谷物蛋白質(zhì)的分類與質(zhì)量（簡述）

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谷物蛋白質(zhì)的分類與質(zhì)量簡述

李安軍

谷物中蛋白質(zhì)的絕對量少于豆類等蛋白質(zhì)原料，但是綜合算來谷物蛋白質(zhì)可占飼料蛋白的30-50%（如生長豬飼料含粗蛋白15%，其中玉米和麩皮可提供的蛋白質(zhì)：70%×0.08+5%×0.15=42%），因此谷物不僅提供了大部分的能量，還提供了不可忽視的蛋白質(zhì)。

因為自然界中蛋白質(zhì)復(fù)雜多樣，至今還未能根據(jù)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)來進(jìn)行分類，通常根據(jù)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和特性分為簡單蛋白和結(jié)合蛋白兩類，簡單蛋白中只含有α-氨基酸。谷物蛋白一般是簡單蛋白。谷物蛋白按生物功能可分為代謝活性蛋白（細(xì)胞質(zhì)蛋白）和儲藏蛋白，按溶解性[奧斯本-門德爾（Osborne-Mendel）分離法]可分為清蛋白、球蛋白、谷蛋白和醇溶蛋白，其中，清蛋白和球蛋白屬于細(xì)胞質(zhì)蛋白，谷蛋白和醇溶蛋白屬于儲藏蛋白。谷類蛋白質(zhì)的分類、描述和特點(diǎn)等情況見表9-5。

表9-5 谷類蛋白質(zhì)的分類、描述和特點(diǎn)
按生物功能	按溶解性	來源	描述	舉例
代謝蛋白	清蛋白	糊粉層，胚芽，糠層；胚乳中很少	溶于水，加熱凝固，為強(qiáng)堿、金屬鹽類或有機(jī)溶劑所沉淀，能被飽和硫酸銨鹽析。等電點(diǎn)pH為4.5-5.5。	小麥清蛋白，大麥清蛋白
	球蛋白		不溶于水，溶于中性鹽稀溶液，加熱凝固，為有機(jī)溶劑所沉淀，添加硫酸銨至半飽和狀態(tài)時則沉淀析出。等電點(diǎn)pH為5.5-6.5。具有典型的鹽溶鹽析特性。	小麥球蛋白，燕麥球蛋白
儲藏蛋白	谷蛋白	胚乳	不溶于水、中性鹽溶液及乙醇溶液中、但溶于稀酸及稀堿溶液，加熱凝固。該蛋白僅存在于谷類籽粒中，常常是與醇溶谷蛋白分布在一起，典型的例子是小麥谷蛋白。	小麥谷蛋白
	醇溶蛋白		溶于水及中性鹽溶液，可溶于70~90%的乙醇溶液，也可溶于稀酸及稀堿溶液，加熱凝固。該類蛋白質(zhì)僅存在于谷物中，如小麥、玉米、大麥、高粱、燕麥、黑麥。醇溶蛋白水解時產(chǎn)生大量的谷氨酰胺、脯氨酸和少量的堿性氨基酸。玉米中醇溶蛋白又稱為膠蛋白，缺乏賴氨酸和色氨酸。	小麥醇溶蛋白（面筋蛋白質(zhì)之一）
谷物蛋白質(zhì)特點(diǎn)說明： 1、按溶解性分類的方法由來已久，人們已按此方法得到了能說明谷類蛋白質(zhì)特性的成果，且具有重現(xiàn)性； 2、每類蛋白質(zhì)都有亞群，不是單純的某種蛋白質(zhì)； 3、有些蛋白質(zhì)不屬于以上四類蛋白質(zhì)的任何一類，如小米、大麥和黑麥中含有的溶于水但受熱不凝結(jié)的糖蛋白（一種結(jié)合蛋白），玉米、高粱和稻谷中含有的不溶于稀酸和稀堿的蛋白質(zhì)。這還需要更好的分類體系和方法來解釋。 4、清蛋白和球蛋白氨基酸平衡較好，賴氨酸、蛋氨酸和色氨酸也較高，其營養(yǎng)價值高于谷蛋白和醇溶蛋白。 5、儲藏蛋白（醇溶蛋白和谷蛋白）儲藏在胚乳中，谷蛋白是由多肽鏈彼此通過二硫鍵連接而成，醇溶蛋白是由一條單肽鏈通過分子內(nèi)二硫鍵連接而成，植物用這些蛋白支持幼苗的生長，在果皮和胚芽中無。 6、谷物籽粒中的氨基酸含量，主要取決于淀粉型胚乳細(xì)胞。淀粉型胚乳細(xì)胞約占籽粒干重的80%，其中儲藏著淀粉和蛋白質(zhì)。燕麥和稻谷的主要儲藏蛋白是類似豆類和其他雙子葉植物的11S球蛋白，醇溶蛋白只是微量成分；除燕麥和稻谷外，其他所有谷物中儲藏蛋白主要是醇溶蛋白。燕麥和稻谷儲藏蛋白中的賴氨酸含量高于其他谷物醇溶蛋白中的賴氨酸含量（表9-7 主要谷物儲藏蛋白中必需氨基酸的摩爾分?jǐn)?shù)）。 7、醇溶蛋白中賴氨酸、蛋氨酸和色氨酸的含量較低。 8、不同種類谷物的谷蛋白的氨基酸組成表現(xiàn)出較大的變化性；在小麥，谷蛋白和醇溶蛋白的氨基酸組成相似，而玉米谷蛋白中賴氨酸的含量比醇溶蛋白中賴氨酸的含量要高很多。 9、小麥中的儲藏蛋白質(zhì)（面筋蛋白）是獨(dú)特的，它們也是功能蛋白質(zhì)，不具有酶活性，但具有形成面團(tuán)的功能，能保持氣體從而產(chǎn)生各種松軟的烘烤或蒸熟食品。 10、谷物籽粒中的蛋白質(zhì)含量變化時，各種蛋白質(zhì)的組成也相應(yīng)變化；當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)增加時，有更多的蛋白質(zhì)變成儲藏蛋白質(zhì)，也就是說，隨著籽粒蛋白質(zhì)的增加，儲藏蛋白質(zhì)的增加幅度大于代謝蛋白質(zhì)。

