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新采收的玉米在食用及加工前贮藏数天至数月，在这期间，其可食用性及促进健康的品质均发生了改变。玉米在初步成熟后进行采收，此时玉米籽粒尚未完全成熟，生理生化反应仍在持续进行中，经过一段时间的贮藏后，玉米籽粒的品质得到多方面的改善，使其作为食物、饲料和加工原料等具有更优的特性，这个过程称为后熟。玉米以醇溶蛋白为主，占贮藏蛋白总量的60%以上。
目前，关于玉米后熟过程中玉米醇溶蛋白结构和理化特性以及两者的构效关系研究鲜有报道。吉林农业大学食品科学与工程学院，小麦和玉米深加工国家工程研究中心的李 琦、赵城彬*、刘景圣*等人从蛋白的理化特性出发，研究玉米后熟过程中玉米醇溶蛋白的结构特性、理化特性的变化规律及构效关系，探究其后熟的机制，以期通过控制玉米后熟期调节玉米醇溶蛋白的理化特性，为玉米后熟期的判断及玉米醇溶蛋白理化特性的改善提供理论依据。
1、巯基及二硫键分析
如图1所示，玉米醇溶蛋白的巯基和二硫键含量发生显著变化（P＜0.05），说明玉米后熟期间存在巯基-二硫键交换反应。整体来看，在玉米后熟期间玉米醇溶蛋白的总巯基与二硫键含量呈上升趋势，游离巯基含量呈下降趋势。在15 ℃和25 ℃后熟28 d时，玉米醇溶蛋白的游离巯基含量最低，与未后熟的样品相比分别降低了27.09%和16.17%，在相同条件下样品二硫键含量增加了5.01%和5.24%。这可能与玉米内部的呼吸作用及氧化反应有关。随着后熟时间延长，游离巯基的含量下降，推测是由于包埋在内部的巯基暴露，有利于巯基和二硫键之间的交换反应。
2、表面疏水性分析
如图2所示，在后熟过程中，随着贮藏时间的延长，溴酚蓝与蛋白的结合呈降低趋势，表明后熟作用使玉米醇溶蛋白表面疏水性下降。在15 ℃贮藏条件下，溴酚蓝结合量从13.44 μg下降到9.43 μg，在25 ℃贮藏条件下，其结合量从13.44 μg下降到9.47 μg。这说明了蛋白经过一段时间的后熟，暴露的疏水基团经过呼吸作用和氧化反应，疏水性残基相互缔合形成聚集体，其内部的非极性氨基酸的隐藏不利于溴酚蓝与蛋白质的结合。
3、Zeta电位与粒径分析
从图3A可知，玉米醇溶蛋白的Zeta电位均为负值，说明其表面带有负电荷，且其绝对值在整个后熟期呈上升趋势，在15 ℃后熟42 d及在25 ℃后熟28 d时，玉米醇溶蛋白的Zeta电位从-13.03 mV分别降至最低点-18.06 mV和-18.9 mV，这可能是在后熟期由于仍在继续的呼吸作用导致其空间结构及表面性质发生改变，导致静电相互作用增加了其保持体系稳定性的能力。随着Zeta电位绝对值的升高，蛋白之间的排斥力也增加，使其在水溶液体系中不易聚集，更加稳定。
如图3B所示，粒径大小和多分散系数值均呈下降趋势，15 ℃后熟42 d时，粒径从354.93 nm降低至278.20 nm，多分散系数值从0.49降低至0.29，25 ℃后熟28 d时，粒径从354.93 nm降低至287.83 nm，多分散系数值从0.49降低至0.27。后熟期间的氧化反应能够引起蛋白分子结构的展开，Zeta电位的结果表明后熟作用使其表面电荷增加，通过静电排斥作用防止了蛋白质聚集，使其以更小的颗粒尺寸，更均匀的分布在溶液中，导致粒径和多分散系数的降低。
4、FTIR分析
