食品工业微生物谷氨酰胺转移酶运用(共4458字).doc

食品工业微生物谷氨酰***转移酶运用(共 4458 字) 摘要:谷氨酰***转移酶能促进蛋白质分子间的交联作用, 催化蛋白质之间异肽键的形成, 对蛋白质溶解度、乳化能力、发泡性能和凝胶化作用等功能产生积极影响。众多食品工业加工过程中如奶酪生产、乳制品加工、肉类加工、焙烤制品及可食性膜的生产过程等都应用了这种酶的交联特性。微生物源性的谷氨酰***转***酶在生物技术生产中所需成本低, 目前已经应用于几乎所有的工业领域。本文总体概述了谷氨酰***转***酶的特点及其在食品工业中的应用。关键词:谷氨酰***转移酶;蛋白质;交联作用;微生物; 食品工业谷氨酰***转移酶可以催化谷氨酰***残基中γ- 甲酰***基团( 供体) 与不同化合物的ε- ***类基团( 酰***残基的受体) 之间异肽键的形成并诱导蛋白质之间的交联[1] 。酶的这种催化作用会导致蛋白质理化性质的显著改变, 如粘度、热稳定性、弹性和韧性等。研究证明, 谷氨酰***转移酶参与到许多生理过程中:血液凝结过程、抗菌免疫反应及光合作用等[2] 。科学家们已经成功地从动植物体及微生物中分离出了谷氨酰***转移酶。微生物来源的谷氨酰***转移酶分子量较低,是一种单肽链酶,它由 331 个氨基酸组成,等电点为 , 分子量约为 38kDa 。谷氨酰***转移酶的最适催化温度为 45℃, [3] , 该酶在 50℃下 30min 就失去 50% 的酶活力, 碳水化合物, 如麦芽糊精、蔗糖、甘露糖、海藻糖和还原型谷胱甘肽(GSH) 等, 可以显著提高酶的热稳定性[4] 。与动物源性的谷氨酰***转移酶相比, 微生物来源的谷氨酰***转移酶不需要钙离子的激活作用, 在实际利用酶制剂的过程中, 这是一个非常令人满意的特征。另外, 微生物源的谷氨酰***转移酶在很大 pH 范围( ~ ) 内可以保持酶活力, 可以简化某些加工过程, 进而节省能源消耗, 提高经济效益。另外得益于转基因技术的出现, 利用基因的异位表达可以大大提高谷氨酰***转移酶的产量, 并且它对食物中的蛋白质具有不同的反应特性, 这样的特点使得该酶成为改善食品中蛋白功能的有力工具。 1 谷氨酰***转移酶的生物合成 微生物谷氨酰***转移酶起初,谷氨酰***转移酶大多来自豚鼠的肝脏,然而有限的来源和其相对昂贵的提取和纯化过程限制了谷氨酰***转移酶在工业中的广泛使用。近期, 有很多文章讨论了使用农业废料, 以微生物合成方式作为合成谷氨酰***转移酶的碳源来源的可能性。从已发表的文献中可知, 发酵培养基可以占据微生物生产成本的近 30%[5] , 如果可以从廉价的原材料如高粱秸秆等获得半纤维素水解物, 那么以此来培养微生物获得微生物来源的谷氨酰***酶的合成途径将会引起人们更大的兴趣。 谷氨酰***转移酶微生物发酵在含有高粱秸秆水解物的培养基中, 经过 72h 的培养时间, 生物合成的谷氨酰***转移酶的活性为 [6] ;当使用马铃薯酶解物作为培养基, 另外添加酵母提取物、玉米浸出液和酪蛋白等成分培养后, 酶活力可达 [5] ;利用 合成谷氨酰***转移酶时,甘蔗糖蜜和甘油的同时存在会产生协同效应[7] ;此外,当使用甘蔗糖蜜与甘油作为混合碳源时,测定的谷氨酰***转移酶活力为 [8] ; Ryszka[9] 研究了一种利用 菌株生物合成谷氨酰***转移酶的最适培养基,以 aminobac 、玉米浆、酵母提取物作为氮源, 以葡萄糖、蔗糖、淀粉和糊精作为源碳, pH 范围为 ~ , 培养 30h 后测定谷氨酰***转移酶活性为 。蛋白胨、酵母提取物、酪蛋白和尿素是合成谷氨酰***转移酶的常用氮源。另外有文献报告了使用植物原料如大豆、大米、玉米和小麦面粉、玉米浆、小麦麦麸或麦芽提取物作为氮源的可能性[10] 。 Zhu[11] 和 Trampe r 对培养基成分进行了优化设计, 发现在含有蛋白胨的培养基中添加额外的含氮化合物,如适当的氨基酸,会显著提高 中谷氨酰***转移酶的产量。然而, 为了实现经济性, 工业生产中需要更便宜的原料作为底物。此外, 培养基的配方也是至关重要的,因为组成成分会影响产物的浓度、产率和单位体积生产效率。 谷氨酰***转移酶基因重组表达谷氨酰***转移酶能够改变蛋白质的理化性质,具有重要的实用价值。因此, 开发能够用于食品行业的有效的谷氨酰***转移酶合成系统是很必要的。由 Itaya[12] 和 Kikuchi 进行的调查结果表明, 目前的谷氨酰***转移酶大都是利用大肠杆菌菌株生产的。谷氨酰***转移酶是以酶原的形式存在的,然后通过切除 N- 端前导肽可以直接生成具有活力的谷氨酰***转移酶[13] 。许多研究表明前导肽是在大肠杆菌中过表达谷氨酰***转