谷物蛋白质的分类与质量（简述）

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谷物蛋白质的分类与质量简述

李安军

谷物中蛋白质的绝对量少于豆类等蛋白质原料，但是综合算来谷物蛋白质可占饲料蛋白的30-50%（如生长猪饲料含粗蛋白15%，其中玉米和麸皮可提供的蛋白质：70%×0.08+5%×0.15=42%），因此谷物不仅提供了大部分的能量，还提供了不可忽视的蛋白质。

因为自然界中蛋白质复杂多样，至今还未能根据蛋白质的分子结构来进行分类，通常根据蛋白质的结构和特性分为简单蛋白和结合蛋白两类，简单蛋白中只含有α-氨基酸。谷物蛋白一般是简单蛋白。谷物蛋白按生物功能可分为代谢活性蛋白（细胞质蛋白）和储藏蛋白，按溶解性[奥斯本-门德尔（Osborne-Mendel）分离法]可分为清蛋白、球蛋白、谷蛋白和醇溶蛋白，其中，清蛋白和球蛋白属于细胞质蛋白，谷蛋白和醇溶蛋白属于储藏蛋白。谷类蛋白质的分类、描述和特点等情况见表9-5。

表9-5 谷类蛋白质的分类、描述和特点
按生物功能	按溶解性	来源	描述	举例
代谢蛋白	清蛋白	糊粉层，胚芽，糠层；胚乳中很少	溶于水，加热凝固，为强碱、金属盐类或有机溶剂所沉淀，能被饱和硫酸铵盐析。等电点pH为4.5-5.5。	小麦清蛋白，大麦清蛋白
	球蛋白		不溶于水，溶于中性盐稀溶液，加热凝固，为有机溶剂所沉淀，添加硫酸铵至半饱和状态时则沉淀析出。等电点pH为5.5-6.5。具有典型的盐溶盐析特性。	小麦球蛋白，燕麦球蛋白
储藏蛋白	谷蛋白	胚乳	不溶于水、中性盐溶液及乙醇溶液中、但溶于稀酸及稀碱溶液，加热凝固。该蛋白仅存在于谷类籽粒中，常常是与醇溶谷蛋白分布在一起，典型的例子是小麦谷蛋白。	小麦谷蛋白
	醇溶蛋白		溶于水及中性盐溶液，可溶于70~90%的乙醇溶液，也可溶于稀酸及稀碱溶液，加热凝固。该类蛋白质仅存在于谷物中，如小麦、玉米、大麦、高粱、燕麦、黑麦。醇溶蛋白水解时产生大量的谷氨酰胺、脯氨酸和少量的碱性氨基酸。玉米中醇溶蛋白又称为胶蛋白，缺乏赖氨酸和色氨酸。	小麦醇溶蛋白（面筋蛋白质之一）
谷物蛋白质特点说明： 1、按溶解性分类的方法由来已久，人们已按此方法得到了能说明谷类蛋白质特性的成果，且具有重现性； 2、每类蛋白质都有亚群，不是单纯的某种蛋白质； 3、有些蛋白质不属于以上四类蛋白质的任何一类，如小米、大麦和黑麦中含有的溶于水但受热不凝结的糖蛋白（一种结合蛋白），玉米、高粱和稻谷中含有的不溶于稀酸和稀碱的蛋白质。这还需要更好的分类体系和方法来解释。 4、清蛋白和球蛋白氨基酸平衡较好，赖氨酸、蛋氨酸和色氨酸也较高，其营养价值高于谷蛋白和醇溶蛋白。 5、储藏蛋白（醇溶蛋白和谷蛋白）储藏在胚乳中，谷蛋白是由多肽链彼此通过二硫键连接而成，醇溶蛋白是由一条单肽链通过分子内二硫键连接而成，植物用这些蛋白支持幼苗的生长，在果皮和胚芽中无。 6、谷物籽粒中的氨基酸含量，主要取决于淀粉型胚乳细胞。淀粉型胚乳细胞约占籽粒干重的80%，其中储藏着淀粉和蛋白质。燕麦和稻谷的主要储藏蛋白是类似豆类和其他双子叶植物的11S球蛋白，醇溶蛋白只是微量成分；除燕麦和稻谷外，其他所有谷物中储藏蛋白主要是醇溶蛋白。燕麦和稻谷储藏蛋白中的赖氨酸含量高于其他谷物醇溶蛋白中的赖氨酸含量（表9-7 主要谷物储藏蛋白中必需氨基酸的摩尔分数）。 7、醇溶蛋白中赖氨酸、蛋氨酸和色氨酸的含量较低。 8、不同种类谷物的谷蛋白的氨基酸组成表现出较大的变化性；在小麦，谷蛋白和醇溶蛋白的氨基酸组成相似，而玉米谷蛋白中赖氨酸的含量比醇溶蛋白中赖氨酸的含量要高很多。 9、小麦中的储藏蛋白质（面筋蛋白）是独特的，它们也是功能蛋白质，不具有酶活性，但具有形成面团的功能，能保持气体从而产生各种松软的烘烤或蒸熟食品。 10、谷物籽粒中的蛋白质含量变化时，各种蛋白质的组成也相应变化；当蛋白质增加时，有更多的蛋白质变成储藏蛋白质，也就是说，随着籽粒蛋白质的增加，储藏蛋白质的增加幅度大于代谢蛋白质。

