殷晶晶,趙 妍,*,田曉花

(1.河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院,河南鄭州 450001;2.山東商務(wù)職業(yè)學(xué)院,山東煙臺 264670)

不同儲藏溫濕度對玉米中蛋白質(zhì)的影響

殷晶晶1,趙 妍1,*,田曉花2

(1.河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院,河南鄭州 450001;2.山東商務(wù)職業(yè)學(xué)院,山東煙臺 264670)

以“鄭單958”品種玉米為對象,模擬中國蒙新、華北、華中和華南儲糧微環(huán)境條件(15 ℃,50% RH;20 ℃,65% RH;28 ℃,75% RH和35 ℃,85% RH),以研究儲藏期間玉米蛋白質(zhì)的變化規(guī)律,結(jié)果表明儲藏時間對玉米的總蛋白含量幾乎無影響(p>0.05);隨著儲藏時間延長,玉米中清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和巰基含量呈下降趨勢(p<0.05),而谷蛋白和二硫鍵含量則呈現(xiàn)上升趨勢;儲藏微環(huán)境對蛋白組分以及巰基和二硫鍵含量的變化影響顯著(p<0.05)。與低溫低濕條件(15 ℃,50%RH)相比,高溫高濕條件(35 ℃,85% RH)下,玉米中清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和巰基含量分別減少了0.24、0.13、0.26 g/100 g和1.19 μmol/g,谷蛋白和二硫鍵含量分別增加了0.74 g/100 g和2.05 μmol/g。因此,低溫低濕環(huán)境(15 ℃,50% RH)更利于玉米安全儲藏。

玉米,儲藏微環(huán)境,蛋白質(zhì)組分,巰基,二硫鍵

玉米是世界三大糧食作物之一,可作為食品原料、畜禽飼料和工業(yè)原料,具有產(chǎn)量大、種植面積廣泛的特點,在中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及國民經(jīng)濟中占據(jù)著重要地位[1]。2012年玉米產(chǎn)量首次超過稻谷成為我國第一大糧食作物[2],據(jù)美國農(nóng)業(yè)部預(yù)測數(shù)據(jù)顯示,2016年我國作為總產(chǎn)量僅次于美國的玉米生產(chǎn)大國,玉米產(chǎn)量將達2.3億t[3]。隨著畜牧業(yè)和玉米加工業(yè)的發(fā)展,玉米將成為未來保障我國糧食安全的關(guān)鍵作物。

蛋白質(zhì)是生命活動的基礎(chǔ)性物質(zhì),幾乎參與了所有的生命活動,作為機體的重要組成部分,蛋白質(zhì)在營養(yǎng)結(jié)構(gòu)、飲食結(jié)構(gòu)中占據(jù)重要地位[4]。玉米的營養(yǎng)品質(zhì)主要取決于籽粒的營養(yǎng)價值和籽粒中生化物質(zhì)的含量,玉米的品質(zhì)在儲藏期間會受到溫度、濕度和氣候變化等儲藏條件的影響。蛋白質(zhì)作為玉米的成分之一,在一定程度上決定了玉米籽粒的品質(zhì)和特點。儲藏期間玉米蛋白質(zhì)的變化直接影響到玉米風(fēng)味和加工特性[5]。我國玉米加工主要是利用濕法提取淀粉,提取淀粉后的副產(chǎn)物主要為玉米面筋粉,蛋白質(zhì)含量達到60%[6],其中富含醇溶蛋白、谷蛋白,還含有少量的清蛋白、球蛋白。玉米蛋白與玉米的營養(yǎng)和加工品質(zhì)密切相關(guān),是玉米及其加工制品進行優(yōu)劣評定的重要指標之一。根據(jù)我國不同地域的氣候差異和農(nóng)業(yè)耕作特點,我國可劃分為七大儲糧區(qū)域[6],其中蒙新儲糧區(qū)、華北儲糧區(qū)、華中儲糧區(qū)和華南儲糧區(qū)為玉米主產(chǎn)區(qū)。本文對玉米蛋白質(zhì)進行定量研究,探究在不同儲藏溫濕度下儲藏期間玉米蛋白質(zhì)的變化規(guī)律,不僅為玉米的安全儲藏提供理論依據(jù),同時對于玉米蛋白的深度加工和利用具有指導(dǎo)意義。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

