谷氨酰胺轉氨酶對蕎麥蛋白質品質的影響

鄧春麗，張國權

（西北農林科技大學食品科學與工程學院，陜西 楊凌 712100）

蕎麥具有豐富的營養價值，還有降低血壓、血脂和膽固醇等作用，對糖尿病、心腦血管疾病有較好的預防和治療效果[1]。然而由于蕎麥粉中醇溶蛋白含量很低，使得蕎麥粉難以形成粘彈性俱佳的面團，不適合加工成餃子、饅頭、面包等制品，再加之使用口淡粗糙的缺點，蕎麥食品加工受到很大限制。面團品質性狀主要取決于面粉中蛋白質組成性質和相互之間的數量比例。在面團形成過程中，面粉中的麥醇溶蛋白和麥谷蛋白吸水膨脹，彼此之間通過二硫鍵的形成或斷裂，以及一些共價或非共價鍵的作用連接在一起，形成面團特有的面筋網絡結構。谷蛋白溶脹指數法（Swelling Index Glutenin，SIG）反映了不溶性谷蛋白的含量，可用于評價面粉的焙烤熱性以及面條和通心粉的蒸煮特性[2-4]。胡新中的研究也表明SIG 值與面粉的可溶性谷蛋白含量、不溶性谷蛋白含量呈極顯著正相關，能很好的反映面條的蒸煮特性[5-6]。

谷氨酰胺轉胺酶（Transglutaminase，TGase），又稱轉谷氨酰胺酶或γ-谷氨酰胺?；D移酶，可以催化蛋白質谷氨酰胺殘基的γ-羧酰和賴氨酸殘基的ε-氨基發生轉酰胺基反應，形成ε-（γ-Glu）Lys 共價鍵，或肽鏈中谷氨酰胺殘基的羧酰胺和伯胺之間的酰胺基轉移反應并使蛋白質分子之間交聯聚合[7]，從而改善蛋白質的功能性質，提高蛋白質的營養價值。谷氨酰胺轉氨酶能增加面粉的面筋含量，提高面團的彈性，增加面粉的吸水率，延長面團的穩定時間，對面粉品質有顯著的改良作用[8-11]。但目前的研究大多集中在面團流變學特性及成品品質評價上，對谷氨酰胺轉氨酶對蛋白質品質的直接研究報道較少。本文通過谷氨酰胺轉氨酶液浸泡蕎麥米，研究谷氨酰胺轉氨酶對蕎麥粗蛋白含量、蛋白質組分及谷蛋白溶脹指數的影響，以期明確谷氨酰胺轉氨酶處理對蕎麥的增筋效果，為蕎麥面食品的開發應用提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

蕎麥米：甘肅省環縣；谷氨酰胺轉胺酶：200 U/g，廣州市邦盛生物科技有限公司，食品級；其他化學試劑均為分析純。

DK-S26 型電熱恒溫水浴鍋：上海森信實驗儀器有限公司；101 型電熱鼓風干燥箱：北京科偉永鑫實驗儀器設備廠；高速萬能粉碎機：天津市泰斯特儀器有限公司；KDC-40 低速離心機：科大創新股份有限公司中佳分公司；半自動凱氏定氮儀：瑞典·富斯-特卡脫公司；控溫式遠紅外消煮爐：四平電子技術研究所；XW-80A 旋渦混合儀：海門市其林貝爾儀器制造有限公司；SHB-3 循環水式多用真空泵：鄭州長城科工貿有限公司；100 目驗粉篩：浙江省上虞市大亨橋化驗儀器廠。

