谷氨酰胺转胺酶对面粉品质的改良作用.pdf

第 2 1 卷 第 6期 2 0 0 2年 1 1月 无 锡 轻 工 大 学 学 报 J o u r n a l o f W u xi Un i v e r s i t y o f Li g ht I n du s t r y Vo1 21 No 6 NOV 2 00 2 文章 编号：1 0 0 90 3 8 X(2 0 0 2)O 6 0 6 1 3 0 4 谷氨酰胺转胺酶对面粉品质的改 良作用 倪 新华，江(江南 大 学 食 品 学院，波，王 璋 江 苏 无锡 2 1 4 0 3 6)摘 要：应用单一酶制剂谷氨酰胺转胺酶对面粉进行 了品质改 良研究，结果表明，谷氨酰胺转胺酶 可以催化面筋蛋 白形成 一(丫 一 谷氨酰基)赖氨酸共价键，从而明显改善面 团的粉 质特性，使面 团的形 成时 间、稳定 时 间、断 裂时 间增加，面 团的 弱 化 度 降 低 在 拉 伸 曲线 中 可 以 看 出加 酶 的 面 团抗 延 伸 阻 力增加 面 团的 延 伸性 下 降 粉 力 增加 到 2 3倍 后 逐 渐稳 定 应 用 A R 一 1 0 0 0流 变仪 根据 时 间扫 描动态测量模式考察 了面 团的贮能模量随酶反 应时 间的变化情况，与对照相比，添加质 量分数 为 0 2 5 和 0 5 的 谷氨酰 胺 转 氨酶 可使 面 团的贮能 模 量显 著增 加 0 5 的加 酶 量使 贮能 模 量增加 更快 此 外，加酶 面 团的持 水性 增 大，面 团的 表 面黏性 下降 关键词：谷氨酰胺转胺酶；面粉；面团；共价交联 中图分类号：T S 2 1 1 4 3 文献标识码：A Ef f e c t s o f T r a n s g l u t a mi n a s e T r e a t me n t o n t h e Qu a l i t y o f W h e a t F l o u r NI Xi n h u a，J I ANG t 3 o，W ANG Z h a n g (S c h o o l o f F oo d Sc i e n c e a n d Te c h n o l o g y，S o u t h e r n Ya n g t z e Un i v e r s i t y，Wu x i 2 1 4 0 3 6，Ch i n a)Ab s t r a c t：Th e e f f e c t s o f t r a n s g l ut a m i na s e o n t h e qu a l i t y of wh e a t f l o u r we r e s t u d i e dTr a ns g l u t a mi n a s e(TGa s e)c a n c r e a t e n e w c o v a l e n t i n t e r mo l e c u l a r c r o s s l i n k s b e t we e n p r o t e i n s i n g l u t e nTh i s m o d i f i c a t i o n c a n i m p r o ve t he f a r i no gr a ph i c pr op e r t i e s o f d o u g h Do u g h de v e l o p m e nt t i me，d o u g h s t a b i l i t y a n d b r e a k d o wn t i me i n c r e a s e d，a n d d o u g h we a k v a l u e d e c r e a s e d I n e x t e n s o g r a m o f d o u g h wi t h t r a n s gl u t a mi n a s e，t he r e wa s a l a r g e i nc r e a s e i n r e s i s t a n c e t o s t r e t c hi ng a n d a d e c r e a s e i n e x t e n s i b i l i t y Th e e n e r g y v a l u e i n c r e a s e d b y t wo t i me s，t h e n r e a c h e d a p l a t f o r m Dy n a mi c o s c i l l a t i o n wa s p e r f o r