谷物蛋白质(1)

• 谷物蛋白质习惯上根据其溶解性分成四类。 这种分类基于T.B.奥斯本（Osborne）的权 威性研究工作。
谷物蛋白质分类
1.清蛋白类（Albumins） • 此类蛋白质溶于水，其溶解度不受适当盐 浓度的影响，加热易凝固，为强碱、金属 盐类或有机溶剂所沉淀，能被饱和硫酸铵 所盐析，其等电点一般为PH4.5～5.5。如 小麦清蛋白、大麦清蛋白等。
稻米蛋白质
稻米蛋白质利用率高： • 稻米蛋白质与其它谷物蛋白质比较其生物效价 （Biological Value）和蛋白质效用比率（ Protein Efficiency Ratio）都好。 • 稻米皮层即糠层是稻米营养最丰富的部分，不 论是有色米还是无色米，稻米糠层的蛋白质均 优于精米的。 • 从营养上看，食用糙米或加工精度低的自然界中蛋白质种类繁多，分子结构较为 复杂，目前还不能按其化学结构来分类。 通常根据蛋白质的组成和特性将其分成简 单蛋白质和结合蛋白质两类。 • 谷物籽粒中的蛋白质，绝大部分是简单蛋 白质，结合蛋白质含量不多。 • 简单蛋白质指分子中只含有α-氨基酸的一 类蛋白质。
谷物蛋白质分类
清蛋白 皮层、胚部蛋白 球蛋白 小麦籽粒 中的蛋白质 胚乳蛋白 清蛋白、球蛋白
麦醇溶蛋白、麦谷蛋白
小麦制粉后，保留在面粉中的蛋白质主要是麦醇溶蛋白和麦谷蛋白
小麦蛋白质
• 在小麦面粉中加水至含水量高于35%时，再用 手工或机械进行揉合即得到粘聚在一起具有粘 弹性的面块，这就是所谓的面团（Dough）。 • 面团在水中搓洗时，淀粉和水溶性物质渐渐离 开面团，冲洗后，最后只剩下一块具有粘合性 （Cohesive）、延伸性（Extensible）的胶皮 状（Rubbery）物质，即所谓的湿面筋（Wet Gluten）。湿面筋低温干澡后可得到干面筋 （又称活性谷朊粉，Vital Wheat Gluten）。
• 脯氨酸的氨基包含在一个环状结构中，脯氨酸 的肽键是不易弯曲的，这样，蛋白质链中，凡 是在有脯氨酸存在的地方，都出现一个硬结， 使蛋白质不易形成ａ-螺旋。 • 测定面筋中的螺旋结构，ａ-螺旋值通常是低 的。并不一定意味着面筋蛋白质不具备有序的 结构，仅能说明它不是ａ-螺旋。
为什么面筋蛋白质相互作用形成强韧粘合的面团？ • 就面筋蛋白的氨基酸组成来看，将近有一半的蛋白 质是由两种氨基酸（谷氨酸和脯氨酸）所组成。蛋 白质上的电荷非常少，碱性氨基酸的水平低，实际 上所存的羧基都以其酰胺的形式存在。蛋白质酰胺 含量高、电荷密度小说明在系统中存在着大量氢健。 • 用重水（D2O）代替水（H2O）混合面粉，从揉混曲线 （Mixograph）上可看出氢键的重要性，面团筋力增 强多了。 • 用一种能破坏氢键的试剂（如尿素）来进行揉混实 验，则面团弱化。
稻米蛋白质
• 0.1N NaOH 溶液溶解稻米蛋白质，其它溶剂包 括亚硫酸盐或巯基乙醇效果都较差。 • 稻米蛋白质中至少有80%是碱溶性蛋白质，工 业生产中采用氢氧化钠来抽提蛋白和纯化稻米 淀粉。
稻米蛋白质
稻米蛋白质具有优良的营养品质：
• 稻米蛋白的组成中赖氨酸（第一限制性氨基酸） 含量高的碱溶性谷蛋白占80%，其赖氨酸含量 约占总蛋白的3.5%，比其它一些谷物籽粒高。 • 稻米蛋白的氨基酸组成配比比较合理，仅赖氨 酸和苏氨酸较欠缺，其分别为第一限制性氨基 酸和第二限制性氨基酸。
