玉米发芽过程中蛋白质转化特征及功能特性研究
目 录
1 引言 1
1.1 玉米概述 1
1.2 玉米中蛋白质研究 1
1.3 发芽概述 3
1.4 本课题研究目的意义及内容 3
2 材料和方法 3
2.1 试验材料和药品 3
2.2 仪器和设备 4
2.3 试验方法 4
3 结果与分析 9
3.1 玉米发芽过程中蛋白质含量与组成变化 9
3.2 玉米发芽过程中游离氨基酸含量变化 10
3.3 玉米发芽过程中可溶性蛋白含量变化 11
3.4 玉米发芽过程中蛋白酶活力与蛋白质水解度变化 11
3.5 玉米发芽过程中玉米蛋白质分子量分布变化 12
3.6 玉米发芽过程中玉米蛋白持水持油性变化 13
3.7 玉米发芽过程中玉米蛋白起泡性及泡沫稳定性变化 14
3.8 玉米发芽过程中玉米蛋白乳化性及乳化稳定性变化 14
结 论 16
致 谢 17
参考文献 18
1 引言
玉米中蛋白质含量偏低，且质量不高。氨基酸含量也不均衡，口感粗糙，主要应用于饲料工业。而玉米蛋白本身含有许多功能性的天然物质，增加玉米蛋白的提取率以及改善玉米蛋白的功能特性对食品工业发展尤为重要。而发芽处理能带动谷物内部一系列的生理生化反应，包括内源蛋白酶的激活、贮藏物质的降解以及一些功能性氨基酸的积累，从而有效改善玉米的营养价值和食用品质。
1.1 玉米概述
玉米是禾本科一年生草本植物，又名苞米、棒子、苞谷等，营养价值十分丰富且优于大米、面粉，具有多种食疗保健功能。玉米不仅能起到预防癌症 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
、心脑血管疾病的作用，而且能抗衰老、提高机体免疫功能[1]。
我国是玉米生产大国，产量仅次于稻谷、小麦。国际上将其称之为“黄金作物”，但在国内由于对其食用加工技术还不够成熟，玉米中绝大部分营养物质不能被机体直接吸收利用，并由于其不合理的玉米蛋白的氨基酸结构，导致玉米蛋白质生物利用价值低，长期被贬称为“粗粮”[2-4]。
1.2 玉米中蛋白质研究
1.2.1 玉米中蛋白质分类
玉米中蛋白质可根据溶解性不同分为四种：清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白以及谷蛋白。清蛋白为可溶于水的蛋白质，球蛋白为可溶于稀盐溶液的蛋白质，醇溶蛋白为可溶于70%乙醇的蛋白质，谷蛋白为可溶于稀碱溶液的蛋白质[5]。
1.2.2 玉米蛋白组成
玉米中所含的醇溶谷蛋白叫做玉米蛋白。其中醇溶蛋白占籽粒总蛋白的68%左右，谷蛋白占总蛋白的28%左右，清蛋白和球蛋白的含量极少[6]。玉米蛋白粉中含有较多的亮氨酸、异亮氨酸等，含量高于大豆和小麦，但赖氨酸和色氨酸的含量相比较低。
1821年，J.Gorham首次从玉米中分离出玉米蛋白，之后A.Esen根据多肽分子量大小对玉米蛋白进行了划分，分为α-玉米蛋白，β-玉米蛋白，γ-玉米蛋白，其中α-玉米蛋白占绝大多数。
1.2.3 玉米中蛋白质的提取概述
根据蛋白质的溶解度差异，一般有两种蛋白质提取方法：水溶液提取法和有机溶剂提取法[7]。
水溶液提取法一般是选用稀盐缓冲液作为蛋白质提取剂，根据蛋白质的溶解度，选择适当的pH值的缓冲溶液，使蛋白质在此pH值下的缓冲液中溶解度最大，但同时也应注意避免过酸、过碱引起的蛋白质变性。通常情况下，酸性蛋白质选用偏碱性的提取液，碱性蛋白质选用偏酸性的提取液。另外，为防止蛋白质变性也可加入少量的中性盐。
而有机溶剂提取法常用于提取易与脂质结合紧密或者分子中非极性侧链较多的蛋白质。一般选用乙醇、丁醇和丙酮等脂溶性强的溶剂作为蛋白质提取剂。
