TG酶在食品工業(yè)的應(yīng)用

1、TG酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用生物技術(shù)一班劉亞超222011331012052主要內(nèi)容 TG酶的簡介 TG酶的安全性 TG酶在食品中的應(yīng)用 TG酶的應(yīng)用前景1.1 TGase的來源 商品化的谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶最初是從豚鼠肝臟中提取的，但由于酶的原料來源較少、分離純化工藝復(fù)雜，導(dǎo)致酶的價(jià)格十分昂貴，僅限于基礎(chǔ)研究用。 1989年Ando報(bào)道了利用微生物發(fā)酵法生產(chǎn)谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶，并經(jīng)過分離提取，得到純化了174倍的酶。通過微生物發(fā)酵法生產(chǎn)谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶，是一種獲得大量廉價(jià)谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶的方法，這使得谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶可以應(yīng)用在食品加工中。1.2 TGase的酶學(xué)性質(zhì)不同來源的谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶的性質(zhì)如表1。MTGa

2、se由331個(gè)氨基酸組成, 其活性中心有一個(gè)半胱氨酸殘基,位于64位, 如果半胱氨酸殘基被其它氨基酸取代, 則整個(gè)酶分子就會(huì)失活, 整個(gè)酶蛋白分子呈親水性, 但也含有一些疏水基團(tuán)。微生物發(fā)酵產(chǎn)生的谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶較動(dòng)物來源的谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶有許多優(yōu)點(diǎn)，主要為：pH適應(yīng)范圍廣（最適pH為58, 在pH49的范圍內(nèi)也有活性）、最適溫度為50, 在50作用10min仍能完全保持活力, 但是當(dāng)加熱到70時(shí), 在幾分鐘內(nèi)酶失去活性, 在10時(shí)甚至剛過冰點(diǎn)也有一定的活性。更有利于保存，經(jīng)離心和發(fā)酵后的發(fā)酵液濾液在-20下可以貯存幾個(gè)月，而酶活性僅損失10%，而經(jīng)過純化的酶則更加穩(wěn)定。不依賴Ca2+、穩(wěn)定性強(qiáng)、

3、催化交聯(lián)程度高，另外微生物谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶屬于胞外酶，提取時(shí)不需要破壁，易于分離純化。1.3 TGase的作用機(jī)理谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶是一種催化?；D(zhuǎn)移反應(yīng)的轉(zhuǎn)移酶，它以肽鏈上的谷氨酰胺殘基的-酰胺基作為?；w，根據(jù)?；荏w不同，可以催化以下三種類型的反應(yīng)： (1) 多肽鏈中賴氨酸殘基的-氨基，形成蛋白質(zhì)分子內(nèi)或分子間的-(-谷氨?；?-賴氨酸異肽鍵使蛋白質(zhì)分子發(fā)生交聯(lián)，從而改變食品的質(zhì)構(gòu)，改善蛋白質(zhì)的溶解性、起泡性、乳化性等許多物理性質(zhì) (2) 伯胺基, 形成蛋白質(zhì)分子和小分子伯胺之間的連接, 利用該反應(yīng)可以將一些限制性氨基酸引人蛋白質(zhì)以提高其營養(yǎng)價(jià)值;（3）水, 當(dāng)不存在伯胺時(shí), 水會(huì)成為酰基受

4、體, 其結(jié)果是谷氨酰胺殘基脫去氨基生成谷氨酸殘基, 該反應(yīng)可用于改變蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)及溶解度。（4）該酶可分解谷氨酰胺生成谷氨酸和氨, 而谷氨酸在食品鮮味上起著重要作用, 因此通過添加該酶可增強(qiáng)食品的風(fēng)味。1.4TGase的功能特性TGase用于食品, 是由于它能夠?yàn)槭称诽峁┒喾N功能和良好的特性, 因此在食品加工中具有重要的作用:1可催化多種蛋白質(zhì)形成交聯(lián)鍵, 使蛋白質(zhì)改性, 提高蛋白質(zhì)的功能性質(zhì), 通過催化蛋白質(zhì)之間的交聯(lián), 改善食品的質(zhì)構(gòu), 改善蛋白質(zhì)的溶解性、起泡性、乳化性等;2提高蛋白質(zhì)的營養(yǎng)性, 因?yàn)樗梢韵蚴称分袕?qiáng)化賴氨酸, 還可以保護(hù)賴氨酸, 避免它與食品中其他成分發(fā)生不必要的化學(xué)

