蛋白质二级结构预测的支持向量机模型研究

蛋白质序列种类繁多，形态、结构和功能极其丰富多样，而已知三维结构的蛋白质数量却非常有限。为了能够利用有限的已知结构模拟和预测未知蛋白的结构，小样本统计学技术非常重要。本文主要探讨统计学习理论应用于蛋白质二级结构预测的模型。说明支持向量机(SVMs)进行蛋白质二级结构模式识别的主要步骤，讨论利用SVMs预测蛋白质二级结构优化过程中样本空间的确定方法。研究氨基酸序列向量化途径以及分析如何选择映射输入空间到特征空间的核函数等问题。     

茭白冷藏期间蛋白质表达谱的变化

为探讨茭白冷藏期间衰老的分子机理,应用蛋白质组学技术,研究了茭白冷藏期间蛋白质表达谱的变化。结果显示,双向电泳胶上共检测到大约650个蛋白点,其中35个蛋白表达量存在2.0倍以上显著(p0.05)差异,经过串联飞行时间质谱分析,成功鉴定出29个蛋白,根据其功能可分为6类,即代谢(20.7%)、细胞结构(27.6%)、抗胁迫(20.7%)、衰老(6.9%)、蛋白质合成(13.8%)和功能未知蛋白(10.3%);其中:代谢相关蛋白3个上调表达、3个下调表达,细胞结构相关蛋白6个上调表达、2个下调表达,抗胁迫相关蛋白4个上调表达、2个下调表达,衰老相关蛋白2个上调表达,蛋白质合成相关蛋白4个及功能未知蛋白3个均下调表达。这些差异表达蛋白的功能分析表明,茭白采后衰老机理可能涉及物质代谢过程的调整、能量代谢途径的改变、活性氧清除能力的减弱以及细胞结构的解体。     

超高温堆肥微生物群落强化产热功能特征分析

超高温堆肥技术较普通堆肥技术在氧化亚氮减排、氮素保留、抗性基因去除等方面具有显著优势。这些优势与超高温过程密切关联，然而超高温产生的原因却仍然未知。本文利用PICRUSt(phylogenetic investigation of communities by reconstruction of unobserved states)预测并分析了鸡粪超高温堆肥和普通堆肥微生物功能变化，重点比较了产热相关代谢通路和功能基因丰度的变化。研究发现，超高温堆肥可达到超过80oC的超高温阶段并持续5天以上，该阶段可显著提高微生物能量代谢、碳水化合物代谢等产热相关代谢通路丰度，有氧呼吸链中NADH脱氢酶功能基因和琥珀酸脱氢酶基因的丰度在超高温阶段显著增加(P<0.05)，并且上述代谢通路和功能基因丰度与超高温堆肥温度变化显著相关(P<0.05)。采用随机森林回归模型将预测的堆肥温度与实际堆肥温度进行比较发现，两种处理各自预测温度结果与实际温度相关性显著（对于超高温堆肥，校正R2=0.96；对于普通堆肥，校正R2=0.97）。该模型表明，K03943（NADH脱氢酶黄蛋白2）、K15862（细胞色素c氧化酶cbb3型亚基I/II）和K05580（NADH醌氧化还原酶亚基I）的丰度变化是影响超高温堆肥温度的最重要因素。相比之下，普通堆肥温度最高不超过70oC，且上述产热相关代谢通路和功能基因丰度与堆肥温度显著负相关(P<0.05)。以上结果表明，超高温堆肥微生物群落可能通过显著提高有氧呼吸链相关功能基因丰度，使超高温堆肥群落更迅速地代谢有机物，从而提高ATP合成速率，进而产生更多热量。     

