第七章谷氨酰胺转氨胺酶发酵过程优化 第一节谷氨酰胺转胺酶发酵概述 新型蛋白食品与谷氨酰胺转胺酶 蛋白质作为食物中最重要的成分之一,一直受到人们的重视。目前,无论发达国家还 是发展中国家都迫切要求新型蛋白食品的问世。对于发达国家的人们来说,动物蛋白质的 过多摄入严重损害了人体的健康(如高血压、心脑血管病患者人数增多);而对发展中国家 的人们来说,则由于动物蛋白质摄入的贫乏,造成人们营养普遍不良。全球耕地的不断减 少,而人口却与日俱增,因而对新型营养蛋白食品的需求量日益增大。我国人口占世界人 口的20%,而耕地面积仅占世界的10%左右,这种需求就尤为突出 许多食品蛋白质,由于氨基酸组成不理想,或缺乏适当的结构和构像,因而使得这些 蛋白质缺乏良好的功能性质,且本身的营养价值也不高。由此可见,寻求用一种简单高效 的方法生产新型蛋白食品,来替代部分传统的功能性质较差的食品显得非常迫切。人们只 要摄入一定量的此类蛋白食品就能满足自身的营养要求。此类新型蛋白食品应具备以下品 质:营养价值高、质构合理、外型美观、安全卫生、货架期长、口感好且抗过敏等 对这些蛋白质进行化学修饰来改善它们的功能性质,人们曾经做过广泛的研究,但考 虑到化学试剂的安全性问题及其对食品营养可能造成的不良影响,这些方法最终未能被人 们普遍接受和应用。酶法修饰由于其具有安全、快速、专一性强、对食品营养无破坏的特 点,而越来越得到人们的认可。至今,用酶法对蛋白质进行修饰的研究,大量集中在利用 些蛋白水解酶类对蛋白质进行局部水解,以改善它们的溶解性和发泡性。而实际上,仅 仅改善这些性质还远不能达到人们对食品品质的要求 谷氨酰胺转胺酶(蛋白质谷氨酸-γ谷氨酰胺转移酶, Transglutaminase,EC2.32.13, IG),又称转谷氨酰胺酶或谷氨酰胺酰-肽--谷氨酰胺酰基转移酶,可以催化蛋白质分子内 的交联、分子间的交联、蛋白质和氨基酸之间的连接以及蛋白质分子内谷氨酰胺酰胺基的 水解,从而可进一步改善蛋白质功能性质,提高蛋白质的营养价值。因此,TG被认为是 种可生产出满足人们需求的新型蛋白食品的重要酶制剂。目前,日本味之素公司已生产 出TG并已投放市场 二、谷氨酰胺转胺酶的功能性质 (一)谷氨酰胺转胺酶的来源、主要结构、组成及性质 谷氨酰胺转胺酶存在于动物、植物和微生物中。动物体中的谷氨酰胺转胺酶 ( Guinea-pig transglutaminase,简称GTG)及微生物生产的谷氨酰胺转胺酶( Microbial transglutaminase,简称MIG)的主要来源、结构、组成及理化性质均不同。不同来源的酶 对底物的专一性有所不同。对分子中有Lys或Lys二肽的底物,MTG表现出更强的催化能力, 这是由于MG较强的热稳定性。但当底物为 CBz-GIn-Gy-Oet, CBz-GIn-Gn-Gly CBz-Gly-Gln-Gly-Gly时,MIG酶活则低于GTG活性。GTG分子量约为MTG的2倍,且活性 依赖于Ca2+,而MIG的活性则不依赖于Ca2+,但二者活性中心均包括Cys残基 MIG是一种胞外酶,分子量在40kD左右,活性中心包含一个游离的Cys巯基,与 GTG相比,MIG表现出很多优势: (1)对钙离子的非依赖性 (2)对热和pH的稳定性;1 第七章 谷氨酰胺转氨胺酶发酵过程优化 第一节 谷氨酰胺转胺酶发酵概述 一、新型蛋白食品与谷氨酰胺转胺酶 蛋白质作为食物中最重要的成分之一，一直受到人们的重视。