2015年新收獲玉米 品種為鄭單958,產(chǎn)自河南,購買于河南瑞星種業(yè)有限公司。

氯化鈉、乙醇、氫氧化鈉、磷酸、硫酸銅、硫酸鉀、硫酸、硼酸、考馬斯亮藍G-250、牛血清蛋白、尿素、β-巰基乙醇、三氯乙酸、鹽酸胍等;均為分析純。

HWS型智能恒溫恒濕箱 寧波東南儀器有限公司;JFSD-70型實驗室粉碎磨 上海嘉定糧油儀器有限公司;1241型FOSS近紅外谷物品質(zhì)分析儀InfratecTM上海錦勱儀器設(shè)備有限公司;PHS-3C型精密酸度計 上海大普儀器有限公司;METTLER-MS105DU分析天平 北京西化儀科技有限公司;TGL-16C臺式離心機 上海安亭科學(xué)儀器廠;HY-4型調(diào)速多功能振蕩器 江蘇省金壇市醫(yī)療儀器廠;752-紫外可見分光光度計 上海菁華科技儀器有限公司;HH-S恒溫水浴鍋 鞏義市英峪予華儀器廠。

1.2 實驗方法

1.2.1 實驗條件及樣品處理 模擬蒙新儲糧區(qū)、華北儲糧區(qū)、華中儲糧區(qū)和華南儲糧區(qū)這四個玉米主產(chǎn)區(qū)的年平均溫濕度條件,設(shè)計了15 ℃,50% RH;20 ℃,65% RH;28 ℃,75% RH和35 ℃,85% RH 4種儲糧微環(huán)境條件,在恒溫恒濕箱中進行人工模擬加速陳化儲藏,儲藏時間為360 d,每隔60 d取4種儲藏條件下的玉米樣品粉碎成粉末(樣品粉碎3次,每次的粉碎時間為10 s),過60目篩網(wǎng),備用。

1.2.2 玉米總蛋白含量 采用GB/T 24897-2010中的近紅外法。

1.2.3 玉米蛋白質(zhì)組分的提取與分離 參照王若蘭等[7]的方法對玉米清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白進行提取與分離,并對其方法加以改進。清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白的提取分別用去離子水、10%的NaCl溶液、70%的乙醇溶液和0.2%的NaOH溶液作為提取劑。稱取玉米粉樣品0.500 g置于10 mL離心管中,加入5 mL提取劑,充分混勻,在水浴振蕩器上振蕩30 min(20 ℃,220 r/min),然后在4000 r/min的轉(zhuǎn)速下離心15 min,將上清液移入50 mL容量瓶。向離心管的沉淀中加入5 mL提取劑充分混勻,再次振蕩和離心。同一離心管的樣品提取3次,合并上清液,最后用相應(yīng)的提取劑定容到50 mL,即得清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白待測液。

1.2.4 玉米蛋白質(zhì)組分含量測定 采用考馬斯亮藍G-250比色法[8]。以0.1 mg/mL牛血清蛋白為標準液制作標準曲線,所得標準曲線方程為y=0.0085x+0.0207,R2=0.9979。分別以去離子水、10%的NaCl溶液、70%的乙醇和0.2%的NaOH溶液各1 mL代替樣品液作為空白,參照標準曲線的方法測定清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白含量。

1.2.5 游離巰基和二硫鍵含量的測定 樣品制備:準確稱取150 mg玉米粉樣品放入小燒杯中,用1 mL的Tris-甘氨酸緩沖液(pH8.0)緩慢溶解,然后加入4.70 g鹽酸胍,充分攪拌,待全部溶解后,繼續(xù)用 Tris-甘氨酸緩沖液定容至10 mL。