近红外光谱式联合收割机谷物蛋白质含量检测系统设计

为了实现谷物联合收割机收获时实时在线检测谷物的蛋白质含量并记录采样地理位置信息,研发了一种基于近红外光谱原理的谷物蛋白质含量在线检测系统,系统主要由近红外光谱传感器模块、螺旋采样输送机构、控制模块、GPS/北斗定位模块、工控显现一体机等组成。谷物联合收割机近红外光谱式蛋白质含量在线检测系统工作时,当联合收割机出粮搅笼排出的谷物经过螺旋采样输送机构,采样机构的步进电机根据检测速率要求由控制器控制并间断进行谷物输送,控制器同时控制近红外光谱传感器在步进电机停止转动时进行光谱采样,谷物的近红外光谱和GPS/北斗定位模块位置信号等数据由RS485总线传输至上位机。编制了近红外传感器和采样机构等的控制与数据处理分析软件,经谷物蛋白质含量预测模型处理后,将谷物蛋白质、采样位置信息等实时显示在终端上并保存。为了验证谷物蛋白质含量预测模型及在线检测系统的性能,开展了室内标定和田间系统动态测试试验,小麦蛋白质含量预测模型的决定系数R2为0.865,绝对误差范围为-0.96%～1.22%,相对误差范围在-7.30%～9.53%,预测标准差值为0.638%;水稻蛋白质含量预测模型的决定系数R2为0.853,绝对误差范围为-0.60%～1.00%,相对误差范围为-8.47%～9.71%,预测标准差值为0.516%。系统田间测试试验表明,小麦蛋白质含量的最大相对误差为-6.69%,水稻蛋白质含量的最大相对误差为-8.02%,采样分析时间间隔对系统测试精度的影响不显著,系统稳定性和检测精度达到田间谷物蛋白质在线检测需要,为精准农业作业提供了科学依据。     

IOS和MOS对牦牛肌原纤维蛋白生化与功能特性的影响

氧化是调控肉类品质的一种潜在工具,肉类蛋白氧化调控理论的完善有助于其在食品工程中的应用。为了研究不同氧化体系下,牦牛肌原纤维蛋白化学修饰与功能性质之间关系,该研究分析了离子氧化体系(Iron Oxidizing System,IOS)和高铁肌红蛋白(Metmyoglobin Oxidizing System,MOS)氧化体系下在特定氧化程度(蛋白羰基含量)下牦牛肌原纤维蛋白的生化特性、二级结构和功能特性。结果发现,随着氧化强度的提升,牦牛肌原纤维蛋白会发生显著的巯基丧失、二硫键生成、二酪酸增加以及表面疏水性下降现象(P<0.05)。当羰基浓度达到(1.51±0.13) nmol/mg以后,MOS体系的二硫键和表面疏水性变化比IOS系统更明显。此外,随着氧化程度的增加,α-螺旋结构比例会持续减少,而β-折叠与β-转角结够会持续增加。通过对蛋白质功能性功能性研究,还发现适当的氧化对牦牛肌原纤维蛋白的溶解性和乳化性有一定改善作用,其改善峰值和范围因氧化体系不同而有所差异,MOS的功能特性影响对氧化强度更敏感。通过相关性分析可以发现,二硫键与溶解度、浊度、乳化性等功能特性相关性显著,二级...     

基于TM和PLS的冬小麦籽粒蛋白质含量预测

为进一步提高遥感预测冬小麦籽粒蛋白质含量精度,分析了卫星遥感变量与冬小麦籽粒蛋白质含量间的定量关系,运用偏最小二乘法构建了遥感预测籽粒蛋白质含量模型,制作了冬小麦籽粒蛋白质含量空间等级分布图,结果表明,该模型的最佳主成分数为5,且归一化植被指数、冠层结构不敏感色素指数、比值植被指数、氮反射指数和植被衰减指数为预测籽粒蛋白质含量的敏感变量;籽粒蛋白质含量预测的均方根误差为0.307%,决定系数为0.642,为提高遥感预测小麦品质的精度提供了一种有效途径,有利于大面积应用和推广。     