目前，无论发达国家还 是发展中国家都迫切要求新型蛋白食品的问世。对于发达国家的人们来说，动物蛋白质的 过多摄入严重损害了人体的健康(如高血压、心脑血管病患者人数增多)；而对发展中国家 的人们来说，则由于动物蛋白质摄入的贫乏，造成人们营养普遍不良。全球耕地的不断减 少，而人口却与日俱增，因而对新型营养蛋白食品的需求量日益增大。我国人口占世界人 口的 20%，而耕地面积仅占世界的 10%左右，这种需求就尤为突出。 许多食品蛋白质，由于氨基酸组成不理想，或缺乏适当的结构和构像，因而使得这些 蛋白质缺乏良好的功能性质，且本身的营养价值也不高。由此可见，寻求用一种简单高效 的方法生产新型蛋白食品，来替代部分传统的功能性质较差的食品显得非常迫切。人们只 要摄入一定量的此类蛋白食品就能满足自身的营养要求。此类新型蛋白食品应具备以下品 质：营养价值高、质构合理、外型美观、安全卫生、货架期长、口感好且抗过敏等。 对这些蛋白质进行化学修饰来改善它们的功能性质，人们曾经做过广泛的研究，但考 虑到化学试剂的安全性问题及其对食品营养可能造成的不良影响，这些方法最终未能被人 们普遍接受和应用。酶法修饰由于其具有安全、快速、专一性强、对食品营养无破坏的特 点，而越来越得到人们的认可。至今，用酶法对蛋白质进行修饰的研究，大量集中在利用 一些蛋白水解酶类对蛋白质进行局部水解，以改善它们的溶解性和发泡性。而实际上，仅 仅改善这些性质还远不能达到人们对食品品质的要求。 谷氨酰胺转胺酶(蛋白质-谷氨酸--谷氨酰胺转移酶，Transglutaminase，EC 2.3.2.13， TG)，又称转谷氨酰胺酶或谷氨酰胺酰-肽--谷氨酰胺酰基转移酶，可以催化蛋白质分子内 的交联、分子间的交联、蛋白质和氨基酸之间的连接以及蛋白质分子内谷氨酰胺酰胺基的 水解，从而可进一步改善蛋白质功能性质，提高蛋白质的营养价值。因此，TG 被认为是 一种可生产出满足人们需求的新型蛋白食品的重要酶制剂。目前，日本味之素公司已生产 出 TG 并已投放市场。 二、谷氨酰胺转胺酶的功能性质 (一)谷氨酰胺转胺酶的来源、主要结构、组成及性质 谷氨酰胺转胺酶存在于动物、植物和微生物中。动物体中的谷氨酰胺转胺酶 (Guinea-pig transglutaminase，简 称GTG) 及微 生物生产的 谷氨酰胺转 胺酶(Microbial transglutaminase， 简称MTG)的主要来源、结构、组成及理化性质均不同。不同来源的酶 对底物的专一性有所不同。对分子中有Lys或Lys二肽的底物，MTG表现出更强的催化能力， 这是由于MTG较强的热稳定 性。但当底物为 CBz-Gln-Gly-Oet，CBz-Gln-Gln-Gly， CBz-Gly-Gln-Gly-Gly时，MTG酶活则低于GTG活性。GTG分子量约为MTG的2倍，且活性 依赖于Ca2+，而MTG的活性则不依赖于Ca2+，但二者活性中心均包括Cys残基。 MTG 是一种胞外酶，分子量在 40 kD 左右，活性中心包含一个游离的 Cys 巯基，与 GTG 相比，MTG 表现出很多优势： (1)对钙离子的非依赖性； (2)对热和 pH 的稳定性；