小麦蛋白质与营养品质
• 小麦蛋白质组分中人体必需的赖氨酸含量较低，育 种工作者特别注意选育出高赖氨酸含量的小麦品种。 • 醇溶蛋白和谷蛋白约占籽粒蛋白质的80%左右，它们 的赖氨酸、缬氨酸和蛋氨酸含量均较低，且主要集 中在胚乳中； • 清蛋白和球蛋白都是可溶蛋白，主要集中在小麦籽 粒的皮层和胚部，其氨基酸组成比较平衡，特别是 赖氨酸和蛋氨酸含量较高。 • 小麦面粉是由胚乳细胞壁及其内含物组成的混合 物，因此，小麦粉的加工精度与其营养品质就是一 对矛盾体。
小麦蛋白质
• 麦谷蛋谷是一大类不同组分的蛋白质，其相对 分子量在80～130×103之间，更高可达上百 万，是由多条肽链彼此通过分子间二硫键连接 而成的大分子组分，有弹性但无粘性。 • 利用十二烷基硫酸钠聚丙烯酰胺凝胶电泳 （SDS-PAGE）将麦谷蛋白分为高分子量（HMW） 和低分子量（LMW）两类亚基。麦谷蛋白使面 团具有抗延伸性。
谷物蛋白质特点
• 谷物中清蛋白和球蛋白具有良好的氨基酸组 成，而贮藏蛋白质的氨基酸组成通常较差。 • 如果从营养特性和功能特性双重考虑，则分布 在谷物中的代谢蛋白和贮藏蛋白就是一对矛盾 体。
谷物蛋白质特点
• 谷物籽粒中蛋白质含量改变时，各种蛋白质的 相对组成也随之变化。 • 以占总蛋白的百分率计，在蛋白质含量高时， 清蛋白和球蛋白的量比在蛋白质含量低时高。 • 随着样品中蛋白质含量的增加，清蛋白和球蛋 白的量增加，但以对总蛋白的百分率计，这种 增加没有贮藏蛋白质百分率的增加那么快。 • 随着作物生产较多的蛋白质，将有更多的蛋白 质变成贮藏蛋白质。
谷物蛋白质分类
4.谷蛋白类（Glutelins） • 此类蛋白质不溶于水、中性盐溶液及乙醇溶液 中，但溶于稀酸及稀碱溶液，加热凝固。 • 谷蛋白也仅仅存在于谷物籽粒中，常常是与醇 溶谷蛋白分布在一起，典型的有小麦谷蛋白 （Glutenin）。
谷物蛋白质分类
• 基于溶解性的分类方法一直沿用至今，经受了时间 考验，人们据此得到了能说明蛋白质特性的研究成 果，且具有重现性。 • 每类蛋白质都有亚群，不是单纯的某种蛋白质。 • 有些蛋白质不属于这四类中的任何一类。如小麦、 大麦和黑麦含有溶于水但受热不凝结的糖蛋白；玉 米、高梁和稻谷中含有不溶于稀酸和稀碱的蛋白质。 显然，就需要更好的分类体系和方法来解释。 • 出现过很多新的分类方法，但都相当复杂或大同小 异，昙花一现。
小麦蛋白质
• 小麦蛋白质含量大多集中在10%～16%，是禾谷 类作物中蛋白质含量最高的谷物，是人们摄聚 蛋白质的重要来源之一。 • 小麦蛋白质在食品中起重要作用的是其“功能 特性”，也就是在食品加工过程中和最终制品 中所起到的结构和组织作用。如弹性、塑性、 延展性、质地等。小麦粉能够制成多种多样、 不同质地、不同外形的食品。
谷物蛋白质特点
• 所有谷物的醇溶谷蛋白中，具有重要营养意义 的赖氨酸、色氨酸和蛋氨酸的含量都低。 • 谷蛋白的氨基酸组成表现出较大的变化性。在 小麦中，谷蛋白的组成与醇溶谷蛋白的组成相 似，而玉米谷蛋白中赖氨酸的含量比醇溶谷蛋 白中赖氨酸的含量高得多。
谷物蛋白质特点
• 小麦的贮藏蛋白质（面筋蛋白）是独特的，它 们也是功能蛋白质，不具有酶活性，但具有形 成面团的功能，能保持气体从而生产各种松软 的烘烤或蒸煮食品。