lncRNA及其生物学功能

长链非编码RNA (long non-coding RNA,lncRNA)是一类长度＞200 nt、生物来源广泛、二级及三级结构高度保守的RNA分子.lncRNA生物学功能丰富,广泛参与生物体各类重要生理过程,在转录、转录后表观遗传水平上对靶基因的表达进行调控,其精细的分子调控机制已在染色体剂量补偿、基因组印记、靶目标模仿、功能性蛋白质转运等生物学过程中被广泛揭示.随着lncRNA生物学作用机制不断被揭示,研究者发现,高度保守的lncRNA二级、三级结构对其生物学功能的发挥至关重要.目前研究者主要采用计算机手段和数学方法对lncRNA高级功能结构域进行预测,从结构上阐明其生物学调控机制.关于lncRNA相关研究方法也在近年来得到了飞速的发展,比较成熟的技术例如RNA纯化的染色质分离(chromatin isolation by RNA purification,ChIRP)和RNA结合蛋白免疫沉淀(RNA-binding protein immunoprecipitation,RIP)已逐渐成为该领域内研究lncRNA与染色质、lncRNA与蛋白质之间相互作用的热门技术.本文主要就lncRNA来源、分类标准、生物学功能、高级结构预测及相关研究方法进行了综述,旨在为更好地理解和研究lncRNA在生物体内的作用提供参考.     

蚕豆发芽过程中蛋白质和抗氧化能力的变化

为更好地开发利用蚕豆资源,研究蚕豆发芽过程中蛋白质及蛋白抗氧化能力的变化规律,采用凯氏定氮法测定发芽蚕豆的蛋白质含量,采用氨基酸分析仪测定氨基酸组分含量,运用十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)技术观察发芽蚕豆蛋白组成的变化,通过测定发芽蚕豆蛋白的1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)自由基和2,2'-联氮双-(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)二铵盐(ABTS)自由基的清除能力分析其抗氧化能力。结果表明,蚕豆发芽过程中蛋白和氨基酸含量升高,促进部分蚕豆蛋白由大分子量转化分解成小分子量,提高了蚕豆蛋白的抗氧化能力,在蚕豆发芽第9天时蛋白质含量达到34.1 g·100g^-1、氨基酸含量为29.16 g·100g^-1,均达到最大值,蚕豆蛋白的自由基清除能力达到最强。综上,蚕豆的发芽过程可以增加蚕豆的营养物质成分含量,增强蚕豆的抗氧化能力。本研究结果为蚕豆蛋白、蚕豆芽等功能食品的开发利用提供了参考依据。     

超声复合酸处理促进花生分离蛋白的亚基解离

为了改善蛋白质的功能特性,该研究分析了超声复合酸处理对花生分离蛋白的溶解性、紫外光谱、荧光光谱、二级结构及纳米结构等的影响,并探讨不同处理条件下蛋白聚集体结构变化的机理。结果表明,超声作用可以明显促进花生分离蛋白的不溶性聚集体向可溶性聚集体转变,单独超声及超声复合酸处理使其溶解度相对于对照分别增加了12.9%和15.3%（P<0.05）;电泳、紫外和荧光光谱表明,超声和酸作用均有助于亚基解离及蛋白质结构展开,从而促进更多的酪氨酸、色氨酸和苯丙氨酸等疏水性基团暴露;圆二色谱分析显示,与对照相比,在超声复合酸处理使花生分离蛋白的a-螺旋增加21.9%,β-折叠减少3.6%,无规则卷曲增加1.8%（P<0.05）;纳米结构表明,超声复合酸处理最大程度地降低了花生分离蛋白的颗粒大小。该研究证实,在酸性条件下进行超声处理,能显著促进花生分离蛋白的亚基解离和结构展开。该研究为后期蛋白亚基重新相互作用形成不同功能的改性蛋白提供参考。     

