谷氮酰胺转胺酶对谷朊质构和流变性质的影响

晁丽静,王 淼,孙贵朋

(1.江南大学食品科学与技术国家重点实验室,江苏无锡 214122; 2.江南大学食品学院,江苏无锡 214122)

谷氮酰胺转胺酶对谷朊质构和流变性质的影响

晁丽静1,王 淼2,＊,孙贵朋2

(1.江南大学食品科学与技术国家重点实验室,江苏无锡 214122; 2.江南大学食品学院,江苏无锡 214122)

谷朊是淀粉加工的重要副产品。为了提高谷朊产量和改善谷朊性质,在制备谷朊的过程中,向面浆中加入微生物转谷氨酰胺酶(MTG)。结果表明,随着酶量的增加,谷朊的蛋白含量提高了 3.98%。湿面筋的延伸性和回复性随酶量的增加逐渐减小。通过谷朊蛋白质分子羧基含量的测定和蛋白质分子间相互作用力的分析,在MTG作用 100min后蛋白分子的羧基含量上升,蛋白质之间疏水相互作用明显减弱。研究表明,在微生物转谷氨酰胺酶(MTG)作用下谷朊的性质产生了明显的变化。

谷朊,微生物转谷氨酰胺酶(MTG),质构,流变学特性,化学相互作用,羧基含量

谷朊粉是从小麦面粉中分离出的高蛋白聚合物,通常作为重要的食品添加剂、品质改良剂应用到现代食品当中[6]。流变性质是谷朊的基本性质之一,该性质使得面团能够制成面包、蛋糕、饼干和面条等。在湿面筋中,蛋白质分子形成具有黏着性和弹性的面筋网络,使得面筋可以延伸和膨胀[16]。谷朊蛋白主要由具有较好延伸性的醇溶蛋白和具有较好弹性的麦谷蛋白构成。谷朊蛋白的谷氨酰胺含量非常高,约为 35%,是微生物谷氨酰胺转移酶(MTG)催化反应的良好底物[7,10]。谷氨酰胺转胺酶 [EC 2.3.2.13],是一种催化酰基转移反应的转移酶[4],目前使用的多为微生物来源的谷氨酰胺转移酶 (简称MTG)。MTG以肽链中谷氨酰胺残基的γ-羧酰胺基作为酰基供体,当酰基受体为多肽链中赖氨酸的ε-氨基或伯胺基时,催化蛋白质发生分子内,分子间或蛋白质与小分子间的交联反应;酰基受体为水时,谷氨酰胺残基脱去氨基生成谷氨酸残基,发生水解反应。MTG常用于改善蛋白的功能性质,在食品工业具有广阔的应用前景。本实验向面浆中添加MTG制取谷朊,考察了MTG对谷朊产量和性质的影响,并对影响其性质的因素进行了研究。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

鲁王牌特精粉 山东鲁王集团有限公司;谷朊粉 东海粮油工业 (张家港)有限公司;转谷氨酰胺酶(2000U/g) 江苏泰兴一鸣精细化工有限公司。

LNK872型多功能快速消化器 江苏省宜兴市新宇科教仪器研究所;F W100型高速万能粉碎机天津市泰斯特仪器有限公司;Glutograph-E面筋仪C.W.Brabender Instruments,Inc;AR1000 Rheometer T A Instruments Company;可见分光光度计 V-1800上海美普达仪器有限公司;荧光分光光度计Hitachi 650-60。

1.2 实验方法

1.2.1 谷朊粉制取 采用面浆离心法 (Raisio法)[9],并改进为:面粉加水混合,静止 30min,2500r/min离心 10min,沉淀物用 700mL自来水洗涤 5次,得湿谷朊,60℃干燥磨粉得谷朊粉。

1.2.2 谷朊蛋白质含量测定 采用微量凯氏定氮法(GB5009-85),蛋白质系数为 5.7。

1.2.3 面浆离心后上清液中蛋白含量测定 采用双缩脲法[12]。

1.2.4 湿谷朊延伸性的测定 采用 Glutograph-E电子型面筋特性测定仪测定。载荷 150cm·g,湿面筋挤压于两平行波状板之间,下板在在一恒定扭力下转动,在 0～100s内下板转动一定的角度 (剪切角),得到面筋的延伸性 (Stretching),以及在 100～110s内扭矩消失后,下板回转一定角度,得到面筋的回复性(Relaxation),二者均以BU为单位表示。

