韓宇鵬，王金晶，田金鳳，李崎*

1(江南大學，工業(yè)生物技術(shù)教育部重點實驗室，江蘇 無錫，214122)2(江南大學，釀酒科學與工程研究室，江蘇 無錫，214122)

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啤酒蛋白及其理化特性研究進展

韓宇鵬1,2，王金晶1,2，田金鳳1,2，李崎1,2*

1(江南大學，工業(yè)生物技術(shù)教育部重點實驗室，江蘇 無錫，214122)2(江南大學，釀酒科學與工程研究室，江蘇 無錫，214122)

啤酒蛋白是啤酒中的一類重要組成物質(zhì)，能夠?qū)ζ【粕a(chǎn)和品質(zhì)以及消費者健康產(chǎn)生一定的影響。目前，對于國內(nèi)外啤酒蛋白的研究主要集中于蛋白種類的鑒定以及蛋白含量的測定，但是關(guān)于它對啤酒質(zhì)量以及啤酒特性的影響，并沒有較為系統(tǒng)的研究。文中闡述了對于啤酒蛋白的部分研究方法和思路，同時對啤酒蛋白的未來研究方向做出了描述。

啤酒；啤酒蛋白；結(jié)構(gòu)；理化特性

啤酒是世界銷量最大的酒精類飲品，啤酒的色澤，泡沫，口感等是直接體現(xiàn)啤酒品質(zhì)的重要特性，其中啤酒的泡沫質(zhì)量是較為直觀的體現(xiàn)啤酒品質(zhì)的重要指標之一。潔白、細膩、優(yōu)質(zhì)的泡沫能夠給人以優(yōu)質(zhì)的口感和愉悅的心情，同時可以防止空氣中的氧氣所帶來的直接氧化和啤酒風味的損失。啤酒泡沫的性質(zhì)主要包括細膩度，潔白程度，掛杯性，泡持性等[1]，同時啤酒中的CO2，金屬離子，蛋白質(zhì)以及其他風味物質(zhì)等都能夠?qū)ζ【婆菽馁|(zhì)量產(chǎn)生影響，其中蛋白質(zhì)作為啤酒中含量較大的一類風味物質(zhì)對啤酒泡沫的質(zhì)量具有較大的影響[2]。啤酒中蛋白質(zhì)的含量大約為2～6 g/L，分子質(zhì)量主要分布于5 k～100 kDa。這些蛋白主要來源于原料中的水溶性蛋白及發(fā)酵過程中酵母代謝產(chǎn)生的蛋白，其中50%左右為大麥乳清蛋白，這些蛋白中的10%成為啤酒中的常見蛋白，如脂轉(zhuǎn)移蛋白LTP，蛋白質(zhì)Z等，它們也是啤酒中最早被確定直接影響泡沫品質(zhì)的重要蛋白[3-4]。在啤酒釀造過程中，部分蛋白因環(huán)境因素的影響會發(fā)生構(gòu)象的改變，多數(shù)蛋白被降解為多肽并最終沉淀或者被酵母利用[5]。而其中又有部分的蛋白能夠在制麥，糖化和煮沸過程中，與糖類發(fā)生糖化反應(yīng)，如美拉德反應(yīng)，其產(chǎn)物能夠耐受高溫[6]和抗酶解[7-8]，最終對啤酒的色澤、口感及泡沫性能都產(chǎn)生較大的影響[1, 9]。目前，國內(nèi)外對于啤酒中蛋白的研究仍舊集中于蛋白種類的鑒定和檢測，但關(guān)于蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和理化特性以及其對于啤酒質(zhì)量的影響，并沒有較為系統(tǒng)的研究。因此文中闡述了對于啤酒蛋白研究的部分思路和方法，同時對于啤酒蛋白未來的研究方向做出了描述。