1.2.4 玉米蛋白的研究进展
食品级材料的选用要求一般要探究其营养性、嗜好性和其功能特性。虽然玉米在我国产量很高，但玉米蛋白水溶性差、提取含量太低、口感粗糙，且赖氨酸和色氨酸含量低导致其营养价值不高，故常被作为饲料使用或直接随废液排放自然。这样一来，一方面造成了粮食资源的浪费，另一方面造成了环境的污染[8～ 11]。目前，人们正在研究对玉米蛋白进行改性，开发其成模性、凝胶性和抗氧化性。相信玉米蛋白将会在不久的将来成为食品领域应用价值较高的原材料。
1.2.5 玉米蛋白的应用
1.2.5.1 作为涂料剂的应用
将玉米蛋白喷涂于胶囊表面可抑制氧化，防止粘着。将其喷涂于油脂食品表面可降低气味，防止有效成分散失。
1.2.5.2 作为食品配料的应用
将玉米蛋白作为食品配料广泛应用于冰淇淋和蛋糕的生产加工中，可有效改善制品的起泡性和柔软性。
1.2.5.3 作为酶制剂的应用
将玉米蛋白作为酶制剂添加到酸奶、干酪、酱油和醋等发酵食品中，可有效提高生产效率，改善制品品质和风味。
1.2.5.4 作为粘合剂使用
利用玉米蛋白良好的粘合性将玉米蛋白掺入鱼饵用混合饲料中，可有效抑制营 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
养成分散失，现如今此项应用已申请专利投入使用。
1.2.5.5 作为缓放性制剂的应用
利用玉米蛋白难消化、易凝固和强打锭性的特性将其应用于在胃中缓慢释放药剂领域，可有效提高药性和药物作用时间。
1.3 发芽概述
发芽是指谷物从吸胀到萌发到出苗的一系列的生理过程。谷物吸水后内源酶被激活，呼吸代谢作用增强，籽粒中贮藏大分子物质不断被降解，种胚突破种皮，露出胚根，最后长出胚芽，这一系列过程称为种子的萌发[12]。
根据Tsai 等[13]的报道表明发芽能有效提高玉米蛋白中赖氨酸和色氨酸含量，从而提高蛋白质营养价值。Asiedu 等[14]的报道也表明发芽有效提高了玉米中维生素含量。
1.3.1 玉米发芽后营养成分变化
玉米经发芽处理后营养价值大大提高，蛋白质消化率提高，贮藏营养物质被不断降解，赖氨酸和色氨酸含量显著提高，可溶性成分和维生素含量增加，粘度降低，从而可改善制品的冲调性和复水性，制品的能量密度也随之增加[15～ 21]，
1.4 本课题研究目的意义及内容
我国是玉米生产大国之一，但由于对玉米蛋白的食用加工技术不够成熟，对玉米中蛋白质的应用局限于饲料工业。这不仅影响了企业的经济效益，而且对于蛋白质资源也是一种巨大的浪费。
本课题主要研究玉米发芽过程中，内源蛋白酶活力变化的特点以及蛋白质降解产物的组成与含量变化规律，并对蛋白质的功能特性进行研究，以期为开发发芽玉米功能食品提供理论依据。
2 材料和方法
2.1 试验材料和药品
玉米：市售无病虫害的完整颗粒；
次氯酸钠溶液、去离子水、正丙醇、冰醋酸、亮氨酸、乙酸、正丁醇、乙二醇、异丙醇、水合茚三酮、抗坏血酸、乙酸钠、三氯乙酸、磷酸、牛血清白蛋白、牛血红蛋白、考马斯亮蓝G-250 、考马斯亮蓝R-250 、过氧化氢、浓硫酸、硫酸铜、硫酸钾、硼酸、甲基红指示剂、亚甲基蓝指示剂、溴甲酚绿指示剂、乙醇、氢氧化钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、柠檬酸、甲醛、盐酸、Tris、丙烯酰胺(Acr)、甲叉双丙烯酰胺（Bis）、十二烷基硫酸钠（SDS）、TEMED、过硫酸铵（AP）、甘氨酸、巯基乙醇、甘油、溴酚蓝等。上述试剂均为分析纯，购于淮安市国药化学试剂公司。
1 引言 1
1.1 玉米概述 1