主要谷物籽粒中的蛋白組成和賴氨酸含量見表9-6。

表9-6 主要谷物中的蛋白組成和賴氨酸含量
谷物	清蛋白（%）	球蛋白（%）	醇溶蛋白（%）	谷蛋白（%）	賴氨酸（%）
小麥	5-10	5-10	40-50	30-45	2.3
大米	2-5	2-10	1-5	75-90	3.8
玉米	2-10	2-20	50-55	30-45	2.5
大麥	3-10	10-20	35-50	25-45	3.2
燕麥	5-10	50-60	10-16	5-20	4.0
高粱	5-10	5-10	55-70	30-40	2.7
黑麥	20-30	5-10	20-30	30-40	3.7
來源：《谷物科學(xué)原理》，周惠明，2003

鑒于賴氨酸是谷物飼料中的第一限制氨基酸，因此由表9-6可知，燕麥蛋白營養(yǎng)價值最高，大米蛋白次之，高粱、玉米和小麥的營養(yǎng)價值較低。

主要谷物儲藏蛋白中必需氨基酸的含量情況見表9-7。由表中可知，因玉米醇溶蛋白中的色氨酸含量為“0”，導(dǎo)致玉米籽粒中色氨酸含量是較低的。

表9-7 主要谷物儲藏蛋白中必需氨基酸摩爾分?jǐn)?shù)（%）
類型	醇溶蛋白						類豆蛋白
	小麥		大麥醇溶蛋白	玉米醇溶蛋白	燕麥醇溶蛋白	稻谷醇溶蛋白	燕麥球蛋白	稻谷谷蛋白
	醇溶蛋白	谷蛋白
占籽粒氮的百分?jǐn)?shù)	33	16	50	52	10	1-5	75	75-90
組氨酸	1.8	0.9	2.3	1.0	0.9	1.7	2.2	2.1
異亮氨酸	3.8	3.4	3.3	3.8	3.4	12.3	4.8	7.0
亮氨酸	6.6	6.6	7.1	18.7	10.8	4.4	7.4	4.1
賴氨酸	0.7	1.2	0.8	0.1	0.9	1.0	2.9	2.3
半胱氨酸	2.4	1.3	3.0	1.0	3.8	痕量	1.1	1.7
蛋氨酸	1.3	1.3	1.4	0.9	2.0	0.8	0.9	1.7
苯丙氨酸	6.0	5.4	6.0	5.2	5.5	4.4	5.2	4.1
酪氨酸	2.8	3.2	3.4	3.5	1.6	6.4	3.5	3.7
蘇氨酸	1.7	2.5	3.6	3.0	1.7	1.3	4.1	3.0
色氨酸	～	～	～	0	～	1.6	1.0	1.0
纈氨酸	4.2	3.5	4.7	3.6	7.6	7.0	6.4	6.8
說明：“～”，未檢測。來源：Shewry，2007

