TG酶在肉類重組中的作用機(jī)理

TG酶的作用機(jī)理及應(yīng)用一、 TG酶簡(jiǎn)介谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶（Transglutaminase，簡(jiǎn)稱TG）,廣泛存在于自然界，不同動(dòng)物、植物、微生物體內(nèi)均含有此酶。早期，TG只能從動(dòng)物肝臟中提取，成本極高，只能供研究和醫(yī)療所需。為了批量生產(chǎn)的需要，從上世紀(jì)80年代開始，國(guó)際上研究用微生物發(fā)酵法工業(yè)化生產(chǎn)TG，并發(fā)現(xiàn)鏈輪絲菌s-8112、茂原鏈輪絲菌、灰肉鏈輪絲菌、肉桂鏈輪絲菌等微生物可產(chǎn)生TG。自1993年食品工業(yè)用的TG投放市場(chǎng)以來(lái)，發(fā)展十分迅速，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，據(jù)報(bào)道，1995年該酶制劑的銷售額就近20億元，2000年TG已成日本第二大工業(yè)用酶。我國(guó)于2001年7月1日起將TG作為新增補(bǔ)品種，列入食品添加劑行列。TG能使蛋白質(zhì)分子發(fā)生交聯(lián)，使蛋白質(zhì)分子由小變大。經(jīng)TG改性后，蛋白質(zhì)的膠凝性、塑性、持水性、水溶性、穩(wěn)定性等均會(huì)得到改善，進(jìn)而改善富含蛋白質(zhì)食品的外觀、風(fēng)味、口感和質(zhì)構(gòu)等。目前，TG已廣泛應(yīng)用于肉制品、乳制品、魚制品、豆制品和面制品中，應(yīng)用前景廣闊。二、 作用機(jī)理粘合力極強(qiáng)：用TG催化形成的共價(jià)健在一般的非酶催化條件下很難斷裂，所以用TG處理碎肉成形后，經(jīng)冷凍、切片、烹飪處理均不會(huì)散開。pH穩(wěn)定性很好：TG的最適作用pH為6.0，但在pH5.0?8.0的范圍內(nèi)TG仍具有較高的活性。熱穩(wěn)定性強(qiáng)：TG的最適溫度在50°C左右，在45°C—55°C范圍內(nèi)都有較高的活性。特別是在蛋白質(zhì)食品體系中，TG的熱穩(wěn)定性會(huì)顯著提高，這一特性使其在一般的食品加工過(guò)程中，不至迅速失活。TG在催化蛋白質(zhì)反應(yīng)過(guò)程中，溫度（在保持酶活溫度內(nèi)）與時(shí)間成負(fù)相關(guān)關(guān)系：反應(yīng)溫度高，反應(yīng)時(shí)間短；反之，溫度越低時(shí)間越長(zhǎng)。不同類型視頻的理化特性，決定反應(yīng)過(guò)程中溫度和時(shí)間的關(guān)系。使用安全：由于TG廣泛存在于動(dòng)物組織，人們一直在食用含有TG催化形成的（-谷氨酰）賴氨酸異肽鍵的食物，因此，用TG生產(chǎn)的食品不僅對(duì)人體安全，還有利于人體的健康。三、 TG在食品中的應(yīng)用目前，對(duì)TG在食品工業(yè)上的應(yīng)用的研究主要集中在肉制品、豆制品、乳制品等方面。其中，肉制品中的應(yīng)用已較為成熟°TG可以很好的應(yīng)用于低溫肉制品，TG可以將碎肉重組為中、高品質(zhì)的培根產(chǎn)品，也可以在眾多的低溫火腿、低溫腸等產(chǎn)品中應(yīng)用，顯著提高產(chǎn)品品質(zhì)并大幅降低生產(chǎn)成本。用于中高溫肉質(zhì)品中，可以明顯改善中高溫產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)和口感，并顯著降低生產(chǎn)成本。TG可以將碎肉重組為牛排，顯著提高牛排的質(zhì)量和嫩度。