5、反應(yīng);3用于包埋脂類或脂溶性物質(zhì), 因?yàn)樗尚纬赡蜔岱浪烙偷氖秤帽ｕr膜;4在低溫、非蒸煮的條件下即可形成凝膠,這樣免除了形成凝膠所必需的熱處理過程, 可獲得良好的凝膠特性, 改善產(chǎn)品的彈性和持水性,延長貨架期, 降低生產(chǎn)成本(應(yīng)用TGase可以提高產(chǎn)品的產(chǎn)出率) 等。5模擬蛋白食品, 因?yàn)樗梢岳么呋鞍踪|(zhì)的交聯(lián), 對肉制品進(jìn)行重組和利用魚糜等生產(chǎn)仿真制品, 充分利用低值肉類。2 TGase的安全性由TGase催化的在蛋白質(zhì)分子內(nèi)和分子間形成的異肽鍵屬于共價(jià)鍵, 在一般的非酶催化條件下很難斷裂, 所以用該酶處理碎肉使成形后雖經(jīng)冷凍、切片、烹飪也不會(huì)重新散開。肉類蛋白質(zhì)之間發(fā)生交聯(lián)后, 使得

6、肉制品更加富有彈性, 形成良好的口感, 而該酶對肉制品的其他風(fēng)味不會(huì)產(chǎn)生影響。大量的試驗(yàn)證明用TGase處理的食品對人是安全的。事實(shí)上, 由于TGase廣泛的存在于動(dòng)物組織, 人們一直就在食用含有- (-谷氨酰) 賴氨酸異肽鍵的食物, -谷氨酰賴氨酸完全能夠被人體吸收利用。不僅如此, 賴氨酸是人體8種必需氨基酸之一, 也是在食品加工過程中最容易損失掉的一種氨基酸, 美拉德反應(yīng)等多種食品加工過程中的副反應(yīng)都會(huì)造成其損失, 所以賴氨酸常成為食品中的限制性氨基酸, 而-(-谷氨酰) 賴氨酸異肽鍵的生成恰恰可以防止賴氨酸發(fā)生副反應(yīng)。3.1在肉制品加工中的應(yīng)用3.1.1改善肉制品質(zhì)構(gòu), 提高產(chǎn)品質(zhì)量在肉

7、制品加工中, 最基本的原料就是動(dòng)物肌肉, 肌球蛋白和肌動(dòng)球蛋白是肌肉中重要組成成份, 對維持肌肉的保水性和粘合力起關(guān)健作用, 同時(shí)也是TGase作用的良好底物。在受熱情況下, 肌球蛋白分子之間以及肌動(dòng)球蛋白分子之間, 形成二硫鍵, 并且在分子疏水基團(tuán)的相互作用下形成復(fù)雜的熱誘導(dǎo)凝膠空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu), 而二硫鍵和疏水基團(tuán)做為這一網(wǎng)絡(luò)上的聯(lián)結(jié)點(diǎn)。肌原纖維蛋白熱誘導(dǎo)凝膠的形成, 使肉制品具有彈性、切片性、保水性等品質(zhì)特征。將TGase加入到肉制品中, 除了以上作用力外,在肌肉蛋白分子間還能形成一種- (-谷氨酸) 賴氨酰共價(jià)鍵, 這種共價(jià)鍵作用力較強(qiáng),是二硫鍵鍵能的70倍, 能使蛋白分子更緊密地結(jié)合在一