1　啤酒中的主要蛋白

啤酒中的蛋白主要來源于其谷物原料以及酵母代謝產(chǎn)生的蛋白，同時部分蛋白經(jīng)過釀造過程中的酶解，修飾等作用，使得啤酒中蛋白類的種類增多，絕大多數(shù)蛋白對于啤酒泡沫的穩(wěn)定性以及啤酒品質(zhì)都具有較大影響。目前啤酒中的蛋白質(zhì)根據(jù)其特性和對于啤酒的影響主要可以分為以下6大類[10]。

1.1蛋白質(zhì)Z

蛋白質(zhì)Z是啤酒中最主要的蛋白，其來源于大麥中的胚乳，是大麥中主要的乳清蛋白之一。在已知的啤酒蛋白中，它是最早被發(fā)現(xiàn)擁有最高表面粘度和彈性的蛋白，同時它又能夠抵抗糖化過程中的酶解以及高溫的影響，最終對啤酒泡沫的穩(wěn)定性產(chǎn)生作用[11]。之前的研究中雙向電泳技術(shù)被運用到對糖化液和麥汁中的蛋白以及沉淀進行分析，也發(fā)現(xiàn)雖然蛋白質(zhì)Z具有較高的熱穩(wěn)定性，但是少量的蛋白質(zhì)Z也會在煮沸過程中通過結(jié)合小分子的多肽而沉淀[12]。HEJGARRD等[13]發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)Z由Z4，Z7和Zx等不同亞型構(gòu)成，且不同的亞型由大麥中不同的染色體編碼，而這其中蛋白質(zhì)Z4的含量約為蛋白質(zhì)Z總量的80%。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，蛋白質(zhì)Z4和Z7分別對于啤酒泡沫的穩(wěn)定性起著正面和負面的影響[14]。同時經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，蛋白質(zhì)Z在制麥過程的第2天即被監(jiān)測到與糖類發(fā)生糖化反應(yīng)，其中16%的賴氨酸殘基能夠發(fā)生美拉德反應(yīng)，且經(jīng)過修飾的蛋白質(zhì)Z能夠?qū)ζ【婆菽姆€(wěn)定性產(chǎn)生積極的影響。

1.2脂轉(zhuǎn)移蛋白LTP

脂轉(zhuǎn)移蛋白LTP來源于大麥中的糊粉層，其含量約占啤酒蛋白總量的1%。雖然其相對含量較低，但對于啤酒影響較大，能夠直接影響啤酒的起泡性。研究發(fā)現(xiàn)LTP由LTP1, LTP2兩個亞型構(gòu)成，其分子質(zhì)量分別為9 kDa和7 kDa，同時其對于啤酒泡沫的起泡能力分別具有正面以及負面的影響。脂轉(zhuǎn)移蛋白的二級結(jié)構(gòu)含有4個螺旋線結(jié)構(gòu)，由4個二硫鍵穩(wěn)定，同時有一個典型的碳端結(jié)構(gòu)，此碳端結(jié)構(gòu)在LTP內(nèi)部形成一個疏水空腔，不同脂類物質(zhì)如脂肪酸，?；o酶A等可以與LTP在此空腔內(nèi)進行結(jié)合[15]。LTP在制麥的第3天也被發(fā)現(xiàn)發(fā)生糖化作用，經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)只有被糖類修飾過的LTP才具有起泡能力[16-17]。部分研究通過運用分子模擬的方法發(fā)現(xiàn)酒花中異α-酸可以吸附于游離的脂轉(zhuǎn)移蛋白LTP分子上，加強被吸附LTP的泡沫吸附能力而增強啤酒泡沫的穩(wěn)定性[18]。