me d o n a AR一 1 0 0 0 r h e o me t e r u s i n g t i me s we e p p r o g r a mTh e s t o r a g e mo d u l u s o f d o u g h wi t h t r a n s g l u t a m i na s e i nc r e a s e d gr e a t l y c o mpa r e d wi t h c on t r o l，a nd t h e s t o r a g e mod u l u s i n c r e a s e d f a s t e r wi t h a n a d di t i on o f 0 5t ha n t ha t o f 0 25 Th e wa t e r ho l d i n g c a pa c i t y o f d o u g h wi t h t r a ns g l u t a mi n a s e wa s a l s o i n c r e a s e d Ke y wo r ds：t r a n s gl u t a mi n a s e；whe a t f l o u r；d o u g h；c r o s s l i nk 小麦是我国主要 的粮食 作物，约占全国粮食 总 产量的 1 4，但我 国的小麦 受品种、气候、土壤等 因 素的影 响，大多属于 中低 筋小麦，难 以生产 出优质 面粉 因此，企业在面 粉和面制 品生产 中，常常加入 氧化剂来增强面粉的筋力，改善面团的流变学特性 和机械加工性能，使生产 出的面制品具有较好的质 构和 口感 常用的面粉强筋剂有溴酸钾、抗坏血酸、碘酸钾 和偶 氮 甲酰胺等，溴酸钾 由于具有特殊、高 收稿 日期：2 0 0 2 一O 42 O；修订 日期：2 0 0 2 一O 6 2 8，作者简介：倪新华(1 9 7 7 一)，男，浙江绍兴人，食品科学与工程硕士研究生 维普资讯 http:/ 6 1 4 无锡轻工大 学 学报 第 2 1卷 效的改 良效果而受到面粉生产 厂家 的青 睐 但近年 来。溴 酸钾 毒性和致癌性 已被广泛证 实，世界卫 生 组织(WH O)已通报 了溴酸钾是致癌物质，许多国 家已经禁止使用，我国也将 采取相应措施，因此许 多国家都在研制溴 酸钾 的替代 品 目前，国际上 的 研究热点是应用 生物技术，采用新型酶制剂和其它 安全、天然的配料，开发高效 的面粉 品质改 良剂 酶 制剂在面粉工业 中的使用为 人们寻找溴 酸钾代用 品开辟了一条新路 葡萄糖氧化酶、脂肪酶、淀粉酶 和戊聚糖酶等对面 粉的改 良作用 已为国 内的食 品 专家所关注，而谷氨酰胺转胺酶对面粉品质 的改 良 作用在国内尚未见报道，但在 日本，谷氨酰胺转胺 酶 已广泛应用于面制品中L 2 J 谷氨 酰胺转 胺 酶(Tr a n s g l u t a mi n a s e，E C 2 3 2 1 3，简称 TG a s e)是一种催化酰基转移反应的转移 酶，它可催 化蛋 白质 以及肽 键 中谷 氨酰 胺残 基 的 7 羧酰胺基和赖氨酸残基 的 e 氨基相连，形成 e 一(7 谷氨酰基)赖氨酸共 价键，从 而改变 蛋 白质的结构 和功 能性 质，赋 予 食 品 蛋 白质 特 有 的 质 构 和 口 感【3 l 引 TG a s e已广泛应用 于水产加 工、畜肉加工、乳品加工以及豆制品加工中 5-6】小麦粉 中的蛋 白 质主要是 面筋蛋 白，含有 大量的谷氨酰胺 残基，是 谷氨酰胺转胺酶较好 的反 应底物 本实验主要研 究 了 T G a s e 催化面筋蛋 白发生 e (7 谷氨酰基)赖氨酸 共价交联对面粉品质的影响，为 T Ga s e在面粉及面 制品中的使用进行初步探讨 1 材料 与方法 1 1 材料 面条专用粉：江苏 海悦 实业有 限公司 生产；高 筋特筋粉：无锡市锡 山面粉厂生产；超级粉：江苏丹 阳江南面粉厂生产；谷氨酰胺转胺酶：泰兴市一呜 精细化工有 限公 司提 供，其酶 粉活力 为 1 0 0 U g；粉质仪(F a r i n o g r a p h)、拉伸 仪(E x t e n s o g r a p h)和积 分仪均 由德 国 B r a b e n d e r 公 司生产；A R一 1 0 0 0流变 仪：英 国 T A I n s t r u me n t 公司制造 1 2 方法和步骤 1。2。1 粉质试验采用 G 3 T1 4 6 1 4 9 3方法。