1.2.5 面浆流变性测定 用 AR1000流变仪测定。40mm齿型平行板系统,平行板间距 1mm,测量温度为 35℃,根据样品随振荡频率(0.01～10Hz)的变化确定线性粘弹区。在线性粘弹区范围内,固定振荡频率,测定贮能模量 G′和损耗模量 G″随时间 (1h)扫描的变化。

测定前 20min和好面浆 (25g面粉加入 50mL水中),提前3min加入MTG酶液,调匀后加约1.5mL于两平行板之间,测量时间为 1h。

1.2.6 蛋白质分子间相互作用力测定 参照M.C.Go′mez-Guille′n[18]的方法。样品处理过程为: 30.3g的谷朊粉分散于 500mL的 0.01mol/mL,pH=7的 Tris缓冲液中,添加 0.02496g的MTG,在反应温度为 25℃下反应 4h。分别在 0、15、30、45、60、90、120、150、180、240min处取样,100℃下 4min灭酶活。2500r/min离心 10min,弃上清,得样品。

1.2.7 蛋白质分子上羧基含量测定 参照 Kingsley K[14]等的方法。样品处理过程为:用胰蛋白酶对谷朊进行水解,水解条件是:底物浓度为 5%,pH=8.5, 40℃水解 5h。取 50mL的水解物,添加 0.05g的MTG,反应温度为 25℃,调 pH=7,进行反应。分别在 0、15、30、45、60、90、120、180、240min处取样, 100℃下 4min灭酶活,冷却,得样品。

2 结果与讨论

2.1 MTG加入量对制得谷朊得率和蛋白含量的影响

按 0、6、25、100mg MTG/kg面粉的比例添加MTG,制面浆,2600r/min离心 10min。上清液用双缩脲法测蛋白质含量,沉淀制取谷朊粉,并分别取约0.5g进行微量凯氏定氮,结果如表 1。

表 1 MTG加入量对制得谷朊得率和蛋白质含量的影响

由表 1可以看出,随着酶量的增加,谷朊中粗蛋白含量显著增加,MTG加入量为 100mg/kg面粉时蛋白质含量增加了 3.98%。上清液中剩余可溶性蛋白的量随着酶量的增加而逐渐减少,这表明在MTG的作用下,有部分可溶性的蛋白交联到了面筋蛋白质上,从而引起上清液中测得的蛋白质含量减少[19],谷朊中蛋白质含量增加,并且在较高酶量的作用下,交联反应更加明显。由表 1还可以看出,谷朊得率随着酶量的增加而下降,这是由于在MTG作用下,谷朊的粘性有所下降,淀粉易于分离,但影响谷朊全部回收,导致粗蛋白含量的增加,得率有所下降。

2.2 MTG加入量对谷朊质构的影响

按 0、1、3、6、12、25、100mg/kg面粉的比例添加MTG,制取湿面筋,用 Grutograph-E电子型面筋特性测定仪测定面筋的延伸性和回复性。

由图 1可以看出,湿面筋的延伸性和回复性随酶量的增加逐渐减小。当MTG加入量为 100mg/kg面粉时,湿面筋的延伸性由原来的 591BU急剧下降到98BU,回复性也相应的由91BU下降到27.5BU,这同时反映出湿面筋的抗延伸性阻力随MTG添加量的增多是逐渐增大的。并且在湿面筋流变性质测量过程中,发现湿面筋的黏性随MTG加入量的增加逐渐下降。这些数据表明,在反应发生的过程中面筋蛋白中的醇溶蛋白部分交联到了麦谷蛋白上,导致湿面筋的延伸和恢复性下降,抗延伸阻力增加和粘性的降低[19]。

图 1 MTG加入量对谷朊延伸性和回复性的影响

2.3 MTG加入量对面浆流变性质的影响

测定前20min和好面浆,提前3min加入酶液,三组面浆加酶量分别为:0、25、100mg/kg面粉,调匀后加约 1.5mL面浆于两平行板之间,测量时间为 1h。

