轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶聚合大豆蛋白的研究進(jìn)展

臧學(xué)麗 王迪 范福祥

摘要：本文主要論述了轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶的酶學(xué)特性、功能及轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶聚合大豆蛋白研究進(jìn)展。轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶作為生物催化劑，其具有反應(yīng)條件溫和、耐熱、催化效果好的優(yōu)點(diǎn)，因此，轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶可廣泛的應(yīng)用到大豆蛋白聚合中。轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶在食品工業(yè)中應(yīng)用廣泛，并對(duì)轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶催化大豆蛋白聚合的研究情況進(jìn)行了綜述。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶；大豆蛋白；研究進(jìn)展

基金項(xiàng)目：吉林省教育廳資助項(xiàng)目（吉教科合字〔2014〕第609）

中圖分類號(hào)： TS201.21 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A DOI編號(hào)： 10.14025/j.cnki.jlny.2016.17.025

轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶又稱為TGase或TG，其作用機(jī)理是通過(guò)催化酰基轉(zhuǎn)移反應(yīng)將小分子蛋白聚合為大分子蛋白結(jié)合物[1]。通過(guò)這樣的有機(jī)結(jié)合進(jìn)而改變蛋白的組織結(jié)構(gòu)，使蛋白分子聚合成保水性強(qiáng)、彈性強(qiáng)的優(yōu)質(zhì)凝膠[2]。

1 轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶的酶學(xué)特性及功能

目前在工業(yè)及食品領(lǐng)域應(yīng)用的酶類大多數(shù)為水解酶類，其能夠?qū)⒋蠓肿游镔|(zhì)轉(zhuǎn)化為小分子物質(zhì)，例如纖維素酶、淀粉酶等。然而轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶是將小分子物質(zhì)聚合成大分子物質(zhì)，這便有效增加了酶學(xué)領(lǐng)域聚合酶的數(shù)量。

大多數(shù)酶對(duì)金屬離子尤其是Ca2+有較強(qiáng)的依賴性，且熱穩(wěn)定性較低，這制約了酶在食品及工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。而轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶對(duì)Ca2+的依賴性較低，河北農(nóng)業(yè)大學(xué)桑亞新等研究表明轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶對(duì)Ca2+的依賴性較小，酶對(duì)pH的適用范圍較大，且對(duì)高溫的耐受性較強(qiáng)，最適溫度為50℃。轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶的酶學(xué)特性使得轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶可以廣泛的應(yīng)用到食品工業(yè)生產(chǎn)中[3]。

2 轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶聚合大豆蛋白研究進(jìn)展

轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶最早是由Waelsch及其合作者在1958年提出的，其可使蛋白分子的分子量變大，并可使蛋白分子形成凝膠性較強(qiáng)的凝膠[4]。轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶的來(lái)源少，同時(shí)轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶的提取工藝復(fù)雜，使得轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶造價(jià)非常昂貴。1989年Ando提出利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶及提純轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶的方法，使得轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶的生產(chǎn)及產(chǎn)量得到了質(zhì)的飛躍。

早在上世紀(jì)七八十年代，許多研究者對(duì)動(dòng)物來(lái)源的轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶便進(jìn)行了催化植物蛋白及動(dòng)物蛋白的研究，研究了轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶對(duì)蛋白間的交聯(lián)作用，研究有效地證實(shí)了轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶可以有效地提高蛋白的凝膠性及水溶性。然而由于當(dāng)時(shí)科研條件的限制，轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶得來(lái)源極其有限所以沒有廣泛的應(yīng)用到食品工業(yè)生產(chǎn)中。隨著科技的不斷發(fā)展，利用轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶對(duì)大豆蛋白進(jìn)行交聯(lián)聚合的研究取得不斷進(jìn)步。

鄭州工程學(xué)院梁華民等選用轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶對(duì)大豆蛋白進(jìn)行交聯(lián)聚合，在溫度為45℃或50℃，pH為7.0，反應(yīng)時(shí)間為2小時(shí)時(shí)，聚合后的蛋白表現(xiàn)出良好的凝膠特性。凝膠硬度及粘度都得到了明顯的提高[5]。東北農(nóng)業(yè)大學(xué)姜巍巍利用轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶對(duì)大豆蛋白進(jìn)行修飾，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)修飾后的大豆蛋白粘度增加，表面出現(xiàn)空洞并呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。其中7S及11S蛋白經(jīng)修飾后表面呈無(wú)規(guī)則的須絮狀結(jié)構(gòu)。而植物蛋白大多為7S及11S球蛋白[6]。

