TG酶在食品工业的应用

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1.3 TGaLeabharlann e的作用机理• 谷氨酰胺转胺酶是一种催化酰基转移反应的转移酶，它以 肽链上的谷氨酰胺残基的γ-酰胺基作为酰基供体，根据酰 基受体不同，可以催化以下三种类型的反应：
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• (1) 多肽链中赖氨酸残基 的ε-氨基，形成蛋白质分 子内或分子间的ε-(γ-谷氨 酰基)-赖氨酸异肽键使蛋 白质分子发生交联，从而 改变食品的质构，改善蛋 白质的溶解性、起泡性、 乳化性等许多物理性质。
• 5 模拟蛋白食品, 因为它可以利用催化蛋白质的交联, 对肉制品进行 重组和利用鱼糜等生产仿真制品, 充分利用低值肉类。
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2 TGase的安全性
• 由TGase催化的在蛋白质分子内和分子间形成的异肽键属于共价键, 在一般的非酶催化条件下很难断裂, 所以用该酶处理碎肉使成形后虽 经冷冻、切片、烹饪也不会重新散开。肉类蛋白质之间发生交联后, 使得肉制品更加富有弹性, 形成良好的口感, 而该酶对肉制品的其他风 味不会产生影响。大量的试验证明用TGase处理的食品对人是安全的。 事实上, 由于TGase广泛的存在于动物组织, 人们一直就在食用含有ε(γ-谷氨酰) 赖氨酸异肽键的食物, γ-谷氨酰赖氨酸完全能够被人体吸 收利用。不仅如此, 赖氨酸是人体8种必需氨基酸之一, 也是在食品加 工过程中最容易损失掉的一种氨基酸, 美拉德反应等多种食品加工过 程中的副反应都会造成其损失, 所以赖氨酸常成为食品中的限制性氨 基酸, 而ε-(γ-谷氨酰) 赖氨酸异肽键的生成恰恰可以防止赖氨酸发生 副反应。
是人们喜爱的水产品之一。近几年得到了蓬勃的发展, 但 是鱼糜制品的质构直接影响了它的消化性和消费者的喜好 程度。鱼肉中内源性TGase含量的多少, 可以影响鱼肉的 凝胶强度。新鲜的鱼肉中富含较多的TGase, 因此可以生 产出优质的鱼肉凝胶制品。然而由于水产品的产地较固定, 因此有些鱼要经过冷冻运输,这会使其中的TGase含量下降。 另外, 市场上的一些鱼糜产品, 就是在原料中加入TGase来 提高鱼糜的凝胶强度的, 这样不仅可以避免原料的浪费, 同 时会使产品更易贮存和使用, 也可提高产品的口味和新鲜 程度。
• 经研究表明谷氨酰胺转胺酶广泛存在于动、植物以及微生 物机体组织中，其主要生理作用有：作为血液凝固的第13 因子促进凝血作用，参与伤口的愈合过程；促使表皮细胞 在分化末期中形成角质层；参与毛囊蛋白质的架桥；促进 胰岛素的分泌，诱导细胞分化，催化介导细胞的凋亡或程 序化死亡；以及识别癌变细胞组织等等，在机体多种生化 反应及生命代谢过程中发挥着重要的作用。
• pH适应范围广（最适pH为5～8, 在pH4～9的范围内也有活性）、 • 最适温度为50℃, 在50℃作用10min仍能完全保持活力, 但是当加热
到70℃时, 在几分钟内酶失去活性, 在10℃时甚至刚过冰点也有一定 的活性。 • 更有利于保存，经离心和发酵后的发酵液滤液在-20℃下可以贮存几 个月，而酶活性仅损失10%，而经过纯化的酶则更加稳定。 • 不依赖Ca2+、稳定性强、催化交联程度高，另外微生物谷氨酰胺转 胺酶属于胞外酶，提取时不需要破壁，易于分离纯化。
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• 3.1.5 降低添加剂使用量, 开发新型保健食品 • 食盐、硝酸盐、磷酸盐是各种肉制品中必不可少的成分,
它们在维持肉品质量 (色、香、味、质地) 有重要作用。但 它们的添加又明显有有损健康的潜在性。实验证明, 在肉 制品中MT2Gase能降低这些添加剂的使用量, 但同时又能 保持肉制品原有的风味。MTGase在肉制品中完全可起到 磷酸盐类添加剂在增加肠馅内聚力、增加保水性等方面的 作用。同时应用MTGase可生产良好的乳化剂, 开发出低 脂保健型肉制品。
• 1989年Ando报道了利用微生物发酵法生产谷氨酰胺转胺 酶，并经过分离提取，得到纯化了174倍的酶。通过微生 物发酵法生产谷氨酰胺转胺酶，是一种获得大量廉价谷氨 酰胺转胺酶的方法，这使得谷氨酰胺转胺酶可以应用在食 品加工中。
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1.2 TGase的酶学性质
• 不同来源的谷氨酰胺转胺酶的性质如表1。MTGase由331个氨基酸组 成, 其活性中心有一个半胱氨酸残基,位于64位, 如果半胱氨酸残基被 其它氨基酸取代, 则整个酶分子就会失活, 整个酶蛋白分子呈亲水性, 但也含有一些疏水基团。微生物发酵产生的谷氨酰胺转胺酶较动物来 源的谷氨酰胺转胺酶有许多优点，主要为：