热处理方式对苦荞蛋白功能特性的影响

为了研究不同热处理对苦荞蛋白(tartary buckwheat protein)功能特性的影响,该文以苦荞蛋白为原料,通过不同热处理(湿热、干热、微波)方式,测定苦荞蛋白的水化性、乳化活性、起泡活性、体外消化率、抗氧化性、胆酸盐吸附能力等理化特性和功能特性的变化,确定了能够最大限度保持或改善苦荞蛋白功能特性的加热方式。试验结果表明:传统加热方式(湿热和干热)和短时微波(2 min)处理对苦荞蛋白的功能特性均具有一定的改善作用。其中,湿热处理可以提高苦荞蛋白的乳化性、乳化稳定性、起泡性、泡沫稳定性、羟自由基(·OH)清除能力、牛磺胆酸钠吸附能力,较未处理的苦荞蛋白分别提高了28%、22%、22%、23%、9.75%、28%。干热处理可以提高苦荞蛋白的持水性和还原力,较未处理的苦荞蛋白分别提高了31%、16.34%。短时微波处理(2 min)时,苦荞蛋白持水性提高了51%。而长时微波(4、6 min)对苦荞蛋白性能均有较大的负面影响。综上所述,在苦荞蛋白的加工过程中,可以选择传统加热方式或者严格控制微波时间,避免长时微波加热对苦荞蛋白功能特性的破坏,为进一步研究苦荞蛋白在功能食品的应用上提供理论和试验依据。     

提高大豆蛋白冻融后乳化性改性工艺优化

为了制备出经冷冻-融化后仍能保持较高乳化性的大豆蛋白,试验以葡聚糖为糖基化供体,采用湿法糖基化技术改性大豆蛋白。根据单因素试验的结果,建立了Box-Behnken模型对加工工艺进行优化,所得的模型拟合度高,切实可行,可用于实际分析和预测。利用响应面分析法探讨了蛋白浓度、蛋白与糖质量比、反应时间3因素对改性产物冻融前后乳化活性和乳化稳定性的影响,优化的工艺条件为:大豆分离蛋白(soybean protein isolate,SPI)质量浓度40 mg/mL,SPI与葡聚糖的质量比为1∶3,反应时间4 h。在此条件下得到的改性产物冻融稳定性显著(P0.05)高于未改性蛋白,冻融前后的乳化活性(emulsifying activity index,EAI)分别是空白对照样的1.687和1.780倍,乳化稳定性(emulsion stability index,ESI)分别是空白对照样的1.367和1.274倍。傅里叶红外光谱证明葡聚糖通过共价键接到大豆蛋白分子中,研究结果为制备冷冻食品加工专用大豆蛋白的产业化生产提供参考。     

Indirect competitive ELISA for determination of traces of peanut (Arachis hypogaea L.) protein in complex food matrices

An indirect competitive ELISA was developed allowing the detection of hidden peanut protein residues down to 2 ppm (micorgrams per gram) in various foods. The high-titer, peanut-specific polyclonal antiserum used recognized potentially allergenic proteins in both native and roasted peanuts. In the absence of a food matrix, extractable protein from roasted peanuts was detected at 104 +/- 13%. From various food items, peanut protein at > or =13 ppm was recovered between 84 and 126%, and at 2 ppm of peanut protein recovery was 143 +/- 6%. Intra- and interassay precision was <15%. In 5 of 17 commercial food products without declaration of peanut components, between 2 and 18 ppm of peanut protein was detected. This is the first assay based on commercially available reactants that allows the reliable determination of trace amounts of hidden peanut allergens in a variety of complex food matrices.     

地块数据支持下的玉米种植面积遥感测量方法

统计行政单元内粮食作物种植面积及其空间分布是粮食产量估算的基础,也是制定粮食政策和调整种植结构的重要依据。以3S为代表的空间信息技术,是实现农作物种植面积统计的关键技术,也是实现常规统计进入空间统计的重要因素。该研究以玉米种植面积遥感测量为目标,选取种植结构复杂的农业区河南省原阳县为试验区,通过高分辨率融合影像建立地块边界数据,以TM影像为核心数据源,对TM数据进行预处理,结合NDVI及特征波段信息采用决策树方法对试验区进行预分类,初步获取玉米种植范围;将玉米预分类结果与耕地地块数据空间叠加分析,以地块内玉米的预分类面积比例为分层标志,建立分层模型,结合交通数据,布设野外样方;采用遥感影像与车载GPS结合的方式,设计合理的野外调查路线,开展野外样方实测工作,获取样本地块内的玉米种植比例;然后以野外GPS调查点为依据,通过决策树方法对玉米预分类结果进行修正。最后通过野外测量获取的样本地块玉米百分比及统计数据对TM数据提取的玉米种植面积结果进行评价,求得位置精度为81.8%,总量精度为91.1%。说明借助耕地地块数据库,能够提高多时相TM分类的位置精度和总量精度。     

