[doc] 谷氨酰胺转移酶处理对大豆分离蛋白、酪蛋白酸钠和明胶可食膜特性的影响

[doc] 谷氨酰胺转移酶处理对大豆分离蛋白、酪蛋白酸钠和明胶可食膜特性的影响 谷氨酰胺转移酶处理对大豆分离蛋白、酪蛋 白酸钠和明胶可食膜特性的影响 ?324? 化工进展 CHEMICALINDUSTRYANDENGINEERINGPROGRESS2006年第25卷第3期 谷氨酰胺转移酶处理对大豆分离蛋白,酪蛋白 酸钠和明胶可食膜特性的影响 姜燕,唐传核,温其标,杨晓泉 (华南理工大学轻工与食品学院,广州510640) 摘要:研究了谷氨酰胺转移酶(TGase)对大豆分离蛋白(SPI和SPI2),酪蛋白酸钠(NacN和NaCN)及明 胶(G和G2)3类蛋白质成膜特性的影响.研究明在成膜溶液中加入TGase(8U/g蛋白),可以使SPI,NaCN和 明胶等3类蛋白质膜的抗拉强度和表面疏水J陛有不同程度的改善,其中抗拉强度增加的辐度为l3.1%(尸如.05),而 表面疏扣陛增加的辐度为2%~216%(P如.05);明显降低了膜的水分含量,总可.摩陛物量及透光率.对于断裂伸长 ,NaCN膜,G膜,NaCN膜和SH膜分别增加 率,TGase的处理使G膜 16.3%,16.8%,43.0%,72.6%和440.5 %,而使SPI膜降低7.5%.SDS—PAGE电泳分析表明TGase使这3 类蛋白质均产生了共价交联 关键词:谷氨酰胺转移酶;可食膜;蛋白质 中图分类号:TS201.2文献标识码:A文章编 号:1000—6618(2006)03—0324—05 Effectsoftransglutaminaseonpropertiesofediblefilmsfrom soybeanproteinisolates,sodiumcaseinateandgelatin JtANGYan,TANGChuanhe,WENQibiao,YANGXiaoquan (DepartmentofFoodScienceandTechnology,SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou510640) Abstract:1heeffectsoftransglutaminase(TGase)treatmentonthepropertiesofediblefilmscastfrom soybeanproteinisolates(SPI,SPI~),sodiamcaseinate(NaCN,NaCN’)andgelatin(G,G’)were investigated.Tensilestrengthfrs).elongationatbreak(EB),moisturecontent(MC),totalsolublematter (TSM),surfacehydrophobicity(So)aswellastransparencyofTGase—treate dfilmsandcontrolfilmswere evaluatedafterconditioningfilmspecimensat25? and50%relativehumidity(RH)for48h.TGase treatmentsignificantlyincreased(P?O.05)theTSandSovaluesofmostproteinfilmsbyl3.1%,33.2% and2.4%, 216.1%,respectively,andsimultaneouslysignificantlydecreasedtheTSMofa Jlfilmsby 21.2%, 69.9%.TGasetreatmentimprovedEBoffilmscastfromSPI,NaCNandgelatin, whilereduced EBofSPIfilms.1hetransparencyofTGase—treatedfilmsfromSPI,NaCN’andGwaslowerthanthat ofcontro1.SDS—PAGEanalysesconfmnedtheoccurrenceofcross—linkin ginducedbvTGase,whichmay accountforthehigherTS,S0andlowerTSMvalues(ascomparedtothecontro 1). Keywords:tranglutaminase(TGase);ediblefilms;protein 近年来消费者对高品质,长货架期食品的需求 日益增长的同时,由于废弃包装数量与日俱增而导致 的环保问题也成为公众关注的焦点.