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1、谷氨酰胺转胺酶在谷物制品加工中的应用摘要:介绍了微生物谷氨酰胺转胺酶的理化性质和作用机理。详细描述了谷氨酰胺转胺酶在谷物制品中的应用，重点叙述了其在面制品中的用途，并展望了其在食品中的广阔的应用前景。关键词:谷氨酰胺转胺酶; 谷物; 应用谷氨酰胺转胺酶（Transglutaminase）又称转谷氨酰胺酶，系统名称为蛋白质-谷氨酸-谷氨酰胺基转移酶（EC2.3.2.13，Tgase）是一种催化酰基转移反应的转移酶，能催化蛋白质分子内或分子间的交联、蛋白质和氨基酸之间的连接以及蛋白质分子内谷氨酰胺基的水解，从而改善蛋白质的结构和功能特性并能通过引入赖氨酸而提高蛋白质的营养价值。可以改善食品结构、溶
2、解性、起泡性、乳化性、流变性等。其在生物医药、纺织、化妆品等诸多领域有着广泛的应用前景。1957年Clarke等人第一次提出TGase一词，用来描述豚鼠肝脏的促使酞基转移酶的活性，此后在微生物、植物、无脊椎动物、两栖动物、鱼类、鸟类中都发现了TGase。1 谷胺酰胺转胺酶的种类不同来源的谷胺酰胺转胺酶其性质也有所不同。根据来源主要分为两大类，其性质也有所差异。1.1 来自微生物的谷氨酰胺转胺酶来自微生物的谷氨酰胺转胺酶其摩尔分子量为2340（10），球状构型，单聚链，331 个氨基酸构成，活性中心包括带有自由硫巯基的Cys 残基分泌型蛋白质，亲水性，但有疏水性部分分散在序列中，被安置在酶表面的
3、亲水区，其对酶活性的影响尚未发现。活性不依赖于Ca序列。最适pH 6.07.0，最适温度50。PCMB，NEM，MIA，pb，Zn，Cu 抑制酶活性，EDTA 无影响，其它金属对酶活性无明显影响。等电点8.9，较为稳定，经过离心和过滤后的滤液在20时可以贮存几个月而酶活性平均损失才10%，重复溶解和冷却，并不明显增加酶活性的损失，经过纯化后的酶更为稳定。1.2 来自动物肝脏组织的谷氨酰胺转胺酶来自动物肝脏组织的谷氨酰胺转胺酶：其分子量为7090（10），分为、两型，单聚链，468479 个氨基酸构成，活性中心也包括一个Cys 残基，型和型功能区非常相似，但其余部分并不全部相同。等电点4.5 ，
4、其热稳定性、pH 值、温度、对底物的要求等均不同于微生物谷氨酰胺转胺酶，且不同肝脏或组织的谷氨酰胺转胺酶其性质也并不完全相同，但其活性中心均依赖Ca。此外，植物组织中也发现此酶，对其研究目前还较少。2 TGase 性质和作用机理微生物发酵生产所得的TGase 最适pH 值在5和8 之间，最佳酶催化温度是55 ，酶在70 会失活，而接近冰点时，仍可保留一点活性。TGase 并不完全依赖于钙离子，但是Cu、Zn、Pb、Li对酶活有强烈的抑制作用。因为这些重金属离子会结合巯基，而这些巯基恰处于酶的活性位点。TGase 催化机理为利用肽链上的谷氨酰胺残基上的甲酰胺基为乙酰基供体，受体可以是蛋白质上的或
5、游离氨基酸上的胺基、伯胺基、水。TGase 既可以催化蛋白分子间的交联，又可以催化分子内的交联反应。TGase 催化的主要反应如下:注: a酰基转移反应;b蛋白质Gln 残基和Lys 残基之间的交联反应;c脱氨基化反应。TGase可催化如下反应: 它可催化蛋白质以及肽键中谷氨酰胺残基的-羧酰胺基和伯胺之间的酰胺基转移反应，利用该反应可以将赖氨酸引入蛋白质以改善蛋白质的营养特性；当蛋白质中的赖氨酸残基的-氨基作为酰基受体时，蛋白质在分子内或分子间形成-( -glutamyl) lys 共价键，通过该反应，蛋白质分子间发生交联，使得食品以及其它制品产生质构变化，从而赋予产品特有的质构特性和粘合性能