1.2 玉米中蛋白质研究 1
1.3 发芽概述 3
1.4 本课题研究目的意义及内容 3
2 材料和方法 3
2.1 试验材料和药品 3
2.2 仪器和设备 4
2.3 试验方法 4
3 结果与分析 9
3.1 玉米发芽过程中蛋白质含量与组成变化 9
3.2 玉米发芽过程中游离氨基酸含量变化 10
3.3 玉米发芽过程中可溶性蛋白含量变化 11
3.4 玉米发芽过程中蛋白酶活力与蛋白质水解度变化 11
3.5 玉米发芽过程中玉米蛋白质分子量分布变化 12
3.6 玉米发芽过程中玉米蛋白持水持油性变化 13
3.7 玉米发芽过程中玉米蛋白起泡性及泡沫稳定性变化 14
3.8 玉米发芽过程中玉米蛋白乳化性及乳化稳定性变化 14
结 论 16
致 谢 17
参考文献 18
1 引言
玉米中蛋白质含量偏低，且质量不高。氨基酸含量也不均衡，口感粗糙，主要应用于饲料工业。而玉米蛋白本身含有许多功能性的天然物质，增加玉米蛋白的提取率以及改善玉米蛋白的功能特性对食品工业发展尤为重要。而发芽处理能带动谷物内部一系列的生理生化反应，包括内源蛋白酶的激活、贮藏物质的降解以及一些功能性氨基酸的积累，从而有效改善玉米的营养价值和食用品质。
1.1 玉米概述
玉米是禾本科一年生草本植物，又名苞米、棒子、苞谷等，营养价值十分丰富且优于大米、面粉，具有多种食疗保健功能。玉米不仅能起到预防癌症 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
、心脑血管疾病的作用，而且能抗衰老、提高机体免疫功能[1]。
我国是玉米生产大国，产量仅次于稻谷、小麦。国际上将其称之为“黄金作物”，但在国内由于对其食用加工技术还不够成熟，玉米中绝大部分营养物质不能被机体直接吸收利用，并由于其不合理的玉米蛋白的氨基酸结构，导致玉米蛋白质生物利用价值低，长期被贬称为“粗粮”[2-4]。
1.2 玉米中蛋白质研究
1.2.1 玉米中蛋白质分类
玉米中蛋白质可根据溶解性不同分为四种：清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白以及谷蛋白。清蛋白为可溶于水的蛋白质，球蛋白为可溶于稀盐溶液的蛋白质，醇溶蛋白为可溶于70%乙醇的蛋白质，谷蛋白为可溶于稀碱溶液的蛋白质[5]。
1.2.2 玉米蛋白组成
玉米中所含的醇溶谷蛋白叫做玉米蛋白。其中醇溶蛋白占籽粒总蛋白的68%左右，谷蛋白占总蛋白的28%左右，清蛋白和球蛋白的含量极少[6]。玉米蛋白粉中含有较多的亮氨酸、异亮氨酸等，含量高于大豆和小麦，但赖氨酸和色氨酸的含量相比较低。
1821年，J.Gorham首次从玉米中分离出玉米蛋白，之后A.Esen根据多肽分子量大小对玉米蛋白进行了划分，分为α-玉米蛋白，β-玉米蛋白，γ-玉米蛋白，其中α-玉米蛋白占绝大多数。
1.2.3 玉米中蛋白质的提取概述
根据蛋白质的溶解度差异，一般有两种蛋白质提取方法：水溶液提取法和有机溶剂提取法[7]。
水溶液提取法一般是选用稀盐缓冲液作为蛋白质提取剂，根据蛋白质的溶解度，选择适当的pH值的缓冲溶液，使蛋白质在此pH值下的缓冲液中溶解度最大，但同时也应注意避免过酸、过碱引起的蛋白质变性。通常情况下，酸性蛋白质选用偏碱性的提取液，碱性蛋白质选用偏酸性的提取液。另外，为防止蛋白质变性也可加入少量的中性盐。
而有机溶剂提取法常用于提取易与脂质结合紧密或者分子中非极性侧链较多的蛋白质。一般选用乙醇、丁醇和丙酮等脂溶性强的溶剂作为蛋白质提取剂。
1.2.4 玉米蛋白的研究进展