于是,从天然生 物材料发展可食的涂层和薄膜已经成为国内外科研 工作者研究的热点.可食膜是指由可食材料构成的连 续薄层,可以用作涂层或薄膜置于食品组分之间起到 防止质量传递的作用llJ,可以由蛋白质,多糖,脂质 或三者组合制备.蛋白质膜具有营养价值高,口感好, 隔油隔气性能好等特点,因而最具吸引力.然而,与 合成膜相比蛋白质膜的机械强度低,透水l生高是限制 收稿日期2005—09—22:修改稿日期2005—12—20. 基金项目国家自然科学基金项目资助(No.203060o8). 第一作者简介姜燕(197卜),女,博士研究生E—mailc船@163.~O111. 联系人唐传核,副教授.电话020—87114262:E—mailel-aang@~. 第3期姜燕等:谷氨酰胺转移酶处理对大豆分离蛋白,酪蛋白酸钠和明胶可食膜特性的影响 其工业化生产和实际商业应用的原因. 改善蛋白膜特性的一种有效途径是采用化学方 法或酶学方法使蛋白质之间产生共价交联.谷氨酰 胺转移酶(TGase;EC2.3.2.13;全称为蛋白质一谷胺 酰胺】,一谷氨酰胺基转胺酶)是一种催化多肽或蛋白 质的谷氨酰胺残基的】,一羟胺基团(酰基的供体)与 许多伯胺化合物(酰基的受体)之问的酰基转移反 应的酶.11Gase可通过胺的导入,交联及脱胺3 种途径改性蛋白质.本文以大豆分离蛋白(SPI和 SPI),酪蛋白酸钠(N{l(=N和NaCN)及明胶(G 和G)等3类蛋白质为原料,探讨了Tgase处理用 于改善蛋白膜性能的可行性. 1材料与方法 1.1材料 商品级谷氨酰胺转移酶(TG—B),泰兴市一 鸣精细化工有限公司;CBZ—l—glutaminylglycine 和L—Ghuamicacidr—monohydoxamate,Sigma公 司;大豆分离蛋白SPI(蛋白含量85.2%),山东万 得福科技公司;大豆分离蛋白SPI(蛋白含量 92.1%),自制;酪蛋白酸钠NaCN(蛋白含量 88.3%),新西兰乳业集团;酪蛋白酸钠NaCN(蛋 白含量81.3%),斯德宝香精香料有限公司;明胶 G(蛋白含量96.8%),沧州市金箭明胶有限公司; 明胶G(蛋白含量98.6%),罗赛洛明胶有限公司; 甘油,分析级. 1.2仪器 质构仪TA—XT2i,英国SmbMMciroSystem; 22PC分光光度仪,上海凌光科技;悬滴振荡流变 仪ODG20AMP,德国Damp~sicsInstruments GmbH:环境电子扫描显微镜XL30,Philips Electromics,Mahwah,N.J.. 1.3实验方法 1-3.1TGase酶活性的测定 TGase酶活性采用Folk和Cole(1965)t31报道的分 光Hydroxamicacid(氧胶酸)分析法测量.反应物 [0.1MTri_Hcl缓冲液,pH值6.0,30mmol/LCBZ 一 1-glutaminylglycine(N—一苄氧羰基一谷氨酰一甘 氨酸),0.1mol/Lhydroxylmine(羟氨)】于37?与酶 溶液反应10min后,添加氯化铁/三氯乙酸试剂 (0.7%)中止酶反应,离心(8000r/rain,15min)去 除沉淀后,所形成的红色上清液于525am测定其 吸光度,用L—Glutamicacid】,一monohydoxamic acidL一谷氨酸一,,一单氧胶酸作标准曲线.l单位 TGase(U)定义为在37?,pH值6.0的条件下每 分钟产生llanolhydoxamicacid所需要的酶量. 1.3.2膜的制各 将各种蛋白质(5%)和甘油(2%)溶于s—HC1 (pH值8.0)缓冲溶液中,于水浴锅中加热30min (SPI70?;明胶45?;NaCN80?).待成膜溶液 冷却至室温后,加入TGase(8U/g蛋白),搅拌均匀. 脱气后迅速薄摊在内衬有聚乙烯薄膜的玻璃器皿 (37cm×21cm)中,然后放在室温(25?)下干 燥24h,揭膜.