1.3氯仿/甲醇可溶蛋白

氯仿/甲醇可溶性蛋白主要為α-淀粉酶/胰蛋白酶抑制劑中的部分蛋白，其中含量最多的為CM蛋白。這類蛋白大多能夠引起啤酒的渾濁，最終降低啤酒的非生物穩(wěn)定性。之前的研究中通過采用飛行時間質(zhì)譜以及雙向電泳相結(jié)合的方式檢測和鑒定啤酒中部分渾濁蛋白，同時啤酒生產(chǎn)過程中硅藻土等過濾助劑的添加能夠吸附以及沉淀氯仿/甲醇可溶蛋白[19-20]。研究過程中還發(fā)現(xiàn)這類蛋白主要由中低分子量的蛋白構(gòu)成，且由于總含量較少，種類又較多，單一蛋白的含量難以滿足部分相應(yīng)的研究，限制了對其認知的發(fā)展，因此目前對于氯仿/甲醇可溶蛋白的研究仍處于鑒定識別階段。

1.4大麥二聚體α-淀粉酶抑制劑-1

大麥二聚體α-淀粉酶抑制劑-1 (BDAI-1)被認為是既對泡沫有好處同時又能夠引起啤酒渾濁的蛋白，其在啤酒生產(chǎn)中還可以阻礙淀粉酶的作用，影響原料的利用率。SALT等[21]運用二級質(zhì)譜分析證明了BDAI-1是一種泡沫相關(guān)蛋白，同時IIMURE等[22]又確定BDAI-1以及CMb，BTI-CMb是引起啤酒渾濁的可能因素。

1.5醇溶蛋白

醇溶蛋白是大麥中一類重要的貯藏蛋白，其分子質(zhì)量主要分布于10～35 kDa。根據(jù)電泳遷移率的不同可將醇溶蛋白分為B-，C-，D-和γ-醇溶蛋白。其中B-，C-醇溶蛋白分別占醇溶蛋白總含量的70%～80%以及10%～12%。在制麥過程中，醇溶蛋白已經(jīng)會被酶解為低分子量的多肽，其中分子質(zhì)量在23 kDa和17 kDa附近的醇溶蛋白對于泡沫活性有益[23]。啤酒中的部分醇溶蛋白作為過敏抗原也可能引起消費者的腹瀉[24]。目前對于醇溶蛋白的研究受限于其經(jīng)過啤酒釀造后能夠完整保留的蛋白較少，同時降解后的多肽又與其他小分子多肽重疊，增加了分離的難度。因此對醇溶蛋白的純化以及結(jié)構(gòu)特性等的研究都較難進行，關(guān)于其對于啤酒以及泡沫的具體影響仍需進一步的研究。

1.6酵母代謝蛋白

麥汁發(fā)酵過程中，由于酵母代謝產(chǎn)生的蛋白也能在啤酒中被檢測到。大多數(shù)的酵母代謝蛋白對于泡沫以及啤酒具有負面影響，如蛋白酶A。這類蛋白能夠降解啤酒中的泡沫活性蛋白，降低啤酒的非生物穩(wěn)定性，最終影響啤酒品質(zhì)。IIMURE等[25]通過使用二維電泳技術(shù)檢測了11種啤酒樣品，證明了蛋白酶A能夠分解啤酒中的LTP1，從而降低啤酒的起泡性。FASOLI等[26]確定了啤酒中的40種酵母蛋白，其中細胞質(zhì)中的硫氧還蛋白，烯醇酶和磷酸丙酮異構(gòu)酶被檢測到，這幾種蛋白的測定說明隨著酵母細胞的損傷，酵母內(nèi)部影響啤酒穩(wěn)定性的物質(zhì)也因此釋放，最終影響到啤酒品質(zhì)。雖然隨著技術(shù)的發(fā)展，通過改善工藝穩(wěn)定啤酒酵母釀造過程中的生化條件及啤酒風味物質(zhì)具有一定的可行性，但是對于如何通過工藝的改善控制啤酒酵母老化而引起的啤酒品質(zhì)的下降仍舊需要進一步的研究。

2　啤酒蛋白的分離與制備方法

蛋白的分離和制備是研究其結(jié)構(gòu)以及性質(zhì)的前提和關(guān)鍵。常見的啤酒蛋白制備方法主要包括：鹽析法，有機溶劑沉淀法，非變性凝膠電泳法等。隨著蛋白組學以及基因組學技術(shù)的發(fā)展，啤酒蛋白的純化和制備隨之得到進一步的發(fā)展。