分别 测定 T Ga s e添加量质量分数为 0，0 5，1 0 时的面 条专用粉、高筋特筋粉和超级粉 3种面粉的粉质曲 线，同时添加等量 的酪蛋 白酸钠于高筋特筋粉中作 对 照 1 2 2 拉伸试验采用 G B T1 4 6 1 5 9 3方法。分别 测定 T Ga s e添加量质量分数为 0，0 2 5，0 5，1 0 时的面条专用粉和高筋特筋粉的拉伸 曲线 1 2 3 振 荡测量法2 0 g面粉加水(加水量由粉质 仪确定)揉 制成面 团，切取 一小块放在 A R 一 1 0 0 0流 变仪平台上，降下平板，达到设定间距，切去多余 面 团，加矿物油 密封(防止水分蒸发)，以振荡模式下 的时间扫描程序研究 T Ga s e对面团流变性质(贮能 模量 G)的影响 流变仪条件：4 c m 平行板，平行板 间距 1 mm，应变(s t r a i n)为 1，频率为 1 0 Hz，温 度为 3 0 2结果 与讨 论 2 1 粉质试验结果 粉质仪是测定面团揉 合特性 的主要仪器，通过 粉质仪测定可 以计算面粉 的吸水率、面团揉制 时的 稳定性和其它多种特性 粉质试验结果见表 1 表 1 T G a s e 对面 团粉质特性的影响 Ta b 1 Ef f e c t of TGa s e on t he f a r i n og r a phi c pr o p e r t i e s of d ou g h 维普资讯 http:/ I 第 6期 倪 新华等：谷氨酰胺转胺酶对面粉品质的改 良作用 6 1 5 从表 1可 知，T Ga s e 对 面 团 的 粉质 特 性 影 响 明 显 2 1 1 吸水率随着 TG a s e 添 加量的增大 3种面 粉的吸水率都略有下 降，这 可能是 由 T Ga s e酶制剂 中的酪蛋 白酸钠引起的 因为酶制剂中只含 1 0 的 T Ga s e，其余 为酪蛋 白酸钠等填充剂，在面粉中添加 等量的酪蛋 白酸钠，发 现面 团的吸水率 随之下 降，且下降的幅度相似(数据未列 出)，故初步断定吸水 率的下降是由酪蛋 白酸钠引起的 面 团的吸水分两 个阶段 完成，第一 阶段 为面粉 的表 面水化，第 二阶 段主要靠面筋蛋 白胶团 内外的渗透压差吸水，酪蛋 白酸钠的存在使胶 团的外部渗透压增大，阻碍了面 团的吸水，从而使吸水率降低 2 1 2 形成时 间随着 T Ga s e的加入，面条专 用 粉、特精高精粉、超级 粉这 3种面粉的形成 时间都 有所增 加，但增幅不 明显，说 明 TG a s e在搅拌起 始 阶段催化面筋蛋 白形成的交联很少 2 1 3 稳定时 间由于 T Ga s e的加入，3种面粉的 稳定时间都有增加，且随着 T Ga s e添加量 的增大，稳定时间越长 稳定时间的增 加，反映 了加酶 后面 团有 更 好 的 耐 揉 性，即 对 剪 切 降 解 有 更 好 的 抵 抗 力，说 明 TG a s e 催化面筋蛋 白发生 了分子间或分子 内交联反应，使面筋网络结构更加牢固 2 1 4 弱化 度弱化度 表明面团在搅拌过程中的 破坏速率 由表 1可知，3种面粉的弱化度随 T G a s e 的添加而降低，表明面筋 网络结构随 TG a s e的添加 而增强，从而对机械搅拌的承受能力增大 2 1 5 评价值评价值是 从曲线最高处开始下 降 算起并在 1 2 mi n处所测量到的数值，它综合了面团 的形成时间和弱化度等，是 全面衡量面团性 质的一 个综合指标，评价值越高，面粉筋力越好 由评价值 来看，添加 TG a s e均可改善 3种面粉的品质 从总体上看，通过添加 T G a s e，面粉的面团形成 时间、稳定时 间、弱化度、评价 值、公差 指数和断裂 时间均得到改善 2 2 拉伸试验结果 拉伸仪是测定面团荷 载变形的重要仪器，根据 拉伸曲线可 以分析 粉力、抗 延伸阻力、延伸性及拉 力比数指标 面条专用粉和高筋特筋粉的拉伸结果 见表 2 表 2 T Ga s e 对面 团拉伸特性 的影响 Ta b 2 Ef f e c t of TGa s e on e x t e n s og r a m p r o p e r t i e s o f d ou g h 从表 2看 出：不加酶 时，面条专 用粉的抗拉伸 阻力及粉力比特筋高筋 粉的要低许 多，而 延伸性略 大，说 明面条专用粉 的筋 力 比特筋高筋 粉差，但两 者均为弱力粉；经 TG a s e作用后，两 者的拉伸特性 均得到明显改善，粉力都 可达到 8 0 c m 以上，这是 T Ga s e 催化面筋蛋 白发生共价交联使其筋力增加的 缘故 随着 T Ga s e添加量 的增大或醒发时间的延长，两种粉的顶峰 抗拉阻 力及拉力 