稻米蛋白质
• 稻谷中蛋白质含量一般比其它谷物低，蛋白质 换算系数为5.95，这个系数比小麦高。 • 稻谷蛋白质含量变幅为4.50%～19.80%。
稻米蛋白质
• 稻米中蛋白质用传统的Osborne分离法分析表 明，谷蛋白（米谷蛋白，Oryzenin）是主要成 份，约占蛋白质总量的80%以上。 • 稻谷中的醇溶谷蛋白（Oryzin）组分相当低， 仅占蛋白总量的3%～5%。清蛋白和球蛋白分别 占蛋白总量的5%和10%。
为什么面筋蛋白质相互作用形成强韧粘合的面团？
• 据此可知，面筋蛋白质的电荷密度是小的，电 荷密度小意味着蛋白质中相互排斥的力弱，蛋 白质链便能很容易的相互作用，这一条件对面 团的形成显然是必需的。 • 面筋氨基酸组成的另一个最值得注意的问题是 脯氨酸水平高，约占蛋白质的14%或残基的七 分之一。
为什么面筋蛋白质相互作用形成强韧粘合的面团？
小麦蛋白质
• 在所有谷物粉中，仅有小麦粉能形成可夹持气 体从而生产出松软烘烤食品的强韧粘合的面团。 面筋蛋白质，是小麦具有独特性质的根源。 • 1728年，意大利科学家贝卡里（Beccari）首 次从面粉中得到面筋，人类第一次从植物源中 提取蛋白质。从面粉中提取的面筋含蛋白质约 80%（干基），脂类8%，其余为灰分和碳水化 合物。
小麦蛋白质
• 按照Osborne的分类方法，小麦蛋白质可分为 清蛋白（Albumin）、球蛋白（Globulin）、 麦醇溶蛋白（Gliadin，又称麦胶蛋白、醇溶 麦谷蛋白）和麦谷蛋白（Glutenin）。 • 麦谷蛋白包括可溶解于稀酸或稀碱的可溶性谷 蛋白和不溶性谷蛋白（也称残余蛋白， Residue Protein；或胶状蛋白，Gel Protein）。
小麦蛋白质与食用品质
3.醇溶性谷蛋白类（Prolamins） • 此类蛋白质不溶于水及中性盐溶液，可溶于70%～ 90%乙醇溶液，也可溶于稀酸及稀碱溶液，加热凝固。 • 醇溶蛋白仅存在于谷物籽粒中，典型的有小麦 (Gliadin)、玉米(Zein)、大麦(Hordein)、高粱 (Kafirin)、燕麦(Avenin)、黑麦(Secalin)。 • 醇溶蛋白水解时产生大量的谷氨酰胺、脯氨酸及少 量的碱性氨基酸。 • 玉米胶蛋白完全缺乏赖氨酸和色氨酸。 • 小麦醇溶蛋白是面筋蛋白质主要成分之一
小麦蛋白质
• 面筋复合物由两种主要的蛋白质组成，即麦胶 蛋白和麦谷蛋白。这两种蛋白质分离方便，如 在稀酸中溶解面筋，添加乙醇配成70%的乙醇 溶液，然后添加足够的碱以中和酸，在4℃下 放置一夜，使麦谷蛋白沉淀，溶液中剩下麦胶 蛋白。
小麦蛋白质
• 麦胶蛋白是一大类具有类似特性的蛋白质，其 相对分子量大约在30～80×103，单链，倾向 于形成分子内的二硫键，水合时胶粘性极大。 利用酸性聚丙烯酰胺凝胶电泳（A-PAGE）可按 电荷不同将麦醇溶蛋白分成α、β、γ、ω 4 类亚基。这类蛋白质的抗延伸性小或无，认为 是造成面团粘合性的主要原因。
谷物蛋白质分类
2.球蛋白类（Globulins） • 是不溶于纯水而溶于中性盐稀溶液的一类 蛋白质。它不溶于高浓度的盐溶液，加热 凝固，为有机溶剂所沉淀。添加硫酸铵至 半饱和状态时则沉淀析出，其等点在 PH5.5～6.5。这类蛋白质表现出典型的盐 溶和盐析特性。如小麦球蛋白、燕麦球蛋 白等。