Соотношение белковых фракций в зерне злаков
Согласно общепринятой в настоящее время классификации, белковые вещества делятся на четыре группы по способности растворяться в различных растворителях.
Альбумины — растворимые в чистой воде и в солевых растворах.
Глобулины — растворимые только в солевых растворах, но нерастворимые в чистой воде. Для их извлечения обычно применяют растворы сернокислого натрия или хлористого натрия определенной концентрации.
Проламины — нерастворимые в воде и в солевых растворах. Специфическим растворителем для этих белков является этиловый или метиловый спирт в концентрации от 50 до 70%. Слабые кислоты и щелочи также растворяют эти белки.
Глютелины — растворяются только в слабых кислотах или щелочах.
Две последние группы белков являются характерными для зерна всех представителей семейства злаков и вызывают особый интерес в связи с тем, что именно проламины и глютелины некоторых видов злаков формируют клейковину (своеобразный комплекс, который играет первостепенную роль в хлебопекарном и макаронном производстве).
Co времен классических работ Осборна, предложившего приведенную классификацию белков, провели ряд исследований, посвященных изучению количественных соотношений и свойств белковых веществ зерна различных злаков. Тем не менее существенные вопросы, представляющие большой интерес как для теоретической протеинологии, так и для технологии переработки зерна, остаются невыясненными. Это объясняется не только чрезвычайной сложностью структуры белковых веществ, по и недостаточно критическим подходом к методам исследования, особенно к выбору растворителей. В связи с этим имеется много неясностей даже в таком простом вопросе, как количественное соотношение различных белковых фракций.
В соответствии с приведенной выше классификацией белков по их растворимости для изучения содержания фракций белковых веществ в зерне злаков применяют последовательную экстракцию измельченного материала различными растворителями. По схеме Осборна предусматривается последовательное извлечение белков дистиллированной водой, 5%-ным раствором сернокислого калия, 70%-ным раствором этанола и 0,2%-ным раствором едкого натра. Эта схема в настоящее время подвергалась значительным изменениям, Так, по предложению биохимической лаборатории ВИР вначале извлекают сумму альбуминов и глобулинов 1M раствором хлористого натрия с последующим разделением их диализом, затем остаток извлекают 0,2%-ным раствором едкого натра. Спирторастворимые белки экстрагируют отдельно после удаления из навески соле- и водорастворимых белков или же непосредственно 70%-ным раствором этанола без предварительного извлечения альбуминов и глобулинов.
Иная схема применяется лабораторией биохимии и физиологии развития растений Главного Ботанического сада АН России; материал последовательно экстрагируется 10%-ным раствором хлористого натрия (с последующим разделением альбуминов и глобулинов), 70%-ным раствором этанола, 0,2%-ным и 2%-ным раствором едкого натра. При этом суммарный белок, извлекаемый раствором щелочи возрастающей концентрации, представляет собой глютениновую фракцию.
Многие исследователи отказываются от этого метода, так как обработка щелочью может привести к частичной денатурации белка, и применяют в качестве растворителя для глютенина слабые растворы органических кислот.
Варьируют также и применяемые для извлечения проламинов концентрации этанола. Большинство исследователей применяют 70%-ный или 50—60%-ный раствор этанола или 60—70%-ный раствор метанола. Естественно, что такие различия в концентрации растворителя не могут не повлиять на результаты. Существенное значение для растворимости проламинов имеет также температура экстракции. Поэтому вполне понятно, что приводимые в литературе данные различных авторов о содержании той или иной группы белков могут колебаться в довольно широких пределах именно в результате различий в методике извлечения этих фракций.
Наиболее полное сравнительное изучение белков зерна было проведено в аспекте исследования филогении отдельных родов и видов семейства злаков. По мнению, высказанному впервые А. В. Благовещенским, белки семян могут служить более существенным показателем филогенетического положения растений, чем их морфологические признаки. В таблице 9 представлены данные, характеризующие соотношения белковых фракций зерна злаков, относящихся к различным трибам этого семейства. Данные были получены в основном по единой методике, поэтому их можно сравнивать. Все представители трибы пшеничных характеризуются высокой суммарной растворимостью белков зерна (нерастворимый остаток составляет менее 25% всего белка) и высоким содержанием растворимых в 70%-ном растворе этанола белков (проламинов); соотношение проламинов и глютелинов у большинства представителей этой, трибы приближается к единице. В таблицу 9 включены также данные, относящиеся к межродовым пшенично-ржаным и пшенично-пырейным гибридам; по отношению белковых фракций зерно этих гибридов не выходит за пределы родительских форм.
Следует подчеркнуть, что из зерна перечисленных представителей трибы пшеничных можно отмыть клейковину непосредственно при замесе муки с водой или используя некоторые специальные методы.
Во второй части таблицы приведены материалы, характеризующие белковые фракции зерна представителей других триб злаковых. Общим свойством для всех представленных видов является низкая растворимость белковых веществ; остаток, нерастворимый в вышеперечисленных растворителях, составляет 42—70% всего белка. Второй особенностью белков этой группы злаков является очень низкое содержание проламинов.
Обращает на себя внимание то обстоятельство, что мука из зерна представителей всех триб, кроме пшеничных, не способна к формированию клейковины.
Необходимо учитывать, что отдельные группы белковых веществ распределены по анатомическим частям зерновки неравномерно. Запасные белки (проламины и глютелины), предназначенные для питания развивающегося зародыша, сосредоточены в эндосперме. Альбумины и глобулины находятся в нем, как правило, в незначительном количестве. Эти белки составляют главную часть белковых веществ зародыша и алейронового слоя.
Ферменты, находящиеся в зародыше, также относятся к группам водо- и солерастворимых белков.
Нуклеопротеиды, имеющие очень большое биологическое значение, сосредоточены в созревшем зерне также в зародыше и алейроновом слое. Изучены они еще очень слабо.
В качестве иллюстрации закономерностей в распределении отдельных групп белков в зерновке кукурузы приведена таблица 10. Эти закономерности действительны для всех злаков, кроме овса и риса.
