转谷氨酰胺酶在肉制品中的应用研究

转谷氨酰胺酶在肉制品中的应用研究转谷氨酰胺酶学名谷氨酰胺转胺酶，是一种非常优良的蛋白质改良剂，能够催化蛋白质分子内、分子间连接交联，蛋白质和氨基酸之间的连接以蛋白质分子内谷氨酰胺基的水解，同时改善蛋白质的功能和性质。我国肉类总产量位居全球第一，但肉制品量只占总量的6%，从发达国家的肉制品量占据肉类总产量的40%～50%来看，说明我国在肉类加工领域肉还有很大潜力，转谷氨酰胺酶作为一种优良的肉制品加工改良剂，在肉制品方面有巨大的应用潜力。谷氨酰胺转转谷氨酰胺酶广泛分布于自然界的生物中，转谷氨酰胺酶在豚鼠肝脏中被卡拉克人等首次发现，经过不断的研究发现微生物、植物和其他动物中也存在转谷氨酰胺酶。动物来源哺乳动物几乎所有的组织和器官中都存在转谷氨酰胺酶。20世纪60年代到90年代，从豚鼠肝脏中提取转谷氨酰胺酶，由于来源较少，并且纯化工艺复杂，这两方面导致价格昂贵。植物来源1987年，艾斯卡森等人发现转谷氨酰胺酶存在于豌豆中。研究者已经发现在马铃薯、菊芋、玉米等多种植物中也有转谷氨酰胺酶的存在。有研究者对大豆中提取的转谷氨酰胺酶进行深入研究，但是发现分离和纯化工艺非常复杂，酶得率也相对较低。所以迄今为止，植物来源的转谷氨酰胺酶还没有用于商业化生产。微生物来源1989年，安腾等人首次从茂原链轮丝细菌中首次分离并且纯化得到了转谷氨酰胺酶。随后，研究人员在其他微生物中发现了转谷氨酰胺酶存在，并进行大量的微生物发酵试验、酶纯化分离试验等，取得了很大的进步。与动物来源转谷氨酰胺酶相比，微生物来源转谷氨酰胺酶属于胞外酶，它能够在培养基中直接分泌，分离和纯化相对比较容易，发酵所用的原料价格较低、生产周期短，最有前途用于大规模的工业化生产。转谷氨酰胺酶的理化性质不同来源的转谷氨酰胺酶其理化性质差异动物肝脏的转谷氨酰胺酶的分子量大约在70～90kDa之间，需要通过钙的离子激活来实现其功能性，酶的活性中心为半胱胺酸铵残基位点。动物来源转谷氨酰胺酶中，豚鼠肝脏的转谷氨酰胺酶研究最为深入，研究发现酶分子量大约为90KDa，使酶反应需要钙离子去激活，底物特异性较强，同时该酶含有多个半胱氨酸残基导致其热稳定性较差，50℃保持10min其酶活性仅为残留的40%。与动物的来源相比，微生物来源的转谷氨酰胺酶具有更加优良的特性：一是具有较低的分子量，分子量在23000～45000，多数为40000左右，高度的交联催化度；二是具有更强的耐热性，来源于S．mobaraensis的转谷氨酰胺酶在40℃条件下，即使保持10min，酶仍然具有相同的活性，即使在50℃的条件下，保持10min该酶仍具有74%的活性；三是耐酸耐碱性强；四是是否存在钙离子对酶的活性影响不大，这一特性非常重要，因为绝大多数的蛋白质容易与钙离子发生化学反应，导致蛋白质沉淀；五是转谷氨酰胺酶耐高温高压，周围环境的压力对生物来源转谷氨酰胺酶影响不大。转谷氨酰胺酶反应机制转谷氨酰胺酶能够催化三类不同的化学反应：一是能催化蛋白质或多肽中谷氨酸残基的γ－羧基酰胺基与伯胺之间的酰胺基发生转移反应；二是当蛋白质中赖氨酸残基的γ－氨基为酰基受体时，蛋白质在分子内或分子间可以形成ε－（γ－谷氨基）赖氨酸异肽键（G－L键），使蛋白质交联，改变了蛋白质的溶解性、可使各种蛋白分子之间交联，从而提高产品的质构特性，比如弹性等指标；三是当蛋白质中不存在伯胺时，转谷氨酰胺酶便以水为酰基受体而脱去氨基。转谷氨酰胺酶与肉类来源蛋白质的反应肌原纤维是肉的重要组成结构，肌球蛋白和肌动蛋白是肌原纤维的最重要组成成分，这两种蛋白质具有非常优良的加工特性，特别是肌球蛋白更加重要。蛋白质在加热的情况下，肌球蛋白分子之间，以及肌动蛋白分子之间能够形成二硫键，同时在分子疏水基的作用下形成三维网状结构，形成凝胶。由于肌原纤维蛋白质受热形成凝胶，这一特性使肉制品具有了凝胶特性、切片性、弹性和保水性等优良的食品使用性质。肌球蛋白是转谷氨酰胺酶非常优良的作用底物，在加入转谷氨酰胺酶的肉蛋白中，发生催化反应使得谷氨酰残基与赖氨酸残基发生反应，在凝胶网络上形成新的连接点，形成的连接力比二硫键更强，从而提高了凝胶的强度和稳定性，优化了肉制品的品质。