主要谷物籽粒中的蛋白组成和赖氨酸含量见表9-6。

表9-6 主要谷物中的蛋白组成和赖氨酸含量
谷物	清蛋白（%）	球蛋白（%）	醇溶蛋白（%）	谷蛋白（%）	赖氨酸（%）
小麦	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
大麦	3-10	10-20	35-50	25-45	3.2
燕麦	5-10	50-60	10-16	5-20	4.0
高粱	5-10	5-10	55-70	30-40	2.7
黑麦	20-30	5-10	20-30	30-40	3.7
来源：《谷物科学原理》，周惠明，2003

鉴于赖氨酸是谷物饲料中的第一限制氨基酸，因此由表9-6可知，燕麦蛋白营养价值最高，大米蛋白次之，高粱、玉米和小麦的营养价值较低。

主要谷物储藏蛋白中必需氨基酸的含量情况见表9-7。由表中可知，因玉米醇溶蛋白中的色氨酸含量为“0”，导致玉米籽粒中色氨酸含量是较低的。

表9-7 主要谷物储藏蛋白中必需氨基酸摩尔分数（%）
类型	醇溶蛋白						类豆蛋白
	小麦		大麦醇溶蛋白	玉米醇溶蛋白	燕麦醇溶蛋白	稻谷醇溶蛋白	燕麦球蛋白	稻谷谷蛋白
	醇溶蛋白	谷蛋白
占籽粒氮的百分数	33	16	50	52	10	1-5	75	75-90
组氨酸	1.8	0.9	2.3	1.0	0.9	1.7	2.2	2.1
异亮氨酸	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
赖氨酸	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
苏氨酸	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
缬氨酸	4.2	3.5	4.7	3.6	7.6	7.0	6.4	6.8
说明：“～”，未检测。来源：Shewry，2007

1、小麦蛋白质

小麦是禾谷类作物中蛋白质含量最高的谷物，一般小麦的质量分级以蛋白质的高低为标准。小麦蛋白质按溶解性分为清蛋白、球蛋白、麦醇溶蛋白（又称为麦胶蛋白或醇溶麦谷蛋白）和麦谷蛋白，麦谷蛋白又包括可溶解于稀酸或稀碱的可溶性谷蛋白和不溶性谷蛋白（也称为残余蛋白或胶状蛋白）。清蛋白和球蛋白主要在小麦籽粒的皮层和胚部，麦醇溶蛋白和麦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，因此小麦制粉后，保留在面粉中的蛋白质主要是麦醇溶蛋白和麦谷蛋白，而麸皮和小麦胚芽中主要是清蛋白和球蛋白，清蛋白和球蛋白的氨基酸组成相对平衡，赖氨酸和蛋氨酸含量较高。

