Жүгерідегі зін протеині және оның қолданылуы

Кіріспе

Жүгеріде кездесетін ақуыздар

Зейн – жүгеріде кездесетін проламин тобына жататын ақуыз. Ол көбінесе жүгері глютен ұнынан ұнтақ күйінде өндіріледі. Зейн – ең жақсы зерттелген өсімдік ақуыздарының бірі. Таза зейн түссіз, иісіз, дәмсіз, қатты, суда ерімейтін және тамаққа қолдануға жарамды, сонымен қатар өнеркәсіптік және тағамдық мақсаттарда кеңінен қолданылады.

Коммерциялық пайдалану

Тарихи тұрғыдан алғанда, зейн қағаз стақандардың қаптамалары, сода бөтелкелерінің қақпақтарының астарлары, киім маталары, түймелер, желімдер, қаптамалар және байланыстырғыш заттарды қоса алғанда, кең ауқымды коммерциялық өнімдерді жасауда қолданылып келген. Зейннің негізгі тарихи қолданысы «Викара» деген атпен өндірілген тоқыма талшықтары нарығында болды. Синтетикалық баламалардың пайда болуымен зейннің осы нарықтағы қолданысы біртіндеп тоқтатылды. Электроспининг әдісі арқылы зейн талшықтары қайтадан зертханада өндірілді, олар талшық нарығына қайта оралуы үшін қосымша зерттеулер жүргізілуде. Оны қағаз картонды су мен майдан қорғау үшін қолдануға болады және қайта өңдеуге мүмкіндік береді. Зейннің қасиеттері оны өңделген азық-түлік және фармацевтикалық өнімдерде құнды етеді, бұл оны жәндік шеллагымен бәсекелестіреді. Қазір ол конфета, жаңғақ, жеміс-жидек, таблеткалар және басқа да капсулдалған азық-түлік пен дәрі-дәрмектерді қаптау үшін қолданылады. АҚШ-та оны «кондитерлік глазурь» деп таңбалауға болады (бұл шелак негізіндегі глазурьлерді де білдіруі мүмкін) және нан өнімдерінің бетін жабу үшін немесе «өсімдік ақуызы» ретінде қолданылады. АҚШ-тың Тамақ және дәрі-дәрмек басқармасы (FDA) оны жалпыға танылған қауіпсіз (GRAS) деп санайды. Фармацевтикалық қаптама үшін зейн тамақ шеллагынан артық көріледі, себебі ол толығымен табиғи және USP монографияларына сәйкес аз сынақтарды қажет етеді. Зейн одан әрі түрлендіріліп, түрлі пластикалық өнімдерге экструзияланатын немесе жайылтылатын басқа да биопластикалық полимерлерге айналдырылуы мүмкін. Синтетикалық қаптамаларға (мысалы, PFOA) байланысты экологиялық алаңдаушылықтың артуы және көмірсутек негізіндегі мұнай-химия өнімдерінің қазіргі жоғары бағалары зейнді, әсіресе қағаз өнеркәсібінде, түрлі зиянсыз және жаңаруға болатын полимерлік қолданулар үшін шикізат ретінде қарастыруға басымдық берді. Зейнге деген қызығушылықтың қайта жандануының тағы бір себебі – пластиктерді полигонға тастаудың қымбаттылығы және тұтынушылардың табиғи заттарға деген қызығушылығы. Сонымен қатар, азық-түлік өнеркәсібінде бірқатар жаңа мүмкіндіктер бар. Иллинойс университеті мен Уильям Ригли компаниясының ғалымдары зейнді шайнамалы илеңдегі ішектің бір бөлігін алмастыру мүмкіндігін зерттеп жатыр. Олар сондай-ақ зейн молекуласын «биокомпозиттерді адам ағзасының белгілі бір жерлеріне жеткізу» үшін медициналық мақсатта қолдануды зерттейді. Бірнеше ғалымдардың пікірінше, зейн негізіндегі қаптамалар азық-түлік қауіпсіздігі саласында да көптеген мүмкіндіктерді ұсынады. Әскери тапсырыс беруші компания зейннен жасалған қаптамалармен азық-түлік пакеттерін қорғауды зерттеп жатыр. Зерттелген басқа да қаптамалар/азық-түлік қауіпсіздігі салаларына мұздатылған азық-түлік, дайын тауық еті, ірімшік және сұйық жұмыртқалар кіреді. Жапониядағы азық-түлік зерттеушілері зейн молекуласының суды өткізбейтін кедергі ретінде әрекет ететінін анықтады. Зейннің көптеген қолданыстағы және әлеуетті қолданыстары бар болғанымен, оның коммерциялық сәттілігіне кедергі келтірген негізгі фактор – оның бұрынғы жоғары құны. Зейннің бағасы енді тамақ шеллагымен бәсекеге қабілетті. Зейн этанол өндірісі кезінде немесе жаңа шетелдік өндірісте қосалқы өнім ретінде алынуы мүмкін.

