谷氨酰胺转氨酶

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,谷氨酰胺转氨酶,周小泉,动物营养与饲料科学,应用现状,影响因素,来源,理化性质,谷氨酰胺转氨酶,1 理化性质,英文名称：Glutamine transaminase,别名：转谷氨酰胺酶,系统名称：为蛋白质一谷氨酸一一谷氨酰胺基转移酶(EC2.3.2.13,TGase),作为一种酶制剂，可以催化蛋白质分子内的交联、分子间的交联、蛋白质和氨基酸之间的连接以及蛋白质分子内谷氨酰胺基的水解,从而可以改善蛋白质功能性质,提高蛋白质的营养价值,谷氨酰胺转胺酶是一种球状单体蛋白,亲水性高,商品酶制剂活性一般为22.6U/mg,等电点8.9,有331个氨基组成，分子量约38000,最适温度50,最适pH 67,对热较稳定。,2,谷氨酰胺转胺酶的来源,一:从动物(猪、牛、鱼、豚鼠)的组织、体液或屠,宰血液中提取;,二:采用转基因的方法,如将豚鼠肝脏、鱼TGase 基因转入到大肠杆菌中,人的Xa因子基因转入到酵母中,培养基因工程菌来生产TGase;,三:大量筛选能产生TGase的微生物,用传统的发酵方法生产,这样得到的TGase称为微生物谷氨酰胺转胺酶(MTGase)。,已报道茂原链轮丝菌,的一个变种具有较高的产酶能力,另外王灼维和王璋2研制出了由链霉菌生产谷氨酰氨转氨酶的发酵工艺,并选育出了一株高产MGTase的菌株。,3 谷氨酰胺转胺酶的作用机理,谷氨酰胺转胺酶是一种催化酰基转移的酶，能够催化肽链中谷氨酰胺残基的-羧酰胺基酰基供体与酰基受体之间进行酰基的转移，主要通过以下三种作用方式：,(1)伯胺基。如式1所示,通过此方法,可以将一些,限制性氨基酸引入蛋白质中,提高蛋白质的额外 营养价值。Folk等(1973年)成功地将腐胺,尸胺或赖氨酸结合到蛋白质。,尸胺H2NCH25NH2亦称戊二胺。由赖氨酸脱羧生成。结构式,H-N-C-C-C-C-C-N-H,腐胺丁二胺putrescine H2NCH24NH2。相当于四甲叉二胺tetramethylenediamine。是利用鸟氨酸脱羧而产生的。,。,(2)多肽链中赖氨酸残基的-氨基。如式2所示,通过此方法能形成-赖氨酸异肽链。食品工业中广泛运用此法使蛋白质分子发生交联,从而改变食物的质地和结构,改善蛋白质的溶解性、起泡性等物理性质。,(3)水。当不存在伯胺基时,如3式所示,形成谷氨酸残基,从而改变蛋白质的溶解度,乳化性质和起泡性质,3 影响谷氨酰胺转胺酶活性的因素,3.1 谷氨酰胺转胺酶的来源,对于哺乳动物血浆和红血球中的TGase与茂原链轮丝菌的TGase而言,后者能催化更多的底物蛋白质发生反响,且活力更高。-酪蛋白交联的定量分析说明MTGase较血浆和红血球中的TGase而言,具有更高的活性，原因可能在于TG在血液中以主要以蛋白酶原形式存在,需要被凝血酶激活,而后者那么以它的活性形式存在。,。,3.2 金属离子,MTGase的活性不依赖Ca2+,而豚鼠肝脏的谷氨酰胺转胺酶对Ca2+具有依赖性。食品中蛋白质如酪蛋白、大豆球蛋白、肌蛋白对Ca2+敏感,在Ca2+存在下易沉淀,对酶的反响活性降低,而MT-Gase对Ca2+的不依赖性使其应用起来更加方便。Cu2+、Zn2+、Pb2+等重金属离子可与酶活性部位的半胱氨酸残基上巯基结合,对MTGase的活性有明显的抑制作用。,3.3 蛋白质底物的结构,TGase使蛋白质交联的一个先决条件是蛋白质底物需要具有足够的能相互作用的赖氨酸和谷氨酰胺。一些蛋白质,如酪蛋白和明胶,非常容易在MGTase作用下发生交联,因为它们具有大量赖氨酸和谷氨酰胺,且能相互作用,而一些食品中的蛋白质,如-乳白蛋白较难能被TGase作用交联,因为它们的结构更具有刚性,从而阻止了交联的进行。