Separation of Water‐Soluble Proteins from Cereals by High‐Performance Capillary Electrophoresis (HPCE)

Most research concerning grain proteins has concentrated on the gluten storage proteins. The albumins and globulins are the water‐ and salt‐soluble proteins that contain biologically active enzymes and enzyme inhibitors. A free‐zone capillary electrophoresis method was developed to separate these proteins. Optimization included sample extraction method, capillary temperature, buffer composition, and additives. The optimal conditions for separation of these proteins was 50 μm i.d. × 27 cm (20 cm to detector) capillary at 10 kV (with a 0.17 min ramp‐up time) and 25°C. The optimum buffer was 50 mM sodium phosphate, pH 2.5 + 20% acetonitrile (v/v) (ACN) + 0.05% (w/v) hydroxypropylmethyl‐cellulose (HPMC) + 50 mM hexane sulfonic acid (HSA). Sample stability was an issue that was addressed by lyophilizing fresh extracts and redissolving in aqueous 50% ethylene glycol and 10% separation buffer. This method was successfully used in both wheat flour and whole meal samples. Comparisons were made of several wheats of different classes as well as several cereal grains. This methodology could be useful in screening cereal grains for important enzymes and their impact on end‐use quality such as food functionality, food coloration, and malting quality.     

微波对大豆蛋白氧化聚集体结构及功能特性的影响

为了探究不同时间微波处理对大豆蛋白氧化聚集体的结构和功能性质的影响,由偶氮二异丁脒盐酸盐（2,2'-azobis (2-amidinopropane) dihydrochloride,AAPH）诱导构建大豆蛋白氧化反应体系,采用功率为350 W的微波对其照射不同时间(0、10、20、30、40、50、60、70 s),探究微波处理对氧化聚集大豆蛋白的结构特性和加工特性的影响。结果表明,氧化可诱导形成粒径、分子量更大,结构更致密的蛋白质聚集体,同时对加工特性造成损害。适当时间（<30 s）的微波处理会导致氧化聚集体的分子结构打开、粒径降低和浊度降低,无序结构减少,进而改善了起泡性、乳化性和持水、持油性。长处理时间（＞30 s）的微波处理导致已解聚的大豆蛋白分子重新形成更大的分子聚集体,降低功能性质。这表明微波物理场可以通过改变大豆蛋白氧化聚集体的结构和聚集行为调节其功能性质,为大豆蛋白功能性质的改善及微波在大豆蛋白氧化聚集体行为调控的应用方面提供参考。     

蛋白质组学在生鲜肉肉色变化机制研究中的应用

肉色是影响消费者购买欲望的最直观因素。宰后生鲜肉肉色的变化机制和肉色改善一直是肉类科学领域研究的热点。肉色体系复杂,其稳定性受动物宰前因素、从肌肉向可食用肉转化过程和宰后商业流通链条件等因素的影响。目前,仍有许多影响途径和作用机制不够清楚。研究者已采用蛋白质组学技术发现了许多与肉色相关的蛋白标志物和可能影响途径。该文基于近年的研究,综述了不同处理条件下与肉色相关的差异蛋白,主要包括结构性蛋白中的肌动蛋白、肌球蛋白和肌联蛋白,以及肌浆蛋白中的伴侣蛋白、热休克蛋白、代谢酶类和氧化还原酶类等,分析了差异蛋白表达对肉色的影响及其表达调控肉色体系的可能机制,为今后肉色变化机制的研究和肉色稳定性的调控提供了思路。     