Historically, zein has been used in the manufacture of a wide variety of commercial products, including coatings for paper cups, soda bottle cap linings, clothing fabric, buttons, adhesives, coatings and binders. The dominant historical use of zein was in the textile fibers market where it was produced under the name "Vicara". With the development of synthetic alternatives, the use of zein in this market eventually disappeared. By using electrospinning, zein fibers have again been produced in the lab, where additional research will be performed to re enter the fiber market. It can be used as a water and grease coating for paperboards and allows recyclability. Zein's properties make it valuable in processed foods and pharmaceuticals, in competition with insect shellac. It is now used as a coating for candy, nuts, fruit, pills, and other encapsulated foods and drugs. In the United States, it may be labeled as "confectioner's glaze" (which may also refer to shellac based glazes) and used as a coating on bakery products or as "vegetable protein." It is classified as Generally Recognized as Safe (GRAS) by the U. S. Food and Drug Administration. For pharmaceutical coating, zein is preferred over food shellac, since it is all natural and requires less testing per the USP monographs. Zein can be further processed into resins and other bioplastic polymers, which can be extruded or rolled into a variety of plastic products. With increasing environmental concerns about synthetic coatings (such as PFOA) and the current higher prices of hydrocarbon based petrochemicals, there is increased focus on zein as a raw material for a variety of nontoxic and renewable polymer applications, particularly in the paper industry. Other reasons for a renewed interest in zein include concern about the landfill costs of plastics, and consumer interest in natural substances. There are also a number of potential new food industry applications. Researchers at the University of Illinois at Urbana Champaign and at William Wrigley Jr. Company have recently been studying the possibility of using zein to replace some of the gum base in chewing gum. They are also studying medical applications such as using the zein molecule to "carry biocompounds to targeted sites in the human body". There are a number of potential food safety applications that may be possible for zein based packaging according to several researchers. A military contractor is researching the use of zein to protect MRE food packages. Other packaging/food safety applications that have been researched include frozen foods, ready to eat chicken, and cheese and liquid eggs. Food researchers in Japan have noted the ability of the zein molecule to act as a water barrier. While there are numerous existing and potential uses for zein, the main barrier to greater commercial success has been its historic high cost until recently. Zein pricing is now very competitive with food shellac. Zein may be extracted as a byproduct in the manufacturing process for ethanol or in new off shore manufacture.

Гендер отбасы

Альфа проламиндер – Andropogoneae тайпасына жататын астық тұқымдастардың тұқымдық сақтау протеиндерінің басты құрауы. Олар глютамин, пролин, аланин және лейцин қалдықтарына ерекше бай, ал олардың тізбегі бірнеше ішгендік дубликация нәтижесінде пайда болған деп есептелетін тандемдік қайталаулар сериясын көрсетеді. Zea mays (Жүгері) -де 22 кДа және 19 кДа зейндері үлкен көпгендік отбасымен кодталады және тұқымдық сақтаудың негізгі ақуыздары болып табылады, олардың үлесі жалпы зейн фракциясының 70% құрайды. Құрылымдық тұрғыдан алғанда, 22 кДа және 19 кДа зейндері бұрыс цилиндрдің ішінде орналасқан, топологиялық жағынан антипараллель спиральдардың тоғыз тікелей жатқаннан тұрады. 22 кДа альфа-зейндері 23 генмен кодталады; олардың жиырма екісі тығыз ген кластерін құрайтын шамамен тандемдік ретпен орналасқан. Кластердегі экспрессияланатын гендер экспрессияланбайтын гендермен араласып жатыр. Кейбір экспрессияланатын гендердің транскрипциялық реттелуі әртүрлі. Гендердің амплификациясы гендердің блоктарында байқалады, бұл жүгерінің эволюциясы кезінде кластердің жылдам және тығыз кеңеюін түсіндіреді.