粮食问题研究  2017年03期 11-20   出版日期:2017-05-30   ISSN:1003-2576   CN:51-1058/F
稻谷贮藏蛋白与米饭质地



  稻米是世界半数人口的大宗食物,主要提供能量和蛋白质。与小麦比较,稻谷贮藏蛋白的功能特性近年研究有进展。稻谷主要贮藏蛋白类似豆类和其它双子叶植物的11S球蛋白(legumins),醇溶性蛋白只是其微少的成分。稻谷贮藏蛋白基本是谷蛋白(glutelin),属于球蛋白家族,而小麦、大麦和黑麦是醇溶蛋白,属于麦醇溶蛋白家族[1]。贮藏蛋白质之间共价和非共价相互作用引起结构差异,导致大米水合的蛋白复合物的大小分布不同于小麦,稻谷中聚合蛋白成分与单聚物强烈相互作用,聚合物的链长小于小麦,米粉团粘弹性质量低于小麦,但是小麦质量评价的面团试验方法适合定性米粉团(Gujral and Rosell 2004)。本文对稻谷贮藏蛋白的提取定性及功能研究进展,以期对我国稻谷储藏及加工有指导意义。

一、稻谷蛋白含量与贮藏蛋白类型

  稻谷蛋白含量范围在6%-9%,品种之间有差别。蛋白含量受气候、农艺条件所影响[2]。施用氮肥增加稻谷蛋白含量,在抽穗期喷洒硫酸铵溶液,蛋白含量从6%增加到10%;施用尿素,蛋白含量仅略增加[3]。稻谷蛋白质在籽粒中分布不均匀,在麸皮和胚乳外周浓度较高,接近籽粒中心则含量减小。抛光的大米比糙米蛋白含量低,加工的大米还大约保持了原有蛋白的82%。

  按照Osborne对谷物贮藏蛋白分类方法, Cagampang等(1966)对脱壳和抛光的3个稻谷品种蛋白(含量6.8-8.5%)分析表明,水溶性蛋白(清蛋白)占总蛋白的3.8-8.8%,盐溶性蛋白(球蛋白)占9.6-10.8%,醇溶性蛋白占2.6-3.3%,碱溶性蛋白(谷蛋白)占66.178.0%。也常用变性剂SDS和还原剂(DTT、2-ME)提取稻谷谷蛋白。稻谷谷蛋白氨基酸组成较醇溶蛋白平衡,醇溶蛋白缺乏赖氨酸和色氨酸。与其它谷物比较,稻谷谷蛋白含量虽低,却是其品质好于其它谷物的。

  有生物活性的稻谷清蛋白分子量范围较宽,10-20 kDa(Juliano 1985)。球蛋白组由四类球蛋白α、β、γ、δ组成,表观分子量范围16-200 kDa[4]。醇溶蛋白在稻谷胚乳中的含量是18-20%[5]。根据电泳迁移率,区分的稻谷醇溶蛋白的3种亚基表观分子量分别是10、13和16 kDa(Ogawa等1987),只有亚基13 kDa在没有还原剂的情况下溶解于乙醇,而含半胱氨酸多的其它两种亚基能够形成长的聚合物,溶解时需要还原(Hibino 等1989)。

  稻谷谷蛋白亚基能够形成巨型的高分子复合物,被二硫键和疏水相互作用所稳定(Utsumi 1992)。除了氢键和二硫键外,大量的聚合作用(Sugimoto等1986)和糖基化作用(Wen 和 Luthe 1985),导致稻谷聚合的谷蛋白层分不溶于水限[6]。稻谷谷蛋白以前体57 kDa多肽合成后,转录时切成两种亚基α(酸性)和β(碱性)亚基,表观分子量各是30-39和19-25 kDa(Juliano 1985)。这两个亚基通过分子间二硫键共价连接在一起,导致谷蛋白分子量变化范围64~500 kDa。这种高度有序的结构解释了稻谷谷蛋白缺乏功能特性。

  至今鉴定了6个稻谷谷蛋白基因,按照核苷酸序列相似性将它们分为A-和B-型谷蛋白亚家族[7]A-和B-型谷蛋白分别有8个和5个半胱氨酸残基,其中形4对半胱氨酸成两类二硫键,一类是α和β多肽之间形成分子内二硫键,另一类是α多肽内形成二硫键

二、颖果内贮藏蛋白定位

  关于水稻贮藏蛋白在颖果内积累,Kim等(1986)报道,水稻花后3~8天蛋白显著积累,增加32、21、15 kDa条带。Udaka等[8]报道,稻谷胚乳在花后5~7天积累谷蛋白,花后7~9天积累醇溶蛋白。SDS-PAGE分析表明,醇溶蛋白是15 kDa的单肽,谷蛋白两个亚基α和β各是32和21kDa(Zhao等1983)。醇溶蛋白和谷蛋白的物理化学特性在古代水稻与现代水稻品种之间类似。不过,Udaka等[8]观察到醇溶蛋白类型对古水稻Kuro-mochi品种是15 kDa多肽,对古水稻Tsushimazairai品种包括15和13 kDa。Ogawa等[9]对红粒稻米Nihonsakari品种观察到醇溶蛋白三个亚基各是10、13、16 kDa。还需要分析醇溶蛋白是单聚物还是多聚物?

  现有的稻谷醇溶蛋白的报道表明,这类蛋白许多特性如分子量、氨基酸序列等,不同于大多数其它谷物的醇溶蛋白。稻谷醇溶蛋白和谷蛋白在籽粒的不同蛋白体中沉积[10]。按照蛋白体来源,水稻有两类蛋白体(PB),内质网来源的PB-I含有醇溶蛋白,占大米总蛋白的20%;液胞PB-II含有谷蛋白和球蛋白,占总蛋白的60%。按照形状,Bechtel 和 Pomeranz (1978)鉴定了晶体型、小球形和大球形3种蛋白体。稻谷胚乳中心区域仅含有大球形蛋白体,整个胚乳组织无数小球形蛋白体,而大球形蛋白体最少。Tanaka等(1980)观察到大球形蛋白体在透射电子显微镜下显示离心环,它是醇溶蛋白和谷蛋白的沉积位点;小球形蛋白体内基本上是谷蛋白,分布遍及淀粉胚乳。在蒸煮过程中蛋白体能够保持原样,大球形蛋白体对消化酶有抗性,降低了蛋白质的消化率。这没有成为一个营养问题,由于稻谷蛋白的生物价随着蛋白消化率降低而增加,净蛋白利用率与其它谷物蛋白接近,不消化的蛋白是一部分醇溶蛋白(Tanaka等1978)。