2.1雙向電泳法

雙向電泳(two-dimensional gel electrophoresis, 2DE)是由橫向的等電聚焦電泳和縱向的聚丙烯酰胺凝膠電泳構(gòu)成。雙向電泳法目前在啤酒蛋白分析和鑒定中得到很好的發(fā)展，其對于啤酒蛋白這種組分較為復(fù)雜的體系具有較好的分離度，適用于比較分析啤酒釀造過程中蛋白質(zhì)組成的變化?，F(xiàn)階段隨著質(zhì)譜技術(shù)的發(fā)展，雙向電泳技術(shù)與質(zhì)譜技術(shù)結(jié)合使用，使得啤酒蛋白的分離和鑒定效率大大提高。 TAKASHI等[25]人利用雙向電泳與質(zhì)譜結(jié)合的方式鑒定出了啤酒中的BDAI-1，蛋白質(zhì)Z，LTP等啤酒蛋白，同時也研究麥汁煮沸過程中蛋白質(zhì)含量以及組分的變化情況[27]。XU等[28]利用雙向電泳法研究了啤酒酵母老化過程中酵母細胞內(nèi)部蛋白質(zhì)組分的變化情況，分析了部分酵母蛋白與啤酒非生物穩(wěn)定性的關(guān)系。雖然雙向電泳技術(shù)具有較好的分離度和可視性，但仍存在操作復(fù)雜，可重復(fù)性較差等缺點，且經(jīng)過雙向電泳技術(shù)分離的蛋白因蛋白存在變性和結(jié)構(gòu)的破裂并不能夠用于蛋白結(jié)構(gòu)和理化特性的研究。

2.2高效液相色譜

高效液相色譜技術(shù)(high performance liquid chromatography, HPLC)是兼?zhèn)錂z測和分離的一種高靈敏技術(shù)，具有檢測效率高，分離度較好，應(yīng)用廣泛的特點?，F(xiàn)階段制備以及半制備型高效液相色譜的使用，使得檢測物質(zhì)的分離提純更加的高效。同時高效液相色譜可以與質(zhì)譜結(jié)合使用，使得待檢測物質(zhì)如蛋白的測定更為便捷，同時標準品的標定，可以定量研究待測樣品具體的含量。SILVA等[5]采用RP-HPLC和SDS-PAGE對兩種麥芽及其制備的麥汁和啤酒進行了研究，同時跟蹤分析了發(fā)芽期間以及麥汁和成品啤酒中蛋白質(zhì)組分的變化情況。PETRY-PODGRSKA等[29]采用MALDI-TOF MS/MS和二維高效液相 (2D-HPLC)相結(jié)合的方式，通過“鳥槍法”研究監(jiān)測到制麥過程中部分大麥蛋白的糖化現(xiàn)象，其中檢測到約有1/3的大麥蛋白氨基酸殘基存在潛在糖化位點。

2.3基因工程技術(shù)

近年來基因工程技術(shù)逐漸被用于分子改造和蛋白的制備，隨著基因工程技術(shù)的發(fā)展，逐漸形成了操作簡便，應(yīng)用范圍廣的特點。通過提取目的蛋白基因，進行同源或異源表達，從而獲得大量的重組目的蛋白，尤其適用于啤酒中部分含量較少，提取較為復(fù)雜的蛋白。啤酒中蛋白種類繁多，大部分的單一蛋白相對含量較少，部分關(guān)鍵蛋白分離提純較為困難，通過采用基因工程技術(shù)進行體外大量表達，有助于研究蛋白的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系，方便研究其對于啤酒品質(zhì)的影響。HAN[30]等利用基因工程技術(shù)，在畢赤酵母表達系統(tǒng)內(nèi)表達蛋白質(zhì)Z，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過糖基化后的蛋白質(zhì)Z具有更高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。同時利用篩選基因缺陷型的原料，可用于研究關(guān)鍵物質(zhì)對于啤酒品質(zhì)的影響。TAKASHI等[31]通過篩選1 564種大麥樣品，得到蛋白質(zhì)Z4以及Z7單缺以及雙缺陷型的大麥品種，用以研究了蛋白質(zhì)Z4以及Z7對于啤酒泡沫的相互關(guān)系。雖然基因技術(shù)近年來發(fā)展迅速，受限于部分蛋白的種類以及基因序列的認識缺失，利用基因擴增技術(shù)獲得啤酒中的蛋白仍處于初級階段。