以不加TGase的膜作为对照. 膜制好后裁切成所需要的样品形状,立即放在 相对湿度为50%的环境中平衡48h备用. 1.3.3膜性能指标测定 厚度,机械性能(抗拉强度和断裂伸长率 船),表面疏水性,水分含量MC,总可溶性物 质量TSM及透光率的测定见参考文献【4】. 1.3.4十二烷基磺酸钠一聚丙烯酰胺凝胶电泳 PAGE) (SDS— 电泳是根据Laemmli【5】的方法进行.分别在0, 0.25h,0.5h,lh,2h,3h和4h取蛋白质与酶的 反应液0.5mL于事先装有0.5mL样品缓冲液(pH 值6.8,0.125mol/LTds—Hcl,2%SDS,5%2一巯 基乙醇,10%甘油,0.05%溴苯酚蓝)的离心管中, 充分混合.电泳前将各离心管煮沸5min,分别于 每个离心管中取6溶液进样. 1.3.5数据分析 采用MicrocalOriginV.6.1software和 SPSS11.5进行方差分析和显着性分析. 2结果与讨论 2.1膜性能 2.1_l机械性能 抗拉强度()和断裂伸长率(船)是评价机 械性能的两大指标.表l列出了3类天然蛋白质膜 (共6种膜)的值和EB值.从表l可见,各种 蛋白质热法成膜(不添加TGase)时抗拉强度明显 不同,按照值由大到小的顺序依次是:G膜> G膜>NaCN膜>NaCN膜>SPI膜>SPI膜. 明胶膜和NaCN膜的抗拉强度明显高于SPI膜,这 可能是由于明胶和NaCN是线性蛋白,简单的线性 聚合物链容易形成紧密的基质结构,因而拥有较高 的抗拉强度;而SPI是球状蛋白,其值较低. 各种蛋白质热法成膜(不添加TGase)时断裂伸长 率也明显不同(表1),按照EB值由大到小的顺序 .326.化工进展2006年第25卷 ——汪?毒二不数值都是多次重复(n?5)的平均值加上标准偏差.a和b衷示TS(同行)之间的显着性差异(P?05).c和d表示EB(同行) 之间的显着性差异(P锄.05).e,i表示对照膜中TS(同列)或EB(同列)之间的显着性差异(P?05) 依次是:SPI膜>NaCN膜>NaCN膜>G膜> G_z膜>SPI膜. TGase处理,使6类蛋白质膜的值均有显着 的增加(P?O.05).TGase处理分别使SPI2膜,G 膜,SPI膜,NaCN膜,NaCN膜和G膜分别比 对照膜增加了33.2%,25.6%,17.7%,17.6%, 13.1%和8.4%(见表1).这可能是因为TGase使 蛋白质分子中产生了共价交联从而形成高分子聚合 物的缘故.适度的共价交联可以提高膜的值, 这与国内外的许多报道都相吻合Io.7J. TGase的加入,使SPI膜,NaCN膜,G膜, NaCN膜和G膜的EB值分别增加了440.5%,72.6%, 42.3%,16.8%和16.3%,其中对于SPI2膜,NaCN 膜和G2膜是显着性升高?0.05):而使SPI膜的 EB值有所降低>O.05).国外也有类似报道. Larr6fo】报道,TGase作用能够同时增加脱酰胺谷 蛋白膜的抗拉强度和断裂伸长率,因为TGase交 联产生的共价键具有足够的柔韧性.而Babin等f8】 报道,TGase的交联作用降低了明胶基质的流动 性,在膜制各的过程中阻止了明胶分子复性形成三 螺旋结构,从而在这种聚合物基质的纤维形成上造 成定向损失,降低了膜的断裂伸长率.TGase作用 在断裂伸长率上带来的不同效果可能与具体的实 验条件有关,如所使用的酶量,酶作用时间及模式 等,而TGase适度的交联会增加膜的EB值. 2.1.2表面疏水性 表面疏水性采用水滴与膜的接触角来表征,接 触角越大表明膜的疏水性越强.由表2可见TGase 作用明显提高了蛋白膜的表面疏水性,其中对于 SP1膜,NaCN膜,NaCN2膜,G膜效果更为显着 (P?D.05).这可能是因为TGase处理使蛋白质中 更多的疏水核心或基团暴露出来.唐传核等【9】研究 指出,在TGase诱导的SPI絮凝和胶凝实验中,球 蛋白的碱性亚基和伴球蛋白的,亚基的疏水相互 作用是导致SPI形成絮凝和胶凝的主要原因之一. 2.1_3水分含量和总可溶性物质量 从表3可见,TGase作用使除膜外的其他蛋 白质膜的水分含量均有所降,其中SPI’膜,NaCN 膜,和NaCN膜呈显着性降低?0.05).