• 在MTGase的作用下, 用葡萄糖-δ-内酯酸化酪蛋白或预先 在50℃下用酶处理酪蛋白溶液1h, 再酸化, 可形成较强的 凝胶。MTGase形成的凝胶强度大, 其剪切力比通常的酸 凝胶高几倍, 其临界剪切力值是1000Pa, 而酸凝胶的临界 剪切力值为200Pa, 并且在50～85℃下, 凝胶强度变化不 大, 剪切力值保持不变, 存放期间, 乳清析出较少。 MTGase形成的凝胶具有良好的特性, 如增强了对酸、对 热的抵抗性, 提高了保水性。因此, 在酸奶生产中添加 MTGase可改善酸奶品质, 增加酸奶稳定性, 提高酸奶质量。 另外, 在重制奶酪生产中, 添加TGase处理后,使乳清蛋白和 酪蛋白交联在一起, 可以提高奶酪的质量, 增加经济效益。 用该酶处理牛奶, 可使牛奶粘性增加。
催化交联的β-乳球蛋白表现出较高的热稳定性。1%的聚 合β-乳球蛋白在100℃下, 可保持30min不变性, 而β- 乳球 蛋白在70℃下就会发生变性。利用MTGase能明显改善乳 粉加工中出现的玻璃化, 从而提高了玻璃化的温度, 减少了 玻璃化的发生, 有助于防止奶粉结块硬化。
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• 3.2.4 提高乳制品的可塑性 • 在加工炼乳时加人适量的谷氨酞胺转胺酶,炼乳不易出现脂
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3.2 在乳制品加工中的应用
• 乳制品中的α-酪蛋白, β-酪蛋白, κ-酪蛋白以及α- 乳清蛋 白, β- 乳球蛋白等都是TGase的良好底物, 因而, TGase在 乳制品工业中也有很高的应用价值。该酶能够在较宽的 pH范围内(pH6.5～8.0) 对乳品蛋白质进行交联。
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• 3.2.1 增加凝胶强度, 提高酸奶质量
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• (2) 伯胺基, 形成蛋白质分 子和小分子伯胺之间的连 接, 利用该反应可以将一 些限制性氨基酸引人蛋白 质以提高其营养价值;
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• (3) 水, 当不存在伯胺时, 水会成为酰基受体, 其结 果是谷氨酰胺残基脱去氨 基生成谷氨酸残基, 该反 应可用于改变蛋白质的等 电点及溶解度。
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• 此外, 该酶可分解谷氨酰胺生成谷氨酸和氨, 而谷氨酸在食 品鲜味上起着重要作用, 因此通过添加该酶可增强食品的 风味。
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3.1 在肉制品加工中的应用
• 3.1.1 改善肉制品质构, 提高产品质量在肉制品加工中, 最基本的原料 就是动物肌肉, 肌球蛋白和肌动球蛋白是肌肉中重要组成成份, 对维持 肌肉的保水性和粘合力起关健作用, 同时也是TGase作用的良好底物。 在受热情况下, 肌球蛋白分子之间以及肌动球蛋白分子之间, 形成二硫 键, 并且在分子疏水基团的相互作用下形成复杂的热诱导凝胶空间网 络结构, 而二硫键和疏水基团做为这一网络上的联结点。肌原纤维蛋 白热诱导凝胶的形成, 使肉制品具有弹性、切片性、保水性等品质特 征。将TGase加入到肉制品中, 除了以上作用力外,在肌肉蛋白分子间 还能形成一种ε- (γ-谷氨酸) 赖氨酰共价键, 这种共价键作用力较强,是 二硫键键能的70倍, 能使蛋白分子更紧密地结合在一起, 形成致密的三 维网络结构, 维持肌肉蛋白凝胶体系的形成, 显著提高了产品的质构, 改善了肉制品品质。
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• 3.1.2 加强保水性, 提高产品出率 • 肉制品的保水性是一项重要的质量指标, 它不仅影响制品的色香味、
营养成分、多汁性、嫩度等食用品质, 而且具有重要的经济价值。利 用肌肉系水力这一潜能, 在加工过程中可以添加水分, 提高出品率。J. F. Kerry以禽胸脯肉为原料, 加入大豆蛋白和TGase, 制成肉饼, 测定其 蒸煮损失。利用响应曲面法分析试验结果发现随着TGase添加量的增 加, 蒸煮损失呈逐渐下降的趋势, 分析其原因, 主要是ε- (γ-谷氨酰) 赖 氨酸的GL肽键提高了制品中凝胶网络的稳定性,使凝胶抗热能力增强, 从而产品能够在热处理中降低蒸煮损失, 提高产品出率。此外利用 TGase处理香肠制品, 可以避免香肠脱水收缩现象的发生。