1、小麥蛋白質(zhì)

小麥?zhǔn)呛坦阮愖魑镏械鞍踪|(zhì)含量最高的谷物，一般小麥的質(zhì)量分級以蛋白質(zhì)的高低為標(biāo)準(zhǔn)。小麥蛋白質(zhì)按溶解性分為清蛋白、球蛋白、麥醇溶蛋白（又稱為麥膠蛋白或醇溶麥谷蛋白）和麥谷蛋白，麥谷蛋白又包括可溶解于稀酸或稀堿的可溶性谷蛋白和不溶性谷蛋白（也稱為殘余蛋白或膠狀蛋白）。清蛋白和球蛋白主要在小麥籽粒的皮層和胚部，麥醇溶蛋白和麥谷蛋白主要存在于胚乳中，胚乳中也有少量的清蛋白和球蛋白，因此小麥制粉后，保留在面粉中的蛋白質(zhì)主要是麥醇溶蛋白和麥谷蛋白，而麩皮和小麥胚芽中主要是清蛋白和球蛋白，清蛋白和球蛋白的氨基酸組成相對平衡，賴氨酸和蛋氨酸含量較高。

在小麥面粉中加水至含水量高于35%時，再用手工或機(jī)械進(jìn)行糅合得到粘聚在一起具有粘彈性的面塊，稱為“面團(tuán)”；面團(tuán)在水中搓洗，淀粉和水溶性物質(zhì)漸漸離開面團(tuán)，沖洗后剩下一塊具有粘合性、延伸性的膠皮狀物質(zhì)，稱為“濕面筋”，濕面筋低溫干燥后可得到“干面筋”；面筋中含蛋白質(zhì)80%（干基），脂類8%，其余為灰分和碳水化合物。面筋中的蛋白質(zhì)主要是麥醇溶蛋白和麥谷蛋白；麥醇溶蛋白是一大類具有類似特性的蛋白質(zhì)，相對分子量約在30-80×103，單鏈，傾向于形成分子內(nèi)二硫鍵，是造成面團(tuán)粘合性的主要原因；麥谷蛋白也是一大類不同組分的蛋白質(zhì)，相對分子量在80-130×103，高的可達(dá)上百萬，由多條肽鏈通過分子間二硫鍵連接而成，是形成彈性的主要因素。面筋蛋白質(zhì)中谷氨酰胺（或谷氨酸）含量很高，約占面筋蛋白質(zhì)的35%，高的谷氨酰胺水平引起氮含量高，因此小麥中氮和蛋白質(zhì)的換算系數(shù)應(yīng)為5.7，而不是6.25。面筋蛋白質(zhì)的氨基酸組成中脯氨酸的水平也較高，約占面筋蛋白質(zhì)的14%，脯氨酸的肽鍵不易彎曲，高水平的脯氨酸使得蛋白質(zhì)不易形成α-螺旋。面筋蛋白中堿性氨基酸如賴氨酸、精氨酸和組氨酸水平較低，纈氨酸和蛋氨酸也不高。

小麥中蛋白質(zhì)的含量與小麥顆粒的硬度、角質(zhì)率、容重等有一定的關(guān)系。一般的，高蛋白質(zhì)小麥?zhǔn)怯阐?，角質(zhì)率含量高；蛋白含量低的是軟麥，角質(zhì)率低。

在飼料生產(chǎn)中，可利用小麥面筋蛋白良好的吸水性、粘彈性、吸脂乳化性等特性，改善制粒性能或粉料在水中的懸浮性。

2、玉米蛋白質(zhì)

