改性(图)食品中的美拉德反应衍生的交联、二硫键交联反应、转谷氨酰胺酶交联等五种

要:综述了食品中的美拉德反应衍生的交联、二硫键交联反应、转谷氨酰胺酶交联反应、酪氨酸残基引发的交联反应、脱氢蛋白质交联等五种蛋白质交联技术以及研究进展,通过蛋白质交联可以提高蛋白质的功能性质和营养价值, 从而扩大了蛋白质的应用范围。 关键词:蛋白质,交联技术,研究进展 (!"*+,-./01-23,4567-6,07 894:/,14-;,.490; &"?,049 2@A4941-,0-4+9 C/93D.+6,C/93D.+6&’’#$$,>.490) 45%/’&(/:!"# ’%5)+.,/’53()5+#*5’5,6+(+,*%&++,()-+ 2%&3’6%&+()# 2%&30#"60%&$%&’#() 6$78+’3%:$%&’#();*%&++) ,()-().;%#+#5%*" 蛋白质具有营养功能,作为食品的原料成分或添加基料,可以有效地提高产品的营养价值。更重 要的是蛋白质在食品中可 质,影响食品的感官特性,而且可以改善食品的功能性质。因此蛋白质广泛用于食品加工的各个领域。 然而,不少天然蛋白质的这些特性尚不能满足现代 食品开发与加工的需要,为了获得较好功能性质和 营养功能的蛋白质,拓展蛋白质在食品工业中的应 用范围,往往通过特定的改性技术来提高蛋白质的 功能性质。

蛋白质改性主要包括物理法( 如热、高频 电场、微波等)、化学法( 如化学试剂)和生物学( 制剂、微生物等)等。从分子水平看,改性的实质是切断蛋白质分子主链或是对其侧链基团进行修饰, 从而引发蛋白质空间结构和理化性质的变化,在不 影响其营养价值的基础上改善其功能性质 。蛋白质交联就是常用的蛋白质改性技术之一。蛋白质交 联指的是通过一定的化学试剂或催化剂,在蛋白质 内部多肽链之间( 分子内交联)或蛋白质之间( 分子 间交联)形成共价键 ,从而起到改善蛋白质功能性质的目的。图 给出了食品蛋白质中可能发生的交联反应,可以看出食品蛋白质交联可分为美拉德反 应交联、二硫键交联、谷氨酰胺转胺酶交联、酪氨酸 残基引发的交联和脱氢蛋白质交联等。 食品中蛋白质的交联反应种类美拉德反应衍生的交联 美拉德 酸、蛋白质之间的复杂反应。!I!&年,法国人 K+641) >0A477/ ,@ 发现了这个反应,!I#% 把这个反应正式命名为,@( 美拉德)反应。 美拉德反应过程中,蛋白质交联会形成一系列 的产物,在食品加工中由美拉德反应引起的交联蛋 白研究得已经很清楚,但是这些交联产物的化学结 糖、葡萄糖和核酸糖)间的美拉德反应,利用EOE 收稿日期:&$$I)!&)!#作者简介:李君文(!IHJ) ),女,硕士研究生,讲师。