比数都呈单调递增 趋势，而延伸性呈单调递减 趋势 但是，抗拉阻力和 拉力 比数并不是越大越好，当抗 拉阻力与拉力 比数 过大时，面团的延伸性太小，面团表现为于而硬，很 维普资讯 http:/-6 1 6 无锡轻工 大 学 学 报 第 2 1卷 难拉开，一旦 拉 开 就 会 断开，并 不 适 合 面制 品加 工 因此，实验主要考 察了面粉 的粉力及拉力 比 数，在合适的拉力 比数下使面 团有较大的粉力 在同一加酶 量时考察酶 反应 时间对 粉力及拉 力 比数的影响，当加酶质量分数在 0 2 5 时，在 1 3 5 mi n醒面时间内，两种面 粉的粉力和拉力 比数均 呈 良好的递增；当加酶质量分数为 0 5 时，在 9 0 mi n 醒面时间内，两种粉的粉力和拉力 比数有较 好的增 加；当醒面时间为 1 3 5 mi n时，面条专用粉的粉力虽 略有增加，但拉力 比数太大，面 团易断，面团加工性 能反而不好，而高筋特筋 粉不但拉力 比数太大，而 且粉力反而下降；当加酶质量分数为 1 0 时，两种 面粉的粉力和拉力 比数在 4 5 mi n醒面时间内均得 到改善；当醒面时 间延长到 9 0 mi n和 1 3 5 mi n时，面团的拉力 比数太大，且粉力没有 明显变化 据 此 可知，T Ga s e 对面粉品质有 良好的改善效果，当加酶 量小时，适 当延长酶反应 时间是有 利的，当加酶 量 较大时，只需相对较短 的酶反应时 间即可改 善面团 的拉伸特性，而酶作用时 间过长会导致面团过硬而 不宜加工 在相同的酶反应时间考察加酶量对粉力 及拉力 比数的影响时，可得到类似的结果 在拉伸实验中发现，不加酶 的面团在醒面时间 段内一直 比较软，而且表面粘手，但加酶 的面团随 醒面时 间的延长，面团变 得不粘手，当加酶 量较大 且醒面 时间较长 时，面团会变得 干而硬 用 面条专 用粉实验，在加酶质量分数为 0 5 的水平时，多加 质量分数 5 的水，醒面时 间为 1 3 5 mi n时，面 团的 表面黏性大大改善 这 些现象说 明面 团的持水能力 提高，可能的原因为：面 筋蛋 白因分子 间或分 子 内 的 e (丫 谷氨酰基)赖氨酸共价交联使三维网络结构 变得更加紧密，从而面团的持水性上升；T G a s e 可 以 催化谷氨酰胺残基脱氨基使之成为谷氨酸残基，如 果面团中发生了此反应，那么面筋蛋白的亲水性上 升，使其有更好的持水性 2 3 振荡测量法 从拉伸实验看出，酶对面 团流变性质的影响随 时间的延长变 化很 大，为 了观察 酶 反应 的整个过 程，在 AR 1 0 0 0流变仪 上做了 时间扫描实验，其结 果 见 图 1 从图 1 可知：没加酶的面团随着放置时间的延 长，贮能模量(G)明显下降，说 明面 团的弹性下降；而加入质量分数为 0 2 5 T Ga s e时，贮能模量(G)先下降，酶反应约 2 0 mi n后开始上升，且随反应时 间 的 增 长，G 呈 单 调 递 增 趋 势；加 入 质 量 分 数 为 0 5 的 T Ga s e时，一开始 G 略有下降，大约经酶作 用 4 mi n后，G 开始上升，且上升幅度比加入质量分 数为 0 2 5 T Ga s e时大 时 间 s 图 1 T G a s e 对 面团贮能模 量(G)的影响 Fi g 1 Ef f e c t of TGa s e o n t h e s t o r a g e mo d ul u s o f d ou g h 在面团放置过程 中，许多因素会影响面团的流 变性质，如和 面时导 入的应 力的松弛、面粉组分 的 连续 水化 以及水分 的重新分布 此外，在面 团放置 过程 中还会发生巯基 二硫键 的交换反应等，这些影 响总 的结 果使 面筋 蛋 白的 平均 相 对 分子 质 量 降 低【8】，而面团的黏弹性性质主要 由面筋蛋 白连 续相 决定 因此，放置过程 中面 团的 G 随面筋蛋 白相对 分子质量 的降低而 降低 但加 入 T Ga s e后，面筋 蛋 白发生分子间或分子 内的共价交联，使面筋蛋 白的 平均相对分子质量 上升，从 而导致面 团的 G 上升 由于 T G a s e的作 用，面 团的面 筋 网络结构 更加致 密，有更好的持水能力，面 团中的水分流动性变差，使面团的性质更像 固体，所以 G大幅上升 3 结 论 1)T Ga s e可以改善面 团形成过程 中的流变学 特性，提高 面团的稳定时 间和 断裂时间，降低公 差 指数和弱化值，使面粉的评价值上升 2)T Ga s e可以改善面团形成后的流变学特性，使面团的抗拉阻力、粉力和贮能模量大大提高 3)T