游離巰基和二硫鍵含量采用Ellman比色法[9]。游離巰基含量計算公式如下:

-SH/g(μmol)=73.53A412×D/C

式中:73.53=106/(1.36×104),1.36×104是Ellman試劑的摩爾消光系數(shù);A412為λ=412 nm下吸光度值;D為稀釋系數(shù),取D=5.02;C為樣品的蛋白質(zhì)最終濃度,單位為mg/mL。

二硫鍵含量計算公式如下:

-S-S-(μmol/g)=(總巰基含量-游離巰基含量)/2

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有實驗均重復(fù)測定3次,實驗結(jié)果取平均值。實驗數(shù)據(jù)處理采用SPSS Statistics 20.0軟件進行差異性顯著分析(p=0.05),利用Excel軟件進行數(shù)據(jù)處理及繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 玉米籽粒總蛋白含量的變化

玉米中蛋白質(zhì)含量為6.6%～13.5%,僅次于小麥、大米,是重要的食品和飼料蛋白源[10]。由圖1可見,在4種貯藏條件下,玉米籽粒總蛋白含量變化均比較平緩。統(tǒng)計結(jié)果表明,儲藏360 d后,各儲藏組的玉米籽粒總蛋白含量與其前期相比無顯著性差異(p>0.05),4種不同貯藏條件下的玉米籽粒間,其總蛋白含量也不存在顯著性差異(p>0.05)。因此,儲藏溫濕度與儲藏時間對玉米籽粒總蛋白含量影響均不顯著。這與解慧等[11]關(guān)于在自然條件下玉米總蛋白含量幾乎無變化的報道相一致。儲藏期間玉米總蛋白含量的基本不變,表明玉米在儲藏期間加工品質(zhì)的變化并不是由總蛋白含量的變化引起的,因此,不能僅依靠總蛋白含量的變化作為衡量玉米品質(zhì)的指標。

圖1 不同儲藏微環(huán)境條件下玉米籽?？偟鞍缀孔兓疐ig.1 The total protein content of maize under different micro-environmental conditions

2.2 玉米籽粒各蛋白組分含量的變化

玉米籽粒中蛋白質(zhì)80%以上集中于胚乳層,平均蛋白質(zhì)含量為10.47%左右。其中,醇溶蛋白和谷蛋白含量較大,醇溶蛋白占總蛋白的50%～55%,谷蛋白占總蛋白的30%～35%;球蛋白占總蛋白的10%～20%,而清蛋白僅占總蛋白的2%～10%[12]。其中清蛋白和球蛋白統(tǒng)稱為可溶性蛋白,主要為細胞質(zhì)中參與各種代謝的酶;醇溶蛋白和谷蛋白統(tǒng)為儲藏蛋白,是玉米主要蛋白質(zhì),谷蛋白與醇溶蛋白的比例決定了玉米蛋白(黃粉)的加工特性[13]。糧食在儲藏過程中,基于環(huán)境條件和微生物的活動會引起蛋白質(zhì)的水解和變性,從而引起蛋白質(zhì)組分含量的變化,因此研究不同貯藏條件下玉米蛋白質(zhì)組分的變化有助于對于探究玉米品質(zhì)的變化規(guī)律,為玉米的安全儲藏提供理論依據(jù)。

2.2.1 清蛋白和球蛋白含量的變化 玉米中清蛋白和球蛋白含量的變化如圖2所示,兩種蛋白在不同儲藏微環(huán)境下總體均呈下降趨勢,這與張珅鋮[16]的研究結(jié)果一致。由圖2a可知,隨著儲藏時間延長,玉米籽粒中清蛋白含量呈下降趨勢。儲藏360 d后,各組玉米清蛋白含量顯著低于儲藏初期(p<0.05),其原因可能為隨著儲藏期的延長,蛋白質(zhì)的分子凝聚力和親水性都會降低,蛋白質(zhì)可溶性也隨之降低,從而影響了清蛋白含量的變化[16];玉米籽粒中球蛋白含量變化如圖2b所示,隨著儲藏時間的延長,各組玉米籽粒中球蛋白的含量均呈先上升后下降趨勢。在前60 d清蛋白含量略有上升,60 d后隨著儲藏時間的延長清蛋白含量不斷下降,360 d之后的清蛋白的含量均低于儲藏初期(p<0.05)。在儲藏前期玉米籽粒中球蛋白含量略有上升,可能是由新收獲玉米成熟度不均和原始水分含量較大引起的[17]。