錢鐳等以海藻酸鈉為轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶的載體，對(duì)轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶進(jìn)行改性研究，實(shí)驗(yàn)表明：在溫度為45℃，pH為7.0，反應(yīng)時(shí)間為6小時(shí)，酶的活性達(dá)到最高，可有效的將小分子大豆蛋白凝聚，并可重復(fù)利用，符合現(xiàn)代高效節(jié)能的理念[7]。華中農(nóng)業(yè)大學(xué)胡昊等利用經(jīng)轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶處理過(guò)的大豆蛋白為載體包裹熱敏性藥物核黃素，經(jīng)過(guò)超聲波處理后，大豆蛋白的凝膠產(chǎn)量由6.02增加到11.27，凝膠強(qiáng)度也得到了明顯的增加[8]。劉穎等研究轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶改善大豆11S蛋白聚合的最有條件。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在加酶量為30U/g，離子強(qiáng)度為0.2，pH為8.0～9.0，反應(yīng)溫度為45℃時(shí)，大豆蛋白的聚合效果最好。乳化性及穩(wěn)定性都有明顯的提高[9]。吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)李冬瑩等經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)定在轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶的添加量為0.8 U/g，反應(yīng)溫度為60℃，反應(yīng)時(shí)間為2小時(shí)時(shí)大豆蛋白的凝膠性能達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。并得到了外觀更好，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值更加豐富的大豆蛋白胨 [10]。

3 展望

目前，對(duì)轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶聚合大豆蛋白的理論研究正在日趨成熟，改性后的大豆蛋白在醫(yī)藥及食品工業(yè)應(yīng)用愈來(lái)愈廣泛。隨著研究的進(jìn)行，轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶的產(chǎn)量雖有大量的提高，然而產(chǎn)量卻仍然較低。所以亟需找到合適的轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶生產(chǎn)菌株進(jìn)行轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶的生產(chǎn)。

轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶的提取也是目前轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶大量生產(chǎn)的瓶頸問(wèn)題。我們亟需大量的轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶應(yīng)用在食品工業(yè)及醫(yī)藥工業(yè)中，所以轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶分離純化的有效方法也亟待提出。

參考文獻(xiàn)

[1] 蔡培鈿，白衛(wèi)東，趙文紅，錢敏. 轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用[J]. 中國(guó)調(diào)味品，2010（04）：35-38，47.

[2] 張海均，賈冬英，姚開. 轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶在大豆蛋白及制品中的應(yīng)用[J]. 糧食與飼料工業(yè)，2012（09）：19-21.

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[5] 梁華民，田少君，周怡，馮志勇，劉銳. 轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶對(duì)大豆分離蛋白交聯(lián)聚合作用研究[J]. 糧食與油脂，2004（02）：3-6.

[6] 姜巍巍. 轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶對(duì)大豆蛋白表面疏水性及粘度的影響[D].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2009.

[7] 錢鐳，任德財(cái)，劉婷，范婷婷，馬永強(qiáng)，石彥國(guó). 海藻酸鈉固定化轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶催化大豆蛋白聚合的研究[J]. 食品工業(yè)，2014（04）：113-117.

[8] 胡昊. 利用高場(chǎng)強(qiáng)超聲波增強(qiáng)大豆蛋白凝膠性及凝膠緩釋效果[D].華中農(nóng)業(yè)大學(xué)，2014.

[9] 劉穎，徐錦麗，瑙阿敏，鄭智超，竇博新. 轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶改善大豆11S球蛋白聚合的研究[J]. 食品工業(yè)科技，2014（08）：180-183，187.

[10] 李冬瑩. 轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶對(duì)大豆蛋白胨凝膠特性影響的研究[D].吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)，2014.

作者簡(jiǎn)介：臧學(xué)麗，碩士，長(zhǎng)春醫(yī)學(xué)高等專科學(xué)校，副教授，研究方向：生物技術(shù)。