Свойства и структурные особенности белков нативных и модифицированных концентратов из белого и коричневого риса

Описаны физико-химические свойства и структурные особенности белков концентратов (БК) из белого и коричневого риса. Установлены отличия в степени протеолиза и взаимосвязь функционально-технологических свойств белков с их структурой. Белки из белого риса имели более низкие молекулярные массы (ММ), чем белки из коричневого риса: 1,3–199,5 кДа против 1,5–251,1 кДа. У БК из белого риса большая часть белков сосредоточена в 3 низкомолекулярных фракциях (ММ 11,7–27,5 кДа), тогда как у БК из коричневого риса — в одной с высокой ММ (182–251,1 кДа). В процессе гидролиза ММ белков (ВМ) БК из белого риса понижались с 199,5 до 120,2 кДа с образованием пептидов с ММ < 1,3 кДа, тогда как при гидролизе белков БК из коричневого риса ММ не изменялись. В составе БК из белого риса флавоноиды взаимодействовали с фракциями белков с ММ 131, 10 и 4,0 кДа, а в БК из коричневого риса — только с одной фракцией с ММ 216 кДа. Количество флавоноидов в БК из белого риса в 2,3 раза меньше, чем в БК из коричневого риса. Для БК установлены элементы вторичной структуры белков: α — спираль, 3₁₀ — спираль, β–структура, β–изгибы и неупорядоченная форма. Протеолиз белков сопровождался уменьшением α-спиралей, увеличением β-структуры и нерегулярных участков, ослаблением гидрофобных свойств белков и повышением количества S–S связей: БК из коричневого риса характеризовались большим содержанием –СН₂ групп семейства флавоноидов, а также более высокой степенью ненасыщенности групп бензольных ядер, кетонных и сложноэфирных группировок. Выявлена отрицательная корреляция между пенообразующей способностью БК и верхними границами значений ММ (r = — 0,95), количеством ВМ белков (r = — 0,80) и константами агрегации (r = — 0,8 и — 1,0) и положительная корреляция (r = + 0,8) — с количеством S–S связей. Высокая пенообразующая способность взаимосвязана с белками с ММ не более 120 кДа. Результаты предназначены для регулирования функциональных свойств белковых продуктов на основе особенностей физико-химических свойств нативных и модифицированных белков.

1. Amanullah, Fahad, S. (2017). Rice — Technology and Production. InTech. Croatian, 2017. https://doi.org/10.5772/64480

2. Anugrahati, N. A., Pranoto, Y., Marsono, Y., Marseno D. W. (2017). Physicochemical properties of rice (Oryza sativa L.) flour and starch of two Indonesian rice varieties differing in amylose content. International Food Research Journal, 24(1), 108–113.

3. WHO. (2021). Production of Rice, paddy: Top 10 producers 2019. Retrieved from http://www.fao.org/faostat/en#data/QCL/visualize. Accessed September 24, 2022.

4. Arije, O. O., Adewumi, B. A., Olayanju, T. M. A., Adetifa, B. O. (2019). A comparative study of physical properties of selected rice varieties in Nigeria. Foods and Raw Materials, 7(1), 4–9. https://doi.org/10.21603/2308–4057–2019–1–4–9

5. Chen, L. Y., Miao, Y., Sato, S., Zhang, H. (2008). Near infrared spectroscopy for determination of the protein composition of rice flour. Food Science and Technology Research, 14(2), 132–138. https://doi.org/10.3136/fstr.14.132

6. Касымова, М. К., Айтбаева, А. Ж., Орымбетова, Г. Э., Мамаева, Л. А. (2016). Возможность использования рисовой муки при технологии маффин. Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований, 12(7), 1282–1286.

7. Odenigbo, A. M., Ngadi, M., Manful, J., Danbaba, N. (2013). Starch fraction profiles of milled, nonparboiled rice varieties from Nigeria. International Journal of Food Sciences and Technology, 48(12), 2535–2540. https://doi.org/10.1111/ijfs.12246

8. Аsante, M. D. (2017). Breeding Rice for Improved Grain Quality. Chapter in a book: Advances in International Rice Research. London: InTechopen, 2017. https://doi.org/10.5772/66684

9. Bao, J. (2019). Rice: Chemistry and Technology. Eagan, Minnesota: Woodhead and AACC International Press, 2019.

10. Jayaprakash, G., Bains, A., Chawla, P, Fogarasi, M. Fogarasi, S. (2022). А narrative review on rice proteins: Current scenario and food industrial application. Polymers, 14(15), Article 3003. https://doi.org/10.3390/polym1415300

11. Hoogenkamp, H., Kumagai, H., Wanasundara, J. P. D. (2017). Rice Protein and Rice Protein Products. Chapter in a book: Sustainable Protein Sources. Academic Press, 2017. https://doi.org/10.1016/B978–0–12–802778–3.00003–2

12. Зеленский, Г. Л. (2016). Рис: Биологические основы селекции и агротехники. Краснодар: КубГАУ, 2016.