将葡萄糖氧化酶对生面团以及其焙烤产品的影响作了进一步的研究。通过添加葡萄 糖氧化酶可以改善小麦面团的流变学性质和面包的 质量。利用毛 子、超分子水平上观察样品中的谷蛋白,结果显示处理后样品中的谷蛋白( 麦醇溶蛋白和麦谷蛋白)有二 硫键形成,还有一些非二硫键形成。 质谱等测定不同的单糖)酪蛋白 美拉德产物的荧光、紫外和酪蛋白分子质量的变化, 得出 后核酸糖)酪蛋白美拉德产物呈现出显著的 荧光特性,而 后葡萄糖、果糖)酪蛋白美拉德产 物的紫外特性较为显著,同时质谱结果表明,酪蛋白 和单糖间的美拉德反应产生了许多大分子量物质。 ) 8975:9; 利用糠氨酸对以牛奶为基料的运动营养补品进行质量评价,糠氨酸是赖氨酸美拉 德反应的最适底物,常用于运动营养补品中一些成 分的评价,结果表明,于干燥的运动营养补品中添加 /BB@蛋白可以控制以牛奶为基料的产 品的质量,过高的添加水平则会导致质量下降,不适 宜保藏。C4?979D 乳白蛋白和牛血清白蛋白和葡聚糖间的美拉德反应,结 果表明,美拉德反应产生的聚合物在低 E8 下溶解度 有所增加,主要是多糖和蛋白质间的共价交联降低 了蛋白质的等电点;在酸性条件下,乳清蛋白中不耐 热的牛血清白蛋白和 乳球蛋白热稳定性均有提高。

因此通过控制乳清蛋白与葡聚糖间美拉德反应 可以扩大其在食品加工中的应用范围,主要是其酸 性条件下具有较好的热稳定性和乳化性能。 在碳水化合物含量较低的食品中,美拉德反应 受到限制,而食品加工中剧烈的热处理过程,可使赖 氨酸的 氨基与精氨酸或是谷氨酰胺残基缩合形成异肽键蛋白质交联酶在肉品加工的工艺,使得蛋白质发生交联,然而这类交联还未被 广泛的研究。 转谷氨酰胺酶交联反应 转谷氨酰胺酶( *:57;@O2K5?475;9,$P FQ-QFQ/- 应,可引起各种蛋白质分子内的交联、分子间的交联以及蛋白质与氨基酸之间的连接,形成高分子网络 结构。主要是利用肽链上的谷氨酰胺残基的 ,MOR,/>NB): 5Q 多肽链中赖氨酸残基的 氨基,形成蛋白质分子内和分子间的 -5),通过该反应蛋白质分子发生交联,使食品及其它制品产生质构变化,从而赋予产品特有质构特 性和黏合性质。 SQ 伯胺基,形成蛋白质分子和小分子伯胺之间的 连接( -S),从而可将一些限制性氨基酸引入蛋白质中,以提高其营养价值。 TQ 当不存在伯胺时,水会成为酰基受体,结果是 谷氨酰胺残基脱去氨基生成谷氨酸残基( 二硫键交联反应二硫键交联是在食品蛋白质交联中最为普遍和 最具有特征性的共价交联,二硫键的形成主要是通 过合适的氧化剂氧化食品蛋白质基质中相邻的两个 半胱氨酸残基,从而产生了二硫键交联,其交联机理 如图 谷氨酰胺转胺酶的催化反应机理转谷氨酰胺酶早已广泛地应用于催化食品蛋白 质交联,改善蛋白质的功能性质。

李红 利用谷氨酰胺转胺酶生产大豆蛋白食用保鲜膜,研究了添加 转谷氨酰胺酶对大豆蛋白成膜特性的影响,结果表 明,利用转谷氨酰胺酶生产的大豆蛋白食用保鲜膜, 有较好的水蒸气阻隔性能和隔油性,能达到食品保 利用微生物转谷氨酰胺酶处理的乳蛋白质,乳蛋白质分子间发生聚合作用,且这些 聚合物不易 酪蛋白等经转谷氨酰胺酶催化后发生交联,可以作为优良的乳化剂应用于乳品生产中。,5:7;UM:KI 以转谷氨酰胺酶对山羊乳酪进行改性,结果表明添加了转谷氨酰胺酶 善,优于添加总固形物的方法;通过扫描电子显微镜观察处理前后的样品,处理后样品的微观结构更为 紧密,说明添加转谷氨酰胺酶可以提高乳酪凝胶的 微观结构。847D 以转谷氨酰胺酶对全脂乳和脱脂乳进行改性,对乳中脂肪球的稳定性和乳蛋白的 乳化性质进行研究。结果表明,酶处理对乳蛋白的 二硫键交联反应机制在一些食品蛋白质( 如乳蛋白、大豆蛋白、鸡蛋 蛋白、肉蛋白和蔬菜蛋白)的热致凝胶形成过程中, 蛋白质分子间的二硫键交联对其凝胶性有着显著的 影响。蛋白质分子共价交联形成的凝胶主要是生成 了三维的类固体网络结构,从而赋予了食品更好的 质地。H47@I 研究了热处理对牛奶的影响,通过形成二硫键,增强变性 酪蛋白之间的相互作用,从而增加牛奶及牛奶制品的稳定性,阻 乳球蛋白的沉淀。