TG用于肉制品中，提高了肉制品的彈性，改善了產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)和風(fēng)味，提高出品率，顯著降低生產(chǎn)成本，同時(shí)還可以開發(fā)出低鹽、低脂的肉制品。水產(chǎn)品方面，魚蛋白漿可以在TG存在條件下被交聯(lián)，從而提高魚糜的品質(zhì)。交聯(lián)反應(yīng)可以提高魚糜制品的品質(zhì)，減少凍魚制品在融化和烹調(diào)過(guò)程中的損失。除此之外，還可以用于蝦肉薄片的加工。將冷凍蝦解凍、去殼、水洗后，在3mm孔徑的絞肉機(jī)中絞出，加入食鹽與TG后混合，用壓輥壓制出2mm厚的均勻蝦肉薄片。不加TG壓制出來(lái)的蝦肉厚薄不一，或斷裂不成型。乳制品方面，在酸奶制作中，添加TG后，所產(chǎn)生的酸奶凝膠強(qiáng)度顯著提高，乳清析出顯著減少，酸奶穩(wěn)定性增強(qiáng)。TG還可以以膠原蛋白為底物，模擬制作人造魚鰭；以植物蛋白為底物，應(yīng)用于烘焙食品或豆制品中可改善產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)、風(fēng)味、口感等。1.TG在肉制品中的應(yīng)用TG在肉制品中的作用機(jī)理：肌球蛋白是畜禽肌肉的重要組成成分，也是TG作用的良好底物。在畜禽肉制品中加ATG，經(jīng)熱誘導(dǎo)的肌球蛋白質(zhì)之間形成作用力遠(yuǎn)大于二硫鍵的共價(jià)鍵，共價(jià)鍵能使蛋白質(zhì)更緊密地結(jié)合在一起，形成致密的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使產(chǎn)品彈性、硬度等物理性質(zhì)得到提高，并且不受高溫和冷凍的影響。（1） TG用于碎肉重組（牛肉、魚肉等各種肉類）在肉制品的加工過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量碎肉，如何將這些低價(jià)值的碎肉利用起來(lái)，是肉制品生產(chǎn)中面臨的問(wèn)題。利用TG酶對(duì)以一定肥瘦比混合的碎肉進(jìn)行處理，就可以生產(chǎn)出新鮮的重組肉制品。由于TG催化的蛋白質(zhì)分子內(nèi)和分子間形成的異肽鍵屬于共價(jià)鍵，在一般的非酶催化條件下很難斷裂，所以用TG處理后得到的重組肉在冷凍、切片、烹飪等條件下均不會(huì)散開，并且肉類蛋白交聯(lián)后，可使肉制品更富有彈性，亦可形成良好的口感，而TG對(duì)肉制品的其他風(fēng)味不會(huì)產(chǎn)生影響。（2） 用于改善產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)由于谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶所催化形成的凝膠有牢固的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，因此在肉制品加工過(guò)程中添加TG，可以改善產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)，如改善和提高產(chǎn)品的凝膠形成和粘彈性，同時(shí)還可以增強(qiáng)產(chǎn)品的保水性，防止肉制品在加工過(guò)程中產(chǎn)生皺縮現(xiàn)象，增加產(chǎn)品的嫩度，提高產(chǎn)品的得率。有試驗(yàn)表明，在火腿腸、肉丸等的制作中添加TG，可使產(chǎn)品的凝膠強(qiáng)度明顯提高、蒸煮損失下降。此外利用TG處理香腸制品，還可以避免香腸脫水收縮，及干裂現(xiàn)象的發(fā)生。（3） 用于人造肥牛肉肌內(nèi)脂肪豐富的牛肉具有良好的風(fēng)味、保水性、嫩度、滑膩感和多汁性的口感，而肌內(nèi)脂肪少的牛肉則口感差、質(zhì)地硬、風(fēng)味不佳。