8、起, 形成致密的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu), 維持肌肉蛋白凝膠體系的形成, 顯著提高了產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu), 改善了肉制品品質(zhì)。3.1.2加強(qiáng)保水性, 提高產(chǎn)品出率肉制品的保水性是一項(xiàng)重要的質(zhì)量指標(biāo), 它不僅影響制品的色香味、營養(yǎng)成分、多汁性、嫩度等食用品質(zhì), 而且具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。利用肌肉系水力這一潛能, 在加工過程中可以添加水分, 提高出品率。J. F. Kerry以禽胸脯肉為原料, 加入大豆蛋白和TGase, 制成肉餅, 測定其蒸煮損失。利用響應(yīng)曲面法分析試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨著TGase添加量的增加, 蒸煮損失呈逐漸下降的趨勢, 分析其原因, 主要是- (-谷氨酰) 賴氨酸的GL肽鍵提高了制品中凝膠網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性,使

9、凝膠抗熱能力增強(qiáng), 從而產(chǎn)品能夠在熱處理中降低蒸煮損失, 提高產(chǎn)品出率。此外利用TGase處理香腸制品, 可以避免香腸脫水收縮現(xiàn)象的發(fā)生。3.1.3重組低價(jià)值碎肉, 提高其營養(yǎng)價(jià)值在肉制品加工過程中, 會(huì)產(chǎn)生大量的碎肉、肉渣。利用TGase能將這些下腳料重新組合成完整的肉塊, 從而提高了原料肉的利用率, 降低了生產(chǎn)成本。另外, 牛、羊、雞肉制品中黏合性較低, 易發(fā)生碎裂, 切片不好等缺陷。添加TGase,能顯著改善這些肉制品的質(zhì)地結(jié)構(gòu), 提高產(chǎn)品的感觀特性。3.1.4拓寬原料的來源, 提高原料利用率PSE肉是一種異常肉, 常見于豬肉、火雞肉,在牛、羊肉中處理不當(dāng)也會(huì)發(fā)生; 此種肉顏色蒼白, 組

10、織脆弱, 肌肉持水性差, 大大限制了在生產(chǎn)中的應(yīng)用。美國的Milkowski利用TGase處理PSE肉用于生產(chǎn)肉制品已取得專利, 實(shí)驗(yàn)證明,這種方法特別適合對豬肉或火雞胸脯肉進(jìn)行處理, 然后加工成罐裝或其它包裝的火腿, 產(chǎn)品的粘結(jié)能力、保水性大大提高, 賦予了制品結(jié)實(shí)的質(zhì)構(gòu)。血液作為肉中的天然營養(yǎng)組分, 一般應(yīng)用于生化制藥方面, 而很少用于肉制品中, 主要是由于血液中成分不穩(wěn)定, 易氧化變質(zhì), 進(jìn)而影響產(chǎn)品的質(zhì)量。TGase可以與血液中血紅蛋白結(jié)合,重新添加到肉制品中, 不僅可以改善制品的色澤, 還可以作為抗氧化劑使產(chǎn)品品質(zhì)維持穩(wěn)定,延長貨架期, 此外也最大限度地保留了肉中的天然營養(yǎng)成分。 3

11、.1.5降低添加劑使用量, 開發(fā)新型保健食品 食鹽、硝酸鹽、磷酸鹽是各種肉制品中必不可少的成分, 它們在維持肉品質(zhì)量 (色、香、味、質(zhì)地) 有重要作用。但它們的添加又明顯有有損健康的潛在性。實(shí)驗(yàn)證明, 在肉制品中MT2Gase能降低這些添加劑的使用量, 但同時(shí)又能保持肉制品原有的風(fēng)味。MTGase在肉制品中完全可起到磷酸鹽類添加劑在增加腸餡內(nèi)聚力、增加保水性等方面的作用。同時(shí)應(yīng)用MTGase可生產(chǎn)良好的乳化劑, 開發(fā)出低脂保健型肉制品。3.2在乳制品加工中的應(yīng)用 乳制品中的-酪蛋白, -酪蛋白, -酪蛋白以及- 乳清蛋白, - 乳球蛋白等都是TGase的良好底物, 因而, TGase在乳制品工