圖2 不同儲藏微環(huán)境條件下玉米籽粒清蛋白(a)和球蛋白(b)含量的變化Fig.2 The albumin(a)and globulin(b)content of maize under different micro-environmental conditions

不同儲藏微環(huán)境對于清蛋白和球蛋白含量變化的影響各不相同。由圖2可以看出,在微環(huán)境15 ℃,50% RH與20 ℃,65% RH條件下,清蛋白和球蛋白含量的變化相比于在28 ℃,75% RH和35 ℃,85% RH條件下較為平緩,下降幅度較小;在儲藏期末期(360 d),4種儲藏微環(huán)境下玉米中的清蛋白與球蛋白含量之間均存在極顯著性差異(p<0.01)。這表明儲藏環(huán)境的溫濕度對清蛋白和球蛋白含量的影響較大。與低溫低濕條件(15 ℃,50% RH)相比,高溫高濕條件(35 ℃,85% RH)下,玉米中清蛋白和球蛋白含量分別減少了0.24、0.13 g/100 g,即在高溫高濕條件下,玉米清蛋白和球蛋白含量的下降幅度均大于低溫低濕條件。高溫高濕條件容易改變清蛋白和球蛋白的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,從而使清蛋白和球蛋白的物理性質(zhì)發(fā)生改變,溶解度下降[17],可能造成了清蛋白和球蛋白含量的下降。

2.2.2 玉米籽粒醇溶蛋白和谷蛋白含量變化 由圖3(a)可以看出,在儲藏期的前60 d,4種儲藏條件下的玉米醇溶蛋白的含量均存在較微弱的上升趨勢,在60 d之后醇溶蛋白含量出現(xiàn)下降的變化趨勢。儲藏到300 d時,4個貯藏組玉米中的醇溶蛋白含量與起始均存在顯著差異(p<0.05)。而隨著儲藏時間的延長,玉米谷蛋白的含量呈現(xiàn)明顯上升趨勢。

圖3 不同儲藏微環(huán)境條件下玉米籽粒醇溶蛋白(a)和谷蛋白(b)含量的變化Fig.3 The gliadin(a)and gluten(b)content of maize under different micro-environmental conditions

在4種儲藏微環(huán)境下,儲藏360 d后玉米籽粒中醇溶蛋白含量均下降,其中35 ℃,85% RH條件下醇溶蛋白含量下降最多,相比于15 ℃,50% RH減少了0.26 g/100 g。儲藏360 d后,15 ℃,50% RH條件下醇溶蛋白的含量是35 ℃,85% RH條件的2.18倍,醇溶蛋白含量的變化在15 ℃,50% RH條件與35 ℃,85% RH條件之間存在顯著差異(p<0.05)。表明儲藏溫濕度對于玉米醇溶蛋白含量存在明顯影響,溫濕度越高,影響越明顯。由圖3(b)可以看出,與28 ℃,75% RH和35 ℃,85% RH條件相比,在微環(huán)境15 ℃,50% RH和20 ℃,65% RH 條件下的谷蛋白含量的變化相對平緩。在180 d后谷蛋白含量也出現(xiàn)了較明顯的增長,15 ℃,50% RH條件與35 ℃,85% RH條件下的谷蛋白含量存在顯著差異(p<0.05)。與低溫低濕條件(15 ℃,50%RH)相比,高溫高濕條件(35 ℃,85% RH)下,玉米中谷蛋白含量分別增加了0.74 g/100 g。在不同儲藏微環(huán)境下,玉米籽粒中谷蛋白含量的增加可能是由于蛋白組分的轉(zhuǎn)化引起的,隨著儲藏時間的延長,清蛋白、球蛋白和醇溶蛋白含量均不斷減小,同時在儲藏過程中伴隨著蛋白質(zhì)的變性,使谷蛋白的含量趨于增加。谷蛋白與醇溶蛋白之比在35 ℃,85% RH條件下最大,并隨著儲藏時間延長,其比例不斷增大。