,可以通过将一些具有复原性质的物质添参加TGase反响体系中,它们能通过改变蛋白质底物的结构而促进TGase催化的交联反响的进行。如-乳球蛋白和-乳球蛋白参加DTT二硫苏糖醇后,均能在TGase作用下发生交联。原因在于在二硫苏糖醇(DTT)的作用下,破坏蛋白质的二硫键,减小刚性，使蛋白质暴露出更多的可反响基团,发生蛋白质交联,3.4 温度、pH,TG的最适pH为67，使用时最好不要超过58的范围。2TG的活性在50保持稳定，在超过50之后逐渐减弱，对于反响时间10分钟的最适温度是5055，随着反响时间的延长，最适反响温度也会降低，而温度高时由于食品尤其是鱼、肉、乳制品等食品容易发生变质，所以反响温度确实定，是所有因素中最为关键也最难确定的因素，在保证产品品质的前提下，它直接影响到TG的添加量及其催化反响所需时间长短，一般地，对于鱼肉等低油易变质的产品所选反响温度都较低1-10，而相应反响时间较长212小时以上。因此在食品加工过程中既要考虑反响速速问题又要考虑食品品质。,3.5 谷氨酰胺转胺酶的存在形式,固定化TGase的反响活性小于自由形式的TGase,因为TGase固定化后改变了它的动力学性质,也改变了其与反响底物的相互作用。Oh等采用多聚-赖氨酸为隔板,将豚鼠的肝脏TGase固定于3-氨基丙基多孔玻璃杯,-酪蛋白和-乳球蛋白仍能交联,但反响速率小于自由TGase的作用,而且,此时表现出更高的选择性,因为固定化GTase对-酪蛋白的亲和性大于对-乳球蛋白的亲和力。,4 谷氨酰胺转胺酶在食品工业中的作用,4.1 改善蛋白质凝胶的特性,许多的食品加工都涉及到蛋白质的凝胶作用，如加工豆腐、生产灌肠、制作肉皮冻、制作鱼糕、焙烤面团等。,由于引入了新的,共价键,蛋白质分子内或分子间的网络结构增强,会使通常条件下不能形成凝的乳蛋白形成凝胶,或使凝胶特性发生很大改变。蛋白质凝胶性能的变化表现在,凝胶的强度提高,、,凝胶的耐热性,和,耐酸性增强,、,凝胶的水合作用增强,使凝胶网络中的水分不易析出等。,4.2 提高蛋白质的乳化稳定性,蛋白质的乳化原理：蛋白质是既含有疏水性基团又含有亲水基团，甚至带有电荷的大分子物质。如果蛋白质能在油水界面充分伸展，一方面可以降低油水界面的界面张力，增加油、水之间的静电相互斥力，起到乳化剂的作用；另一方面，可以在油水界面之间形成一定的物理障碍，有助于乳状液的稳定。,Liu Mingxia研究了-酪蛋白经TGase不同程度的作用后乳化性质的变化。经TGase作用,-酪蛋白可形成二聚物、三聚物或多聚物,所形成的乳化体系的稳定性明显提高,乳化液的稳定性随着聚合程度增加而增加。分析天然-酪蛋白和-酪蛋白聚合物混合液的乳化稳定性,发现随着混合液中聚合物比例增大,该混合液的乳化稳定性增加。乳化稳定性提高的原因在于,多聚物-酪蛋白分子的粘弹性比单体-酪蛋白分子要高。-酪蛋白形成多聚物后,会产生许多支链基团,使蛋白质颗粒的空间排斥力增加，界面蛋白质不易聚集,4.3 提高蛋白质的热稳定性,加热处理易使蛋白质变性,降低其功能特性。而蛋白质进行共价交联后，分子键能增加，可以提高蛋白质的稳定性。在奶粉生产中,奶粉的,玻璃化温度与奶粉结块,有密切关系,奶粉加工或贮藏过程中,由于局部受热会使某些成分呈现一种,熔融的玻璃状态,温度,下降后,就易结块变硬,玻璃化温度越低越易出现结块现象。酪蛋白是奶粉中的主要成分,酪蛋白的玻璃化温度对奶粉的玻璃化温度有重要影响。酪蛋白经TGase催化形成网络结构后,其玻璃化温度可明显提高,这主要是因为TGase处理后,酪蛋白分子间发生共价交联,增大了蛋白质的分子键能,使其玻璃化需要更多的能量,即需要更高的温度。