谷氨酰胺转氨酶在面筋和非面筋质制品中应用
谷氨酰胺转氨酶（Trasglutaminase，TG，EC2.3.2.13），又称转谷氨酰胺酶，是一种可催化酰基转移反应的酶，能促使蛋白质分子内交联、间交联及促使蛋白质与氨基酸间交联。TG 酶能催化蛋白质中谷氨酰胺残基γ– 酰胺基和赖氨酸ε– 氨基间发生酰胺基转移反应，形成ε–（γ– 谷酰胺）– 赖氨酸异型肽键，能改变蛋白质溶解性、乳化性、起泡性等功能性质。TG 酶作为一种蛋白质修饰剂，其在食品工业具有广阔发展前景〔1〕。随着对该酶结构和作用机制研究不断深入，使其在食品中应用也越来越广泛。本文就TG 酶在谷物制品中应用新进展作一综述。
1 ·谷氨酰胺转氨酶来源
谷氨酰胺转氨酶（TG）广泛存在于各种生物体内。动物体内TG 酶主要来自红细胞、肝脏、毛囊和表皮等；而微生物中TG 酶主要来自放线菌、酵母和霉菌等。TG 酶是一种球状单体蛋白，亲水性较高，对热稳定，酶制剂活性一般为22.6 U/mg，分子质量40 000，等电点8.9，最适温度50 ℃，最适pH 6~7〔2〕。TG 酶起初从豚鼠肝脏中提取，但因其价格昂贵和催化效率低等缺点，所以当时并未在食品工业大规模应用。1989 年，日本味之素公司Ando 等〔3〕从5 000 多株菌株中筛选到一株名为Streptoverticillium S–8112的菌，其能产生TG 酶，该酶分子量为38 kd，最适pH为6~7，不需Ca2+ 激活，其酶活达25U mol/min·mL。尽管从微生物提取TG 酶研究较晚；但由于其具有种类多、分离提取简单、应用广泛及不需Ca2+ 激活等优点，使对来源微生物的TG 酶研究发展迅速。
2 ·谷氨酰胺转氨酶作用机理
TG 酶作用机理是为利用肽链上谷氨酰胺残基上甲酰胺基作为乙酰基供体，受体可以是蛋白质分子上或游离氨基酸上胺基、伯胺基或水。因此，TG 酶既可催化蛋白分子间交联、又可催化分子内交联。TG 酶催化主要反应如下：
注：(1)：酰基转移反应;
(2)：蛋白质Gln 残基与Lys 残基间交联反应;
(3)：脱氨基化反应。
TG 酶可进行如下催化反应：（1）其能催化蛋白质和肽键中谷氨酰胺残基γ– 羧酰胺基与伯胺间酰胺基转移反应，利用该反应将赖氨酸引入蛋白质，以改善蛋白质营养特性；（2）蛋白质中赖氨酸残基ε– 氨基作酰基受体时，蛋白质在分子内或分子间形成ε–（γ–glutamyl）lys 共价键，通过该反应，蛋白质分子间发生交联，使食品及其它制品产生质构变化，从而赋予产品特有质构特性和粘合性能；（3）当不存在伯胺时，水也可成为酰基受体，使谷氨酰胺残基脱氨。上述转胺反应可改变蛋白质等电点、溶解度等功能性质〔4〕。
3· 谷氨酰胺转氨酶在谷物制品中应用
3.1 TG 酶在非面筋质粮食制品中应用
谷物杂粮由于含有对人体健康有益膳食纤维等物质，所以越来越受到人们关注。但因谷物杂粮不含面筋结构，加工难度较小麦等含面筋结构谷物增加许多，这也极大限制其在谷物加工中应用。然而，TG 酶可改变这一现状。例如，Renzetti〔5〕等用TG 酶改变荞麦蛋白质结构，用于荞麦面包生产。他们发现经TG酶处理，增加荞麦蛋白平均分子量，且形成高分子量蛋白质聚合物；因此，正是这样改变，对荞麦制成面包能有很大帮助。对四种荞麦蛋白质（清蛋白、球蛋白、醇溶谷蛋白、谷蛋白），通过凝胶色谱电泳，发现该酶并未对蛋白质组分呈现特异性；而事实上，TG 酶对清蛋白、球蛋白、谷蛋白发生更为明显作用，这些蛋白质分子组分呈现较高谷氨酸和赖氨酸残基。因此可说明，该酶活性与这些残基密切相关。在荞麦谷蛋白中，谷氨酸和赖氨酸含量很高，可分别达到这四种蛋白质组分中39.7% 和43.7%，这就为TG 酶提供良好作用底物。另外，TG 酶表现出对荞麦主要储存蛋白质（2 S清蛋白，13 S 和8 S 球蛋白）最大活性。因此，从该机理看，经TG 酶处理后荞麦完全可制备出品质优良面制发酵食品。
