可附着在水油界面，发挥表面活 性剂的作用，提升乳液稳定性,可作为含有乳液体系 的牛奶、奶油等食品的乳化剂。高粱醇溶蛋白可以 制作醇溶蛋白面团，应用在面包等焙烤食品加工中。 可通过体外酶解制备具有降血压功效的血管紧张素 抑制肽和抗氧化肽。本文利用高粱醇溶蛋白的强疏 水性的特点,综述制备应用于食品包装材料的生物 膜、与化合物交联作为活性成分的包埋载体、调控基 因提高蛋白消化率和体外酶解制备高粱醇溶蛋白活 性肽等内容，为其在食品加工领域的广泛应用提供 参考。
蛋白 更小的醇溶蛋白 ，可以观察
的球状微粒[3]°
° 8〜15 ^m的光滑、扁平
是
的状态
有构
的过程，蛋白质 的
是通过疏水作用、范德
华力、氢键等一些非共价相互作用发生的[3]°高粱
醇溶蛋白的
生物活
运输中具有
重大 °高粱醇溶蛋白 独特的强疏水性，因 此能够应用反溶剂法使其自组装构成纳米颗粒[4],
与疏水 物
比，加入卡拉胶可以使姜黄素的包埋率和负载率有
所提高，且在贮藏过程中复合颗粒表现的更加稳定。 Xiao等［1］通过酸诱导制备出高粱醇溶蛋白-竣甲基 壳聚糖纳米颗粒，发现加入竣甲基壳聚糖后,姜黄素
的包封率和负载率分别由(55.0 ±1. 1 )%和(5.0 土 0.1)%，提升为(86. 1 ±2. 1 )%和(6. 1 ±0.2)%，并 且光稳定性、胃肠道溶出度和细胞摄取率均有所提
高。因此，高粱醇溶蛋白与亲水性化合物制备的复 合颗粒，在提高姜黄素包封率和负载率方面有积极 作用。Li等［2］使用高粱醇溶蛋白以壳聚糖和硫酸葡 聚糖为载体,以碳酸钠为牺牲模板，制备包埋姜黄素
的中空纳米颗粒，通过静电层析沉积硫酸葡聚糖-
壳聚
物的
、定
活。
实验发现，中空类型纳米粒子包封效率高，在胃肠道 溶出情况中也表现出较慢的姜黄素动力学释放速 率，此研究为制备中空纳米颗粒负载姜黄素提供了
抗胰酶的稳定性,促进消化的延迟释放。由此可知,
高粱醇 蛋白 作为白 醇的运输 体， 其
护较好， 复 颗 有高
、较好的
第36卷第5期
蔡晓等高粱醇溶蛋白结构与功能活性的研究进展
应用反溶剂法将高粱醇溶蛋白与姜黄素制备成复合
颗粒(姜黄素-高粱醇溶蛋白复合颗粒 )，包埋率和
负载率分别达到62.61%和6. 51%。在30 d贮藏期
内，复合颗粒的粒径和多分散性系数均无明显变化,
但在pH 5-pH 8环境中，颗粒易出现聚集现象。李 兴飞等［14］通过反溶剂法和静电吸附作用制备两种类
型的负载姜黄素的高粱醇溶蛋白-卡拉胶复合纳米 颗粒，包埋率分别为89. 6%和84. 1%，负载率为 8.01%和7.49%。通过30 d贮藏实验，发现复合纳 米颗粒平均粒径和PDI(多分散性系数)均无明显变 化，说明复合纳米颗粒稳定性较好。通过体外消化 模拟实验发现，两种类型复合颗粒均显著增加了姜 黄素的释放率。与李晓晖等［20］制备的复合颗粒相