Inulin determination for food labeling

Inulin and oligofructose exhibit valuable nutritional and functional attributes, so they are used as supplements as soluble fiber or as macronutrient substitutes. As classic analytical methods for dietary fiber measurement are not effective, several specific methods have been proposed. These methods measure total fructans and are based on one or more enzymatic sample treatments and determination of released sugars. To determine inulin for labeling purposes, we developed an easy and rapid anion-exchange high-performance liquid chromatography (HPLC) method following water extraction of inulin. HPLC conditions included an Aminex HPX- 87C column (Bio-Rad), deionized water at 85 degrees C as the mobile phase and a refractive index detector. The tested foods included tailor-made food products containing known amounts of inulin and commercial products (cookies, milk, ice creams, cheese, and cereal bars). The average recovery was 97%, and the coefficient of variation ranged from 1.1 to 5% in the food matrixes. The obtained results showed that this method provides an easier, faster and cheaper alternative than previous techniques for determining inulin with enough accuracy and precision for routine labeling purposes by direct determination of inulin by HPLC with refractive index detection.     

高压均质-冷冻干燥技术制备大豆分离蛋白微粒及其功能特性

为了进一步改善大豆分离蛋白的分散性及功能性质,该研究以大豆分离蛋白为原料,通过对天然大豆分离蛋白进行高压高剪切处理并联合冷冻干燥技术,制备大豆分离蛋白微粒,考察压力（60～100 MPa）对大豆分离蛋白微粒尺寸、功能性质及结构特性的影响,探究其构效关系。结果表明：随着压力逐渐增加,大豆分离蛋白平均粒径大幅度减小,粒径分布曲线向左侧移动,与天然大豆分离蛋白相比,在100 MPa时大豆分离蛋白粒径减小了1 631%,粒径曲线分布较宽。在60～100 MPa压力范围内随着压力的增加。与天然大豆分离蛋白相比,大豆分离蛋白微粒的分散性指数（Protein Dispersibility Index, PDI）和功能性质均显著提高（P<0.05）,其中在100 MPa时大豆蛋白质的溶解性提高了172.98%,乳化活性和乳化稳定性分别增加了约28.71%和77.82%,持油性增加了约123.76%,起泡性随时间的变化其泡沫高度也均有所提高。由扫描电镜图可以观察到,未经过高压均质的大豆分离蛋白粒子呈聚集状态,球状的表面向内凹陷,经过高压均质联合冷冻干燥处理后的大豆分离蛋白微粒呈现网络结构。在高压和高剪切力的作用下,大豆分离蛋白微粒的疏水基团大量暴露,表面疏水性随之增加,静电斥力增加,α-螺旋和β-转角向β-折叠和无规则卷曲结构的转化是蛋白质的溶解性等功能性质提高的主要原因。溶解性等功能性质的提高有利于大豆分离蛋白更好的应用于食品加工行业,进一步为蛋白的理化性质及结构优化提供新思路。     

The influence of cereal and dairy consumption on the Irish diet: implications for developing food-based dietary guidelines

OBJECTIVES: To estimate the intakes of cereal and dairy products and their contribution to nutrient intakes in men and women from the Republic of Ireland with a view to formulating food-based dietary guidelines. DESIGN: The North/South Ireland Food Consumption Survey established a database of habitual food and drink consumption using a 7-day food diary. From this database all cereal and dairy products from recipes and identifiable sources were identified and a new database was generated from which analysis of the role of cereal and dairy products in the diet was carried out. RESULTS: Almost 100% of the population consumed cereal and dairy products over the course of the survey week. In general, men consumed significantly more cereal and dairy products than did women (P<0.05). Cereal products made an important contribution to the mean daily intakes of energy (26%), protein (21%), fat (13%), carbohydrate (41%), fibre (45%), iron (43%) and folate (27%). Dairy products also contributed largely to the mean daily intakes of energy (11%), protein (14%), fat (17%), calcium (48%), phosphorus (24%) and vitamin A (27%). Analysis of nutrient intakes across tertiles of cereal and dairy consumption showed that high consumers of wholemeal bread, breakfast cereals, reduced-fat milk and yoghurt had lower fat and higher carbohydrate, fibre and micronutrient intakes than low consumers of these foods. CONCLUSIONS: Findings from the present study could be used to develop effective health strategies to implement changes in cereal and dairy consumption that could alter fat, fibre and micronutrient intakes in the diet.