Ga s e的添加量 可大可小，当加酶量大时，可缩短酶反应 时间；当添加 量小时，可适 当延长酶 反应时间，另外，控制酶反应温度也是可行的方法 4)T Ga s e可以提高面 团的持水能力，改善面团 的表面性质，有利于面制品的加工 (下 转 第 6 2 1页)维普资讯 http:/ I 第 6期 傅 红等：分子蒸馏法制备鱼油多不饱和脂肪酸 6 2 1 参考文献：1 C A S I MI R C A K OH，D A VI D B Mi n F o o d L i p i d s：C h e mi s t r y，N u t r i t i o n a n d B i o t e c h n o l o g y M E n g l a n d：S h e ff i e l d A c a d e mi c P r e s s Lt d 1 9 9 7，4 6 34 9 3 2 喻健 良，翟 志勇 分子 蒸馏技术 的发展及研究现状 J 化学工程，2 0 0 1，2 9(5)：7 07 4 3 F R A NK DG UNS TO NE L i p i d S y n t h e s i s a n d Ma n u f a c t u r e M Ma r c e l D e k k e r I n c，N e w Y o r k，1 9 9 8 3 9 4 0 4 李兆新，李 晓川，冷凯 良等 鱼油中高度 不饱 和脂肪酸工业化提取 技术 的研究 J 中国海洋药物，1 9 9 9，7 2(4)：2 1 2 8 (责任编辑：杨 勇)(上接 第 6 1 6页)参考文献：1 D O E R R Y WR e p l a c e m e n t o f p o t a s s i u m b r o ma t e i n w h i t e a n d v a r i e t y b r e a d J A m I n s t B a k i n g T e c h B u l l，1 9 9 1，1 7(7)：1 2 Y AMAZ A KI，K AT S UT OS HI，S O E D A，甜a 1 P r o c e s s f o r o b t a i n i n g a mo d i f i e d c e r e a l f l o u r P US P a t e n t 6 1 0 6 8 8 7，2 0 0 0 3 A ND O H，A D AC HI M，UME D A K，e t a 1 P u ri f i c a t i o n a n d c h a r a c t e ri s t i c s o f a n o v e l t r a n s g l u t a mi n a s e d e ri v e d f r o m mi c r o o r g a n i s ms J A g r i c B i o l C h e m，1 9 8 9，5 3：2 6 1 32 6 1 7 4 江波，周红霞 谷 氨酰胺转胺酶 对大豆 7 S蛋 白质及肌球 蛋白质胶凝性质的影 响 J 无锡轻工 大学学报，2 0 0 1，2 0(2)：1 2 2 1 27 5 Z H U Y，R I NZ EMA A，TR A MP E R J Mi c r o b i a l t r a n s g l u t a mi n a s e A r e v i e w o f i t s p r o d u c t i o n a n d a p p l i c a t i o n t O f o o d p r o c e s s i n g J A p p l Mi c r o b i a l B i o t e c h，1 9 9 5，4 4：2 7 7 2 8 2 6 常中义，江波，王璋 微生物谷氨酰胺转胺酶的应用进展 J 食品科学，2 0 0 0，2 1(9)：67 7 王明伟谷物品质测定与分析 M 北京：中国商业出版社，1 9 9 7 8 WE I D ON G R C，HO S E N EY E ff e c t s o f c e r t a i n b r e a d ma k i n g o x i d a n t s a n d r e d u c i n g a g e n t s o n d o u g h t h e o l o g i c a l p r o p e r t i e s J C e r e a l C h e m，1 9 9 5。7 2(1)：5 86 4 (责任编辑：杨 勇)维普资讯 http:/