MTGase在食品工業(yè)的運用展望
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本文作者：張海均、賈冬英、姚開 單位：四川大學(xué)輕紡與食品學(xué)院
mtgase較易催化11S球蛋白聚合，不易使7S球蛋白聚合；只能使11S球蛋白中的酸性亞基聚合，幾乎不能使其堿性亞基聚合［5］。該聚合作用可改變大豆蛋白的結(jié)構(gòu)，從而對其功能特性產(chǎn)生影響。
田少君等［6］以MTGase對大豆分離蛋白（SPI）進行改性。結(jié)果顯示，改性后SPI的溶解性明顯下降。唐傳核等［7］研究顯示，MTGase能顯著提高大豆酸沉蛋白（SAPP）對pH值的穩(wěn)定性，降低其溶解性。這是由于MTGase的催化作用不僅可打開大豆蛋白的二級和三級空間結(jié)構(gòu)，使原先埋藏于分子內(nèi)部的疏水性氨基酸暴露出來，增加了蛋白質(zhì)分子的表面疏水性，而且能使蛋白質(zhì)分子內(nèi)或分子間發(fā)生共價交聯(lián)，形成更大分子量的蛋白質(zhì)聚合物［7］。
Babiker等［8］利用MTGase對經(jīng)過蛋白酶水解和酸水解的大豆蛋白進行了聚合，并研究了聚合大豆蛋白的乳化性和起泡性。結(jié)果顯示，經(jīng)MTGase聚合后大豆蛋白的乳化性和起泡性較未處理的大豆蛋白及蛋白酶水解和酸水解的大豆蛋白有所改善，尤其是乳化性。究其原因，是由于經(jīng)蛋白酶水解和酸水解的大豆蛋白多肽的二級和三級空間結(jié)構(gòu)被打開，埋藏于分子內(nèi)部的疏水基團暴露出來，MTGase可使蛋白質(zhì)分子形成GL鍵，形成更大分子量的聚合物，從而增強其乳化性和起泡性。田少君等［6］研究顯示，經(jīng)MTGase改性后SPI的乳化能力下降，乳化穩(wěn)定性提高。唐傳核等［9］研究發(fā)現(xiàn)，MT－Gase聚合作用能顯著改善SAPP的泡沫穩(wěn)定性，但對其起泡能力幾乎無影響；可使其乳化穩(wěn)定性稍有增加，但卻降低其乳化能力。酶聚合SAPP的泡沫穩(wěn)定性提高是由于MTGase既可使蛋白質(zhì)分子內(nèi)部的疏水區(qū)暴露出來，又可使蛋白質(zhì)形成更大分子量的聚合物，這些聚合物吸附于泡沫表面，使相鄰氣泡不易接近或合并［9］。經(jīng)MTGase改性后大豆蛋白乳化能力的下降與其溶解性降低有關(guān)。
MTGase不僅能改善大豆分離蛋白分子間交聯(lián)形成的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，而且可催化蛋白質(zhì)的谷氨酰胺殘基與水結(jié)合，提高其保水能力，因此能改善蛋白質(zhì)的凝膠性能。Chanyongvorakul等［5］研究了MT－Gase對大豆11S球蛋白和蠶豆球蛋白的改性作用，發(fā)現(xiàn)大豆球蛋白形成凝膠的速度更快，其凝膠的硬度和持水力均高于蠶豆球蛋白。于國萍［10］和田少君等［6］研究顯示，MTGase能夠改善SPI凝膠性能，明顯提高其凝膠強度。MTGase催化的SPI凝膠較對照組凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加致密和均勻。唐傳核等［9］研究發(fā)現(xiàn)，MTGase能夠顯著提高SAPP的凝膠性能。這是由于大豆蛋白經(jīng)MTGase催化后以共價鍵形成大分子聚合物，由此導(dǎo)致大豆蛋白凝膠強度的增強。Tang等［11］利用MTGase改性富含大豆球蛋白或β－伴大豆球蛋白的大豆分離蛋白（SPI），研究了改性SPI的膠凝性及其凝膠特性。結(jié)果顯示，大豆球蛋白主要參與SPI凝膠的硬度、脆性、黏結(jié)性和咀嚼性形成，而β－伴大豆球蛋白對SPI凝膠的黏性和彈性起主要作用。富含大豆球蛋白SPI凝膠的形成和維持主要依靠共價鍵、疏水鍵、氫鍵和二硫鍵的作用，而富含β－伴大豆球蛋白SPI凝膠結(jié)構(gòu)的維持則主要依靠疏水鍵和氫鍵的作用。