此水分 含量降低的原因可能是蛋白质的某些氨基酸残基的 游离基团,特别是赖氨酸残基的8一NH2和谷氨酰 胺残基的--CONH2因为交联失去了通过氢键来吸 附水分的能力. 作者采用了两种方法来测量总可溶性物质量. 对于未经TGase交联的SPI膜和TGase交联的G 膜来说,TSM值明显高于TSM值.05).这可 能是由于第一种测量方法中,膜样在浸入水中之前 已被加热处理使膜中增加了新的交联,从而降低了 膜的溶解度的缘故【lU’?】.无论是哪种方法,经TGase 处理的蛋白质膜的总可溶性物质量显着低于对照组 ?O.05).NaCN膜,NaCN2膜,G膜,G膜, SPI膜及SPI膜的TSM2值经TGase处理后分别 下降69.9%,50.9%,48.9%,32.3%,31.9%和2l_3%. 如同值升高一样,TSM值的降低也表明在TGase 催化交联的SPI膜中产生了新的交联. 2.1.4透光率 TGase处理对蛋白膜透光率的影响随蛋白膜的 种类及性质而异.例如,SPI膜,NaCN膜和G 膜经TGase处理后的透光率比对照膜略有降低? 0.05),这可能是由于TGase引起的蛋白质交联和聚 集使成膜溶液的浊度增加的缘故.而TGase交联的 SPI膜,NaCN膜和G2膜的透光率与对照膜几乎无 差别.SPI,NaCN和G2经过热处理后在水溶液中 溶解度非常高,无论是否添加TGase,其膜都是高 第3期姜燕等:谷氨酰胺转移酶处理对大豆分离蛋白,酪蛋白酸钠和 明胶可食膜特性的影响?327? SP10 SPI NaCN0 NaCN2 G G 8O.2?1.6b 85_3土2.2 84.1?2.9 60.2?3.0 90.6?1.7 87.2?1.5 25.5土6.O 59.3?2.5 24.2?4.2 53.8土53 98.O?2.3 67.7?2.5 84.6?2.8 82.4土1.2 55.4?2.6 82.9?1.9 56.3?6.0d 60.0?4.2 76.5?5.3 71.6?2.6d 100.3?1.7 87.7?6.oc86.8?2.389.8?5.8. 注:每一个数值都是多次重复(n?10)的平均值加上标准偏差.a和b表 示同行透过率之间的显着性差异(P<o_I)5菊丢示而行疆莉 之间的显着性差异(P?O.05). 表3谷氨酰胺转移酶对3种蛋白质膜水分含量(c)和总可溶性物量(TSM)的影响 注;每一个数值都是多次重复(n?3)的平均值加上标准偏差. 的显着性差异(P?O.05).e和f表示同行TSM之间的显着性差异 a和b表示同行MC之间的显着性差异(P?0.05).c和d表示同行TSM之间 (P?0.05).1表示第一种测量芳法,2表示第二种测量方法 度透明. 2.2SDS.PAGE 本实验采用SDS—PAGE考察了TGase与成膜 溶液中各种蛋白质作用的情况,结果如图1所示. 由图1可见,在实验条件下(还原状态)所采用的 几种蛋白质都能被TGase催化聚合.随着催化反应 的延长,各组分的量不断下降,而不能进入浓缩胶 的聚合物越来越多,少量分子量很大的生物聚合物 甚至不能进入浓缩胶.由于SDSPAGE是在变性剂 一 巯基乙醇)存在下进行的,于是可以断定新出现 的聚合物是通过二硫键以外的共价键形成聚合的, l234567M89101l121314 (a)SPI 焉 黪? 赫 ? 1234567M891011121314 Co)NaCN () 205 5 6 5 6 45 36 M1234567 (c)明胶 图1TGase催化交联的sDs.PA(m图 (pH值为8.0,25?.1,2,3,4,5,6和7分别代表SPl,NaCN 和G与TGase反应0,0.25,0.5,1.0,2.0,3.0h和4.0h时所取样品; 8,9,10,11,12,13h和14分别代表SPI和NaCN与TGase反应0, 0.25,0.5,1.0,2.0,3.0h和4.0h时所取样品;M代表分子标准.) 焉??疆湓瓣霉攀 _?疆誊瑟? 一避嚣霉 li鄂逢雌.蜥——{I}—罹??. ?d [ 州 ?328?化工进展2006年第25卷 而不是二硫键和非共价键所导致.由图l(a)可见 SP1比SP1含有更多的球蛋白酸性亚基和碱性亚 基:在SPI中,几乎所有的一伴球蛋白和球蛋白 的酸性亚基参与了酶的交联过程.NaCN是TGase 的良好底物,其所有的蛋白组分都可被TGase聚 合【图1(b)】,这与TGase处理后NaCN膜的值 的显着升高(NaCN.