TG 酶也可用于开发燕麦面条，Wang 等〔6〕，通过在燕麦粉中添加小麦面筋蛋白或蛋清蛋白，然后经TG 酶处理，改变蛋白质结构，从而提高面团流变性。发现通过TG 酶处理燕麦面团制作面条，可大大提高其煮制性能，例如，可降低煮制时损失，同时面条弹性也得到进一步增强。经SDS–PAGE 分析结果表明，经TG 酶催化处理，增加燕麦蛋白与小麦蛋白交联度。
大米是重要主食之一，除日常蒸煮食用外，其它方面用处受到一定限制，这是因米蛋白在发酵过程中不能保持酵母产生二氧化碳，因此其不能用以制成类似于小麦面包松软结构，然而这种蛋白结构可通过添加TG 酶实现其功能。Gujral 等〔7〕研究来源于微生物TG 酶对米粉面团流变性质影响，发现随TG 酶用量增加，米粉面团弹性模量G’ 和粘性模量G’’ 增强显著。其研究结果显示，在添加1% TG 酶情况下，面包比容得到显著改善，制成面包更大、更松软。TG 酶应用，使大米面包生产变为现实。
Renzetti 等更广泛研究该酶在不含小麦面筋谷物制品应用〔8〕。例如，糙米、玉米、燕麦、高粱、teff（一种类似小米谷物）等，分别测定这些谷物经TG 酶处理前后，其蛋白质结构发生变化。认为TG 酶可有效改善大米面包和荞麦面包焙烤性能，并通过三维CLSM显微镜观察在TG 酶作用下复合蛋白质形成状况。另外，也发现经TG 酶处理后，对玉米粉面团存在粘弹性方面副作用，这可能与玉米蛋白质中氨基酸残基品种和比例有关。无论如何，应用TG 酶处理可大大改善非面筋谷物面包体积、降低面包屑硬度、改善其口感；但这种改善最终取决于经TG 酶处理后所形成新的面筋网络。
3.2 TG 酶在面筋质粮食制品应用
小麦是我国三大主要粮食作物之一，全国年总产量高于1 亿吨。随着我国人民生活水平日益提高，对食品提出更高品质要求。我国小麦品质尽管最近几年有一定程度提高，但与国外优质小麦相比仍有较大差距；因此，想要完全使用国产小麦加工成类似国外优质小麦加工出高质量面粉有较大困难。同时，面粉品质好坏直接影响面制品质量，我国大部分面粉面筋含量低、弹性和延展性都较差，无法满足烘焙食品和面制品加工需要。通常在面粉和面制品中添加改良剂，这样虽能很好提高面制品质量；但这些改良剂大多为化学品，往往会对人体健康造成潜在损害。目前研究热点是运用生物技术，应用新型酶制剂替代化学改良剂。酶制剂作为天然食品添加剂，对人体无害，更易被接受。TG 酶能催化体外多种蛋白质间、蛋白质与氨基酸间交联反应，使蛋白质改性，提高蛋白质功能和营养价值〔9〕。利用其共价交联催化特性对面粉制品加工具有重大意义。
3.2.1 TG 酶改善面条品质