2.4蛋白質(zhì)的化學合成

化學合成是一條快速高效的蛋白質(zhì)合成方式，同時可以方便引入非天然氨基酸，改變氨基酸側(cè)鏈的修飾方式，從而對蛋白引入新的活性基團以及改變其結(jié)構(gòu)特性。但是化學合成只適用于氨基酸序列較短的蛋白，同時合成過程中易形成蛋白質(zhì)聚集體，造成合成的蛋白質(zhì)復(fù)雜化，增加后期純化和研究的難度。

3　啤酒蛋白結(jié)構(gòu)研究

蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)為蛋白質(zhì)的組成基礎(chǔ)。蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)體現(xiàn)了蛋白質(zhì)肽鏈局部的穩(wěn)定構(gòu)象，同時也體現(xiàn)了氨基酸殘基間的氫鍵構(gòu)成，是蛋白質(zhì)高級構(gòu)象的基礎(chǔ)。而蛋白質(zhì)三級和四級結(jié)構(gòu)則直接決定著蛋白質(zhì)的功能。

3.1圓二色譜法

蛋白質(zhì)的氨基酸殘基在遠紫外區(qū) (190～250 nm)具有光學吸收性，同時具有旋光色散性(ORD)。圓二色譜 (circular dichroism, CD)方法利用蛋白質(zhì)的旋光性通過測量其在紫外吸收區(qū)的旋光性，擬合標準蛋白的橢圓率計算出蛋白的二級結(jié)構(gòu)。圓二色譜法具有樣品用量少，可回收，時間短的優(yōu)點。在啤酒釀造過程中，酶的參與以及釀造環(huán)境的復(fù)雜化，使得蛋白會發(fā)生相應(yīng)的改變，通過使用圓二色譜法可以研究啤酒釀造過程中蛋白結(jié)構(gòu)的變化，推測其結(jié)構(gòu)的特性與最終產(chǎn)品品質(zhì)之間的相關(guān)性。SANDRINE[32]等通過高效液相分離了啤酒泡沫蛋白LTP1，運用圓二色譜的方法研究了大麥以及麥芽中脂轉(zhuǎn)移蛋白LTP1的二級結(jié)構(gòu)的區(qū)別，并發(fā)現(xiàn)經(jīng)過啤酒釀造過程后，部分修飾的發(fā)生使得LTP1發(fā)生構(gòu)象的變化，經(jīng)過修飾后的 LTP1才具有了較強的起泡能力[32]。

3.2傅立葉變換紅外光譜法

蛋白質(zhì)中不同原子以及官能團具有不同的紅外特性。紅外光譜方法研究蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)具有用量少，時間短的優(yōu)點，還可以對固體以及粘度較高的蛋白質(zhì)進行研究。蛋白質(zhì)的傅立葉變換紅外光譜 (fourier transform infrared spectrometry, FTIR)中，由于構(gòu)成蛋白二級結(jié)構(gòu)的氫鍵在光譜中的酰胺區(qū)具有特征峰，其可用于分析蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)構(gòu)成。其中波數(shù)在1 700～1 600 cm-1的與蛋白質(zhì)氨基酸中的羰基鍵有關(guān)的酰胺Ⅰ區(qū)以及在1 570 cm-1的與蛋白質(zhì)N-H鍵在肽面上的彎曲振動相關(guān)的酰胺Ⅳ區(qū)對于蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的分析具有重要意義[33]。通過分析蛋白的紅外光譜，不僅可以結(jié)合相關(guān)軟件擬合蛋白二級結(jié)構(gòu)的相對含量，同時可以預(yù)測蛋白中官能團的變化。YUPENG HAN等[34]通過采用圓二色譜以及傅立葉變換紅外光譜結(jié)合的方法，研究麥汁糖化和煮沸過程中蛋白質(zhì)Z的二級結(jié)構(gòu)變化，發(fā)現(xiàn)其在啤酒釀造過程中蛋白質(zhì)Z的二級結(jié)構(gòu)主要從α-螺旋和β-折疊逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)棣?轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲結(jié)構(gòu)，且糖類的修飾可能為引起蛋白質(zhì)Z結(jié)構(gòu)變化的主要原因。

