|
|
В состав клейковины зерна пшеницы,
кроме белковых, входят и другие вещества ( 10).
Наиболее чистые образцы клейковины, содержащие почти: 100%
белка, получают отмыванием остатков крахмала и водорастворимых белков из
предварительно выделенного методом Гесса промежуточного белка
(цвикельпротеина). На большие расхождения по составу клейковины, помимо
особенностей исходного материала, решающее влияние оказывают способы ее
выделения (продолжительность отмывания, температура воды, 'способы обработки
муки перед отмыванием, методы очистки выделенной клейковины и т. д.). При
всех способах выделения в клейковине содержатся, кроме образующих белков,
составляющих главную ее массу, другие фракции белков, крахмал, липиды,
сахара, клетчатка.
Качество клейковины определяется свойствами белка, а не
содержанием и составом небелковых соединений, всегда присутствующих в
неочищенной клейковине. Небелковые вещества*, в частности: липиды, могут
существенно влиять на качество клейковины, взаимодействуя с клейковинным
белком. Наибольшие расхождения в содержании разных веществ наблюдаются при
определении количества свободных липидов, Сахаров, клетчатки и зольности.
Расхождения в определении состава клейковины— результат неодинаковой чистоты
отделения клейковины из замешенного теста, различия в точности определений и
разнокачественности изучаемого зерна.
На долю белков приходится (%) 73... 90, в среднем 83, в
том числе клейковинообразующих 74.. .85, в среднем 79,5„ остальное —
альбумины и глобулины 3,35.. .6,75, в среднем 4.. Содержание глиадина во всех
случаях преобладает над глю- тенином. Соотношение между их количеством
колеблется от 1,0 (глютенин) до 1,10. ..1,43 (глиадин), в среднем 1...1,21.
Липи- ды главным образом связанные — в среднем свободных 1%„ связанных 6%.
Клейковина обладает ферментативной активностью. В сухой
клейковине экспериментально установлена активность (J-амила- зы,
протеолитических ферментов, о-дифенолоксидазы (монофе- нол-моноксигеназы),
каталазы. Аминокислотный состав белков клейковины несколько отличается от
состава белков целого* зерна. В таблице 11 приведен состав лиофилизированной
клейковины, полученной из озимой пшеницы Московская 2453 и содержащей в
гидролизатах 96,5...97,0% азота взятой навески.
В данных об аминокислотном составе клейковины выявляется
общая закономерность — первое место, как и в суммарное белке зерна, занимают
глютаминовая кислота и пролин, причем их содержание в клейковине значительно
выше, чем в зерне пшеницы, глютаминовой кислоты 43,79% (в среднем) вместа 23,5%
и пролина 15,89% вместо 9,3%. Заметно обеднение клей- ковинных белков
наиболее дефицитной для зерна пшеницы незаменимой аминокислотой лизином. Так,
при содержании лизина в зерне пшеницы в среднем по пяти сортам 2,57 мг/100 г
белка в отмытой клейковине его оказалось 2,08.
Принципиальных различий в количественном соотношении
отдельных аминокислот в клейковине сильной и слабой пшеницы нет.
Аминокислотный состав клейковины при прорастании зерна пшеницц по сравнению с
исходным зерном не изменяется. Таким образом, кардинальные различия в
физических и физико- химических свойствах сильной и слабой клейковины нельзя
объяснить особенностями аминокислотного состава клейковин- яых белков.
В настоящее время общепризнана теория формирования
клейковины, высказанная еще в прошлом веке одним из первых исследователей
клейковины Пармантье и подтвержденная многочисленными экспериментами в наше
время. Суть этой теории заключается в том, что эндосперм содержит не
отдельные белковые вещества (как мы их теперь называем, глиадин и глюте-
нин), а обезвоженный комплекс белков. При соприкосновении с водой происходит
его гидратация, ведущая к получению сырой клейковины. Количество клейковины,
отмываемой из определенного количества пшеничной муки для размолотого зерна,
назы- ' вают выходом клейковины.
Различают выход сырой и сухой клейковины. В зерне, в
клетках эндосперма, содержащих клейковинные белки, глиадин и глютенин
находятся между собой в тесной связи. При увлажнении муки в ней образуется
как бы сетка, состоящая из набухших в воде и теснейшим образом переплетенных
между собой молекул глиадина и глютенина, а в просветах этой сетки заключена
вода.
При ухудшении физических свойств клейковины пептидные
связи не нарушаются. Отсюда вытекает, что различие между клейковиной ^ильной
и слабой пшеницы следует искать во внутренней структуре белка, в третичном и
четвертичном уровнях его пространственной организации — в плотности
полипептидных цепей субъединиц и глобулы в целом, количества и прочности
внутри- и межмолекулярных связей. Средний аминокислотный состав клейковинного
белка постоянен независимо от реологических свойств клейковины. Для
клейковины сильной и слабой пшеницы характерен различный характер и прочность
связей: Ту и другую клейковину образуют белковые компоненты с различающейся
пространственной структурой, которые соединяются между собой с неодинаковой
прочностью, образуя в одном случае более плотные, а в другом более рыхлые
агрегаты.
Многочисленные наблюдения показывают, что укрепление
клейковины сопровождается увеличением количества дисуль- фидных связей —S—S—
и соотношение дисульфидных связей и сульфгидрильных групп у сортов сильной
пшеницы выше, чем у сортов слабой. Было выявлено также значение водородных
связей в укреплении структуры клейковинных белков. Сырая клейковина, отмытая
обычной водой, будучи помещена в тяжелую воду (D20), становится более
крепкой. Ее удельная растяжимость уменьшается.
Удельная растяжимость крепкой нормальной и слабой
клейковины снижается в результате дейтерирования соответственно на 59,4.