在肉制品中的应用肉制品加工过程中，形成凝胶的特性在很大程度上决定成品的特性。加入的转谷氨酰胺酶能显著提高凝胶质量，改善肉质的弹性、切片性和出品率。所以转谷氨酰胺酶被广泛应用于各类肉制品加工中，转谷氨酰胺酶在肉品生产中的应用包含以下几个方面。优化产品质构，提高肉制品品质肉制品的质地结构是一个重要的特征，也是影响消费者选择的关键因素，加入转谷氨酰胺酶能够显著提高肉制品质量。有研究者研究了加入转谷氨酰胺酶对鸡肉丸品质的影响，发现加入酶的量与鸡肉丸的硬度成正比。同时研究发现，在火腿肠肉馅中加入1%转谷氨酰胺酶，火腿肠的硬度、弹性、咀嚼性都明显提高。在火腿中添加转谷氨酰胺酶，火腿的切片性提高。增强产品持水性能，提高蒸煮出品率保水性是肉制品的一项重要质量指标，它决定肉制品的色、香、味、营养、多汁性、嫩度等食用品质，影响经济价值。由于转谷氨酰胺酶所催化所形成的空间网络结构，可以容纳大量水分，所以能防止肉制品在加工中出水收缩现象，提高产品的蒸煮出品率。国外研究者以去皮鸡胸肉为原料制作肉饼，加入大豆蛋白和转谷氨酰胺酶，试验结果发现随着转谷氨酰胺酶添加量与蒸煮出品率成正比，其原因主要是转谷氨酰胺酶提高了肉制品中凝胶网络结构的热稳定性，热处理过程中结构稳定，出品率提高。碎肉的重组肉制品加工过程中，经常产生碎肉和肉渣，如何将这些低价值肉进行重新组合，提高其应用价值和经济价值是所有肉品厂急需解决的一个关键问题。谷氨酰胺转胺酶可以形成蛋白质分子内和分子间交联，因此在肉制品重组中得到广泛的应用。转谷氨酰胺酶催化蛋白质分子内和分子间交联，形成新型蛋白质，在一般的分子链在非酶催化条件不易断开，所以通过该酶处理的肉成型后经冷冻、解冻、烹饪等处理方法也不会开裂，利用转谷氨酰胺酶可以将碎肉重新组合成完整的大块肉，很大程度上提高了原料的利用率。开发健康营养的肉制品食盐和磷酸盐对肉制品结构方面有重要作用，是肉制品加工中必须的食品添加剂，长期摄入过量的盐对人体有害，开发低盐健康营养的肉制品是近年来肉制品的研究热点，转谷氨酰胺酶是该类产品开发的有力工具。肉制品生产的过程中，转谷氨酰胺酶能降低食品添加剂的用量，同时能保持肉原有的肉香味。例如将香肠中食盐量降为0.5%，再加入0.25%的谷氨酰胺转胺酶，则香肠的感官质量与添加1.8%食盐的香肠差别不大，说明转谷氨酰胺酶能大大提高其凝胶强度；同时在香肠中只添加0.3%磷酸盐与不加磷酸盐只加入转谷氨酰胺酶相比，香肠质构差异性不明显。日本研究者的研究表明使用转谷氨酰胺酶催化形成的蛋白质可作为脂肪替代物。通过转谷氨酰胺酶对明胶进行改性，可取代一定比例的猪肥膘肉，制作汉堡包，结果发现与含100%猪肥膘制品相比，在色香味等没有明显差异，而脂肪的含量比前者下降了2%，属于低脂食品。诺维信公司利用酪蛋白钠为原料，通过转谷氨酰胺酶的改性，生产的脂肪替代品能够替换色拉米香肠中一半的脂肪，而产品原有口感不变。拓宽原料肉的来源牛肉、羊肉、禽肉营养丰富，低脂肪、高蛋白质，在肉类消费结构中，目前已经上升到35%。高品质牛、羊、禽等肉制品的研发，是今后肉制品市场迫切需要解决的问题，但由于原料肉本身的缺陷，限制了该类产品的发展。比如以鸡肉为原料生产香肠，产品的硬度不高。但是以鸡肉为原料，通过添加转谷氨酰胺酶，发现香肠的硬度和弹性显著提高。在猪肉、火鸡肉和牛肉屠宰分割过程中会出现PSE肉，该类型的肉由于颜色白，组织差，持水性差，在生产中大大受到限制。美国人安迪等人利用转谷氨酰胺酶改良PSE肉用于肉制品的生产已取得专利。实验证明，这种方法处理的鸡肉和猪肉加工而成的火腿，产品质量较好，可接受度强。肌肉组织中的血液是天然营养成分物质，但由于血液中的化学成分不稳定，易氧化，影响产品的质量，所以血液在肉品加工中很少使用。谷氨酰胺转胺酶能与血红蛋白结合，通过改性重新添加到肉制品中，不仅提高肉制品的颜色，保留了肉中的营养成分，还可以提高产品稳定性和货架期。综上所述，谷氨酰胺转胺酶作为一种优良的蛋白交联剂，在肉制品加工中应用已经有了较为深入的研究。随着消费者健康意识越来越强，谷氨酰胺转胺酶在未来肉制品中的应用研究集中在两个方面：一是添加少量的谷氨酰胺转胺酶，提高肉制品品质和附加值，从而增加经济效益；二是利用TG酶开发低盐、低脂、营养价值较高的新型肉制品。