在小麦面粉中加水至含水量高于35%时，再用手工或机械进行糅合得到粘聚在一起具有粘弹性的面块，称为“面团”；面团在水中搓洗，淀粉和水溶性物质渐渐离开面团，冲洗后剩下一块具有粘合性、延伸性的胶皮状物质，称为“湿面筋”，湿面筋低温干燥后可得到“干面筋”；面筋中含蛋白质80%（干基），脂类8%，其余为灰分和碳水化合物。面筋中的蛋白质主要是麦醇溶蛋白和麦谷蛋白；麦醇溶蛋白是一大类具有类似特性的蛋白质，相对分子量约在30-80×103，单链，倾向于形成分子内二硫键，是造成面团粘合性的主要原因；麦谷蛋白也是一大类不同组分的蛋白质，相对分子量在80-130×103，高的可达上百万，由多条肽链通过分子间二硫键连接而成，是形成弹性的主要因素。面筋蛋白质中谷氨酰胺（或谷氨酸）含量很高，约占面筋蛋白质的35%，高的谷氨酰胺水平引起氮含量高，因此小麦中氮和蛋白质的换算系数应为5.7，而不是6.25。面筋蛋白质的氨基酸组成中脯氨酸的水平也较高，约占面筋蛋白质的14%，脯氨酸的肽键不易弯曲，高水平的脯氨酸使得蛋白质不易形成α-螺旋。面筋蛋白中碱性氨基酸如赖氨酸、精氨酸和组氨酸水平较低，缬氨酸和蛋氨酸也不高。

小麦中蛋白质的含量与小麦颗粒的硬度、角质率、容重等有一定的关系。一般的，高蛋白质小麦是硬麦，角质率含量高；蛋白含量低的是软麦，角质率低。

在饲料生产中，可利用小麦面筋蛋白良好的吸水性、粘弹性、吸脂乳化性等特性，改善制粒性能或粉料在水中的悬浮性。

2、玉米蛋白质

玉米籽粒中蛋白质含量一般在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时有玻璃质和不透明部分，是由于蛋白质的分配不同导致。玉米蛋白质主要以离散的蛋白质体和间质蛋白质存在于胚乳中，玉米籽粒中粗蛋白的40％～50％是人畜体内不能吸收利用的醇溶蛋白（亦称为胶蛋白）。从营养学的角度讲，玉米的蛋白质品质比起水稻和小麦籽粒中的蛋白质就要差得多，消化率也低，蛋白质的利用率只有57％左右。但玉米胚蛋白对水及脂肪的吸附均很强,故有很好的乳化性，是一种合适的蛋白添加剂和营养补充剂。

玉米蛋白质的氨基酸组成中，含量较高的是谷氨酸、脯氨酸和亮氨酸，赖氨酸、蛋氨酸、半胱氨酸和色氨酸是比较低的几种氨基酸（表9-8，表9-9）。玉米胚芽产品（玉米胚芽粕、玉米胚芽饼及玉米胚芽）中主要是清蛋白和球蛋白，玉米蛋白粉中的蛋白质则主要提取自胚乳，玉米DDGS则是玉米籽粒蛋白质的浓缩品。玉米中高含量的亮氨酸被认为与糙皮病的发生有连带关系（亮氨酸影响色氨酸代谢而诱发烟酸缺乏）。