G′是储能模量,代表样品的弹性部分,G′越大代表样品的弹性越好;G″是损耗模量,代表样品的粘性部分,G″越大代表样品的粘性越好;tgδ=G″/G′,δ越大则粘性成分占优势,体系表现为流体的特性,δ越大则体系表现为固体的特性。由图 2和图 3可以看出,3种MTG添加量的面浆动态粘弹曲线 G″(损耗模量)始终大于 G′(贮能模量),体系以黏性为主。随时间的变化,MTG用量为 100mg/kg面粉的面浆G″和 G′升高都是最大,说明该用量下MTG对于面浆中蛋白的作用程度最大,面浆的黏性和弹性均增大。MTG用量为 25mg/kg面粉时,G′、G″变化在高酶量和无酶的曲线之间,但是图 4所显示出的δ值却是最小。分析其原因:此种现象与MTG催化蛋白质所发生两种反应密切相关。这两种反应分别为:一是交联蛋白质,使面筋网络增强,使得 G′增大;二是催化蛋白质谷氨酰胺残基脱去氨基生成谷氨酸残基,该反应使得蛋白质的带电性发生改变,导致整个面浆体系不稳定,使得 G″增大[12]。高酶量作用下,蛋白质间的交联反应很明显。在交联反应的后期,水代替伯胺成为酰基受体,发生脱酰胺反应,脱酰胺反应也很明显,所以 G″和 G′升高都是最大。在MTG用量为25mg/kg面粉时,催化蛋白质间的交联反应占主导地位,脱酰胺反应较弱,导致 G′、G″变化在高酶量和无酶的曲线之间,但是δ值却是最小,此时面浆的凝胶性最好。

图 2 MTG加入量对面浆贮能模量(G′)的影响

2.4 MTG作用过程中蛋白质间相互作用力的变化

MTG对谷朊作用的过程中,会对谷朊蛋白分子间的作用力产生影响,由图 5可以看出,随着酶反应的进行,谷朊蛋白质间的氢键和离子键没有发生明显的变化。在酶作用 100min后,蛋白质间疏水的相互作用明显下降。从MTG作用机理来看,随着交联反应的进行,体系中伯胺的浓度会逐渐降低,交联反应的后期,水会代替伯胺成为酰基受体,导致水解反应发生,谷氨酰胺残基脱去氨基生成谷氨酸残基,蛋白质分子上的羧基含量增加。由图 6可看出,在以谷朊水解物为底物,MTG催化反应发生 100min后,体系中的羧基含量明显上升。所以MTG催化谷朊反应时,在 100min后,有水解反应发生,蛋白质分子上的羧基含量上升,导致蛋白质间的静电排斥作用加大,疏水相互作用降低,从而对谷朊的性质产生影响。

图 3 MTG加入量对面浆损耗模量(G″)的影响

图 4 MTG加入量对面浆凝胶性(δ)的影响

图 5 MTG作用时间对谷朊蛋白质间相互作用力的影响

图6 羧基含量随MTG作用时间的变化

3 结论

微生物转谷氨酰胺酶作用下会发生两种反应,交联反应和脱酰胺反应。这两种反应共同对制得的谷朊的蛋白含量、质构和流变性质产生影响,使得随着酶浓度增加,制得的面筋粗蛋白含量增加,黏性和延展性显著下降,抗延伸性阻力呈增强趋势。在交联反应的后期,水代替伯胺成为酰基受体,发生水解反应,导致体系中蛋白分子上的羧基含量增加,蛋白质间疏水相互作用力降低。

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Effect of m icrobial transglutam inase on texture and rheologicalproperties of wheat gluten

CHAO L i-jing1,WANGM iao2,＊,SUN Gui-peng2
(1.State KeyLaboratory of Food Science and Technology,Jiangnan University,Wuxi 214122,China; 2.School of Food Science and Technology,Jiangnan University,Wuxi 214122,China)

W hea t g luten is an i mp ortant by-p roduc t of s ta rch m anufac turing p rocedure.M ic rob ia l transg lutam inase (M TG)was added into flour susp ens ion to ge t g luten.The inc reas ing concentra tions of the M TG led to a inc rease of p rote in content in g luten and a dec rease of extens ion and recove ry of we t g luten.By m easuring the ca rboxyl g roup on p rote in and ana lyzing inte rac tions be tween p rote in m olecules,it can be found tha t the content of the ca rboxyl g roup inc reased and the hyd rop hob ic inte rac tion be t ween p rote ins dec reased afte r100m in due to hyd rolys is ca ta lyzed by M TG.The refore both c ross-link and hyd rolys is ca ta lyzed by M TG influenced the p rote in content and qua lity of g luten.

whea t g luten;M TG;texture;rheology p rop e rties;chem ica l inte rac tions;ca rboxyl g roup content

TS201.2

A

1002-0306(2010)03-0327-04

2009-06-01 ＊通讯联系人

晁丽静(1985-),女,硕士研究生,从事酶反应以及生物技术在食品中应用方面的研究。

国家自然科学基金面上项目(20776063)。