富含大豆球蛋白的SPI經(jīng)MTGase改性后其凝膠強度明顯增加，但凝膠透明度有所下降；富含β－伴大豆球蛋白的SPI經(jīng)MTGase改性后其凝膠強度有所下降，但凝膠透明度有所提高。因此，通過改變SPI中大豆球蛋白和β－伴大豆球蛋白的比例，經(jīng)MTGase改性可得到多種具有不同特性的SPI凝膠。Gan等［12］將經(jīng)MTGase改性后冷凍干燥的大豆分離蛋白放入質(zhì)量分數(shù)2％核糖溶液中，于95℃加熱2h進行美拉德反應(yīng)，得到一種聯(lián)合處理凝膠。與未經(jīng)MTGase改性處理的SPI凝膠相比，聯(lián)合處理的SPI凝膠具有更為致密和精細的網(wǎng)絡(luò)空間以及更高的強度、黏彈性和硬度，說明MTGase能提高SPI的交聯(lián)程度，增強其凝膠性。
Tang［13］等研究發(fā)現(xiàn)，大豆分離蛋白經(jīng)MTGase交聯(lián)聚合后其11S球蛋白和7S球蛋白的熱穩(wěn)定性均有所提高，二者的變性溫度分別提高了5～7℃和3～5℃。RamírezSuárez［14］也報道了MTGase催化SPI和肌纖維蛋白的混合物，其中11S和7S球蛋白的熱變性溫度分別提高2～3℃和1～2℃。這可能是由于MTGase增強了蛋白質(zhì)及其多肽的空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，使其二級結(jié)構(gòu)不易被破壞，從而提高其變性溫度。
可食膜既可作為阻隔材料保持食品質(zhì)量的穩(wěn)定，延長其貯藏期，又能作為風味物質(zhì)、營養(yǎng)強化劑、抗氧化劑、抗微生物制劑的載體用于食品加工。大豆蛋白分子中存在大量的氫鍵、疏水鍵、離子鍵等，且7S和11S球蛋白所含的巰基和二硫鍵在膠凝過程中的變化賦予大豆蛋白良好的成膜性。SPI膜具有良好的阻氣性、機械強度和一定的阻濕性。MT－Gase可使大豆蛋白分子發(fā)生共價交聯(lián)，增強分子間作用力，形成更加穩(wěn)定的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因此可改善大豆蛋白膜的機械性能和阻隔性能。
SPI能在MTGase的催化作用下形成以GL鍵為“橋梁”的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，形成的蛋白膜具有良好的抗張性和延伸性，因此用于食品表面的涂層。Tang等［13，15］研究了MTGase處理對SPI膜的機械性能和表面疏水特性的影響，發(fā)現(xiàn)酶處理可促進蛋白質(zhì)空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的形成，增強膜的抗張強度和斷裂延伸率，改善膜的表面疏水性。電鏡掃描顯示，MTGase改性蛋白膜較對照膜具有更為粗糙的表面和均勻緊湊的截面。
蛋白膜具有良好的阻氣性，但蛋白質(zhì)分子的親水性使得蛋白膜的阻濕性普遍較差。利用MTGase誘導(dǎo)大豆蛋白交聯(lián)聚合，由此提高蛋白膜的機械性能和表面疏水特性，因此MTGase改性的蛋白膜將具有更好的阻濕性能。Yildirim等［16］采用MTGase交聯(lián)法制備11S球蛋白與乳清蛋白的復(fù)合膜。結(jié)果顯示，酶交聯(lián)復(fù)合膜較未經(jīng)酶處理的蛋白膜具有更大的抗張強度和更低的溶解性。Mariniello等［17］研究了MTGase對大豆粉和果膠復(fù)合可食膜機械性能的影響。發(fā)現(xiàn)MTGase處理能提高復(fù)合膜的抗張強度，降低其柔軟性，使其形成更為光滑和致密的結(jié)構(gòu)。這是因為酶處理能使大量GL共價鍵引入蛋白質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而增加了膜的強度。王翀等［2］研究了MTGase處理對SPI和谷朊粉復(fù)合膜功能特性的影響。結(jié)果顯示，添加適量MTGase可提高復(fù)合膜的抗張強度、斷裂伸長率、阻濕性和透光率。原因在于MTGase能夠誘導(dǎo)蛋白質(zhì)分子內(nèi)和分子間的共價交聯(lián)，形成均勻致密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而改善復(fù)合蛋白膜的機械性能和透光性。