表9-8 玉米蛋白质的氨基酸组成（％蛋白质）
氨基酸	清蛋白和球蛋白	玉米醇溶蛋白	交链玉米醇溶蛋白	谷蛋白
赖氨酸	4.18	0.46	0.57	4.38
组氨酸	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
苏氨酸	4.60	2.93	3.86	4.04
丝氨酸	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
缬氨酸	5.28	3.43	6.07	5.27
蛋氨酸	1.73	0.94	1.63	2.86
异亮氨酸	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 玉米胚乳中氨基酸组成（%蛋白质）
氨基酸	玉米胚乳中
赖氨酸	2.0
组氨酸	2.8
精氨酸	3.8
天冬氨酸	6.2
谷氨酸	21.3
色氨酸	0.6
苏氨酸	3.5
丝氨酸	5.2
脯氨酸	9.7
甘氨酸	3.2
丙氨酸	8.1
缬氨酸	4.7
胱氨酸	1.8
蛋氨酸	2.8
异亮氨酸	3.8
亮氨酸	14.3
酪氨酸	5.3
苯丙氨酸	5.3

3、稻谷蛋白质

稻谷中蛋白质含量一般比其他谷物低，其碱溶性的谷蛋白（米谷蛋白）含量很高，可占蛋白质总量的80%以上。工业生产中采用氢氧化钠来抽取大米蛋白，因此大米蛋白饲料尝起来“像碱的味道”。大米中蛋白质大部分分布在糊粉层，因此大米加工的越精细，碾去的糊粉层就越多，精米中蛋白质也就越少。

虽然稻谷蛋白质含量低于玉米和小麦，但其营养品质却高于玉米和小麦，主要表现在：①与一般禾谷类蛋白质相比，大米蛋白含赖氨酸、苯丙氨酸等必需氨基酸较多，含Lys高的谷蛋白占大米蛋白的80%以上，而品质差的醇溶蛋白含量低；②大米蛋白的氨基酸组成配比比较合理，大米蛋白的必需氨基酸组成比小麦蛋白、玉米蛋白的必需氨基酸组成更加接近于WHO认定的蛋白氨基酸最佳配比模式（表9-10）；③蛋白的利用率高，大米蛋白与其它谷物蛋白相比，生物价（BV值）和蛋白质效用比率（PER值）高（表9-11）；④低过敏性（与大豆蛋白、乳清蛋白相比），可以作为婴幼儿食品的配料，米粉可以作为3-6月龄幼儿的食品，因此，大米蛋白是幼小动物良好的低过敏性蛋白来源（表9-11）。

表9-10 大米蛋白、小麦蛋白、玉米蛋白的必需氨基酸组成（%蛋白质）
必需氨基酸	大米蛋白	小麦蛋白	玉米蛋白	WHO模式
赖氨酸	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
异亮氨酸	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
缬氨酸	5.8±0.4	4.22	5.70
苏氨酸	3.5±0.2	2.87	4.10

表9-11 几种蛋白质的生物价（BV）和蛋白质效用比率（PER）的比较
谷物	BV	PER
大米	77	1.36-2.56
小麦	67	1.0
玉米	60	1.2
大豆	58	0.7-1.8
鸡蛋	-	4.0
棉籽	-	1.3-2.1
说明：1、 蛋白质生物价：氮贮留量/氮吸收量；2、 蛋白质效用比率：幼小动物增加体重/摄入蛋白质的量。

4、燕麦蛋白质

去壳的裸燕麦有很高的蛋白质含量，燕麦中蛋白质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%），而醇溶谷蛋白仅占总蛋白的10~15%，谷蛋白约占20~25%。燕麦的氨基酸平衡也是非常好（与联合国粮农组织规定的标准蛋白质相比，表9-12），这在谷物中是独一无二的。燕麦蛋白质的氨基酸平衡的稳定性很好，不会像其他谷物因蛋白质含量的增加而相对性的下降。综上所述，燕麦蛋白质是动物优质的蛋白来源。

表9-12 燕麦及其组成部分的氨基酸组成（%蛋白质）
氨基酸	整粒燕麦	去壳燕麦	胚乳	FAO评分模式
赖氨酸	4.2	4.2	3.7	5.5
组氨酸	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	-
苏氨酸	3.3	3.3	3.3	-
丝氨酸	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	-
缬氨酸	5.8	5.3	5.5	5.0
脯氨酸	5.7	4.7	4.6	-
异亮氨酸	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：李安军

来源：动物营养之动态配方体系建设