3.3核磁共振法

核磁共振法 (nuclear magnetic resonance method, NMR)是通過測量縮合反應(yīng)后氨基酸殘基上化學位移的方向預(yù)測蛋白質(zhì)的二級以及三級結(jié)構(gòu)。相比傅立葉變換紅外光譜法以及圓二色譜法，核磁共振法對蛋白樣品的純度要求高，用量大，測量周期長，這些因素限制了其在蛋白研究過程中的應(yīng)用。目前在啤酒蛋白的研究中，使用核磁共振法測定啤酒蛋白結(jié)構(gòu)的研究仍舊較為空白。VADIM等[35]通過研究試管中標記蛋白的三級結(jié)構(gòu)，確定了一種蛋白N端糖基化的形式。

3.4X射線晶體衍射

X射線晶體衍射 (X-ray crystalline diffraction)法是研究蛋白質(zhì)三級以及四級結(jié)構(gòu)的有效方法，它可以測定蛋白質(zhì)各層次間的結(jié)構(gòu)特性以及其與其他分子間相互作用的情況，如糖類，脂類等。利用晶體衍射的方法也可以測定蛋白的二級結(jié)構(gòu)，但受限于昂貴的實驗儀器，蛋白純品也較難獲得，同時當測定分辨率較低時，會影響分子內(nèi)細節(jié)的分析，模糊度也會相應(yīng)的提高，這些特點都使得此方法并不適合單獨測定蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)。目前，在啤酒蛋白研究中，脂轉(zhuǎn)移蛋白LTP的晶體結(jié)構(gòu)已經(jīng)得到解析，其對于啤酒起泡性的影響通過結(jié)構(gòu)的解析也被進一步確定。

3.5蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)模擬預(yù)測

由于氨基酸序列測定技術(shù)以及計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，根據(jù)氨基酸序列依托已知結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫利用計算機軟件模擬可以快速有效的推測蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，此方法已經(jīng)成為一種比較有效的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分析手段。通過計算機模擬的方法可以進一步預(yù)測蛋白質(zhì)的功能區(qū)間。目前蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測方式主要通過3種原理進行，第一類以數(shù)據(jù)統(tǒng)計為基礎(chǔ)，通過已知蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與氨基酸殘基數(shù)的關(guān)系，預(yù)測蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)；第二類是以能量最小化的方式進行預(yù)測；第三類依托立體化學進行預(yù)測。在啤酒蛋白研究中，使用蛋白模擬預(yù)測的方式，可以避免晶體衍射法的高額費用和繁瑣的步驟，快速有效的研究啤酒中關(guān)鍵蛋白的結(jié)構(gòu)。但是其研究必須依托于具有較高同源性的已知結(jié)構(gòu)蛋白，因此其在啤酒蛋白研究中受到一定程度限制。

