TG酶在食品工業(yè)的應用解析

1、TG酶在食品工業(yè)中的應用2021-12-22主要內(nèi)容 TG酶的簡介 TG酶的安全性 TG酶在食品中的應用 TG酶的應用前景2021-12-221.1 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、分離純化工藝復雜，導致酶的價格十分昂貴，僅限于基礎(chǔ)研究用。 1989年Ando報道了利用微生物發(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)胺酶可以應用在食品加工中。2021-12-222021-12-221.2 TGase的酶學性質(zhì) 不同來源的谷

2、氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶的性質(zhì)如表1。MTGase由331個氨基酸組成, 其活性中心有一個半胱氨酸殘基,位于64位, 如果半胱氨酸殘基被其它氨基酸取代, 則整個酶分子就會失活, 整個酶蛋白分子呈親水性, 但也含有一些疏水基團。微生物發(fā)酵產(chǎn)生的谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶較動物來源的谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶有許多優(yōu)點，主要為： pH適應范圍廣（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, 但是當加熱到70時, 在幾分鐘內(nèi)酶失去活性, 在10時甚至剛過冰點也有一定的活性。 更有利于保存，經(jīng)離心和發(fā)酵后的發(fā)酵液濾液在-20下可以貯存幾個月，而酶活性僅損失10%，而經(jīng)過純化的

3、酶則更加穩(wěn)定。 不依賴Ca2+、穩(wěn)定性強、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，提取時不需要破壁，易于分離純化。2021-12-221.3 TGase的作用機理 谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶是一種催化?；D(zhuǎn)移反應的轉(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)酰基受體不同，可以催化以下三種類型的反應： (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, 利用該反應可以將一些限制性氨基酸引人蛋白

4、質(zhì)以提高其營養(yǎng)價值; （3）水, 當不存在伯胺時, 水會成為?；荏w, 其結(jié)果是谷氨酰胺殘基脫去氨基生成谷氨酸殘基, 該反應可用于改變蛋白質(zhì)的等電點及溶解度。 （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食品的風味。2021-12-221.4TGase的功能特性 TGase用于食品, 是由于它能夠為食品提供多種功能和良好的特性, 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

5、, 因為它可以向食品中強化賴氨酸, 還可以保護賴氨酸, 避免它與食品中其他成分發(fā)生不必要的化學反應; 3用于包埋脂類或脂溶性物質(zhì), 因為它可形成耐熱防水防油的食用保鮮膜; 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(應用TGase可以提高產(chǎn)品的產(chǎn)出率) 等。 5模擬蛋白食品, 因為它可以利用催化蛋白質(zhì)的交聯(lián), 對肉制品進行重組和利用魚糜等生產(chǎn)仿真制品, 充分利用低值肉類。2021-12-222 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鍵, 在一般

6、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、烹飪也不會重新散開。肉類蛋白質(zhì)之間發(fā)生交聯(lián)后, 使得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味不會產(chǎn)生影響。大量的試驗證明用TGase處理的食品對人是安全的。事實上, 由于TGase廣泛的存在于動物組織, 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, 美拉德反應等多種食品加工過程中的副反應都會造成其損失, 所以賴氨酸常成為食品中的限制性氨基酸, 而-(-谷氨酰

7、) 賴氨酸異肽鍵的生成恰恰可以防止賴氨酸發(fā)生副反應。2021-12-223.1在肉制品加工中的應用 3.1.1改善肉制品質(zhì)構(gòu), 提高產(chǎn)品質(zhì)量在肉制品加工中, 最基本的原料就是動物肌肉, 肌球蛋白和肌動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球蛋白分子之間, 形成二硫鍵, 并且在分子疏水基團的相互作用下形成復雜的熱誘導凝膠空間網(wǎng)絡結(jié)構(gòu), 而二硫鍵和疏水基團做為這一網(wǎng)絡上的聯(lián)結(jié)點。肌原纖維蛋白熱誘導凝膠的形成, 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

