TG酶在食品工业的应用解析

TG酶在食品工业的应用解析第1页/共27页2023/3/17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酶的应用前景第2页/共27页2023/3/171.1TGase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。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。第3页/共27页2023/3/17第4页/共27页2023/3/171.2TGase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：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。第5页/共27页2023/3/171.3TGase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：

(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(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;（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。（4）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。第6页/共27页2023/3/171.4TGase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;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。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。第7页/共27页2023/3/172TGase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。第8页/共27页2023/3/173.1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。第9页/共27页2023/3/173.1.2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。第10页/共27页2023/3/173.1.3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。第11页/共27页2023/3/173.1.4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。第12页/共27页2023/3/173.1.5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。第13页/共27页2023/3/173.2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。第14页/共27页2023/3/173.2.1增加凝胶强度,提高酸奶质量在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。第15页/共27页2023/3/173.2.2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。第16页/共27页2023/3/173.2.3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。第17页/共27页2023/3/173.2.4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。第18页/共27页2023/3/173.3TGase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,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。第19页/共27页2023/3/173.3.2提高水产品的营养价值利用TGase可以将限制性氨基酸交联到某种蛋白质上,以提高此种蛋白质的营养价值。这种操作比起直接添加游离氨基酸有两个优点:一是可以提高氨基酸的稳定性,二是增强蛋白质的功能性。另外赖氨酸与蛋白质交联后,可以避免发生美拉德反应,防止营养成分损失。酪蛋白经TGase的脱氨基作用后,可以促进矿物质在肠内的吸收,强化水产品中矿物质的消化,提高水产品的营养价值。第20页/共27页2023/3/173.3.3提高水产品凝胶的持水性TGase催化形成的ε-(γ-谷氨酰基)赖氨酸异肽键可以提高产品凝胶的持水性,使浓度为2%的蛋白质溶液胶体化。利用TGase可以解决水产品中凝胶的脱水收缩作用。如在制作鱼香肠时,加入TGase处理后,其脱水收缩现象明显降低,其机理是TGase作用蛋白质后形成交联键,对水分子有包容束缚能力。第21页/共27页2023/3/173.3.4TGase用于水产品的包装和保藏Venugopal等人利用TGase处理鱼肉蛋白后,可生成可食性的薄膜,可直接用于水产品的包装和保藏,提高产品的外观和货架期。另外TGase,可以用于包埋脂类和脂溶性物质,可以防止水产品氧化腐败。第22页/共27页2023/3/173.4TGase在小麦粉制品中的应用在面粉生产中最关心的是如何增加面粉的筋力,改善面团的流变特性和机械加工性能,使面制品具有较好的口感和质构。化学改良剂的使用虽然能起到较好的改良作用,但往往对人体健康造成不利影响,酶制剂是化学改良剂最好的代替物。面粉中的麦胶蛋白和麦谷蛋白都是TGase的良好底物。TGase可以明显改善了粉质特性,如面团的形成时间、稳定时间、评价值、抗延伸阻力。Sakamoto等在面条的生产中,添加TGase后,面条筋力增加,口感明显提高。由于形成分子内和分子间的网状结构使面团中的淀粉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,烹煮时就不易结成大块,面汤的浑浊度也就降低了。第23页/共27页2023/3/17近年来,TGase也开始用于烘焙食品中,特别是在面包的加工中广泛应用。添加了TGase的面团与空白样品相比,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,面包比容增大,面包瓤更富有弹性,品质更好。在烘焙工艺中,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,增大面包比容。在高纤维面包的制作过程中,高比例的纤维含量破坏了面团中的淀粉、面筋和戊聚糖等成分的平衡,从而降低了面团的可烘焙性。当添加了TGase后,可以制得混合均匀的面团,提高面团的稳定性。随着对烘焙工艺及产品质量和新鲜度要求的不断提高,新的烘焙技术应运而生。即采用深度冷冻或延迟发酵。但是,这种工艺的面团烘焙后,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