• 2 提高蛋白质的营养性, 因为它可以向食品中强化赖氨酸, 还可以保 护赖氨酸, 避免它与食品中其他成分发生不必要的化学反应;
• 3 用于包埋脂类或脂溶性物质, 因为它可形成耐热防水防油的食用保 鲜膜;
• 4 在低温、非蒸煮的条件下即可形成凝胶,这样免除了形成凝胶所必 需的热处理过程, 可获得良好的凝胶特性, 改善产品的弹性和持水性,延 长货架期, 降低生产成本(应用TGase可以提高产品的产出率) 等。
TG酶在食品工业中的应用
主讲人：
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主要内容
• TG酶的简介 • TG酶的安全性 • TG酶在食品中的应用 • TG酶的应用前景
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• 谷氨酰胺转胺酶(Transglutaminase)又称转谷氨酰胺酶， 是一种催化蛋白质或多肽链中的谷氨酰胺残基里的γ—酰 胺基和一级氨基之间进行酰胺基转移反应的酶。
肪上浮和蛋白质颗粒沉淀现象,而少量的该酶可增加冰淇淋 的塑性,使其易于成型且不易溶化。用谷氨酞胺转胺酶处理 乳中的酪蛋白,再经过脱水可以制得一种水不溶性的可食用 薄膜,能够用于食品的包装和保鲜。
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3.3 TGase在水产品中的应用
• 3.3.1 改善水产品中蛋白质的质构 • 鱼糜制品是水产加工品中的一种, 富含蛋白质, 营养价值高,
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• 3.2.2 改善乳蛋白乳化特性 • 利用MTGase处理的乳蛋白质, 分子间发生聚合作用, 这些
聚合物不易发生聚集, 从而提高乳性。as1酪蛋白、r-酪蛋 白等经TGase催化后发生交联, 可以作为优良的乳化剂应 用于乳品生产中。
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• 3.2.3 提高乳蛋白的热稳定性 • 许多研究表明, MTGase能提高乳的热稳定性。经MTGase
• 由于谷氨酰胺转胺酶具有在蛋白质之间架桥形成ε-(γ-谷氨 酰基)-赖氨酸异肽键，使蛋白质聚合或交叉链接的特性， 因而在改良食品物性和粘合力上有惊人的效果，在食品加 工中具有重要的作用。
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1.1 TGase的来源
• 商品化的谷氨酰胺转胺酶最初是从豚鼠肝脏中提取的，但 由于酶的原料来源较少、分离纯化工艺复杂，导致酶的价 格十分昂贵，仅限于基础研究用。
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1.4 TGase的功能特性
• TGase用于食品, 是由于它能够为食品提供多种功能和良好的特性, 因 此在食品加工中具有重要的作用:
• 1 可催化多种蛋白质形成交联键, 使蛋白质改性, 提高蛋白质的功能 性质, 通过催化蛋白质之间的交联, 改善食品的质构, 改善蛋白质的溶 解性、起泡性、乳化性等;
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• 3.1.4 拓宽原料的来源, 提高原料利用率 • PSE肉是一种异常肉, 常见于猪肉、火鸡肉,在牛、羊肉中处理不当也
会发生; 此种肉颜色苍白, 组织脆弱, 肌肉持水性差, 大大限制了在生产 中的应用。美国的Milkowski利用TGase处理PSE肉用于生产肉制品已 取得专利, 实验证明,这种方法特别适合对猪肉或火鸡胸脯肉进行处理, 然后加工成罐装或其它包装的火腿, 产品的粘结能力、保水性大大提 高, 赋予了制品结实的质构。 • 血液作为肉中的天然营养组分, 一般应用于生化制药方面, 而很少用于 肉制品中, 主要是由于血液中成分不稳定, 易氧化变质, 进而影响产品 的质量。TGase可以与血液中血红蛋白结合,重新添加到肉制品中, 不 仅可以改善制品的色泽, 还可以作为抗氧化剂使产品品质维持稳定,延 长货架期, 此外也最大限度地保留了肉中的天然营养成分。
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• 3.1.3 重组低价值碎肉, 提高其营养价值 • 在肉制品加工过程中, 会产生大量的碎肉、肉渣。利用TGase能将这
些下脚料重新组合成完整的肉块, 从而提高了原料肉的利用率, 降低 了生产成本。另外, 牛、羊、鸡肉制品中黏合性较低, 易发生碎裂, 切片不好等缺陷。添加TGase,能显著改善这些肉制品的质地结构, 提高产品的感观特性。