13. Зеленская, О. В., Зеленский, Г. Л., Остапенко, Н. В., Туманьян, Н. Г. (2018). Генетические ресурсы риса (Oryza sativa L.) с окрашенным перикарпом зерна. Вавиловский журнал генетики и селекции, 22(3), 296–303. https://doi.org/10.18699/VJ18.363

14. Pantoa, T., Baricevic-Jones, I., Suwannaporn, P., Kadowaki, M., Kubota, M., Roytrakul, S. et al. (2020). Young rice protein as a new source of low allergenic plant-base protein. Journal of Cereal Science, 93(24), Article 102970. https://doi.org/10.1016/j.jcs.2020.102970

15. Wongthaweewatana, I., Srinophakun, T. R., Saramala, I., Kasemwong, K. (2021). Production of milk analogues from rice bran protein hydrolysate using the subcritical water technique. Food Science and Technology, 41(3), 722–729. https://doi.org/10.1590/fst.16520

16. Rathna Priya, T. S., Eliazer Nelson, A. R. L., Ravichandran, K., Usha, A. (2019). Nutritional and functional properties of coloured rice varieties of South India: A review. Journal of Ethnic Foods, 6, Article 11. https://doi.org/10.1186/s42779–019–0017–3

17. Sumczynsk, D., Kotásková, E., Druzˇbíková, H., Mlcˇek, J. (2016). Determination of contents and antioxidant activity of free and bound phenolics compounds and in vitro digestibility of commercial black and red rice (Oryza sativa L.) varieties. Food Chemistry, 211, 339–346. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2016.05.081

18. Shao, Y., Hu, Z., Yu, Y., Mou, R., Zhu, Z., Beta, T. (2018). Phenolic acids, anthocyanins, proanthocyanidins, antioxidant activity, minerals and their correlations in non-pigmented, red, and black rice. Food Chemistry, 239, 733–741. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2017.07.009

19. Singh, N. K., Rani, M., Sharmila, R. T., Yadav, A. K. (2017). Flavonoids in rice, their role in health benefits. MOJ Food Processing Technology, 4(3), 96–99. https://doi.org/10.15406/mojfpt.2017.04.00095

20. Huang, Y. P., Lai, H. M. (2016). Bioactive compounds and antioxidative activity of colored rice bran. Journal of Food and Drug Analysis, 24, 564–574. https://doi.org/10.1016/j.jfda.2016.01.004

21. Chen, M. H., McClung, A. M., Bergman, C. J. (2017). Phenolic content, anthocyanins and antiradical capacity of diverse purple bran rice genotypes as compared to other bran colors. Journal Cereal Science, 77, 110–119. https://doi.org/10.1016/j.jcs.2017.07.010

22. Pal, P., Singh, N., Kaur, P., Kaur, A., Virdi, A. S., Parmar, N. (2016). Comparison of composition, protein, pasting, and phenolic compounds of brown rice and germinated brown rice from different cultivars. Cereal Chemistry, 93(6), 584–592. https://doi.org/10.1094/CCHEM-03–16–0066-R

23. Wang, C., Хu, F., Li, D., Zhang, M. (2015). Physico-chemical and structural properties of four rice bran protein fractions based on the multiple solvent extraction method. Czech Journal of Food Sciences, 33(3), 283–291. https://doi.org/10.17221/462/2014-CJFS

24. Kolpakova, V. V., Chumikina, L. V., Arabova, L. I., Lukin, D. N., Topunov, A. F., Titov, E. I. (2016). Functional technological properties and electrophoretic composition of modified wheat gluten. Foods and Raw Materials, 4(2), 48–57. http://doi.org/10.21179/2308–4057–2016–2–48–57

25. Liang, H., Gu, B., Wang, T., Rong, L., Sun, W., Wu, Z. (2022). Relationship between protein structure and eating quality of rice under different nitrogen application rate. Cereal Chemistry, 99(3), 692–703. https://doi.org/10.1002/cche.10530

26. Zhang, X., Wang, L., Chen, Z., Li, Y., Luo, X., Li, Y. (2019). Effect of electron beam irradiation on the structural characteristics and functional properties of rice proteins. RSC Advances, 9(24), 13550–13560. https://doi.org/10.1039/C8RA10559F

27. Yao, G., Guo, Y., Cheng, T., Wang, Z., Li, B., Xia, C. et al. (2022). Effect of γ-irradiation on the physicochemical and functional properties of rice protein. Food Science and Technology (Campinas), 42, Article e12422. https://doi.org/10.1590/fst.12422