膜和NaCN膜的分别比 对照膜增加了13.1%和17.6%)和TSM值的显着 下降(NaCN膜和NaCN膜的TSM分别比对照 膜降低了69.9%和50.9%)是一致的.明胶也较容 易为TGase交联,然而相对于其他蛋白质来说, 催化时间的延长对于总体催化效果的影响不大【图 1(c)】.这与TGase对明胶蛋白膜表面疏水性的影 响是一致. 3结论 TGase处理可明显增加能够催化大豆分离蛋 白,酪蛋白酸钠和明胶这3类蛋白质膜的抗拉强度, 断裂伸长率(SPI膜除外)和表面疏水性,同时也 明显降低了膜的水分含量,总可溶性物质量及透光 率.其作用机制是由于TGase催化蛋白质产生交联 的缘故. 参考文献 【1】MahmoudR,SaveUoPA.【J】.DairySci.,1993,76:29—35 【2】CuqB,AymardC,CuqJL,eta1.【J】.J-凡,Sci.,1995,60: 1369—1374 【3】FolkJE,ColePw【J】_J-嚣f.Chem.,1965.240(7):2591—2960. 【4】姜燕,唐传核,温其标,等.叨.食品与发酵工业,2005,11,112— 116. 【5】LaemmliUK.『J】.Nature,1970,227:680—685. 【6】Larr6C,DessermeC,BarbotJ,eta1.叨.Agr/c.FoodChen~, 2O0o,48:5444—5449. 【7】MadnielloL,PietroPD,EspositoC,eta1.【J】.Biotechno1.,2003, 102:191—198. 【8】BabinH,DickinsonE.叨.FoodHydocolloids,2001,150):271—276. 【9】TangCH,WuH,~fiaHP,etaL田.FoodB/ochem..29:403—422. 【10】RangavajhyalaN,GhorpadeV,HannaM-『J】_J-Agric.FoodChem., 1997,45:4204—4208. 【l1】Rl’limJW,GennadiosA?FuD?eta1..Lebensm.?Wiss.U?Techno1., 133. 1999,32:129— (编辑史来娣) 《《《《《《,《,《,,?,《《, ? 新闻荟萃? 大连化研院自主生产烷基二苯醚二磺酸钠 国际表面活性剂领域当今的研究热点——烷基二苯醚 二磺酸钠合成技术由美国和法国公司垄断的局面终于被打 破.2月22日,大连化工研究院宣称该院已经自主创 新开辟了一条全新的双子型表面活性剂烷基二苯醚二磺酸 钠合成工艺路线,并已申请中国发明专利.该院已经采用这 项新技术建成了年产能达到100t的生产设备,并试产成功, 其产品也获国内用户认可. 双子型表面活性剂因其独特的结构和独特的特性,成为 当前表面活性剂领域的研究热点,其中又以烷基二苯醚二磺 酸钠最为业界关注.烷基二苯醚二磺酸钠分子中含有两个亲 水亲油基团,具有卓越的抗硬水能力及优异的抗电解质能 力,能够在恶劣环境下,如34H2sO4,20HNO3,27 的液碱中稳定使用由于分子中有两个离子型亲水基,在水 中的溶解度较大,因此漂洗能力优于传统的阴离子表面活性 剂.此前,该产品的生产销售一直由美国和法国垄断,国内 每年进口量为3000~5000t 大连化工研究设计院研究人员发现,文献报道中有关烷 基二苯醚二磺酸钠的合成方法,都是以二苯醚与烷基化试剂 为原料通过烷基化反应来制得,存在原料来源有限,烷基化 过程中原料转化率较低,副反应影响产品质量并且烷基化过 程对设备要求较高等缺点,国内也因难以克服这些技术难点 至今未能实现该产品的工业化生产.为此该院开辟了一条全 新的工艺路线,避免了烷基化反应,从而避免了影响产品质 量副产物的生成,产品的纯度也很高. 目前,烷基二苯醚二磺酸钠在乳化聚合工业上已得到了 广泛应用,同时也用作印染,匀染剂,农药润湿剂,展着剂, 渗透剂和流动剂,洗涤剂配方中的润湿剂,偶联剂和稳定剂 等.特别是其具有的高温稳定性和抗电解质能力,使其在三 次采油,土壤净化,亚表面修复等方面有着巨大作用. (摘自”中国化工在线”WWW.chemsina.corn)