,4.4 提高蛋白质的营养价值,可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,这种方法与添加游离的氨基酸相比有两个优点:一可以提高氨基酸的稳定性,增强蛋白质的功能性;二是赖氨酸与蛋白质交联后,可以防止发生美拉德反响,防止营养成分损失。但除蛋白质之外的其余游离氨基酸均不能作为谷氨酰胺转胺酶的底物,此时可用含所需氨基酸的肽链做底物。,4.5 提高蛋白质的成膜性能,由于TGase可在一些蛋白质之间形成共价交联,产生自我支持的网络结构,是制备可食性膜的良好材料。用于食品包装,控制水分、氧气、二氧化碳转移,防止脂肪氧化和挥发性风味物质损失,防止食品外表污染。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。,4.6 改善肉制品口感、风味等特性,谷氨酰胺转胺酶可使肉中的许多蛋白质交联,故在,肉制品重组,过程中谷氨酰胺转胺酶可以发挥重要作用。具体方法是将机械脱骨碎肉与纤维蛋白原及谷氨酰胺转胺酶在10C下混合过夜,即可得到重组后的整肉;或将碎肉与谷氨酰胺转胺酶、面粉、奶粉等原料混合,经成型、蒸煮杀菌可生产汉堡包、肉丸、烧麦等风味食品。,谷氨酰胺转胺酶的作用特点,1)粘合力极强。用该酶催化形成的共价健在一般 的非 酶催化条件下很难断裂，所以用该酶处理碎肉成形后，经冷冻、切片、烹饪处理均不会散开。,(2)、pH稳定性很好。TG的最适作用pH为6.0，但在pH 5.08.0的范围内该酶都具有较高的活性。,(3)、热稳定性强。TG的最适温度在50左右，在45-55范围内都有较高的活性。特别是在蛋白质食品体系中，该酶的热稳定性会显著提高，这一特性使其在一般的食品加工过程中，不至迅速失活。,(4)TG在催化蛋白质反响过程中，温度在保持 酶活温度内与时间成负相关关系：反响温度高，反响时间短；反之，温度越低时间越长。不同类型食品的理化特性，决定反响过程中温度和时间的关系。下表为TG在各个温度下进行与pH值6.0、50、10分钟的同等反响所需要的时间：,温 度 5 15 20 30 40,时 间,分钟 240 105 70 35 20,(5)、使用平安。由于TG广泛存在于动物组织，人们一直都在食用含有TG催化形成的e-(g-谷氨酰)赖氨酸异肽键的食物，因此，用TG生产的新型食品不仅对人体是平安的，还有利于人体的健康。,如何使用TG?,在肉制品中的应用,根本工艺,添加相当于原料重量0.30.5%的TG,原料肉 拌料 酶反响(35，1小时左右)后处理(蒸煮或冷冻)罐装 成品,制作牛排：先将冷冻的碎牛肉解冻、整形，注入腌渍液，绞碎，然后再参加酶液混合均匀，压入成形器成形，在35下反响1小时左右，冷冻、切块、包装即成成品小块的牛排。,在鱼制品中的应用,根本工艺:,添加相当于原料重量1%的 TG,碎鱼肉或虾仁 预处理 混合 酶反响(35，1小时左右)冷冻 罐装 成品,加工虾肉片:将冷冻虾解冻，去壳，水洗后，在孔径为3mm的绞肉机中绞出，然后参加分别相当于原料比例3%和1%的食盐及酶液，充分混合反响后，即压制出厚度为2mm的虾肉片。,根据TG的一般应用工艺，TG还可用于生产下表所示的各种食品,肉:汉堡包，肉包，罐装肉，冻肉，模型肉，浸渍肉,提高弹性、质地、口味及风味，改善肉的风味，延长贮,藏期,鱼:鱼肉泥，碎鱼产品,提高质地和外观，明显增加凝胶强度,磷虾:磷虾肉泥 ,改善质地,骨胶原:仿鱼翅 模拟美味食品,小麦:焙烤食品 改善质地，增大体积,大豆:麻婆豆腐，煎豆腐 改善质地，延长贮藏期,植物蛋白:蛋白粉 形成具有良好的质地及口味的冻胶,蛋白质冻胶 改善强度,牛奶蛋白:增加牛奶粘性,谢谢！,