8、用力外,在肌肉蛋白分子間還能形成一種- (-谷氨酸) 賴氨酰共價鍵, 這種共價鍵作用力較強,是二硫鍵鍵能的70倍, 能使蛋白分子更緊密地結(jié)合在一起, 形成致密的三維網(wǎng)絡結(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)。2021-12-22 3.1.2加強保水性, 提高產(chǎn)品出率 肉制品的保水性是一項重要的質(zhì)量指標, 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)濟價值。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

9、應曲面法分析試驗結(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)絡的穩(wěn)定性,使凝膠抗熱能力增強, 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。2021-12-22 3.1.3重組低價值碎肉, 提高其營養(yǎng)價值 在肉制品加工過程中, 會產(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,

10、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。2021-12-22 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、羊肉中處理不當也會發(fā)生; 此種肉顏色蒼白, 組織脆弱, 肌肉持水性差, 大大限制了在生產(chǎn)中的應用。美國的Milkowski利用TGase處理PSE肉用于生產(chǎn)肉制品已取得專利, 實驗證明,這種方法特別適合對豬肉或火雞胸脯肉進行處理, 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)實的質(zhì)構(gòu)。 血液作為肉中的天然營養(yǎng)組分, 一般應用于生化制藥方面, 而很少用于肉制品中, 主要是由于血液中成分不穩(wěn)定,

11、 易氧化變質(zhì), 進而影響產(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。2021-12-22 3.1.5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。實驗證明, 在肉制品中MT2Gase能降低這些添加劑的使用量, 但同時又能保持肉制品原有的風味。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

12、方面的作用。同時應用MTGase可生產(chǎn)良好的乳化劑, 開發(fā)出低脂保健型肉制品。2021-12-223.2在乳制品加工中的應用 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在乳制品工業(yè)中也有很高的應用價值。該酶能夠在較寬的pH范圍內(nèi)(pH6.58.0) 對乳品蛋白質(zhì)進行交聯(lián)。2021-12-22 3.2.1增加凝膠強度, 提高酸奶質(zhì)量 在MTGase的作用下, 用葡萄糖-內(nèi)酯酸化酪蛋白或預先在50下用酶處理酪蛋白溶液1h, 再酸化, 可形成較強的凝膠。MTGase形成的凝膠強度大, 其剪切力比通常的酸凝膠高幾倍, 其臨

13、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)濟效益。用該酶處理牛奶, 可使牛奶粘性增加。2021-12-22 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

14、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)良的乳化劑應用于乳品生產(chǎn)中。2021-12-22 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30min不變性, 而- 乳球蛋白在70下就會發(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。2021-12-22 3.2.4提高乳制品的可塑性 在加工煉乳時加人適量的谷氨酞胺轉(zhuǎn)胺酶,煉乳不易出現(xiàn)

15、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。2021-12-223.3TGase在水產(chǎn)品中的應用 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)價值高, 是人們喜愛的水產(chǎn)品之一。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

16、固定, 因此有些魚要經(jīng)過冷凍運輸,這會使其中的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度的, 這樣不僅可以避免原料的浪費, 同時會使產(chǎn)品更易貯存和使用, 也可提高產(chǎn)品的口味和新鮮程度。2021-12-22 3.3.2提高水產(chǎn)品的營養(yǎng)價值 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)價值。這種操作比起直接添加游離氨基酸有兩個優(yōu)點: 一是可以提高氨基酸的穩(wěn)定性, 二是增強蛋白質(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, 防止營養(yǎng)成分損失。酪蛋白經(jīng)TGase的脫氨基作用后, 可以促進礦物質(zhì)在腸

17、內(nèi)的吸收, 強化水產(chǎn)品中礦物質(zhì)的消化, 提高水產(chǎn)品的營養(yǎng)價值。2021-12-22 3.3.3提高水產(chǎn)品凝膠的持水性 TGase催化形成的- (-谷氨酰基) 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, 加入TGase處理后, 其脫水收縮現(xiàn)象明顯降低, 其機理是TGase作用蛋白質(zhì)后形成交聯(lián)鍵,對水分子有包容束縛能力。2021-12-22 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

