TG酶
一、简介
谷氨酰胺转胺酶（Transglutaminase，简称TGase或TG），又称转谷氨酰胺酶，是一种由331个氨基组成的分子量约38000的具有活性中心的单体蛋白质酰基转移酶。
这种酶广泛存在于人体、高级动物、植物和微生物中。该酶可通过分子插入、交联反应、脱氨作用，使蛋白质分子之间或之内的交联、蛋白质和氨基酸之间的连接以及蛋白质分子内谷氨酰胺残基的水解。通过这些反应，使蛋白质分子结构发生变化，可使蛋白质分子由小变大，从而改善蛋白质的结构和功能，如提高蛋白质的发泡性、粘接性、乳化性、凝胶性、增稠性和乳化稳定特性等，进而改善富含蛋白质食品的外观、风味、口感和质构等，改善各种蛋白质的功能性质，如营养价值、质地结构、口感和贮存期等。经TG改性后，蛋白质的胶凝性、塑性、持水性、水溶性、稳定性等均会得到改善。
二、TG酶的特点
1、粘合力极强：TG催化蛋白质之间形成的共价键在一般的非酶催化条件下很难断裂，所以用该酶处理食品组分粘合力极强。用该酶处理碎肉成形后，经冷冻、切片、烹饪处理均不会散开。
2、PH值稳定性好：TG粗酶的最适作用pH 为6-7，但在pH5．0～8．0的范围内都有较高的活性。当pH低于5时，酶活迅速降低，当pH高于8小于9时，酶活缓慢下降。这与一般蛋白质食品体系的pH值是一致的，有利于在食品生产中应用。
3、热稳定性强：经研究发现TG粗酶的最适温度在52℃ 左右，在42～57℃范围内都有较高的活性。特别是在蛋白质食品体系中，该酶的热稳定性会显著提高，这一特性使其在一般的食品
加工过程中，不会因为热处理而迅速失活。
4、使用安全：由于TG广泛存在于动物组织中，人们一直食用含有TG催化形成的赖氨酸异肽键的食物，因此TG用TG生产的新型食品不仅对人体是安全的，还有利于人体的健康。
三、功效与用途
功效
TG的主要功能因子是谷氨酰胺转胺酶，用于生产新型蛋白食品。广泛应用于肉制品、乳制品、鱼制品、豆制品和面制品中。
1、改善食品质构。它可以通过催化蛋白质分子之间发生的交联，改善蛋白质的许多重要性能。如用该酶生产重组肉时，它不仅可将碎肉粘结在一起，还可以将各种非肉蛋白交联到肉蛋白上，明显改善肉制品的口感、风味、组织结构和营养。
2、提高蛋白质的营养价值。它可将某些人体必需氨基酸(如赖氨酸)共价交联到蛋白质上，以防止美拉德反应对氨基酸的破坏，从而提高蛋白质的营养价值。谷氨酰胺转胺酶还可以向氨基酸组成不理想的蛋白质中引入所缺乏的氨基酸，发展中国家的人们对这一点特别感兴趣。
3、形成耐热、耐水性的膜。经该酶交联过的酪蛋白脱水后便可得到不溶于水的薄膜，这种薄膜能够被胰凝乳蛋白酶分解，因而是一种可食用的膜，能够用作食品包装材料。用于包埋脂类或脂溶性物质。提高食品的弹性和持水能力
4、TG还具有一些独特的性质，它可以通过赖氨酸分子交联到蛋白质大分子上，保护食品中的赖氨酸免受各种加工过程的破坏；TG可用于包埋脂类和脂溶性物质，可使蛋白质形成耐热性、耐水性的膜；采用TG处理后，在蛋白质形成凝胶过程中不需要热处理。
用途
1、在肉制品中的应用：① TG用于碎肉重组，效果：TG可将碎肉粘合为整块肉。②TG用于低温乳化香肠，效果：TG可改善提高香肠的弹性、质地、口味及风味。③TG用于仿肉制品，效果：用TG制成的仿肉可作为肠类产品的填充物或部分肉取代物。用于包埋脂类或脂溶性物质。