12、業(yè)中也有很高的應(yīng)用價(jià)值。該酶能夠在較寬的pH范圍內(nèi)(pH6.58.0) 對乳品蛋白質(zhì)進(jìn)行交聯(lián)。 3.2.1增加凝膠強(qiáng)度, 提高酸奶質(zhì)量 在MTGase的作用下, 用葡萄糖-內(nèi)酯酸化酪蛋白或預(yù)先在50下用酶處理酪蛋白溶液1h, 再酸化, 可形成較強(qiáng)的凝膠。MTGase形成的凝膠強(qiáng)度大, 其剪切力比通常的酸凝膠高幾倍, 其臨界剪切力值是1000Pa, 而酸凝膠的臨界剪切力值為200Pa, 并且在5085下, 凝膠強(qiáng)度變化不大, 剪切力值保持不變, 存放期間, 乳清析出較少。MTGase形成的凝膠具有良好的特性, 如增強(qiáng)了對酸、對熱的抵抗性, 提高了保水性。因此, 在酸奶生產(chǎn)中添加MTGase可改善

13、酸奶品質(zhì), 增加酸奶穩(wěn)定性, 提高酸奶質(zhì)量。另外, 在重制奶酪生產(chǎn)中, 添加TGase處理后,使乳清蛋白和酪蛋白交聯(lián)在一起, 可以提高奶酪的質(zhì)量, 增加經(jīng)濟(jì)效益。用該酶處理牛奶, 可使牛奶粘性增加。 3.2.2 改善乳蛋白乳化特性 利用MTGase處理的乳蛋白質(zhì), 分子間發(fā)生聚合作用, 這些聚合物不易發(fā)生聚集, 從而提高乳性。as1酪蛋白、r-酪蛋白等經(jīng)TGase催化后發(fā)生交聯(lián), 可以作為優(yōu)良的乳化劑應(yīng)用于乳品生產(chǎn)中。 3.2.3提高乳蛋白的熱穩(wěn)定性 許多研究表明, MTGase能提高乳的熱穩(wěn)定性。經(jīng)MTGase催化交聯(lián)的-乳球蛋白表現(xiàn)出較高的熱穩(wěn)定性。1%的聚合-乳球蛋白在100下, 可保持

14、30min不變性, 而- 乳球蛋白在70下就會(huì)發(fā)生變性。利用MTGase能明顯改善乳粉加工中出現(xiàn)的玻璃化, 從而提高了玻璃化的溫度, 減少了玻璃化的發(fā)生, 有助于防止奶粉結(jié)塊硬化。 3.2.4提高乳制品的可塑性 在加工煉乳時(shí)加人適量的谷氨酞胺轉(zhuǎn)胺酶,煉乳不易出現(xiàn)脂肪上浮和蛋白質(zhì)顆粒沉淀現(xiàn)象,而少量的該酶可增加冰淇淋的塑性,使其易于成型且不易溶化。用谷氨酞胺轉(zhuǎn)胺酶處理乳中的酪蛋白,再經(jīng)過脫水可以制得一種水不溶性的可食用薄膜,能夠用于食品的包裝和保鮮。3.3TGase在水產(chǎn)品中的應(yīng)用 3.3.1改善水產(chǎn)品中蛋白質(zhì)的質(zhì)構(gòu) 魚糜制品是水產(chǎn)加工品中的一種, 富含蛋白質(zhì), 營養(yǎng)價(jià)值高, 是人們喜愛的水產(chǎn)品

15、之一。近幾年得到了蓬勃的發(fā)展, 但是魚糜制品的質(zhì)構(gòu)直接影響了它的消化性和消費(fèi)者的喜好程度。魚肉中內(nèi)源性TGase含量的多少, 可以影響魚肉的凝膠強(qiáng)度。新鮮的魚肉中富含較多的TGase, 因此可以生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的魚肉凝膠制品。然而由于水產(chǎn)品的產(chǎn)地較固定, 因此有些魚要經(jīng)過冷凍運(yùn)輸,這會(huì)使其中的TGase含量下降。另外, 市場上的一些魚糜產(chǎn)品, 就是在原料中加入TGase來提高魚糜的凝膠強(qiáng)度的, 這樣不僅可以避免原料的浪費(fèi), 同時(shí)會(huì)使產(chǎn)品更易貯存和使用, 也可提高產(chǎn)品的口味和新鮮程度。 3.3.2提高水產(chǎn)品的營養(yǎng)價(jià)值 利用TGase可以將限制性氨基酸交聯(lián)到某種蛋白質(zhì)上, 以提高此種蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價(jià)值。這