1.2 方法

1.2.1 蕎麥米TGase 酶處理條件

TGase 處理蕎麥米條件：（1）按料液比1∶2（g∶mL）浸泡蕎麥米，浸泡時間為5 h 及浸泡溫度25 ℃，TG 酶濃度分別0、100、200、300、400、500、600 U/L，分析酶濃度對蕎麥蛋白質品質的影響；（2）按料液比1∶2（g∶mL）浸泡蕎麥米，TGase 濃度為400 U/L，浸泡溫度25 ℃，浸泡時間分別為1、3、5、7、9 h，分析浸泡處理時間對蕎麥蛋白質品質的影響；（3）按料液比1∶2（g∶mL）浸泡蕎麥米，TGase 酶濃度為400 U/L，浸泡時間5 h，浸泡溫度分別為15、25、35、45、55 ℃，分析浸泡處理溫度對蕎麥蛋白質品質的影響。經處理后的蕎麥米放入熱風干燥箱中在50 ℃下干燥12 h 左右，用高速粉碎機粉碎獲得酶處理蕎麥粉樣品，所得蕎麥粉過100 目篩后封存備用。

1.2.2 粗蛋白含量及蛋白質組分測定

根據Osdorne 的蛋白質組分分離原理，采用連續振蕩提取分離法，分別采用蒸餾水、0.5 mol/LNaCl、70 %乙醇及0.05 mol/L NaOH 溶液分離出酶處理蕎麥粉中的清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白。粗蛋白及蛋白質組分含量測定采用半微量凱氏定氮法，參考GB/T5511-2008《谷物和豆類氮含量測定和粗蛋白質含量計算凱氏法》。

1.2.3 谷蛋白溶脹指數測定

參考Wang C.和胡新中[4-6]等的方法，準確稱取酶處理蕎麥粉樣品35 mg 于已稱重的1.5 mL 帶蓋塑料離心管中，加0.6 mL 蒸餾水，蓋緊離心管蓋，在漩渦振蕩器上振蕩5 s，靜置水化，開始計時，在水化5 min 時漩渦振蕩5 s，在10 min 時漩渦振蕩5 s 后，向離心管中加入0.6 mL 3%SDS-乳酸溶液，再漩渦振蕩5 s，靜置溶脹5 后漩渦振蕩5 s 后將樣品置于離心機中，以300×g 離心力離心300 s，用真空吸取大部分上清液，再以300×g 離心力離心180 s，真空吸取殘余上清液，離心管中殘余物質的重量與蕎麥粉重量的比值即為SIG 值。

1.2.4 數據分析

采用Excell 2003 和DPSv7.05 進行數據分析分析，不同試驗組數據間差異范圍均取<0.05，各圖中小寫字母（abcd）表示在5%水平下的顯著差異性，相同字母表示5%水平下無顯著差異，不同字母表示5%水平下有顯著差異。

2 結果與分析

2.1 TGase 酶處理對蕎麥米粗蛋白含量及浸泡液中蛋白含量的影響

2.1.1 TGase 濃度

TGase 濃度對蕎麥米粗蛋白含量的影響見圖1。

圖1 谷氨酰胺轉氨酶浸泡濃度對粗蛋白含量的影響Fig.1 The effect of transglutaminase concentrations on the crude protein content

從圖1 可以看出，與對照（CK）相比，當浸泡溫度為25 ℃，浸泡時間為5 h 時，TGase 濃度為300、400、600 U/L 時，對蕎麥米粗蛋白含量無顯著影響，其他酶濃度條件下蕎麥粗蛋白含量略有減少。

TGase 濃度對浸泡液中蛋白含量的影響見圖2。

從圖2 可以看出，浸泡液中的蛋白含量隨著酶濃度的改變出現一定的波動，但波動幅度不大，即蕎麥米經酶浸泡處理后會有蛋白質溶出在浸泡液中，酶濃度對溶出蛋白質的量沒有顯著影響。綜合看，浸泡處理會使得蕎麥米中部分可溶性溶出，從而使得酶處理過的蕎麥粗蛋白含量與對照CK 相比略有降低。

圖2 谷氨酰胺轉氨酶濃度對浸泡液中蛋白含量的影響Fig.2 The effect of transglutaminase concentrations on the protein content in soak liquid