2、在奶制品中的应用：效果：提高产品得率；替代稳定剂使用，提高产品粘度；提高凝胶强度，强烈晃动不分散、改善持水性、减少乳清析出率，降低成本；改善质地、口感、风味，提高市场价值等。
3、在干酪中的应用：效果：提高收率；提高保水性等。
4、在面制品中的应用：效果：①提高面制品品质，改善面团面筋网络结构，增强面团弹性和粘弹性，增加面团气体保持能力，使面包、面条体积更大，内相组织更均匀，减少挂面断条率，增加面条的咬劲和耐煮性。②改善面制品的口感，延缓面包、馒头的老化，使面条更滑爽、更劲道。③改善面制品的外观。对于面条和面皮（饺子、馄饨），可使外观更光亮、整齐，并赋予透明的质感；在油炸面制品中，可减少气泡的产生，表面较光滑；对发酵面制品，延缓表面水分蒸发，使面包、馒头在较长时间内保持较好的湿润性，不易掉渣、掉屑。④提高出品率：使用TG的同时，根据需要同时增加2-10%水量，成品率可提高2-10%。 ⑤延长货架期：面包和馒头的货架期可延长1-3天。
5、大豆等植物蛋白豆制品中的应用：谷氨酰胺转胺酶（TG）将赖氨酸交联到大豆蛋白上效果很显著。大豆分离蛋白经过谷氨酰胺转胺酶改性后对酸稳定性、乳化性、乳化稳定性、口感、风味，特别是凝胶性都得到提高。因此要通过热处理、化学处理，使球蛋白结构打开，增加其表面的赖氨酸和谷氨酰胺的含量。如素食、豆类制品等使用TG有很好的作用。
6、作为微胶囊壁材交联剂以及固定化酶的交联剂。
7、TGase处理过的酪蛋白脱水后可制备水不溶性可食用膜，这种薄膜能够被胰凝乳蛋白酶分解，因而是一种可食用的膜，是食品包装的优良材料。
四、使用
1．TG的最适pH为6～7，所以使用时应尽量使TG使用的环境在pH6～7之间，最好不要超过5～8的范围。
2．TG的活性在40℃保持稳定，在超过40℃之后逐渐减弱，对于反应时间10分钟的最适温度是50～55℃，随着反应时间的延长，最适反应温度也会降低，而温度高时由于食品尤其是鱼、肉、乳制品等食品容易发生变质，所以反应温度的确定，是所有因素中最为关键也最难确定的因素，在保证产品品质的前提下，它直接影响到TG的添加量及其催化反应所需时间长短，一般地，对于鱼肉等低油易变质的产品所选反应温度都较低（1～10℃），而相应反应时间较长（2～12小时以上），一般来说，反应温度不高于40℃。
3．作用对象。首先TG的作用对象是蛋白质，催化的是其中“可反应”的谷氨酰胺残基发生反应，所以蛋白质的含量及其中“可反应”的谷氨酰胺残基含量对TG的作用效果都有很大影响，也就是说并不是所有的蛋白质或含蛋白质的食品都是TG的良好底物。其次，要发生反应还需有赖氨酸残基的存在（否则 TG的作用只能是改变蛋白质的溶解性及与之相关的性质），即“可反应”的赖氨酸残基的含量对TG的交联反应也有很大影响。
4、常见的TG的良好底物有牛奶中的酪蛋白及其钠盐，肉中的明胶及肌球蛋白、大豆蛋白中的11s球蛋白及7s球蛋白，所以为了取得很好的交联效果，可在作用对象中适当加入TG的良好底物，其中最常用的酪蛋白酸钠及明胶以及廉价的大豆蛋白，这里需要特别提出的是：
（1）有些蛋白质可通过采取适当的方法乳酶解加热变形却是本身含谷氨酰残基和／或赖氨酸残基比较多，只是由于空间结构等关系，它们不能被TG所催化反应，通过酶解或加热变性后这些残基就会暴露出来，变成“可反应”的残基，如小麦中的面盘蛋白、乳清蛋白等。