食品级材料的选用要求一般要探究其营养性、嗜好性和其功能特性。虽然玉米在我国产量很高，但玉米蛋白水溶性差、提取含量太低、口感粗糙，且赖氨酸和色氨酸含量低导致其营养价值不高，故常被作为饲料使用或直接随废液排放自然。这样一来，一方面造成了粮食资源的浪费，另一方面造成了环境的污染[8～ 11]。目前，人们正在研究对玉米蛋白进行改性，开发其成模性、凝胶性和抗氧化性。相信玉米蛋白将会在不久的将来成为食品领域应用价值较高的原材料。
1.2.5 玉米蛋白的应用
1.2.5.1 作为涂料剂的应用
将玉米蛋白喷涂于胶囊表面可抑制氧化，防止粘着。将其喷涂于油脂食品表面可降低气味，防止有效成分散失。
1.2.5.2 作为食品配料的应用
将玉米蛋白作为食品配料广泛应用于冰淇淋和蛋糕的生产加工中，可有效改善制品的起泡性和柔软性。
1.2.5.3 作为酶制剂的应用
将玉米蛋白作为酶制剂添加到酸奶、干酪、酱油和醋等发酵食品中，可有效提高生产效率，改善制品品质和风味。
1.2.5.4 作为粘合剂使用
利用玉米蛋白良好的粘合性将玉米蛋白掺入鱼饵用混合饲料中，可有效抑制营 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
养成分散失，现如今此项应用已申请专利投入使用。
1.2.5.5 作为缓放性制剂的应用
利用玉米蛋白难消化、易凝固和强打锭性的特性将其应用于在胃中缓慢释放药剂领域，可有效提高药性和药物作用时间。
1.3 发芽概述
发芽是指谷物从吸胀到萌发到出苗的一系列的生理过程。谷物吸水后内源酶被激活，呼吸代谢作用增强，籽粒中贮藏大分子物质不断被降解，种胚突破种皮，露出胚根，最后长出胚芽，这一系列过程称为种子的萌发[12]。
根据Tsai 等[13]的报道表明发芽能有效提高玉米蛋白中赖氨酸和色氨酸含量，从而提高蛋白质营养价值。Asiedu 等[14]的报道也表明发芽有效提高了玉米中维生素含量。
1.3.1 玉米发芽后营养成分变化
玉米经发芽处理后营养价值大大提高，蛋白质消化率提高，贮藏营养物质被不断降解，赖氨酸和色氨酸含量显著提高，可溶性成分和维生素含量增加，粘度降低，从而可改善制品的冲调性和复水性，制品的能量密度也随之增加[15～ 21]，
1.4 本课题研究目的意义及内容
我国是玉米生产大国之一，但由于对玉米蛋白的食用加工技术不够成熟，对玉米中蛋白质的应用局限于饲料工业。这不仅影响了企业的经济效益，而且对于蛋白质资源也是一种巨大的浪费。
本课题主要研究玉米发芽过程中，内源蛋白酶活力变化的特点以及蛋白质降解产物的组成与含量变化规律，并对蛋白质的功能特性进行研究，以期为开发发芽玉米功能食品提供理论依据。
2 材料和方法
2.1 试验材料和药品
玉米：市售无病虫害的完整颗粒；
次氯酸钠溶液、去离子水、正丙醇、冰醋酸、亮氨酸、乙酸、正丁醇、乙二醇、异丙醇、水合茚三酮、抗坏血酸、乙酸钠、三氯乙酸、磷酸、牛血清白蛋白、牛血红蛋白、考马斯亮蓝G-250 、考马斯亮蓝R-250 、过氧化氢、浓硫酸、硫酸铜、硫酸钾、硼酸、甲基红指示剂、亚甲基蓝指示剂、溴甲酚绿指示剂、乙醇、氢氧化钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、柠檬酸、甲醛、盐酸、Tris、丙烯酰胺(Acr)、甲叉双丙烯酰胺（Bis）、十二烷基硫酸钠（SDS）、TEMED、过硫酸铵（AP）、甘氨酸、巯基乙醇、甘油、溴酚蓝等。上述试剂均为分析纯，购于淮安市国药化学试剂公司。
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