如图4A、B所示，所有蛋白样品在3 400 cm -1 附近表现出明显的吸收峰，这归因于O—H的伸缩振动和蛋白中的氢键。在15 ℃条件下后熟28 d时，蛋白的吸收峰从3 396 cm-1移动至3 311 cm-1，随后逐渐趋于稳定，在25 ℃条件下后熟14 d时，其吸收峰从3 396 cm-1移动至3 315 cm-1，此后基本不再偏移，说明后熟破环了蛋白内部的氢键平衡。2 900 cm-1附近的吸收峰代表着蛋白质碳骨架中C—H的伸缩振动，后熟期间此峰发生蓝移后又逐渐红移。酰胺I带（1 600～1 700 cm-1）及酰胺II带（1 500～1 600 cm-1）是蛋白质的特征吸收峰，由图4A、B可以看到，在15 ℃后熟28 d时，酰胺I带和酰胺II带吸收峰分别从1 654 cm-1及1 535 cm-1移动至1 656 cm-1及1 537 cm-1，在25 ℃后熟14 d时，这2 个吸收峰分别从1 654 cm-1及1 535 cm-1移动至1 656 cm-1及1 535 cm-1，这些吸收峰位置的变化表明C—O、C—N及N—H基团的振动发生改变。
如图4C、D所示，β-折叠的相对含量呈现下降趋势，无规卷曲相对含量呈现增加趋势。15 ℃后熟42 d及25 ℃后熟28 d时，β-折叠的相对含量达到最低值，分别由34.08%降低至31.80%和31.09%，而无规卷曲相对含量由14.78%分别增加至18.02%和18.25%，说明玉米后熟增加了玉米醇溶蛋白的无序性，使其解折叠。β-折叠相对含量的降低使其结构展开，使柔性程度增加，这可能是由于氢键作用的降低及其内部仍旧进行的氧化反应促使其二级结构发生变化。
5、热特性分析
由表1可知，在15 ℃贮藏42 d和25 ℃贮藏28 d时，Tp从109.70 ℃分别显著降低至102.13 ℃和104.47 ℃，随后又升高至103.72 ℃和108.91 ℃。后熟期间玉米醇溶蛋白的ΔH整体呈现下降趋势，热变性所需能量减少说明玉米醇溶蛋白因后熟而发生构象变化。玉米在15 ℃和25 ℃后熟期间，ΔH分别下降了24.13%和24.69%，这可能是由于疏水相互作用的稳定性逐渐增加所导致的放热作用，也可能是其内部结构在后熟过程中产生了一些堆积。此外，FTIR的结果表明后熟降低了蛋白的氢键键合，这可能也是其焓值降低的原因。
6、SDS-PAGE
如图5所示，在15 ℃和25 ℃贮藏温度条件下，不同后熟期的玉米醇溶蛋白在25 kDa及45 kDa附近有2 条明显的条带，说明后熟作用不会改变蛋白质亚基种类，但条带的颜色及宽度有差异，表明其亚基的含量发生变化。19～22 kDa范围的条带代表α-玉米醇溶蛋白亚基，占据了玉米醇溶蛋白的70%～85%，45 kDa的条带主要是γ-玉米醇溶蛋白亚基，其占据了玉米醇溶蛋白的10%～20%，α-玉米醇溶蛋白亚基的条带在2 种温度后熟28 d时有向下迁移的趋势，γ-玉米醇溶蛋白亚基的条带无明显变化，推测是二硫键及疏水相互作用的变化影响了蛋白质亚基的聚集，进而降低了蛋白质亚基的聚集程度及其分子质量大小。
7、溶解性结果
从图6可以看到，随着后熟时间的延长，玉米醇溶蛋白的溶解度都有不同程度的增加，在15 ℃后熟42 d时，溶解度达到最高值12.93%，以及在25 ℃后熟28 d时达到最高值12.88%。此外，研究发现后熟作用使玉米醇溶蛋白的粒径和表面疏水性降低，这也可能是溶解度增加的原因。
8、持水性和持油性结果
如图7所示，后熟期间，持水性整体呈上升趋势，持油性整体呈下降趋势，在15 ℃后熟42 d和25 ℃后熟28 d时，持水率达到最高值，分别为1.07 g/g和1.05 g/g；在15 ℃和25 ℃后熟7 d后，整体呈下降趋势，推测是由于表面疏水性的降低，导致其亲水基团的暴露，从而增加了其亲水性，降低了其吸油性。