2.1.2 TGase 浸泡時間

TGase 浸泡時間對蕎麥米粗蛋白含量的影響見圖3。

圖3 谷氨酰胺轉氨酶浸泡時間對粗蛋白含量的影響Fig.3 The effect of transglutaminase soaking time on the crude protein content

從圖3 可以看出，除浸泡處理5 h 外，其他浸泡時間均使蕎麥米粗蛋白含量減少。可能原因是浸泡時間過短，TGase 與蕎麥米中的蛋白組分還未充分反應，使其中的蛋白質分子間或分子內發生了鍵斷裂，但卻未進行交聯或聚合反應，從而使得蛋白含量變少；而酶處理時間過長則可能會使得更多的可溶性蛋白溶出。TGase 浸泡時間對浸泡液中蛋白含量的影響見圖4。

圖4 谷氨酰胺轉氨酶浸泡時間對浸泡液中蛋白含量的影響Fig.4 The effect of transglutaminase soaking time on the protein content in soak liquid

從圖4 可知，在一定溫度和酶用量條件下，在一定的時間范圍內，浸泡液中的蛋白含量隨著浸泡時間的增加而逐漸增加，即表示蕎麥米經浸泡處理后會有蛋白質溶出在浸泡液中，并且浸泡時間越長溶出在浸泡液中的蛋白質就越多。當TGase 濃度為400 U/L，浸泡溫度為25 ℃時，浸泡時間為5 h 較為適宜。

2.1.3 TGase 浸泡溫度

TGase 浸泡溫度對蕎麥米粗蛋白含量的影響見圖5。

圖5 谷氨酰胺轉氨酶浸泡溫度對蛋白含量的影響Fig.5 The effect of transglutaminase soaking temperature on the crude protein content

圖5 結果表明，除45 ℃時蕎麥米粗蛋白含量與對照CK 相差較大外，其他酶解溫度條件下粗蛋白含量變化無顯著差異。

TGase 浸泡溫度對浸泡液中蛋白含量的影響見圖6。

圖6 谷氨酰胺轉氨酶浸泡溫度對浸泡液中蛋白含量的影響Fig.6 The effect of transglutaminase soaking temperature on the protein content in soak liquid

從圖6 可知，當TGase 濃度及浸泡時間一定時，在一定溫度范圍內，浸泡液中的蛋白含量隨著浸泡溫度的增加逐漸增加，在較低溫度時，溶出的蛋白較少。浸泡處理溫度25 ℃較為適宜。

2.2 TGase 處理對蕎麥米蛋白組分含量的影響

2.2.1 TGase 濃度

TGase 濃度對各蛋白組分含量的影響（按粗蛋白含量的百分比計算）結果見圖7。

從圖7 結果可以看出，TGase 對球蛋白和谷蛋白含量有劣化影響，醇溶蛋白的含量隨酶液濃度的增加呈先增加后減少的趨勢，且影響顯著。在酶濃度為400 U/L 和500 U/L 時，球蛋白和谷蛋白含量相對較低，而此時醇溶蛋白含量則相對較高。由于醇溶蛋白和谷蛋白是構成面筋的主要成分，故將較優酶液濃度選定為為400 U/L～500 U/L。

圖7 谷氨酰胺轉氨酶浸泡濃度對蛋白組分含量的影響Fig.7 The effect of transglutaminase concentrations on the contents of protein components

2.2.2 TGase 浸泡時間

TGase 浸泡時間對各蛋白組分含量的影響（按粗蛋白含量的百分比計算）結果見圖8。

圖8 谷氨酰胺轉氨酶浸泡時間對蛋白組分含量的影響Fig.8 The effect of transglutaminase soaking time on the contents of protein components

從圖8 結果可知，與對照CK 相比，球蛋白和谷蛋白含量均有所降低，而醇溶蛋白含量相對增加。在浸泡時間為5 h 時，醇溶蛋白含量相對較高，球蛋白和谷蛋白含量相對較低。較優浸泡時間為5 h。