為了提高牛肉肌內(nèi)脂肪含量，可以利用TG使肌內(nèi)蛋白相互交聯(lián)的特性，把脂肪注入到肌內(nèi)脂肪沉積不好的牛肉中，同時(shí)處理注射后的牛肉表面，使表面蛋白交聯(lián)，進(jìn)一步減少注入脂肪的流失。（4） 用于處理PSE肉PSE肉是一種異常肉，此類肉顏色蒼白，組織脆弱，肌肉持水性差，極大的限制了其在生產(chǎn)中的應(yīng)用，常見于豬肉和火雞肉，在牛、羊肉中處理不當(dāng)也會(huì)產(chǎn)生PSE肉。利用TG處理PSE肉用于生產(chǎn)肉制品特別適合對(duì)豬肉或火雞胸脯肉進(jìn)行處理，然后加工成灌裝或其它包裝的火腿等肉制品，TG處理后產(chǎn)品的粘結(jié)能力、保水性等均大大提高，并賦予了產(chǎn)品良好的質(zhì)構(gòu)。（5） 用于開發(fā)保健肉制品在肉制品加工時(shí)，通常添加鹽或磷酸鹽來(lái)改善或增強(qiáng)產(chǎn)品的持水能力、黏結(jié)性能、稠度和食品質(zhì)構(gòu)。使用TG可以降低鹽和磷酸鹽的添加量，生產(chǎn)出低鹽、質(zhì)構(gòu)優(yōu)良的肉制品。TG在乳制品中的應(yīng)用針對(duì)牛乳中的酪蛋白，TG可達(dá)到對(duì)牛奶改性的目的，主要表現(xiàn)在改善凝膠特性、提高乳化性、提高熱穩(wěn)定性等方面。目前對(duì)于其應(yīng)用的研究主要集中在酸奶、奶酪、原料乳、脫脂乳、奶粉等方面。（1） TG在酸奶中的應(yīng)用牛乳經(jīng)TG處理后，生產(chǎn)的酸奶其凝膠強(qiáng)度比未處理的樣品有明顯提高，乳清析出也顯著減少，酸奶的穩(wěn)定性更好，進(jìn)而降低生產(chǎn)成本，提高出品率，延長(zhǎng)貨架期。另一方面，用低脂和低蛋白質(zhì)的原料奶經(jīng)TG作用后生產(chǎn)的酸奶，其質(zhì)地和穩(wěn)定性與正常牛奶生產(chǎn)的酸奶相似。經(jīng)TG處理的牛奶，其乳清蛋白同樣能被TG連接到網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上，增大了蛋白含量。由于TG能夠引入賴氨酸，其氨基酸含量也得到提高，所以能夠明顯改善蛋白的功能性質(zhì)。（2） TG在干酪中的應(yīng)用在干酪加工中，如果在未加熱的或經(jīng)巴氏殺菌處理的脫脂乳中添加了TG和谷胱甘肽的混合物，能夠明顯提高TG的利用效率，降低TG的使用量。由于乳清中的蛋白也被TG連接到凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，奶酪的產(chǎn)率大大增加。有研究表明，加入TG和谷胱甘肽混合物之后，能夠明顯改善蛋白的功能特性，這點(diǎn)在軟干酪和半硬干酪中可以得到較為廣泛的應(yīng)用。（3） TG在原料乳/脫脂乳及奶粉中的應(yīng)用作為食品級(jí)的添加劑，TG對(duì)牛奶熱穩(wěn)定性的提高作用和對(duì)防止奶粉結(jié)塊硬化的研究具有重要的意義。但市場(chǎng)前景還需進(jìn)一步研究TG在面制品中的應(yīng)用（1） 提高面制品品質(zhì)：改善面團(tuán)面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)面團(tuán)彈性和粘彈性，增加面團(tuán)氣體保持能力，使面包、面條體積更大，內(nèi)相組織更均勻，減少掛面斷條率，增加面條的咬勁和耐煮性。（2） 改善面制品的口感，延緩面包、饅頭的老化，使面條更滑爽、更勁道。（3）改善面制品的外觀：對(duì)于面條和面皮（餃子、餛飩），可使外觀更光亮、整齊，并賦予透明的質(zhì)感；在油炸面制品中，可減少氣泡的產(chǎn)生，表面較光滑；對(duì)發(fā)酵面制品，延緩表面水分蒸發(fā)，使面包、饅頭在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持較好的濕潤(rùn)性，不易掉渣、掉屑。