谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶在食品工業(yè)的應(yīng)用及其市場前景

司晶星　任麗麗

[摘要]隨著對食品安全問題的關(guān)注,谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶作為一種天然的食品添加劑,其應(yīng)用越來越廣泛。主要介紹谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶的作用機理及其在食品工業(yè)的應(yīng)用和市場前景。

[關(guān)鍵詞]谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶 應(yīng)用 食品工業(yè) 前景

中圖分類號:Q819文獻標識碼:A文章編號:1671-7597(2009)0810109-01

一、概述

谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶(蛋白質(zhì)-谷氨酸-γ-谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶,Transglutam

inase,簡稱TG,EC 2.3.2.13),又稱轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶或γ-谷氨酰胺酰基轉(zhuǎn)移酶,可以催化蛋白質(zhì)分子內(nèi)、分子間發(fā)生交聯(lián)、蛋白質(zhì)和氨基酸之間的連接以及蛋白質(zhì)分子內(nèi)谷氨酰胺基的水解[1],從而進一步改善蛋白質(zhì)的功能性質(zhì),提高蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價值,是生產(chǎn)高營養(yǎng)價值的新型蛋白食品的重要酶制劑之一,在食品加工業(yè)具有巨大的應(yīng)用前景,具有“21世紀超級食品粘合劑”的美稱。

蛋白質(zhì)作為食物中最重要的成分之一,一直受到人們的重視。目前,無論發(fā)達國家還是發(fā)展中國家都迫切要求新型蛋白食品的問世。其具有較高的營養(yǎng)價值、口感好,而且容易保藏、方便運輸、可以降解、沒有副作用、外觀美觀等特點[2]。酶法修飾由于安全、快速、專一性強、對食品營養(yǎng)無破壞,越來越得到人們的認可[3]。因此用谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶作為一種食品添加劑,是開發(fā)新型營養(yǎng)蛋白質(zhì)食品最有前景的方法之一。

二、谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶的功能性質(zhì)

(一)谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶的來源

谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶存在于動物、植物和微生物中,包括來源于動物體的谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶(Guinea-pig transglutaminase,簡稱GTG)及來源于微生物的谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶(Microbial transglutaminase,簡稱MTG)。MTG是一種胞外酶,分子量在40kD左右,活性中心包含一個游離的Cys巰基,與GTG相比,MTG表現(xiàn)出很多優(yōu)勢,如對Ca2+的非依賴性,對熱、pH的穩(wěn)定性,以及易貯存性。MTG主要是來源于微生物中的鏈霉菌。

(二)谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶的作用機理

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。利用催化反應(yīng),在各種蛋白質(zhì)分子之間或者之內(nèi)引起共價交聯(lián),從而對各種食品蛋白質(zhì)進行改性。

谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶以肽鏈中谷氨酰胺殘基的γ-羧酰胺基作為酰基供體,而酰基受體可以是:

1.多肽鏈中賴氨酸殘基的ε-氨基:形成蛋白質(zhì)分子內(nèi)和分子間的ε-(γ-谷氨酰)賴氨酸異肽鍵,使蛋白質(zhì)分子發(fā)生交聯(lián),從而改變食物的質(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入蛋白質(zhì)以提高其營養(yǎng)價值;

3.水:當不存在伯胺時,水會成為酰基受體,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)的等電點及溶解度[4]。

(三)谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用

MTG廣泛應(yīng)用在食品加工業(yè)的各個領(lǐng)域,主要包括面制品,碚烤制品,肉制品,乳制品,水產(chǎn)品等,可替代有致癌作用的強筋劑溴酸鉀,可部分替代硝酸鹽、亞硝酸鹽等穩(wěn)定劑,提高食品的營養(yǎng)價值,口感更好,延長保質(zhì)期等。現(xiàn)在食品安全備受關(guān)注,MTG是天然酶制劑,比化學(xué)添加劑更加健康安全,該酶的使用可以取代或者部分取代許多化學(xué)添加劑的用量,可用于新型綠色健康食品的生產(chǎn)。

谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶不僅可以催化同種蛋白質(zhì)之間的交聯(lián),還能催化不同蛋白質(zhì)之間的交聯(lián)。各種蛋白質(zhì)的氨基酸組成互不相同,因而不同的蛋白質(zhì)中的限制性氨基酸不一定相同,通過TG將它們連接起來,可以達到優(yōu)勢互補的效果,提高蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價值。經(jīng)TG改性后,蛋白質(zhì)的膠凝性、塑性、持水性、水溶性、穩(wěn)定性等均會得到改善。

TG在食品加工中的主要作用包括:1.保護食品蛋白質(zhì)中的賴氨酸避免發(fā)生化學(xué)反應(yīng),賴氨酸是人體必需的八種氨基酸之一;2.提高蛋白質(zhì)的營養(yǎng)性;3.包埋脂類或脂溶性物質(zhì);4.形成耐熱耐水性的膜;5.提高食品的彈性和持水能力等。

三、谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶的市場前景

在發(fā)達國家,MTG已開始普遍推廣應(yīng)用。日本在1993年率先把MTG推向市場,獲得了巨大的經(jīng)濟效益,2000年日本MTG相關(guān)的食品銷售額達2000億日元。日本從1993-2003年的十年中MTG需求量增長了720%,未來還有更大的增長空間。由于發(fā)達國家對食品安全、衛(wèi)生、營養(yǎng)的苛求性和嚴格性,推動了MTG市場需求一直呈快速上升的趨勢。谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶在日本已成為食品工業(yè)中僅次于-淀粉酶的第二大酶種的事實也說明,該酶的推廣應(yīng)用前景非常廣闊。

我國食品工業(yè)是一個大產(chǎn)業(yè),近年來發(fā)展相當迅速,但是目前的發(fā)展水平仍無法滿足農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的要求。我國食品的總產(chǎn)值僅為農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值的50%,而發(fā)達國家可以達到100%-200%。在廣度和深度上加強食品加工應(yīng)用方面的開發(fā)是賦予食品新的高附加值的重要途徑。隨著國家《食品安全法》的出臺,以及人們對食品質(zhì)量要求的日益提高,低檔、有害的食品添加劑將逐步退出市場。如目前面制品中使用的強筋劑-溴酸鉀,國家從2005年7月1日起明令禁止使用,這為MTG在食品工業(yè)中的大量使用創(chuàng)造了政策條件。

實際上,新型酶制劑的開發(fā)和大范圍應(yīng)用,還可以顯著提高加工食品的產(chǎn)品質(zhì)量,增加加工食品的市場份額,提高食品加工行業(yè)的產(chǎn)值,經(jīng)濟效益極為顯著。實現(xiàn)MTG酶制劑的大規(guī)模工業(yè)化,開發(fā)新型分子改造技術(shù),注重食品安全,將促進食品加工業(yè)和酶制劑工業(yè)的迅速發(fā)展,對國民經(jīng)濟的發(fā)展將作出重要貢獻。

參考文獻:

[1]Okurmura K,Ikura K,Youshikawa M,Sasaki R and Chiba H.Incorporation of lysyldipeptides into food proteins by transglutaminase.Agric.Biol.Chem.1984,48:2435.

[2]Steinknaus KH.Nutritional significance of fermented foods.Food Res Int 1994,27:259-267.

[3]Motoki M,Kiyama A,Nonaka M,Tanaka H,Uchio R,Matsura A,et al.Novel transglutaminase manufacture for preparation of protein gelling compounds.Jpn Kokai Kokkyo Koho.1989.

[4]Folk J.E.Cole P.W.Mechanism of action of guinea pig liver transglutaminase.I.Purification and properties of the enzyme:identification of a functional cysteine essential for activity,J Biol Chem.1966,241:5518-5525.