玉米籽粒中蛋白質(zhì)含量一般在10％左右（干基），其中80％在玉米胚乳中，而另外20％玉米胚中。玉米籽粒中的胚乳同時有玻璃質(zhì)和不透明部分，是由于蛋白質(zhì)的分配不同導(dǎo)致。玉米蛋白質(zhì)主要以離散的蛋白質(zhì)體和間質(zhì)蛋白質(zhì)存在于胚乳中，玉米籽粒中粗蛋白的40％～50％是人畜體內(nèi)不能吸收利用的醇溶蛋白（亦稱為膠蛋白）。從營養(yǎng)學(xué)的角度講，玉米的蛋白質(zhì)品質(zhì)比起水稻和小麥籽粒中的蛋白質(zhì)就要差得多，消化率也低，蛋白質(zhì)的利用率只有57％左右。但玉米胚蛋白對水及脂肪的吸附均很強(qiáng),故有很好的乳化性，是一種合適的蛋白添加劑和營養(yǎng)補(bǔ)充劑。

玉米蛋白質(zhì)的氨基酸組成中，含量較高的是谷氨酸、脯氨酸和亮氨酸，賴氨酸、蛋氨酸、半胱氨酸和色氨酸是比較低的幾種氨基酸（表9-8，表9-9）。玉米胚芽產(chǎn)品（玉米胚芽粕、玉米胚芽餅及玉米胚芽）中主要是清蛋白和球蛋白，玉米蛋白粉中的蛋白質(zhì)則主要提取自胚乳，玉米DDGS則是玉米籽粒蛋白質(zhì)的濃縮品。玉米中高含量的亮氨酸被認(rèn)為與糙皮病的發(fā)生有連帶關(guān)系（亮氨酸影響色氨酸代謝而誘發(fā)煙酸缺乏）。

表9-8 玉米蛋白質(zhì)的氨基酸組成（％蛋白質(zhì)）
氨基酸	清蛋白和球蛋白	玉米醇溶蛋白	交鏈玉米醇溶蛋白	谷蛋白
賴氨酸	4.18	0.46	0.57	4.38
組氨酸	2.38	1.28	6.77	2.52
精氨酸	7.35	2.16	3.46	4.49
天冬氨酸	10.06	5.12	1.73	7.90
蘇氨酸	4.60	2.93	3.86	4.04
絲氨酸	5.23	5.11	4.03	5.15
谷氨酸	14.70	22.18	23.61	16.70
脯氨酸	5.06	9.84	17.83	6.95
甘氨酸	6.69	2.02	4.72	4.12
丙氨酸	7.10	9.01	4.92	7.49
半胱氨酸/2	3.73	2.27	0.87	0.64
纈氨酸	5.28	3.43	6.07	5.27
蛋氨酸	1.73	0.94	1.63	2.86
異亮氨酸	4.25	3.53	2.23	3.97
亮氨酸	6.50	17.49	10.23	12.09
酪氨酸	3.25	4.54	2.52	4.72
苯丙氨酸	3.57	6.11	2.56	5.31

表9-9 玉米胚乳中氨基酸組成（%蛋白質(zhì)）
氨基酸	玉米胚乳中
賴氨酸	2.0
組氨酸	2.8
精氨酸	3.8
天冬氨酸	6.2
谷氨酸	21.3
色氨酸	0.6
蘇氨酸	3.5
絲氨酸	5.2
脯氨酸	9.7
甘氨酸	3.2
丙氨酸	8.1
纈氨酸	4.7
胱氨酸	1.8
蛋氨酸	2.8
異亮氨酸	3.8
亮氨酸	14.3
酪氨酸	5.3
苯丙氨酸	5.3

3、稻谷蛋白質(zhì)

稻谷中蛋白質(zhì)含量一般比其他谷物低，其堿溶性的谷蛋白（米谷蛋白）含量很高，可占蛋白質(zhì)總量的80%以上。工業(yè)生產(chǎn)中采用氫氧化鈉來抽取大米蛋白，因此大米蛋白飼料嘗起來“像堿的味道”。大米中蛋白質(zhì)大部分分布在糊粉層，因此大米加工的越精細(xì)，碾去的糊粉層就越多，精米中蛋白質(zhì)也就越少。