4　啤酒蛋白性質(zhì)研究

4.1免疫特性研究

有研究表明蛋白質(zhì)Z4、脂轉(zhuǎn)移蛋白LTP1以及部分渾濁蛋白都是主要的啤酒過敏抗原，能夠引起部分消費者的蕁麻疹以及IgE速發(fā)型過敏反應(yīng)[2]。因此酶聯(lián)免疫法能夠快速定位和識別啤酒中含量較為微少的抗原或抗體，且具有識別率較高的優(yōu)點。ISHIBASHI等人[36]采用酶聯(lián)免疫吸附法測定引起啤酒渾濁的蛋白質(zhì)。賈娟[37]應(yīng)用單克隆抗體ELISA法檢測啤酒中的蛋白質(zhì)Z4并且成功獲得蛋白質(zhì)Z4的單克隆抗體,在檢測啤酒泡沫中的蛋白方面的研究得到初步的發(fā)展。

4.2熱穩(wěn)定性研究

啤酒糖化和煮沸過程中溫度變化巨大，且原料中的蛋白經(jīng)過了釀造過程中高溫、酶解等，最終形成影響啤酒品質(zhì)的物質(zhì)。所以測定啤酒中蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)定性對于提高啤酒品質(zhì)具有重要意義。示差掃描量熱法(differential scanning calorimetry, DSC)是最常用的測定蛋白質(zhì)熱穩(wěn)定性的方法，可以檢測蛋白質(zhì)的燃燒焓以及變性能量和溫度， DSC還有助于研究啤酒中的酶學反應(yīng)動力學。

4.3蛋白質(zhì)二硫鍵研究

蛋白質(zhì)中二硫鍵的存在影響著蛋白質(zhì)的變性，復(fù)性以及功能區(qū)間。蛋白質(zhì)中二硫鍵的破壞會導(dǎo)致蛋白質(zhì)功能的喪失以及穩(wěn)定性的下降。蛋白質(zhì)的二硫鍵主要采用Ellman分光光度法測定，此方法測定比較簡單，成本較低，適合啤酒行業(yè)的大規(guī)模使用。目前，啤酒蛋白研究中，對于其二硫鍵知識較為缺少，因此測定啤酒中蛋白質(zhì)的二硫鍵含量對于了解啤酒的渾濁形成以及非生物穩(wěn)定性都具有很重要的意義。

4.4蛋白疏水性測定

蛋白質(zhì)的疏水區(qū)域?qū)τ诰S持泡沫的穩(wěn)定性具有重要作用。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，對于啤酒泡沫影響較大的蛋白質(zhì)Z以及脂轉(zhuǎn)移蛋白LTP都具有較高的疏水性，且蛋白疏水性對于啤酒泡沫的穩(wěn)定性和起泡性具有正面影響。DOUMA[11]測定了與啤酒泡沫穩(wěn)定性有關(guān)的蛋白質(zhì)的疏水性，同時確定對啤酒泡沫穩(wěn)定性有關(guān)的蛋白質(zhì)Z具有較高的疏水性和黏度。

4.5蛋白質(zhì)氨基酸殘基的測定

啤酒釀造過程中部分蛋白會被酶降解，部分蛋白質(zhì)會發(fā)生絮凝沉淀，而熱穩(wěn)定性較高的蛋白的氨基酸側(cè)鏈會發(fā)生糖化等修飾，上述反應(yīng)都與蛋白質(zhì)氨基酸側(cè)鏈組成有關(guān)。質(zhì)譜技術(shù)作為一種譜學技術(shù)在啤酒研究中廣泛應(yīng)用于蛋白種類的鑒定以及氨基酸側(cè)鏈修飾的研究[38]。質(zhì)譜分析具有樣品用量少，分析準確，操作方便等特點?，F(xiàn)代質(zhì)譜技術(shù)通過與液相，氣相等聯(lián)用，增加了應(yīng)用范圍和準確性。大規(guī)模分析軟件的應(yīng)用以及數(shù)據(jù)庫的建立，使得質(zhì)譜分析敏感程度大大提高。串聯(lián)質(zhì)譜的使用使得蛋白質(zhì)氨基酸殘基上的修飾也能夠得到檢測，質(zhì)譜技術(shù)還可以用于研究蛋白質(zhì)的磷酸化，二硫鍵位點等。在啤酒釀造中，部分的蛋白會發(fā)生糖化修飾作用，其對最終的產(chǎn)品品質(zhì)都有重要影響，但是目前對于蛋白糖化位點的檢測仍處于起步階段。ONDREJ等[39]運用基質(zhì)輔助激光解析電離飛行時間質(zhì)譜(MALDI-TOF MS/MS)建立了啤酒中的蛋白以及麥芽低聚糖的指紋圖譜。測定蛋白質(zhì)氨基酸的側(cè)鏈，可以有助于了解和推測其修飾以及酶的作用位點，有助于建立啤酒蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)信息庫，從而對啤酒成品的穩(wěn)定性進行預(yù)判，最終從實際生產(chǎn)的工藝改善中控制啤酒的品質(zhì)。