..66,0 и 77,4% от ее величины, измеряемой при использовании обычной воды. При
замешивании теста на тяжелой воде (99,78% D20) укрепление клейковины
происходит тем больше, чем слабее исходная клейковина. Укрепление клейковины
под влиянием D20 объясняется суммарным увеличением прочности водородных
связей в клейковинном белке при замещении атомов водорода дейтерием.
Физические особенности клейковины, от которых зависят
реологические свойства теста, складываются из упругости, эластичности,
растяжимости, связанности.
В настоящее время с помощью современных методов разделения
белков показано, что глиадин и глютенин состоят из ряда белков, различающихся
по своей молекулярной массе и по аминокислотному составу. Удалось разделить
глиадин на четыре основные фракции, обозначаемые как a-, fi-, if- и со-компонентьк
В свою очередь, каждый из этих компонентов может быть разделен на ряд
индивидуальных белков, молекулярные массы которых колеблются в пределах от 30
000 до 160 000. Глютенин также состоит из ряда белковых компонентов,
молекулярная масса которых значительно выше — 2...3 млн и больше.
Компоненты глиадина несколько различаются между собой по
аминокислотному составу. Характерная особенность всех глиадиновых фракций —
высокое содержание в них остатков глютаминовой кислоты (свыше 40%), пролина
(свыше 20%) и малое число ионогенных групп, поскольку дикарбоновые кислоты
почти полностью амидированы, а содержание основных аминокислотных остатков
невелико. Наиболее отличаются по аминокислотному составу со-глиадины, не
содержащие метиони- на. Значительно меньше изучена другая фракция
клейковинного белка — глютенин.
Седиментационные измерения показали, что глютенин весьма
гетерогенен по молекулярной массе. Он состоит из многих белковых компонентов
с молекулярной массой от 50000 до 3000 000. Электрофорез в крахмальном и
полиакриламидном геле неприменим для анализа глютенина, молекулы которого не
мигрируют в гель и остаются на месте. По среднему аминокислотному составу
глютенин близок к глиадину, однако между ними имеются характерные различия.
Глютенин богаче глиадина основными аминокислотами (серином, треонином),
глицином, триптофаном и тирозином, но беднее глютаминовой кислотой, лролином
и фенилаланином.
Сравнительное исследование пептидов, полученных при про-
теолизе глиадина и глютенина методом хроматографии, показало, что белки обеих
фракций имеют участки полипептидных цепей с идентичной последовательностью
аминокислотных остатков наряду с другими участками, первичная структура
которых специфична для каждого белка.
Вследствие различий в первичной структуре молекулы
глютенина значительно сильнее ионизированы по сравнению с гли- адином как в
кислых, так и в щелочных растворах. Внутримолекулярные дисульфидные и
водородные связи, образуемые многочисленными амидными группами, наряду с
низким содержанием ионизированных групп стабилизируют относительно
-компактную конформацию глиадиновых молекул в растворе. В отличие от
глиадина, молекулы глютенина характеризуются в растворах более рыхлой, слабо
стабилизированной конформа- цией, свойственной высокомолекулярным полиэлектролитам
в состоянии «беспорядочного клубка». В зависимости от рН, ионной силы,
состава растворителя и других факторов молекулы глютенина изменяют свою
конформацию в растворе в большей степени, чем относительно более стабильные
молекулы глиадина.
Глютенин и глиадин в отдельности не обладают характерными
реологическими свойствами клейковины, и только соединение их в едином
комплексе создает клейковинный белок со всеми присущими ему особенностями.
Определено, что около половины полипептидных цепочек клейковины связано
дисуль- фидными мостиками, образуя полимерные молекулы разной молекулярной
массы, суммарно называемых глютенином. Вторая половина клейковины — глиадин —
представлена в основном единичными полипептидными цепочками с
внутримолекулярными дисульфидными мостиками ( 14). Существенную роль в
формировании клейковины играют нековалентные формы взаимодействия
(водородные, солевые или ионные, а также гидрофобные взаимодействия).
Обилие нековалентных связей, легко разрываемых и вновь
возникающих при различных воздействиях на белок, создает основу реологических
свойств нативной клейковины — упругость, эластичность, связность, способность
к обратимому растяжению (упругой деформации).
Клейковина в некоторых средах полностью растворяется. В
этом случае разрываются связи между одинаковыми по составу частицами'
клейковинного белка и замена их связями клейковина — растворитель. В других
растворителях происходит разрушение внутренней структуры белкового комплекса
клейковины— разрыв'связей между его компонентами. Обнаружена неодинаковая
растворимость клейковины разного качества в определенных растворителях: чем
крепче клейковина, тем ниже
ее растворимость. Например, в 12%-ном водном растворе
сали- цилата натрия крепкая клейковина растворяется на 65...78%, клейковина
нормальная — на 80.. .90%, а слабая — на 91.. .97%. Из этих данных вытекает,
что крепкая клейковина отличается от слабой большей компактностью
растворенных частиц и меньшей степенью их асимметрии, что наглядно видно из
величины удельного гидродинамического объема (объема, занимаемого в растворе
гидратированным белком в расчете на единицу массы сухого белка):
К настоящему времени многое изучено в природе клейковины
зерна пшеницы, ее технологических свойствах. Вопрос о количестве и природе
компонентов глиадина и глютенина недостаточно ясен; получаемые результаты
зависят от метода выделения и последующей обработки белка, в частности от применения
реактивов, разрывающих водородные и дисульфидные связи. Структура клейковины,
ее химические и реологические свойства— один из тех разделов биохимии зерна,
дальнейшее изучение которого с помощью современных методов имеет большое
теоретическе и практическое значение.
|