18、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。2021-12-223.4 TGase在小麥粉制品中的應用 在面粉生產(chǎn)中最關(guān)心的是如何增加面粉的筋力, 改善面團的流變特性和機械加工性能, 使面制品具有較好的口感和質(zhì)構(gòu)?；瘜W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可以明顯改善了粉質(zhì)特性, 如面團的形成時間、穩(wěn)定時間、評價值、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

19、分子間的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)使面團中的淀粉可以更好地被包裹在此網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)中, 在烹煮后釋放進入沸水中的固形物也就減少了, 同時面條的表面黏性下降, 烹煮時就不易結(jié)成大塊, 面湯的渾濁度也就降低了。2021-12-22 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用。添加了TGase的面團與空白樣品相比, 在發(fā)酵初期其膨脹較大,面團的硬度下降, 同時面團產(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

20、例的纖維含量破壞了面團中的淀粉、面筋和戊聚糖等成分的平衡,從而降低了面團的可烘焙性。當添加了TGase后,可以制得混合均勻的面團, 提高面團的穩(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)應運而生。即采用深度冷凍或延遲發(fā)酵。但是, 這種工藝的面團烘焙后, 面包的質(zhì)量變差, 口感降低。添加了TGase后, 通過其共價交聯(lián)作用, 保證冰晶中面筋網(wǎng)絡更大的耐凍耐融性, 使網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的強度增大, 改善面包的質(zhì)構(gòu)。TGase不僅用于面包的生產(chǎn)中, 而且還可用于餅干和蛋糕的加工中。通過添加TGase可以防止蛋糕在焙烤后的塌陷, 蛋糕的體積、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和質(zhì)構(gòu)等都得到了提高。2021-12

21、-223.5 TGase在大豆制品中的應用 大豆蛋白經(jīng)TGase改性后, 其溶解度、乳化性、乳化穩(wěn)定性、凝膠性等功能特性都得到提高。在豆腐的加工中可用TGase代替?zhèn)鹘y(tǒng)加工中的鹵水, 加工得到的產(chǎn)品質(zhì)地細膩、口感潤滑且不易脫水, 并能保持良好的性狀。TGase為生產(chǎn)各種各樣的大豆蛋白產(chǎn)品提供了一種新的方法。2021-12-22 TGase作為一種新型酶制劑, 應用前景十分廣闊。發(fā)酵法生產(chǎn)TGase的成功為其在食品中的應用輔平了道路。當前TGase已在肉制品、水產(chǎn)制品及面制品等領(lǐng)域得到了應用。隨著對TGase研究的深入, TGase將獲得更為廣泛的應用, 將對我國食品工業(yè)的發(fā)展起巨大的推動作用。

22、 TGase作為一種使蛋白質(zhì)分子交聯(lián)的新型食品添加劑, 對蛋白質(zhì)的修飾作用已顯示出強大的生命力, 它不僅可以大大改善蛋白質(zhì)的乳化性、熱穩(wěn)定性、凝膠性和起泡性, 而且可以開發(fā)新的食品資源。因此, TGase的應用對動物性食品的加工將是一次新的革命。隨著發(fā)酵工業(yè)和基因工程技術(shù)的發(fā)展, 谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶的成本將有很大程度的下降, 產(chǎn)量將大大提高, 谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶將獲得更為廣泛的應用。2021-12-222021-12-221.2 TGase的酶學性質(zhì) 不同來源的谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶的性質(zhì)如表1。MTGase由331個氨基酸組成, 其活性中心有一個半胱氨酸殘基,位于64位, 如果半胱氨酸殘基被其它氨基酸取代,

23、 則整個酶分子就會失活, 整個酶蛋白分子呈親水性, 但也含有一些疏水基團。微生物發(fā)酵產(chǎn)生的谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶較動物來源的谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶有許多優(yōu)點，主要為： pH適應范圍廣（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, 但是當加熱到70時, 在幾分鐘內(nèi)酶失去活性, 在10時甚至剛過冰點也有一定的活性。 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、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，提取時不需要破壁，易于分離純化。2021-12-22 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