Зейн: белок кукурузы и его применение

Введение

Белки, содержащиеся в кукурузе (маисе)

Зейн //'/z//iː//ɪ//n/ – это класс проламиновых белков, встречающихся в кукурузе. Обычно его получают в виде порошка из кукурузной глютеновой муки. Зейн – один из наиболее хорошо изученных растительных белков. Чистый зейн прозрачный, не имеет запаха и вкуса, твердый, нерастворим в воде и пригоден для употребления в пищу, а также имеет разнообразное применение в промышленности и пищевой отрасли.

Коммерческое использование

Исторически зейн использовался в производстве широкого спектра коммерческих продуктов, включая покрытия для бумажных стаканчиков, подкладки для крышек бутылок с газированными напитками, ткани для одежды, пуговицы, клеи, покрытия и связующие вещества. Основным историческим применением зейна был рынок текстильных волокон, где он производился под названием "Викара". С развитием синтетических альтернатив использование зейна на этом рынке постепенно прекратилось. С помощью электроспиннинга волокна зейна вновь были получены в лабораторных условиях, где будут проводиться дополнительные исследования для возвращения на рынок волокон. Он может использоваться в качестве водо- и жиростойкого покрытия для картона, обеспечивая возможность его переработки. Свойства зейна делают его ценным в пищевой промышленности и фармацевтике, в конкуренции с шеллаком насекомых. В настоящее время он используется в качестве покрытия для конфет, орехов, фруктов, таблеток и других инкапсулированных продуктов питания и лекарств. В Соединенных Штатах он может быть указан на этикетке как "глазурь кондитерская" (которая также может относиться к глазурям на основе шеллака) и использоваться в качестве покрытия для хлебобулочных изделий или как "растительный белок". Он классифицирован как общепризнанно безопасный (GRAS) Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США. Для фармацевтического покрытия зейн предпочтительнее пищевого шеллака, поскольку он полностью натурален и требует меньше испытаний в соответствии с монографиями USP. Зейн может быть дополнительно переработан в смолы и другие биопластиковые полимеры, которые могут быть экструдированы или прокатаны в различные пластиковые изделия. В связи с растущей обеспокоенностью по поводу экологических последствий использования синтетических покрытий (таких как PFOA) и текущими более высокими ценами на нефтехимические продукты на основе углеводородов, растет интерес к зейну как к сырью для различных нетоксичных и возобновляемых полимерных применений, особенно в бумажной промышленности. Другие причины возрождения интереса к зейну включают обеспокоенность по поводу затрат на захоронение пластика и потребительский интерес к натуральным веществам. Существует также ряд потенциальных новых применений в пищевой промышленности. Исследователи из Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн и компании William Wrigley Jr. Company недавно изучали возможность использования зейна для замены части жевательной основы в жевательной резинке. Они также изучают медицинские применения, такие как использование молекулы зейна для "доставки биосоединений в целевые участки человеческого организма". По мнению ряда исследователей, существуют потенциальные применения зейна в области безопасности пищевых продуктов для упаковки. Военный подрядчик изучает возможность использования зейна для защиты упаковок с рационами индивидуального питания (MRE). Другие исследованные применения в области упаковки и безопасности пищевых продуктов включают замороженные продукты, готовую курицу, сыр и жидкие яйца. Пищевые исследователи в Японии отметили способность молекулы зейна служить барьером для воды. Несмотря на многочисленные существующие и потенциальные применения зейна, основным препятствием для большего коммерческого успеха до недавнего времени была его исторически высокая стоимость. В настоящее время цена на зейн вполне конкурентоспособна с ценой на пищевой шеллак. Зейн может быть извлечен в качестве побочного продукта в процессе производства этанола или при новом оффшорном производстве.

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.

Генологическая семья

Альфа-проламины являются основными белками запаса семян видов, относящихся к племени злаков Andropogoneae. Они необычно богаты остатками глутамина, пролина, аланина и лейцина, а их последовательности демонстрируют серию тандемных повторов, предположительно возникших в результате множественного внутригенного дублирования. У Zea mays (кукурузы) 22 кДа и 19 кДа зейны кодируются крупным мультигенным семейством и являются основными белками запаса семян, составляя 70% от общей фракции зейнов. Структурно зейны 22 кДа и 19 кДа состоят из девяти соседних, топологически антипараллельных спиралей, сгруппированных внутри деформированного цилиндра. 22 кДа альфа-зейны кодируются 23 генами; двадцать два из них расположены в приблизительно тандемном расположении, формируя плотный генный кластер. Экспрессируемые гены в кластере перемежаются с неэкспрессируемыми генами. Некоторые экспрессируемые гены различаются по регуляции транскрипции. Кажется, амплификация генов происходит блоками, что объясняет быстрое и компактное расширение кластера в ходе эволюции кукурузы.