5　啤酒蛋白的未來研究方向

啤酒蛋白組分復(fù)雜，其對于啤酒的影響和原理目前還不能明確得知。啤酒泡沫作為一個重要指標，其形成和穩(wěn)定與啤酒中的蛋白密不可分[40-41]。因此對于啤酒原料中蛋白的研究，對于改善啤酒質(zhì)量以及其啤酒泡沫性能都較為重要。過去幾年，蛋白組學技術(shù)快速發(fā)展，啤酒的蛋白和多肽被逐漸鑒定。其中的LTP1，蛋白質(zhì)Z，BTI-CMe，CMb，BDAI-1，醇溶蛋白等已經(jīng)成為啤酒和泡沫品質(zhì)，啤酒渾濁和泡沫噴涌起因的研究點。但是之前的研究對于各種蛋白在其釀造過程中結(jié)構(gòu)和理化特性的變化涉及較少，尤其是關(guān)鍵蛋白如蛋白質(zhì)Z，蛋白酶A，脂轉(zhuǎn)移蛋白LTP等。因此使用簡單可行的蛋白純化方式，采用新技術(shù)建立可靠的物化特性研究手段，以及研究蛋白的修飾作用，如糖化和糖基化等，對于最終產(chǎn)品質(zhì)量的控制都具有重要意義。同時收集蛋白在制麥，糖化，煮沸和發(fā)酵過程中的數(shù)據(jù)信息。利用蛋白數(shù)據(jù)信息庫建立其與啤酒質(zhì)量關(guān)系模型。在啤酒生產(chǎn)過程中，通過快速有效的檢測啤酒中的蛋白水平，判斷啤酒及泡沫的品質(zhì)，為穩(wěn)定和提高產(chǎn)品的品質(zhì)提供依據(jù)。

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Research progress on structure and physicochemical properties of proteins in beer

HAN Yu-peng1,2, WANG Jin-jing1, 2, TIAN Jin-feng1,2, LI Qi1, 2*

1(The Key Laboratory of Industrial Biotechnology, Ministry of Education, Jiangnan University, Wuxi 214122, China)2(The Laboratory of Brewing Science and Technology, Jiangnan University, Wuxi 214122, China)

Proteins are important components in beer, which can affect both the health of consumers and the quality of beer productions. At present, researches on beer proteins were mainly focused on the identification and quantification of proteins in beer, the researches on its influences on the beer quality and characteristics were limited. In this article, some research methods used for study of beer proteins were presented. Meanwhile, the researches directions on beer proteins were also introduced.

beer; beer proteins; structure; physicochemical properties

10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201609045

碩士研究生(李崎教授為通訊作者,E-mail： liqi@jiangnan.edu.cn)。

江蘇高校優(yōu)勢學科建設(shè)工程資助項目(PAPD)；國家創(chuàng)新基金(09C26213203751)；江蘇省第四期“333高層次人才培養(yǎng)工程”(BRA2012048)；教育部新世紀人才支持計劃項目資助(No.NCET-10-0453)；國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃，No.2012AA021303和No.2013AA102106-03)；國家自然科學基金(No.31271919，No. 31571942和No.31301539)；國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃(973計劃，No.2010CB735706)；江蘇省自然科學基金(BK20150159)

2015-03-19，改回日期：2016-04-22