不同筋力小麦后熟期间面筋蛋白组成与结构变化规律

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新收获小麦经过后熟品质得到改善,最终达到加工和食用品质的要求。本课题分析了新收获低、中、高筋三种不同筋力小麦后熟期间面团及面筋品质特性的变化规律,研究了面团品质特性、面筋聚集特性、面筋蛋白组成与结构、麦谷蛋白大聚体(glutenin macropolymer,GMP)含量与结构、面筋蛋白与GMP中二硫键和游离巯基间的转换的变化特点,在此基础上解析后熟过程中小麦二硫键异构酶(protein disulfide isomerase,PDI)基因表达水平及酶学活性变化规律,从分子水平上探讨后熟过程中不同筋力小麦品质特性变化的原因。1.面团质构特性研究表明:后熟过程中低筋小麦面团的硬度储藏前期(前2周)均减小,随后有所回升,14周时高于新收获小麦水平;中筋小麦面团的硬度逐渐减小;高筋小麦面团的硬度储藏2周有减小趋势随后趋于稳定。低筋小麦面团弹性储藏前2周增大,随后呈减小趋势;中筋小麦面团的弹性增大,储藏8周时趋于稳定;高筋小麦面团的弹性逐渐增大。低筋小麦面团的黏性先减小至第2周的481.10 g·s,随后增大,14周时高于新收获小麦水平;中筋和高筋小麦面团的黏性均减小,储藏8周趋于稳定。低筋小麦面团的内聚性储藏1周增大至0.34 g?s,随后减小,14周时减小为0.27 g?s;中筋小麦面团的内聚性第8周达到最大;高筋小麦面团的内聚性增大,14周达到0.51g·s。低筋小麦面团的拉伸比减小;中筋小麦面团的拉伸比第2周达到最大,并稳定在第8周的1.67 g/mm;高筋小麦面团的拉伸比呈增大趋势,最大值达到3.32 g/mm。面筋蛋白聚集特性表明:后熟过程中不同筋力小麦面筋聚集特性差异显著,随着筋力的增强,PMT、Agr En、En MT增大。低筋小麦Agr En减小,面筋发生弱化;中筋和高筋小麦的Agr En逐渐增加。低筋小麦的En MT第二周达到最大值2723 cm~2;中筋小麦第八周达到最大值1813 cm~2;高筋小麦第一周达到最大值4279 cm~2。2.面筋蛋白不同组分含量变化表明:后熟过程中,低筋和中筋小麦面筋蛋白中的醇溶蛋白含量降低;高筋小麦面筋蛋白中的醇溶蛋白含量储藏1周时降低,随后有所回升,储藏14周恢复至原始水平。完成后熟,低筋小麦面筋蛋白中的麦谷蛋白含量降低;中筋小麦面筋蛋白中的麦谷蛋白含量无显著变化;高筋小麦面筋蛋白中的麦谷蛋白含量升高。3.面筋蛋白亚基组成与结构变化表明:SDS-PAGE图谱显示低筋小麦谷蛋白和醇溶蛋白条带强度在1周时减弱,储藏2周时几乎所有区域条带强度都增强,8周后蛋白条带强度相对稳定;中筋小麦(尤其在35-75 k Da之间)和高筋小麦(尤其在75 k Da左右)的条带强度在储藏8周后明显增强。SE-HPLC显示随着储藏时间的延长,面筋蛋白中大聚体蛋白的峰面积逐渐增大,而面筋蛋白中小聚体蛋白的峰面积逐渐减小。RP-HPLC显示低筋小麦储藏1周时,其HMW-GS/LMW-GS的比例增大,随后呈减小趋势;中筋小麦储藏2周时麦谷蛋白中HMW-GS/LMW-GS的比例变化不显著,储藏8周时增大;高筋小麦谷蛋白中HMW-GS/LMW-GS的比例在后熟过程中略有增加。面筋蛋白和GMP二级结构显示后熟过程中低筋小麦α螺旋含量减小,无规则卷曲含量升高;中筋小麦储藏8周时α螺旋含量升高,β转角和无规则卷曲含量降低;高筋小麦储藏1周时α螺旋含量升高,β转角含量降低。二硫键含量在面筋蛋白和GMP中的变化趋势基本一致,三种筋力小麦完成后熟时均表现为二硫键含量升高。GMP的粒径变化规律显示低筋小麦中位径储藏前2周均减小,随后逐渐增大,14周与新收获小麦水平无显著差异;中筋和高筋小麦中位径储藏1周达到最大,第2周减小,随着储藏时间的增加又有所回升。激光共聚焦和扫描电镜观察面团内部微观结构结果表明随着小麦筋力的增强,面筋蛋白交联越紧密。低筋小麦完成后熟获得疏松的面筋网络结构;中筋和高筋小麦在后熟过程中面筋网络结构由疏松向致密转变。4.二硫键异构酶基因表达及酶学活性结果表明:低筋小麦PDI基因在后熟过程中表达量逐渐升高;中筋小麦PDI基因在后熟过程中表达量前2周均降低,储藏8周和14周表达量升高;高筋小麦PDI基因在后熟过程中表达量第1周和第8周明显降低,第2周和第14周明显升高。低筋小麦PDI氧化活性在第二周达到最大约为66%;中筋和高筋小麦PDI氧化活性逐渐升高,14周分别达到80%和91%。低筋和中筋小麦PDI还原活性在储藏8周时最小;高筋小麦最小值出现在第1周。低筋和中筋小麦PDI分子伴侣活性最大值分别出现在第2周的23%,第8周的18%;高筋小麦PDI分子伴侣活性逐渐增加,14周达到23%。
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