（4） 提高出品率：使用TG的同時(shí)，根據(jù)需要增加2-10%水量，進(jìn)而提高成品率。（5） 延長(zhǎng)貨架期：面包和饅頭的貨架期可延長(zhǎng)1-3天。四、 工業(yè)中的應(yīng)用要點(diǎn)pH值TG的最適反應(yīng)pH為6?7,所以應(yīng)盡量使TG作用環(huán)境的pH控制在pH6?7之間，最好不要超過(guò)pH5?8的范圍。溫度和時(shí)間谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶可在5°C-60°C的溫度條件下發(fā)揮作用，最佳使用溫度為50°C，在45r-55r溫度范圍內(nèi)均具有較高的活性，當(dāng)溫度高于75C時(shí)酶失去活性。一般地，對(duì)于魚肉等低油易變質(zhì)的產(chǎn)品所選反應(yīng)溫度都較低（1?10C），而相應(yīng)反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)（2?12小時(shí)以上），一般來(lái)說(shuō)，反應(yīng)溫度不高于40Co作用對(duì)象首先TG的作用對(duì)象是蛋白質(zhì)，催化的是其中“可反應(yīng)”的谷氨酰胺殘基發(fā)生反應(yīng)，所以蛋白質(zhì)的含量及其中“可反應(yīng)”的谷氨酰胺殘基含量對(duì)TG的作用效果都有很大影響。其次，要發(fā)生反應(yīng)還需有賴氨酸殘基的存在（否則TG的作用只能是改變蛋白質(zhì)的溶解性及與之相關(guān)的性質(zhì)），即“可反應(yīng)”的賴氨酸殘基的含量對(duì)TG的交聯(lián)反應(yīng)也有很大影響。常見的TG的良好底物有牛奶中的酪蛋白及其鈉鹽，肉中的明膠及肌球蛋白、大豆蛋白幾種球蛋白，所以為了取得很好的交聯(lián)效果，可在作用對(duì)象中適當(dāng)加入TG的良好底物，以補(bǔ)充作用對(duì)象中相關(guān)氨基酸殘基的不足。其中最常用的酪蛋白酸鈉及明膠以及廉價(jià)的大豆蛋白。創(chuàng)造無(wú)氧環(huán)境為了盡可能地保持酶的活力，使TG的作用效果更為理想，可在酶添加至酶反應(yīng)結(jié)束前保持真空環(huán)境，如采用真空攪拌，攪拌后即充填成形，其次在食品中加入含硫基SH的物質(zhì)如谷胱甘肽（包含有谷胱甘肽的酵母提取物）和半胱氨酸。再次，可在食品中加入葡萄糖氧化酶及其底物葡萄糖，阻斷氧氣與TG反應(yīng)，防止破壞TGo硫基保護(hù)劑及葡萄糖氧化酶、葡萄糖可直接包含于TG酶制劑。五、 國(guó)產(chǎn)TG酶存在的問(wèn)題日本味之素（Aginomoto）是最早工業(yè)生產(chǎn)TG酶的公司，味之素的酶活性高、穩(wěn)定性好，但價(jià)格較貴。目前國(guó)內(nèi)只有兩個(gè)工廠可以自己生產(chǎn)TG酶，最大的是上海東圣公司，該公司的產(chǎn)品也大量出口。而國(guó)內(nèi)多個(gè)號(hào)稱生產(chǎn)TG酶的公司基本上是從東圣公司采購(gòu)原料，再加上一些膠類、蛋白等，配制成各種規(guī)格的TG酶。目前國(guó)產(chǎn)TG酶還存在以下等問(wèn)題：酶活性不高；穩(wěn)定性不好；用于重組肉時(shí)，將肉切片后能看到酶所作用的重組部位有“黑線”；一般只能使用撒粉使用；不能粘脂肪；重組肉在烹飪時(shí)失水很多，肉很容易散開。六、美國(guó)C&P公司TG酶的優(yōu)勢(shì)酶活性高，生產(chǎn)的產(chǎn)品外觀好、產(chǎn)品口