豆腐是我國的傳統(tǒng)豆制品之一，因具有營養(yǎng)價值高、易于消化吸收的特點成為我國居民日常膳食中的必備食品。鹽類凝固劑是制作傳統(tǒng)豆腐的凝固劑，包括鹽鹵和石膏。以鹽類作為凝固劑加工的傳統(tǒng)豆腐，其質(zhì)地和口感均存在一些不足之處。如以鹽鹵作凝固劑制備的豆腐質(zhì)地較粗糙，保水性低；以石膏作凝固劑制備的豆腐質(zhì)地細嫩柔軟，保水性高。MTGase具有增強蛋白質(zhì)分子內(nèi)和分子間的共價交聯(lián)作用，因此可作為新型酶類凝固劑用于改善傳統(tǒng)豆腐的品質(zhì)。
適量的MTGase可使蛋白質(zhì)形成均勻致密的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，提高蛋白質(zhì)的持水力及凝膠強度，但高濃度的MTGase則會使蛋白質(zhì)過度交聯(lián)聚合而脫水，降低其凝膠強度。張濤等［18］研究顯示，當豆?jié){中蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)為9％，酶添加量為0．8U／（g蛋白質(zhì)），離子強度為0．3，pH7．0時，50℃加熱1．5h制備的豆腐具有良好的感官品質(zhì)，其凝膠強度約為葡萄糖酸內(nèi)酯凝固豆腐的2倍。王淼等［19］研究了MTGase對石膏和葡萄糖酸內(nèi)酯復(fù)合凝固劑加工豆腐凝膠強度的影響。結(jié)果表明，添加適量MTGase可明顯提高豆腐的凝膠強度，有效改善豆腐的成型性和品質(zhì)。Tang［20］研究發(fā)現(xiàn)，生豆?jié){經(jīng)過適當加熱處理（75℃加熱10～30min）能顯著提高MTGase凝固豆腐的凝膠強度，改善其凝膠結(jié)構(gòu)。
Tang等［21］研究了反應(yīng)參數(shù)對MTGase誘導(dǎo)的冷凝固豆腐的形成和流變學(xué)特性的影響。結(jié)果顯示，酶用量、豆?jié){pH值和NaCl濃度對豆腐凝膠的硬度、黏性和彈性等均有影響，尤其是硬度。這是因為該酶能使11S球蛋白交聯(lián)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而增加凝膠的硬度。Yasir等［22］發(fā)現(xiàn)，MTGase處理有利于結(jié)構(gòu)更加致密穩(wěn)定的豆腐形成，該豆腐較未處理的豆腐具有更大的斷裂力。掃描電鏡顯示，MT－Gase處理可使豆腐形成規(guī)則且均勻一致的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，但網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的緊密度與酶用量相關(guān)。Nonaka等［23］發(fā)現(xiàn)MTGase能提高內(nèi)酯豆腐的硬度、保水性和耐煮性。
MTGase作為一種高效且安全的酶制劑，能催化蛋白質(zhì)或多肽形成GL鍵，改變蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)，從而對蛋白質(zhì)及其制品的特性產(chǎn)生影響。因此，利用MTGase可對多種不同來源的蛋白質(zhì)進行改性，制備出多種具有不同特性的蛋白可食膜、豆腐、豆腐干和其他植物蛋白仿肉食品等。