2.2.3 TGase 浸泡溫度

TGase 溫度對各蛋白組分含量的影響（按粗蛋白含量的百分比計算）結果見圖9。

圖9 谷氨酰胺轉氨酶浸泡溫度對蛋白組分含量的影響Fig 9 The effect of transglutaminase soaking temperature on the contents of protein components

從圖9 可以看出，與對照CK 相比，不同浸泡溫度下球蛋白和谷蛋白含量均有所減低，且在25 ℃時，二者含量均較低，而醇溶蛋白則相對較高。

2.3 TGase 處理對谷蛋白溶脹指數的影響

2.3.1 TGase 濃度

TGase 濃度對谷蛋白溶溶脹指數的影響結果見圖10。

圖10 谷氨酰胺轉氨酶浸泡濃度對SIG 值的影響Fig.10 The effect of transglutaminase concentrations on the SIG value

圖10 結果表明，在酶濃度為400 U/L 時，SIG 值達到最大，而其他酶濃度條件下除100 U/L 外，SIG 值與對照CK 無顯著差異。對SIG 值影響較大的酶濃度為400 U/L。

2.3.2 TGase 浸泡時間

TGase 浸泡時間對谷蛋白溶脹指數的影響結果見圖11。

圖11 谷氨酰胺轉氨酶浸泡時間對SIG 值的影響Fig.11 The effect of Transglutaminase soaking time on the SIG value

從圖11 可以看出，隨著浸泡時間的增加，SIG 值呈先逐漸增加后減小趨勢，并在5 h 時達到最大，與其他條件下的SIG 存在顯著差異。

2.3.3 TGase 浸泡溫度

TGase 浸泡溫度對谷蛋白溶脹指數的影響結果見圖12。

從圖12 可以看出，25 ℃時SIG 值達到最大，且與其他浸泡溫度條件下的SIG 存在顯著差異。

2.4 TGase 浸泡條件優化

圖12 谷氨酰胺轉氨酶浸泡溫度對SIG 值的影響Fig.12 The effect of Transglutaminase soaking temperature on the SIG value

在單因素試驗的基礎上，以TGase 濃度、浸泡時間、浸泡溫度為因素，以蕎麥米粉的SIG 值為指標，進行正交試驗。正交試驗方案及結果見表1。醇溶蛋白含量相應增加，其原因可能是TGase 使得球蛋白、谷蛋白與醇溶蛋白分子間發生交聯或酰胺基轉移反應，使得各蛋白組分相對含量發生變化，提高蕎麥醇溶蛋白的含量，減少谷蛋白含量，從而使兩者比例發生變化，具有改善蕎麥粉加工品質的可能性。胡新中及趙清宇等的研究表明SIG 值與面團形成時間、穩定時間、弱化度、拉伸曲線面積等均具有顯著相關性，與面條品質參數最佳蒸煮時間、咀嚼性、彈性顯著相關[5-6，12]。本實驗結果表明，在適當酶處理條件下TGase 可以顯著提高SIG 值，達到改善蕎麥加工品質的目的。采用TGase 酶處理改善蕎麥蛋蛋白質品質的適宜條件為酶濃度為500 U/L、浸泡時間為3 h、浸泡溫度為25 ℃。

表1 正交試驗設計及結果Table 1 Arrangement and results of Orthogonal array design

極差分析結果表明，影響谷蛋白溶脹指數SIG 值的因素順序為酶濃度＞浸泡時間＞浸泡溫度。TGase 處理蕎麥米的較適宜條件為A3B1C2，即酶濃度為500 U/L、浸泡時間為3 h、浸泡溫度為25 ℃。在該條件下，處理后的蕎麥粉的SIG 值為2.62%，比對照提高了1.55%。

3 討論與結論

TGase 不能顯著改變蕎麥粉的粗蛋白含量，但卻能使蛋白質組分的相對含量發生改變?？傮w上看，TGase 使得球蛋白和谷蛋白的含量相對減少，而使得

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