2.3 玉米籽粒中游離巰基和二硫鍵含量的變化

巰基和二硫鍵是玉米蛋白質(zhì)變化的一個重要指標,反映了玉米品質(zhì)的變化情況。玉米蛋白質(zhì)中巰基經(jīng)氧化變成二硫鍵,影響其加工品質(zhì)和營養(yǎng)價值[19]。尹陽陽等[20]發(fā)現(xiàn)儲藏過程中稻谷巰基變化與硬度、粘度之間存在顯著的相關(guān)性。謝宏等[21]報道了二硫鍵含量對玉米淀粉糊化具有一定的影響,結(jié)果表明谷蛋白含量與二硫鍵的含量正相關(guān),二硫鍵通過限制淀粉粒的糊化影響玉米的口感及品質(zhì)。這些都說明了巰基和二硫鍵含量的變化與玉米的加工品質(zhì)聯(lián)系密切。

2.3.1 玉米籽粒中游離巰基含量的變化 巰基具有清除自由基作用,能夠維持細胞的正常代謝和保護細胞膜的完整性[22]。由圖4可知,隨著儲藏時間延長,玉米籽粒游離巰基含量呈下降趨勢。儲藏期間隨著巰基含量的減少,玉米籽粒中的自由基將會增加,從而使玉米細胞發(fā)生老化,改變玉米的品質(zhì)。經(jīng)過360 d儲藏,4個儲藏條件下的玉米籽粒中游離巰基含量分別下降了31%、35%、45%和56%,4種儲藏微環(huán)境下的游離巰基含量之間存在顯著性差異(p<0.05)。與低溫低濕條件(15 ℃,50% RH)相比,高溫高濕條件(35 ℃,85% RH)下,巰基含量分別減少了1.19 μmol/g,這表明儲藏環(huán)境的溫濕度同樣對游離巰基含量產(chǎn)生影響,且溫濕度越高,影響越明顯。

圖4 不同儲藏微環(huán)境條件下玉米籽粒游離巰基含量的變化Fig.4 The free sulfhydryl content of maize under different micro-environmental conditions

2.3.2 玉米籽粒中二硫鍵含量的變化 在糧食儲藏過程中,活性氧累積能導(dǎo)致二硫鍵形成[23]。由圖5可知,隨著儲藏時間延長,玉米籽粒中二硫鍵含量呈上升趨勢,該變化趨勢與巰基相反,說明在儲藏期間,玉米的巰基與二硫鍵發(fā)生了一定程度的轉(zhuǎn)化,這和張來林等[24]研究結(jié)果相一致。儲藏360 d后,各儲藏組玉米籽粒中二硫鍵含量均顯著高于起始(p<0.05),分別上升了18%、23%、39%和44%,存在顯著性差異。高溫高濕條件(35 ℃,85% RH)下儲藏的玉米二硫鍵含量比在低溫低濕條件(15 ℃,50% RH)下增加了2.05 μmol/g,不同儲藏微環(huán)境下間游離巰基含量存在顯著性差異(p<0.05),說明高溫高濕條件會加速巰基氧化為二硫鍵。這種變化將會影響到蛋白質(zhì)的成膜、面筋和凝膠的形成,降低玉米的加工品質(zhì)。

圖5 不同儲藏微環(huán)境條件下玉米籽粒二硫鍵含量的變化Fig.5 The disulfide bond content of maize under different micro-environmental conditions