9、乳化性和起泡性分析
从图8A可以看到，在15 ℃和25 ℃后熟14 d时，乳化活性达到最高值，分别为30.20 m 2 /g和30.24 m 2 /g，在2 种温度下后熟7 d时，稳定性升高至51.77%和51.80%，至28 d均无显著性差异。如图8B所示，随着后熟时间的延长，玉米醇溶蛋白的起泡能力整体呈先上升后下降的趋势，泡沫稳定性也有所提高。在15 ℃和25 ℃后熟14 d时，起泡能力及泡沫稳定性均达到较高值，分别为60.67%、48.66%和59.00%、50.01%，这可能是由于玉米在后熟期间，蛋白的界面作用发生了改变。
结 论
玉米在温度15 ℃和25 ℃、相对湿度55%条件下贮藏56 d，玉米醇溶蛋白的结构有明显变化，游离巯基的含量下降，二硫键的含量升高，表面疏水性降低、Zeta电位的绝对值增加，粒径和多分散系数均降低。FTIR的结果表明后熟期间玉米醇溶蛋白内部的氢键作用力降低，更多的β-折叠转化为无规卷曲，这表明后熟增加了其结构的无序性。DSC结果表明，玉米醇溶蛋白在玉米后熟期间的热稳定性降低，SDS-PAGE结果显示在后熟期间α-玉米醇溶蛋白分子质量有所降低。此外，通过测定其理化特性，发现后熟显著改善了其溶解性和持水性，但降低了其持油性，其中溶解性于15 ℃后熟42 d和25 ℃后熟28 d时达到最高，持水性在15 ℃后熟42 d和25 ℃后熟28 d达到极值，持油性在2 种温度条件下均呈下降趋势，乳化活性、起泡能力和泡沫稳定性均在2 种温度下后熟14 d达到较高水平后降低，乳化稳定性在2 种温度条件下后熟7 d达到较高水平。本研究结果有利于了解后熟过程中玉米醇溶蛋白结构与理化特性的构效关系，通过对玉米后熟期的控制，可以潜在的调整玉米醇溶蛋白结构，从而改善其理化特性，为促进玉米的精深加工及拓展玉米醇溶蛋白应用领域提供理论依据。
本文《玉米后熟期间醇溶蛋白结构和理化特性》来源于《食品科学》2022年43卷18期16-23页，作者：李 琦，葛思彤，张士禹，王天池，郑明珠，吴玉柱，赵城彬*，刘景圣*。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20211108-088。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。
修改/编辑/责任编辑：张睿梅
图片来源于文章原文及摄图网。
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Food Science of Animal Products（ISSN: 2958-4124, e-ISSN : 2958-3780）是一本国际同行评议、开放获取的期刊，由北京食品科学研究院、中国肉类食品综合研究中心主办，中国食品杂志社《食品科学》编辑团队运营，属于食品科学与技术学科，旨在报道动物源食品领域最新研究成果，涉及肉、水产、乳、蛋、动物内脏、食用昆虫等原料，研究内容包括食物原料品质、加工特性，营养成分、活性物质与人类健康的关系，产品风味及感官特性，加工或烹饪中有害物质的控制，产品保鲜、贮藏与包装，微生物及发酵，非法药物残留及食品安全检测，真实性鉴别，细胞培育肉，法规标准等。
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