16、種操作比起直接添加游離氨基酸有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn): 一是可以提高氨基酸的穩(wěn)定性, 二是增強(qiáng)蛋白質(zhì)的功能性。另外賴氨酸與蛋白質(zhì)交聯(lián)后, 可以避免發(fā)生美拉德反應(yīng), 防止?fàn)I養(yǎng)成分損失。酪蛋白經(jīng)TGase的脫氨基作用后, 可以促進(jìn)礦物質(zhì)在腸內(nèi)的吸收, 強(qiáng)化水產(chǎn)品中礦物質(zhì)的消化, 提高水產(chǎn)品的營養(yǎng)價(jià)值。 3.3.3提高水產(chǎn)品凝膠的持水性 TGase催化形成的- (-谷氨?；? 賴氨酸異肽鍵可以提高產(chǎn)品凝膠的持水性, 使?jié)舛葹?%的蛋白質(zhì)溶液膠體化。利用TGase可以解決水產(chǎn)品中凝膠的脫水收縮作用。如在制作魚香腸時(shí), 加入TGase處理后, 其脫水收縮現(xiàn)象明顯降低, 其機(jī)理是TGase作用蛋白質(zhì)后形成交聯(lián)鍵,對水分

17、子有包容束縛能力。 3.3.4TGase用于水產(chǎn)品的包裝和保藏 Venugopal等人利用TGase處理魚肉蛋白后,可生成可食性的薄膜, 可直接用于水產(chǎn)品的包裝和保藏, 提高產(chǎn)品的外觀和貨架期。另外TGase,可以用于包埋脂類和脂溶性物質(zhì), 可以防止水產(chǎn)品氧化腐敗。3.4 TGase在小麥粉制品中的應(yīng)用 在面粉生產(chǎn)中最關(guān)心的是如何增加面粉的筋力, 改善面團(tuán)的流變特性和機(jī)械加工性能, 使面制品具有較好的口感和質(zhì)構(gòu)?；瘜W(xué)改良劑的使用雖然能起到較好的改良作用, 但往往對人體健康造成不利影響, 酶制劑是化學(xué)改良劑最好的代替物。面粉中的麥膠蛋白和麥谷蛋白都是TGase的良好底物。TGase可以明顯改善了

18、粉質(zhì)特性, 如面團(tuán)的形成時(shí)間、穩(wěn)定時(shí)間、評價(jià)值、抗延伸阻力。Sakamoto等在面條的生產(chǎn)中, 添加TGase后, 面條筋力增加, 口感明顯提高。由于形成分子內(nèi)和分子間的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)使面團(tuán)中的淀粉可以更好地被包裹在此網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中, 在烹煮后釋放進(jìn)入沸水中的固形物也就減少了, 同時(shí)面條的表面黏性下降, 烹煮時(shí)就不易結(jié)成大塊, 面湯的渾濁度也就降低了。近年來, TGase也開始用于烘焙食品中, 特別是在面包的加工中廣泛應(yīng)用。添加了TGase的面團(tuán)與空白樣品相比, 在發(fā)酵初期其膨脹較大,面團(tuán)的硬度下降, 同時(shí)面團(tuán)產(chǎn)生彈性, 面包比容增大, 面包瓤更富有彈性, 品質(zhì)更好。在烘焙工藝中, TGase還可以代替乳化劑和氧化劑來改善面團(tuán)的穩(wěn)定性, 提高焙烤產(chǎn)品的質(zhì)量, 使面包的顏色較白, 內(nèi)部結(jié)構(gòu)均一, 增大面包比容。在高纖維面包的制作過程中, 高比例的纖維含量破壞了面團(tuán)中的淀粉、面筋和戊聚糖等成分的平衡,從而降低了面團(tuán)的可烘焙性。當(dāng)添加了TGase后,可以制得混合均勻的面團(tuán), 提高面團(tuán)的穩(wěn)定性。隨著對烘焙工藝及產(chǎn)品質(zhì)量和新鮮度要求的不斷提高, 新的烘焙技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。即采用深度冷凍或延遲發(fā)酵。但是, 這種工藝的面團(tuán)烘焙后, 面包的質(zhì)量變