6、；当不存在伯胺时，水可成为酰基的受体，使得谷氨酰胺残基脱氨。上述转胺反应可改变蛋白质的等电点、溶解度等功能性质。3 TGase 在谷物食品中的应用3.1 TGase 在小麦制品中的应用小麦是我国三大主要粮食作物之一，全国年总产量在1亿吨以上。随着我国人民生活水平日益提高，人们对食品提出了更高的要求。人们通常在面粉或面制品中添加改良剂，能很好地提高面制品质量。但这些改良剂多以化学品为主，如强筋剂溴酸钾，增白剂过氧化苯甲酰。而化学改良剂往往对人体健康造成不利影响，像溴酸钾以及过氧化苯酰已被禁止使用。目前，国际上研究的热点是应用生物技术，采用新型酶制剂来替代化学改良剂。酶制剂作为天然食品添加剂，容易
7、被人们接受。因此，找到一种较好的酶制剂延长面粉的保质期，改善面粉的加工性能，提高面粉的营养价值是当前研究热点。TGase 作为食品添加剂，在国外已经进行大量研究，并逐渐应用于生产面粉制品中。利用其共价交联的催化特性在面粉制品的加工中具有重大的意义。3.1.1 TGase 在改善小麦粉的品质中应用3.1.1.1 改良虫蚀小麦粉在中东、东欧和北非的许多国家里，由昆虫在收割前造成的小麦虫蚀现象时有发生。这些害虫侵蚀麦粒，大量的谷物中含有较多的蛋白酶，破坏了面团的面筋结构。用虫蚀面粉制成的面团弹性少、黏度大，而且生产出的面包质量很差，因而无法用于生产焙烤食品。谷螨蛋白酶能够严重影响大分子量的麦谷蛋白聚
8、合物的含量，特别是对HMW2GS 大分子量麦谷蛋白残基的影响很大。如在其中添加了TGase后，能够修复被谷螨蛋白酶弱化了的面筋结构。并且无论是否添加SPI 大豆分离蛋白，TGase 对被谷螨蛋白酶水解的面团样品都具有修复作用，从而可利用虫蚀小麦得到高质量的面粉制品。3.1.1.2 改良麦谷蛋白的功能性质小麦谷蛋白是生产淀粉的副产品，具有不溶性。传统做法中用蛋白酶或酸水解来增加溶解性，但如此消化后，由于其暴露的疏水肽段增多，使之味道发苦，而且仍有大量的不溶物不能被消化吸收。而应用TGase 处理后，由于其共价交联作用，产生的大分子聚合物掩盖了疏水基团，利用TGase 催化蛋白质中谷氨酰胺残基进行
9、脱酰胺，使蛋白质中的交联键得到保护，增加了分子的静电斥力，故既提高了溶解性，又消除了苦味现象。3.1.1.3改善面粉的营养价值面筋蛋白中含有大量谷氨酰胺残基和少量赖氨酸，因赖氨酸的含量少，且在加工过程中容易损失，赖氨酸又是人体必需的氨基酸，所以必须向面筋蛋白中引入赖氨酸。可以利用TGase，通过交联的方法将赖氨酸导入面筋中，提高其营养价值。这是一种向氨基酸组成不理想的蛋白质中引入限制性氨基酸，提高其营养价值的有效手段。3.1.1.4降低面粉的致敏性人们由于长时间食用致敏性食物而引起的IgE介导的超敏感反应，即食物过敏。尽管对小麦中的致敏性蛋白及其抗原决定簇结构不甚了解，但是已经有学者开始研究用
10、酶法来生产低致敏性的小麦面粉了。经TGase 和胶原酶处理的小麦面粉仍保持大部分的面团特性，适合加工成对谷物过敏者的健康食品例如无筋面包，具有重大的意义。3.1.2 TGase 在蒸煮制品中的应用在面条的生产中，添加TGase 后，通过调整酶的用量和反应时间就可以控制面条的质构，使口感明显提高。由于面团的面筋网络结构经共价交联而加强，面团中的淀粉就可以更好地被包裹在此网络结构中，在烹煮后释放进入沸水中的固形物也就减少了，同时面条的表面黏性下降，烹煮时不易结成大块，面汤的浑浊度也就降低了；并且TGase 形成的共价交联结构较耐热，故在热汤中面条可较长时间维持弹性结构，提高了面条口感。在面条的加工
11、中，一般会加碱水改善其质构、赋予面条弹性、使其具有良好的风味、香气、色泽等。但是碱水的添加使得部分的赖氨酸变为赖丙氨酸，降低了其营养价值，同时还加重了肾脏的负担，对人体健康不利。通过添加TGase 可以减少碱水的使用量甚至不使用，面条仍可维持较好的质构和口感。此方法在日本面条和意大利通心面的加工中已得到了广泛的应用。在馒头制作中，面团稳定与否是决定最终产品质量必不可少的条件。在制作馒头的面团中使用TGase 提高了蛋白质的吸水性，结果是在蒸煮过程中将更多的水释放于淀粉中，在馒头及用大米、玉米或黑麦粉制作的杂粮馒头中添加TGase 并结合大量的水，使面团稍干并易于机械化加工。3.1.3 TGas
