TG酶在食品工業(yè)的應(yīng)用解析

TG酶在食品工業(yè)的應(yīng)用解析第1頁/共27頁2023/3/17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)用前景第2頁/共27頁2023/3/171.1TGase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。第3頁/共27頁2023/3/17第4頁/共27頁2023/3/171.2TGase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。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(tuán)。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(diǎn)，主要為：pH適應(yīng)范圍廣（最適pH為5～8,在pH4～9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)、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。第5頁/共27頁2023/3/171.3TGase的作用機(jī)理谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶是一種催化酰基轉(zhuǎn)移反應(yīng)的轉(zhuǎn)移酶，它以肽鏈上的谷氨酰胺殘基的γ-酰胺基作為酰基供體，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ε-氨基，形成蛋白質(zhì)分子內(nèi)或分子間的ε-(γ-谷氨酰基)-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(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。第6頁/共27頁2023/3/171.4TGase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)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。第7頁/共27頁2023/3/172TGase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(fēng)味不會產(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廣泛的存在于動物組織,人們一直就在食用含有ε-(γ-谷氨酰)賴氨酸異肽鍵的食物,γ-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)都會造成其損失,所以賴氨酸常成為食品中的限制性氨基酸,而ε-(γ-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)。第8頁/共27頁2023/3/173.1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(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ε-(γ-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)。第9頁/共27頁2023/3/173.1.2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ε-(γ-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。第10頁/共27頁2023/3/173.1.3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。第11頁/共27頁2023/3/173.1.4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(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。第12頁/共27頁2023/3/173.1.5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。第13頁/共27頁2023/3/173.2在乳制品加工中的應(yīng)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)(pH6.5～8.0)對乳品蛋白質(zhì)進(jìn)行交聯(lián)。第14頁/共27頁2023/3/173.2.1增加凝膠強(qiáng)度,提高酸奶質(zhì)量在MTGase的作用下,用葡萄糖-δ-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50～85℃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。第15頁/共27頁2023/3/173.2.2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。第16頁/共27頁2023/3/173.2.3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β-乳球蛋白表現(xiàn)出較高的熱穩(wěn)定性。1%的聚合β-乳球蛋白在100℃下,可保持30min不變性,而β-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。第17頁/共27頁2023/3/173.2.4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。第18頁/共27頁2023/3/173.3TGase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。第19頁/共27頁2023/3/173.3.2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。這種操作比起直接添加游離氨基酸有兩個優(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。第20頁/共27頁2023/3/173.3.3提高水產(chǎn)品凝膠的持水性TGase催化形成的ε-(γ-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,對水分子有包容束縛能力。第21頁/共27頁2023/3/173.3.4TGase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。第22頁/共27頁2023/3/173.4TGase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。第23頁/共27頁2023/3/17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)量變差,口感降低。添加了TGase后,通過其共價(jià)交聯(lián)作用,保證冰晶中面筋網(wǎng)絡(luò)更大的