雖然稻谷蛋白質(zhì)含量低于玉米和小麥，但其營養(yǎng)品質(zhì)卻高于玉米和小麥，主要表現(xiàn)在：①與一般禾谷類蛋白質(zhì)相比，大米蛋白含賴氨酸、苯丙氨酸等必需氨基酸較多，含Lys高的谷蛋白占大米蛋白的80%以上，而品質(zhì)差的醇溶蛋白含量低；②大米蛋白的氨基酸組成配比比較合理，大米蛋白的必需氨基酸組成比小麥蛋白、玉米蛋白的必需氨基酸組成更加接近于WHO認(rèn)定的蛋白氨基酸最佳配比模式（表9-10）；③蛋白的利用率高，大米蛋白與其它谷物蛋白相比，生物價（BV值）和蛋白質(zhì)效用比率（PER值）高（表9-11）；④低過敏性（與大豆蛋白、乳清蛋白相比），可以作為嬰幼兒食品的配料，米粉可以作為3-6月齡幼兒的食品，因此，大米蛋白是幼小動物良好的低過敏性蛋白來源（表9-11）。

表9-10 大米蛋白、小麥蛋白、玉米蛋白的必需氨基酸組成（%蛋白質(zhì)）
必需氨基酸	大米蛋白	小麥蛋白	玉米蛋白	WHO模式
賴氨酸	4.0±0.1	2.52	2.00	7.0
胱氨酸	21.7±0.2	2.24	1.70	5.5
蛋氨酸	2.2±0.3	2.11	1.30	4.0
異亮氨酸	4.1±0.1	3.59	4.20	4.0
亮氨酸	8.2±0.3	6.79	14.6	1.0
苯丙氨酸	5.1±0.3	4.75	3.20	5.0
酪氨酸	5.2±0.3	3.20	5.20
色氨酸	1.7±0.3	1.32	0.60
纈氨酸	5.8±0.4	4.22	5.70
蘇氨酸	3.5±0.2	2.87	4.10

表9-11 幾種蛋白質(zhì)的生物價（BV）和蛋白質(zhì)效用比率（PER）的比較
谷物	BV	PER
大米	77	1.36-2.56
小麥	67	1.0
玉米	60	1.2
大豆	58	0.7-1.8
雞蛋	-	4.0
棉籽	-	1.3-2.1
說明：1、 蛋白質(zhì)生物價：氮貯留量/氮吸收量；2、 蛋白質(zhì)效用比率：幼小動物增加體重/攝入蛋白質(zhì)的量。

4、燕麥蛋白質(zhì)

去殼的裸燕麥有很高的蛋白質(zhì)含量，燕麥中蛋白質(zhì)的分配比例不同于其他谷物，含量最高的是可溶性的球蛋白（55%），而醇溶谷蛋白僅占總蛋白的10~15%，谷蛋白約占20~25%。燕麥的氨基酸平衡也是非常好（與聯(lián)合國糧農(nóng)組織規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)蛋白質(zhì)相比，表9-12），這在谷物中是獨(dú)一無二的。燕麥蛋白質(zhì)的氨基酸平衡的穩(wěn)定性很好，不會像其他谷物因蛋白質(zhì)含量的增加而相對性的下降。綜上所述，燕麥蛋白質(zhì)是動物優(yōu)質(zhì)的蛋白來源。

表9-12 燕麥及其組成部分的氨基酸組成（%蛋白質(zhì)）
氨基酸	整粒燕麥	去殼燕麥	胚乳	FAO評分模式
賴氨酸	4.2	4.2	3.7	5.5
組氨酸	2.4	2.2	2.2	-
精氨酸	6.4	6.9	6.6	-
天冬氨酸	9.2	8.9	8.5	-
蘇氨酸	3.3	3.3	3.3	-
絲氨酸	4.0	4.2	4.6	-
谷氨酸	21.6	23.9	23.6	-
半胱氨酸	1.7	1.6	2.2	-
蛋氨酸	2.3	2.5	2.4	3.5
甘氨酸	5.1	4.9	4.7	-
​丙氨酸	5.1	5.0	4.5	-
纈氨酸	5.8	5.3	5.5	5.0
脯氨酸	5.7	4.7	4.6	-
異亮氨酸	4.2	3.9	4.2	4.0
亮氨酸	7.5	7.4	7.8	7.0
酪氨酸	2.6	3.1	3.3	-
苯丙氨酸	5.4	5.3	5.6	6.0

作者：李安軍

來源：動物營養(yǎng)之動態(tài)配方體系建設(shè)