TG酶在食品工業(yè)的應用解析

TG酶在食品工業(yè)的應用解析第1頁/共27頁2023/3/17主要內容TG酶的簡介TG酶的安全性TG酶在食品中的應用TG酶的應用前景第2頁/共27頁2023/3/171.1TGase的來源商品化的谷氨酰胺轉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，僅限于基礎研究用。1989年Ando報道了利用微生物發(fā)酵法生產谷氨酰胺轉胺酶，并經過分離提取，得到純化了174倍的酶。通過微生物發(fā)酵法生產谷氨酰胺轉胺酶，是一種獲得大量廉價谷氨酰胺轉胺酶的方法，這使得谷氨酰胺轉胺酶可以應用在食品加工中。第3頁/共27頁2023/3/17第4頁/共27頁2023/3/171.2TGase的酶學性質不同來源的谷氨酰胺轉胺酶的性質如表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)酵產生的谷氨酰胺轉胺酶較動物來源的谷氨酰胺轉胺酶有許多優(yōu)點，主要為：pH適應范圍廣（最適pH為5～8,在pH4～9的范圍內也有活性）、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胺酶屬于胞外酶，提取時不需要破壁，易于分離純化。第5頁/共27頁2023/3/171.3TGase的作用機理谷氨酰胺轉胺酶是一種催化?；D移反應的轉移酶，它以肽鏈上的谷氨酰胺殘基的γ-酰胺基作為?；w，根據?；荏w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ε-氨基，形成蛋白質分子內或分子間的ε-(γ-谷氨?；?-賴氨酸異肽鍵使蛋白質分子發(fā)生交聯(lián)，從而改變食品的質構，改善蛋白質的溶解性、起泡性、乳化性等許多物理性質(2)伯胺基,形成蛋白質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質以提高其營養(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。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可催化多種蛋白質形成交聯(lián)鍵,使蛋白質改性,提高蛋白質的功能性質,通過催化蛋白質之間的交聯(lián),改善食品的質構,改善蛋白質的溶解性、起泡性、乳化性等;2提高蛋白質的營養(yǎng)性,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,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,改善產品的彈性和持水性,延長貨架期,降低生產成本(應用TGase可以提高產品的產出率)等。5模擬蛋白食品,因為它可以利用催化蛋白質的交聯(lián),對肉制品進行重組和利用魚糜等生產仿真制品,充分利用低值肉類。第7頁/共27頁2023/3/172TGase的安全性由TGase催化的在蛋白質分子內和分子間形成的異肽鍵屬于共價鍵,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冷凍、切片、烹飪也不會重新散開。肉類蛋白質之間發(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。第8頁/共27頁2023/3/173.1在肉制品加工中的應用3.1.1改善肉制品質構,提高產品質量在肉制品加工中,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絡結構,而二硫鍵和疏水基團做為這一網絡上的聯(lián)結點。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合在一起,形成致密的三維網絡結構,維持肌肉蛋白凝膠體系的形成,顯著提高了產品的質構,改善了肉制品品質。第9頁/共27頁2023/3/173.1.2加強保水性,提高產品出率肉制品的保水性是一項重要的質量指標,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,而且具有重要的經濟價值。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。利用響應曲面法分析試驗結果發(fā)現隨著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絡的穩(wěn)定性,使凝膠抗熱能力增強,從而產品能夠在熱處理中降低蒸煮損失,提高產品出率。此外利用TGase處理香腸制品,可以避免香腸脫水收縮現象的發(fā)生。第10頁/共27頁2023/3/173.1.3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地結構,提高產品的感觀特性。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,大大限制了在生產中的應用。美國的Milkowski利用TGase處理PSE肉用于生產肉制品已取得專利,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,產品的粘結能力、保水性大大提高,賦予了制品結實的質構。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,易氧化變質,進而影響產品的質量。TGase可以與血液中血紅蛋白結合,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品品質維持穩(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,它們在維持肉品質量(色、香、味、質地)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聚力、增加保水性等方面的作用。同時應用MTGase可生產良好的乳化劑,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)中也有很高的應用價值。該酶能夠在較寬的pH范圍內(pH6.5～8.0)對乳品蛋白質進行交聯(lián)。第14頁/共27頁2023/3/173.2.1增加凝膠強度,提高酸奶質量在MTGase的作用下,用葡萄糖-δ-內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,在酸奶生產中添加MTGase可改善酸奶品質,增加酸奶穩(wěn)定性,提高酸奶質量。另外,在重制奶酪生產中,添加TGase處理后,使乳清蛋白和酪蛋白交聯(lián)在一起,可以提高奶酪的質量,增加經濟效益。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,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MTGase催化交聯(lián)的β-乳球蛋白表現出較高的熱穩(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加人適量的谷氨酞胺轉胺酶,煉乳不易出現脂肪上浮和蛋白質顆粒沉淀現象,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。用谷氨酞胺轉胺酶處理乳中的酪蛋白,再經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在水產品中的應用3.3.1改善水產品中蛋白質的質構魚糜制品是水產加工品中的一種,富含蛋白質,營養(yǎng)價值高,是人們喜愛的水產品之一。近幾年得到了蓬勃的發(fā)展,但是魚糜制品的質構直接影響了它的消化性和消費者的喜好程度。魚肉中內源性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,因此可以生產出優(yōu)質的魚肉凝膠制品。然而由于水產品的產地較固定,因此有些魚要經過冷凍運輸,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,同時會使產品更易貯存和使用,也可提高產品的口味和新鮮程度。第19頁/共27頁2023/3/173.3.2提高水產品的營養(yǎng)價值利用TGase可以將限制性氨基酸交聯(lián)到某種蛋白質上,以提高此種蛋白質的營養(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,二是增強蛋白質的功能性。另外賴氨酸與蛋白質交聯(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TGase的脫氨基作用后,可以促進礦物質在腸內的吸收,強化水產品中礦物質的消化,提高水產品的營養(yǎng)價值。第20頁/共27頁2023/3/173.3.3提高水產品凝膠的持水性TGase催化形成的ε-(γ-谷氨酰基)賴氨酸異肽鍵可以提高產品凝膠的持水性,使?jié)舛葹?%的蛋白質溶液膠體化。利用TGase可以解決水產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,其脫水收縮現象明顯降低,其機理是TGase作用蛋白質后形成交聯(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,可直接用于水產品的包裝和保藏,提高產品的外觀和貨架期。另外TGase,可以用于包埋脂類和脂溶性物質,可以防止水產品氧化腐敗。第22頁/共27頁2023/3/173.4TGase在小麥粉制品中的應用在面粉生產中最關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構?；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等在面條的生產中,添加TGase后,面條筋力增加,口感明顯提高。由于形成分子內和分子間的網狀結構使面團中的淀粉可以更好地被包裹在此網絡結構中,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,同時面團產生彈性,面包比容增大,面包瓤更富有彈性,品質更好。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,提高焙烤產品的質量,使面包的顏色較白,內部結構均一,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品質量和新鮮度要求的不斷提高,新的烘焙技術應運而生。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,保證冰晶中面筋網絡更大的