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小麦粒における硫黄反応とアクリルアミド生成と食品安全性への影響
The Sulphur Response in Wheat Grain and Its Implications for Acrylamide Formation and Food Safety.
PMID: 32485924 PMCID: PMC7312080. DOI: 10.3390/ijms21113876.
抄録
遊離アスパラギン（可溶性の非タンパク質）の濃度は、硫黄欠乏に反応して小麦粒の中で何倍にも増加する可能性がある。これは、遊離アスパラギンがベーキングや加工中に発がん性汚染物質であるアクリルアミドに変換される可能性があるため、食品業界にとっての主要な食品安全性および規制遵守の問題を悪化させている。ここでは、メイラード反応におけるアスパラギンのアクリルアミドへの変換の主要な経路を説明する。硫黄欠乏の影響および窒素利用可能性との相互作用について検討し、人間が消費するために栽培されている小麦には、1 ヘクタールあたり 20 kg の割合で硫黄を適用すべきであるという私たちのアドバイスを再確認した。我々は、代謝酵素（アスパラギン合成酵素、グルタミン合成酵素、グルタミン酸合成酵素、アスパラギナーゼ）をコードする遺伝子を含む、遊離アスパラギン蓄積の遺伝的制御について説明する。また、この遺伝的制御が硫黄に対してどのように応答するかを明らかにし、胚におけるアスパラギン合成酵素2()の発現の重要性を明らかにした。また、グルタミン酸-システインリガーゼの発現が硫黄欠乏に反応して低下し、おそらくグルタチオン合成が損なわれることを示した。最後に、硫黄欠乏が胚乳中の炭素代謝に及ぼす予期せぬ影響について述べる。
Free (soluble, non-protein) asparagine concentration can increase many-fold in wheat grain in response to sulphur deficiency. This exacerbates a major food safety and regulatory compliance problem for the food industry because free asparagine may be converted to the carcinogenic contaminant, acrylamide, during baking and processing. Here, we describe the predominant route for the conversion of asparagine to acrylamide in the Maillard reaction. The effect of sulphur deficiency and its interaction with nitrogen availability is reviewed, and we reiterate our advice that sulphur should be applied to wheat being grown for human consumption at a rate of 20 kg per hectare. We describe the genetic control of free asparagine accumulation, including genes that encode metabolic enzymes (asparagine synthetase, glutamine synthetase, glutamate synthetase, and asparaginase), regulatory protein kinases (sucrose nonfermenting-1 (SNF1)-related protein kinase-1 (SnRK1) and general control nonderepressible-2 (GCN2)), and basic leucine zipper (bZIP) transcription factors, and how this genetic control responds to sulphur, highlighting the importance of asparagine synthetase-2 () expression in the embryo. We show that expression of glutamate-cysteine ligase is reduced in response to sulphur deficiency, probably compromising glutathione synthesis. Finally, we describe unexpected effects of sulphur deficiency on carbon metabolism in the endosperm, with large increases in expression of sucrose synthase-2 () and starch synthases.