面条是我国人民传统食品，一直为许多家庭常备方便主食。随着生活水平提高，人们对这种传统食品品质也提出更高要求。由于地区差异等原因，我国小麦粉蛋白质含量较低、质量较差，用其制成面条存在不耐煮、易糊汤、口感发粘、咬劲差等缺点〔10〕。在生产面条时，添加TG 酶，通过调整酶用量和反应时间就可控制面条质构，使口感明显改善〔11〕。其原因是面团面筋网络结构经共价交联而加强，面团中淀粉可更好被包裹在此网络结构中，也就减少在烹煮后释放进入沸水中固形物，同时面条表面粘性下降，烹煮时就不易结块，降低面汤浑浊度〔12〕；且TG 酶形成共价交联结构较耐热，在热汤中面条可较长时间维持弹性结构，提高面条口感〔13〕。此外，添加TG 酶能使产品储存更长时间。一般面条经热、酸处理后，其结构很快被破坏，面条会迅速变质；而添加TG 酶面条，能较长时间保持其强度和弹性，延长保质期〔14〕。我们曾对TG 酶对面筋网络影响进行研究，通过控制加酶量条件等参数，优化该酶作用效果。图1（a，b）显示TG 酶处理前后，面筋网络变化。
3.2.2 TG 酶改善谷物焙烤品质
焙烤食品由于其营养、美味、方便、实惠等优点而受人们喜爱，使烘焙行业在我国得以不断壮大，并逐渐趋向工业化。但我国面包专用小麦粉质量稳定性差及面包制作过程因机械搅拌力破坏，导致面筋筋力不足，影响产品品质。因此，使用面粉改良剂是提高面包品质一个十分重要手段〔15〕。目前，为增强面筋蛋白强度，研究主要集中于添加乳化剂、酶、起酥油、可溶性蛋白质、戊聚糖和亲水胶体等。酶作为其中重要组成部分，在面包中使用主要集中于n– 淀粉酶、木聚糖酶、脂肪酶、葡萄糖氧化酶等。近年，TG 酶也开始用于烘焙食品，将添加TG 酶面团与空白样品作对比，发现添加TG 酶面团在发酵初期其膨胀较大，面团硬度较低；同时面团更富有弹性，面包比容增大，品质更优。同时，TG 酶还可代替氧化剂和乳化剂，用以改善面团稳定性，提高产品质量，使面包色泽更白，内部结构更均一〔16〕。小麦粉加入适量TG 酶，可改善面团拉伸特性、粉质特性和流变学特性，增大面包体积和比容，提高面包持水性，改善面包结构，抑制淀粉老化，有效延长面包货架期〔17〕。
3.3 TG 酶可降低油炸用面糊吸油率
随着生活节奏加快，油炸类食品由于其独特风味及快捷性，每年消费量在逐步递增。但油炸食品含有较高饱和脂肪酸及甚至反式脂肪酸，而且，油炸过程也可能会形成丙烯酰胺等致癌物质，对人体健康不利；所以，从健康考虑，一直研究试图降低油炸食品所用面糊吸油率。尝试方法有很多，例如，用非小麦谷物（如大米、鹰嘴豆、大麦粉等）进行表面涂层，另外，也有添加水溶性和热成胶性胶体（如甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素）。然而应用TG 酶处理，是从另一角度能有效通过修饰面糊微结构，以降低油炸过程中面糊吸油率。Jone 等〔18〕通过利用TG 酶和细胞膜降解酶分别作用以研究面糊流变性和吸油率间关系。发现TG 酶处理可增加小麦面糊粘度，而细胞膜降解酶对小麦面糊影响恰恰相反。面糊经TG 酶处理表现出最高粘度剪切稳定性，同时经TG 酶处理进一步提高面糊粘弹性。实验表明，面糊流变学特征与粘着性密切相关。另外，油炸过程中，经TG 酶处理面糊水分损失也会降低。测定结果表明，经TG 酶处理可降低面糊吸油率达19.6%。
3.4 TG 酶其它应用
面筋蛋白含有大量谷氨酰胺残基和少量赖氨酸，由于赖氨酸含量少，并在加工过程又易损失，且赖氨酸又是人体必需氨基酸，所以可向面筋蛋白引入赖氨酸，然后利用TG 酶，通过交联法将赖氨酸导入面筋中，从而提高其营养价值。
TG 酶对食物处理也可降低食物致敏性。随人们生存环境改变，致敏原和致敏人群每年都呈递增趋势。尽管对小麦中致敏性蛋白及其抗原决定簇结构不甚了解；但已有学者用酶法生产低致敏性小麦面粉。经TG 酶和胶原酶处理小麦面粉仍能保持大部分面团特性，并降低面粉致敏性，可适于加工成对谷物过敏者健康食品。