3 結(jié)論

通過模擬蒙新、華北、華中和華南四個儲糧區(qū)域的微環(huán)境(15 ℃,50% RH;20 ℃,65% RH;28 ℃,75% RH和35 ℃,85% RH),探究在儲藏過程中玉米蛋白質(zhì)變化規(guī)律。結(jié)果表明:在4種儲藏微環(huán)境下,與起始相比,玉米的總蛋白質(zhì)含量沒有發(fā)生顯著變化;蛋白質(zhì)組分中,玉米清蛋白含量均隨著儲藏時間的延長而呈現(xiàn)下降趨勢;而球蛋白含量在儲藏初期有所上升,后隨著儲藏時間的延長含量呈現(xiàn)下降趨勢;醇溶蛋白含量隨著儲藏時間的延長而不斷下降,而谷蛋白的含量隨著儲藏時間的延長呈現(xiàn)上升的趨勢。在儲藏期內(nèi)(0～360 d),隨著溫濕度的上升玉米清蛋白、球蛋白含量下降幅度不斷增加,在15 ℃,50% RH條件下清蛋白的減少幅度最小,與20 ℃,65% RH、28 ℃,75% RH、35 ℃,85% RH 3個儲藏條件下差異顯著(p<0.05),儲藏360 d之后,4種儲藏微環(huán)境下的清蛋白含量存在極顯著性差異(p<0.01);醇溶蛋白、谷蛋白含量變化在15 ℃,50% RH條件與35 ℃,85% RH條件存在顯著差異(p<0.05),醇溶蛋白在15 ℃,50% RH條件下下降幅度較小,谷蛋白在15 ℃,50% RH條件下上升幅度較小。因此,高溫高濕條件容易導(dǎo)致玉米中蛋白質(zhì)種類的變化;而低溫低濕條件則有利于保持玉米中蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性。

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Effect of storage temperature and humidity on maize protein

YIN Jing-jing1,ZHAO Yan1,*,TIAN Xiao-hua2

(1.College of Food Science and Technology,Henan University of Technology,Zhengzhou,450001，China;2.Shandong Business Institute,Yantai,264670,China)

Zhengdan 958 maize was chosen as the research object in this paper and it was stored under four different microenvironments,which were simulated to Meng-Xin,north China,central China and south China(15 ℃,50% RH;20 ℃,65% RH;28 ℃,75% RH;35 ℃,85% RH),to explore the variation law of maize protein during storage. Results showed that there was no significant influence of storage time on total protein content in each treatment group(p>0.05);the contents of albumin,globulin,gliadin and sulfhydryl all presented descending tendencies,while the contents of gluten and disulfide bond showed rising tendencies(p<0.05). The contents of protein components,sulfydryl and disulfide bond were changed significantly(p<0.05)under different storage microenvironments.Compared with the conditions of high temperature and humidity(35 ℃,85% RH)and low temperature and humidity(15 ℃,50% RH),the contents of albumin,globulin,gliadin and sulfhydryl were reduced by 0.24,0.13,0.26 g/100 g and 1.19 μmol/g,while the contents of gluten and disulfide bond were increased by 0.74 g/100 g and 2.05 μmol/g. In summary,temperature and humidity can be used as a reference index for the quality change of maize,and low temperature and humidity environment(15 ℃,50% RH)was more conducive to the safe storage of maize.

maize;storage microenvironment;protein component;sulfydryl;disulfide bond

2016-08-26

殷晶晶(1994-),女,碩士研究生,研究方向:糧食儲藏技術(shù)及品質(zhì)控制,E-mail:18838036430@163.com。

*通訊作者:趙妍(1982-),女,博士,講師,研究方向為農(nóng)產(chǎn)品保鮮與貯藏,糧食儲藏技術(shù)及品質(zhì)控制,E-mail:zhaoyanss10@126.com。

國家自然科學(xué)基金項目(31401546);河南省科技攻關(guān)計劃項目(162102110063)。

TS213.4

A

:1002-0306(2017)03-0331-05

10.13386/j.issn1002-0306.2017.03.056