谷氨酰胺转胺酶在食品工业的应用及其市场前景

司晶星　任丽丽

[摘要]随着对食品安全问题的关注,谷氨酰胺转胺酶作为一种天然的食品添加剂,其应用越来越广泛。主要介绍谷氨酰胺转胺酶的作用机理及其在食品工业的应用和市场前景。

[关键词]谷氨酰胺转胺酶 应用 食品工业 前景

中图分类号:Q819文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)0810109-01

一、概述

谷氨酰胺转胺酶(蛋白质-谷氨酸-γ-谷氨酰胺转胺酶,Transglutam

inase,简称TG,EC 2.3.2.13),又称转谷氨酰胺酶或γ-谷氨酰胺酰基转移酶,可以催化蛋白质分子内、分子间发生交联、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[1],从而进一步改善蛋白质的功能性质,提高蛋白质的营养价值,是生产高营养价值的新型蛋白食品的重要酶制剂之一,在食品加工业具有巨大的应用前景,具有“21世纪超级食品粘合剂”的美称。

蛋白质作为食物中最重要的成分之一,一直受到人们的重视。目前,无论发达国家还是发展中国家都迫切要求新型蛋白食品的问世。其具有较高的营养价值、口感好,而且容易保藏、方便运输、可以降解、没有副作用、外观美观等特点[2]。酶法修饰由于安全、快速、专一性强、对食品营养无破坏,越来越得到人们的认可[3]。因此用谷氨酰胺转胺酶作为一种食品添加剂,是开发新型营养蛋白质食品最有前景的方法之一。

二、谷氨酰胺转胺酶的功能性质

(一)谷氨酰胺转胺酶的来源

谷氨酰胺转胺酶存在于动物、植物和微生物中,包括来源于动物体的谷氨酰胺转胺酶(Guinea-pig transglutaminase,简称GTG)及来源于微生物的谷氨酰胺转胺酶(Microbial transglutaminase,简称MTG)。MTG是一种胞外酶,分子量在40kD左右,活性中心包含一个游离的Cys巯基,与GTG相比,MTG表现出很多优势,如对Ca2+的非依赖性,对热、pH的稳定性,以及易贮存性。MTG主要是来源于微生物中的链霉菌。

(二)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反应的转移酶。利用催化反应,在各种蛋白质分子之间或者之内引起共价交联,从而对各种食品蛋白质进行改性。

谷氨酰胺转胺酶以肽链中谷氨酰胺残基的γ-羧酰胺基作为酰基供体,而酰基受体可以是:

1.多肽链中赖氨酸残基的ε-氨基:形成蛋白质分子内和分子间的ε-(γ-谷氨酰)赖氨酸异肽键,使蛋白质分子发生交联,从而改变食物的质构,改善蛋白质的溶解性、起泡性、乳化性等许多物理性质;

2.伯胺基:形成蛋白质分子和小分子伯胺之间的连接,利用该反应可以将一些限制性氨基酸引入蛋白质以提高其营养价值;

3.水:当不存在伯胺时,水会成为酰基受体,其结果是谷氨酰胺残基脱去氨基生成谷氨酸残基,该反应可用于改变蛋白质的等电点及溶解度[4]。

(三)谷氨酰胺转胺酶在食品工业中的应用

MTG广泛应用在食品加工业的各个领域,主要包括面制品,碚烤制品,肉制品,乳制品,水产品等,可替代有致癌作用的强筋剂溴酸钾,可部分替代硝酸盐、亚硝酸盐等稳定剂,提高食品的营养价值,口感更好,延长保质期等。现在食品安全备受关注,MTG是天然酶制剂,比化学添加剂更加健康安全,该酶的使用可以取代或者部分取代许多化学添加剂的用量,可用于新型绿色健康食品的生产。

谷氨酰胺转胺酶不仅可以催化同种蛋白质之间的交联,还能催化不同蛋白质之间的交联。各种蛋白质的氨基酸组成互不相同,因而不同的蛋白质中的限制性氨基酸不一定相同,通过TG将它们连接起来,可以达到优势互补的效果,提高蛋白质的营养价值。经TG改性后,蛋白质的胶凝性、塑性、持水性、水溶性、稳定性等均会得到改善。

TG在食品加工中的主要作用包括:1.保护食品蛋白质中的赖氨酸避免发生化学反应,赖氨酸是人体必需的八种氨基酸之一;2.提高蛋白质的营养性;3.包埋脂类或脂溶性物质;4.形成耐热耐水性的膜;5.提高食品的弹性和持水能力等。

三、谷氨酰胺转胺酶的市场前景

在发达国家,MTG已开始普遍推广应用。日本在1993年率先把MTG推向市场,获得了巨大的经济效益,2000年日本MTG相关的食品销售额达2000亿日元。日本从1993-2003年的十年中MTG需求量增长了720%,未来还有更大的增长空间。由于发达国家对食品安全、卫生、营养的苛求性和严格性,推动了MTG市场需求一直呈快速上升的趋势。谷氨酰胺转胺酶在日本已成为食品工业中仅次于-淀粉酶的第二大酶种的事实也说明,该酶的推广应用前景非常广阔。

我国食品工业是一个大产业,近年来发展相当迅速,但是目前的发展水平仍无法满足农业产业化发展的要求。我国食品的总产值仅为农业总产值的50%,而发达国家可以达到100%-200%。在广度和深度上加强食品加工应用方面的开发是赋予食品新的高附加值的重要途径。随着国家《食品安全法》的出台,以及人们对食品质量要求的日益提高,低档、有害的食品添加剂将逐步退出市场。如目前面制品中使用的强筋剂-溴酸钾,国家从2005年7月1日起明令禁止使用,这为MTG在食品工业中的大量使用创造了政策条件。

实际上,新型酶制剂的开发和大范围应用,还可以显著提高加工食品的产品质量,增加加工食品的市场份额,提高食品加工行业的产值,经济效益极为显著。实现MTG酶制剂的大规模工业化,开发新型分子改造技术,注重食品安全,将促进食品加工业和酶制剂工业的迅速发展,对国民经济的发展将作出重要贡献。

参考文献:

[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.