（2）可由选择地加富含可反应的谷氨酰残基或赖氨酰残基的蛋白质残多肽，如谷氨酰或赖氨肽，以补充作用对象中相关氨基酸残基的不足。
（3）创造无氧环境。由于TG是一种带有半胱氨酸活性中心的SH酶，而SH－基团的氧化会使酶失去活性，故在加工中应用时必须尽可能地保持酶的活力，使TG的作用效果更为理想。为了达到这一目的，首先可在酶添加至酶反应结束前保持真空环境，如采用真空搅拌，搅拌后即充填成形，其次在食品中加入含硫基SH－的物质如谷胱甘肽（包含有谷胱甘肽的酵母提取物）和半胱氯酸。再次，在食品中加入葡萄糖氧化酶及其底物葡萄糖，阻断氧气与TG反应，防止破坏TG。
这里需要强调的是：（1）在面制品中不能使用含溴酸钾的面粉或面制品。（2）硫基保护剂及葡萄糖氧化酶、葡萄糖可直接包含于TG酶制剂。
（4）根据不同的产品、不同的加工工艺，通过实验确定TG添加量。
由于TG的作用对象、作用环境及食品的生产工艺的差异，甚至目的产品的特性不同，因而决定了TG的添加量的不同。应该说应根据食品加工过程中应用的原料、辅料的百分比、TG作用的温度及时间加工工艺，甚至加工成本及产品的性价比来确定TG的最佳添加量。而且TG催化反应的特殊性也要求TG的添加量不宜太小，更不宜太大，因为TG催化的过度反应会使TG的使用效果适得其反，加量过大，不仅造成浪费也达不到应用的效果。
一般来说，由于TG的价值较高，一般企业使用时都希望少加TG，为了达到这一目的，首先要从原料、辅料这方面考虑。（1）原料中是否有足够量的“可反应”的谷氨酰胺残基和赖氨酸残
基，如果没有，则应加适当辅料以补足；（2）原辅料是否易于变质，如易于变质则需多加TG，以缩短TG所需的反应时间（当然低温较长时间反应也可使TG的添加量适当减少，但受设备、厂房等的限制，反应时间也不能太长），相反，如原辅材料不易变质则可采用较高温度反应，如面制品可在25～40℃间反应，这样可以少加TG。（3）TG作用时pH应控制5～8之间。
其次，要从加工艺这方面来考虑，选择合适的加工温度和时间，如原辅料不易变质，则应采用较高温度、较长时间反应，以减少TG的添加量。另外，在加工过程中也可考虑两步走，即先低温（0～10℃）反应一段时间，再高温（35～40℃）反应一般时间（这种工艺可考虑在灭酶前缓慢升温），当然也可先高温再低温，这种工艺尤其是在先用蛋白酶、淀粉酶等处理原料后再加TG时可以采用。
通过优化原辅材料的百分比和优化工艺可以将TG的添加量降至最低。通过优化实验，我们可以将荞面中的TG的添加量由0．3％～0．5％降至0．05％以下，而TG的催化反应效果仍十分理想。
（5）灭酶过程必不可少。
由于TG酶在低温0～10℃下仍具有较高的活性，而TG的过度反应会影响产品品质，所以不管是高温制品还是低温制品都必须有灭酶的步骤，由于TG较易失活，70℃15分钟内或80℃1分钟内即可失活，所以在绝大多数情况下灭酶都不是另增的步骤，但必须要注意到：
（1）升温速度的差异（尤其是小试放大时）也会影响酶的作用效果；
（2）在酸奶等低温产品（不经高温杀菌的产品）中，尤其要考虑到TG添加方式和添加量。
（6）立足实际开发应用。
关于TG酶在肉制品中的应用，可参阅〈谷氨转氨酶在肉制品中的应用〉
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