28. Li, T., Wang, L., Chen, Z., Zhang, X., Zhu, Z. (2020). Functional properties and structural changes of rice proteins with anthocyanins complexation. Food Chemistry, 331(1), Article 127336. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2020.127336

29. Kolpakova, V. V., Lukin, N. D., Gaivoronskaya, I. S. (2018). Interrelation of functional properties of protein products from wheat with the composition and physicochemical characteristics of their proteins. Chapter in a book: Global Wheat Production. London: InTechopen, 2018. http://doi.org/10.5772/intechopen.75803

30. Колпакова, В. В., Чумикина, Л. В., Фан, Ч. К., Арабова, Л. И., Шевякова, Л. В., Бессонов, В. В. (2016). К вопросу об эффективности различных способов ферментативного выделения белковых концентратов из белого и коричневого риса. Аграрная Россия, 2, 12–20. http://doi.org/10.30906/1999–5636–2016–2–12–20

31. Брун, E. (2003). Жидкостная хроматография полимеров: настоящее и будущее. Российский химический журнал, 47(1), 90–101.

32. Miles, A. J., Wien, F., Wallace, B. A. (2004). Redetermination of the extinction coefficient of camphor-10-sulfonic acid, a calibration standard for circular dichroism spectroscopy. Analytical Biochemistry, 335(2), 338–339. http://doi.org/10.1016/j.ab.2004.08.035

33. Quddus, K. G., Ma, C. Y. (2003). Study of rice glutelin conformation by using circular dichroism (CD) spectroscopy. Pakistan Journal of Biological Sciences, 6(22), 1917–1920. https://doi.org/10.3923/pjbs.2003.1917.1920

34. Kelly, S. M., Jess, T. J., Price, N. C. (2005). How to study proteins by circular dichroism. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) — Proteins and Proteomics, 1751(2), 119–139. http://doi.org/10.1016/j.bbapap.2005.06.005

35. Шубин, В. В., Хазин, M. Л., Eфимовская, T. В. (1991). Определение вторичной структуры глобулярных белков с использованием спектров кругового дихроизма. Молекулярная биология, 24(1), 189–201.

36. Xie, L. H., Tang, S. Q., Chen, N., Luo, J., Jiao, G. A., Shao, G. N. et al. (2014). Optimisation of near-infrared reflectance model in measuring protein and amylose content of rice flour. Food Chemistry, 142(1), 92–100. http://doi.org/10.1016/j.foodchem.2013.07.030

37. Hoff, S., Larsen, F. H., Andersen, M. L., Lund, M. N. (2013). Quantification of proteinthiols using ThioGlo 1 fluorescent derivatives and HPLC separation. Analyst, 138(7), 2096–2103. https://doi.org/10.1039/C3AN36672C

38. Arakawa, T., Yonezawa, D. (1976). Composition difference of wheat flour glutens in relation to their aggregation behavior. Argicultural and Biological Chemistry, 39(11), 2123–2128. https://doi.org/10.1080/00021369.1975.10861930

39. Гаврилин, M. В., Попова, O. И., Губанова, E. A. (2010). Фенольные соединения наземной части шалфея мускатного (Salvia sclarea L.), культивируемого в Ставропольском крае. Химия растительного сырья, 4, 99–104.

40. Халафян, А. А., Боровиков, В. П., Калядина, Г. В. (2022). Теория вероятностей, математическая статистика и анализ данных: Основы теории и практика на компьютере. STATISTICA. EXCEL. Более 150 примеров решения задач. М.: Ленанд, 2022.

41. Смирнова, М. М., Яборова, О. В., Накарякова, Н. И., Люст, Е. Н., Олешко, О.А. (2014). Определение суммы флавоноидов в траве пиона. Фундаментальные исследования, 12(1), 164–168.

42. Lighezan, L., Meiri, D., Breiman, A., Neagu, A. (2013). Circular dichroism and the secondary structure of the ROF2 protein from Arabidopsis thaliana. Journal of Biological Physics, 39(4), 635–648. http://doi.org/10.1007/s10867–013–9323-y

43. Kelly, S. M., Price, N. C. (2000). The use of circular dichroism in the investigation of protein structure and function. Current Protein and Peptide Science, 1(4), 349–384. http://doi.org/10.2174/1389203003381315

44. Миронов, В. А., Янковский, С. А. (1985). Спектроскопия в органической химии. М.: Химия, 1985.

45. Колпакова, В. В., Лукин, Н. Д., Чумикина, Л. В., Шевякова, Л. В. (2015). Химический состав и функциональные свойства рисовых белковых концентратов.