12、e在焙烤制品中的应用近年来，国内外不断报道了TGase 在焙烤食品加工中的应用，特别是在面包的加工中广泛应用起来。TGase 在面包加工中有如下优点。( 1) TGase 对面团性质的影响: 添加了TGase 的面团与对照样品相比，在发酵初期其膨胀较大，面团的硬度下降，同时面团产生弹性，从而改变其可塑性。( 2) TGase 对面团发酵的影响: 在面团松弛试验中发现TGase 可以显著增加面团的应力松弛时间，和溴酸钾、L - 抗坏血酸处理的面团相比，随着反应时间的延长或TGase 用量的加大，应力松弛时间明显增大，面团的要求更低且不需要很高的搅拌强度。( 3) TGase 对加水量的影响: T
13、Gase 的添加可以增加面团的水分吸收，并提高面包出品率。因为TGase 的添加将蛋白质内的麦谷蛋白残基水解成谷氨酸，增加亲水性。( 4) TGase 对面包瓤硬度的影响: TGase 还可以大大增加面包块的捏碎强度，减少切片碎屑，同时有利于在面包上涂抹黄油。( 5) TGase 对消耗功要求的影响: 面团的最佳消耗功是指为使面团达到最大硬度所需用于搅拌的能量，减少劳动量。添加了TGase 能够降低消耗功，消耗功的降低能够直接降低面包的生产成本。( 6) TGase 还可以代替乳化剂和氧化剂来改善面团的稳定性，提高焙烤产品的质量，使面包的颜色较白，内部结构均一，增大面包的体积。作为乳化剂，TG
14、ase 可以改善面团的手感、稳定性和烘焙产品的品质，产生更均匀一致的面包瓤结构和增长面包体积; 也可以作为化学氧化剂的替代物，如取代溴酸钾、偶氮甲酰胺和其他化学成分，用以增加面团筋力和用于化学发面，TGase 与抗坏血酸混合使用效果更佳。( 7) TGase 能够降低油炸食品的吸油率。试验显示，每克面粉加入0. 1% 的Tcase，油炸饼吸油率能够降低25%，但降低吸油率无规律可循。3.1.4 TGase用于开发新型面制品随着对面制品工艺及产品质量和新鲜度要求的不断提高，新的技术应运而生。如采用深度冷冻或延迟发酵。这是指面团储存一段时间后再进行处理。但是，这种工艺的生产面团进行处理例如焙烤后，
15、面包的质量变差，口感降低。添加了TGase 后，通过其共价交联作用，保证冰晶中面筋网络更大的耐冻耐融性，使网络结构的强度增大，改善面包的质构。3. 2 TGase在大米制品中的应用稻谷是一种重要的粮食作物，据统计，全球大约一半左右的人口都以大米作为主食。与小麦等相比，大米蛋白具有营养价值高及人体吸收利用率高等特点，其生物效价达77，远高于其他植物蛋白; 大米蛋白还具有低过敏性、无色素干扰等特点，味道柔和而不刺激；此外，大米蛋白富含各类氨基酸，尤其是赖氨酸含量居谷物类食物中的第一位。因此，越来越多的食品科学家开始关注大米制品。现在，随着技术的发展，大米愈来愈多被用来生产价格低廉并且被人们接受的各
16、种形式的产品。由于目前对于这方面的研究刚刚起步，还仅停留在理论研究阶段。但是大米蛋白质富含赖氨酸，而赖氨酸又是TGase 的良好底物，因此TGase 在大米制品中有广阔的应用前景。3.3 TGase在其他谷物制品中的应用随着人们生活水平的提高，人们越来越关注杂粮的营养功效及对人体的保健作用。例如，荞麦富含多种营养与保健成分，其中的芦丁和类黄酮等具有软化血管、增强血管韧性和强度的功能，能够抑制淀粉转化成糖，是理想的糖尿病治疗成分。但是，荞麦蛋白主要是清蛋白，不能形成良好的面筋结构，荞麦粉的添加会在一定程度上破坏小麦面团原有的结构，使其加工品质和终产品食用品质变差，荞麦粉的加工与运用。李国龙等认为添加TGase 有利于改善荞麦粉面团加工性能，并且随着荞麦粉添加量增大，TGase 效果越为明显。在燕麦中，TGase 有类似作用。谷物种