二硫键交联形成蛋白质网络结构,还可以提高生面团的粘弹性和结构特性,使 面包呈现出更好的特性。%5:K47 研究了葡萄糖氧化酶氧化生面团中的麦谷蛋白,结果表明,在过氧 化氢存在的条件下,葡萄糖氧化酶催化麦谷蛋白中 的游离巯基形成二硫键,改变了小麦生面团的流变 将转谷氨酰胺酶催化交联酪蛋白胶束,通过共价键连接形成酪蛋白网络得到纳米胶 微粒,与热致凝胶相比,所形成的纳米胶微粒的稳定 性有所提高。 荧光分析等进行分析,结果表明,这两种酶均可催化 蛋白质和糖、蛋白质和酚类物质之间的交联反应,只 是这两种酶的催化效率有较大的差别。 过氧化物酶过氧化物酶系统名为供体:过氧化氢2 氧化还原 酶,是指在有供氢体参与下,催化过氧化氢分解的酶 50(E((E()。当以过氧化氢为供氢体时,该酶称为 过氧化氢酶( 50 过氧化物酶催化反应过氧化氢酶广泛地分布于自然界中,在植物细 胞中以可溶和结合两种形式存在,可溶形式存在于 细胞浆中,结合形式是与细胞壁或细胞器相结合而 存在。在大多数的水果和蔬菜中过氧化物酶以可溶 态、离子结合态和共价结合态存在。可直接从植物 材料中提取过氧化物酶。此外,也可以先制备丙酮 粉,然后再从丙酮粉提取。

辣根是过氧化物酶最重 要的一个来源。 辣根过 !7%$F%G6+F.#$%78+6GF$,!HB, 50 )是广泛存在于辣根体内的过氧化物酶。!HB 是以铁卟啉为辅基的血红素蛋白。在过氧化氢 存在时,它能够催化一系列底物发生反应。辣根中 的过氧化物酶由众多的同工酶组成,)I 种以上的辣 根过氧化物酶的同工酶在辣根植物中被发现,它们 具有类似的相对分子质量()IIII )/III)。这种酶 是糖蛋白,每一个酶分子中含有一个正铁血红素"、 一条酶蛋白多肽链和两个 0G ,酶蛋白含有KI@ 氨基酸残基,KJ@个糖类侧基链与丙氨酸残基相连, 糖含量可达 酪氨酸残基引发的交联反应天然蛋白质或糖蛋白中的酪氨酸残基交联已经 被证实,*+,-. 研究了植物细胞壁中的蛋白质交联。研究表明催化酪氨酸残基交联的酶主要有多酚氧化 酶、过氧化氢、过氧化物酶等。 多酚氧化酶多酚氧化酶是指催化酚类底物氧化的一组酶, 属于氧化还原酶类。能作用于羟基处在邻位的二酚 酚,将其转变成邻二酚。这种酶根据所作用底物的不同有许多习惯名称,如酪氨酸酶、甲酚酶、多酚氧 化酶、儿茶酚酶、邻二酚氧化酶、酚酶等。 在大多数水果中,多酚氧化酶主要以结合状态 存在,例如桃、甜樱桃、杏子和苹果。

从食品原料分 离出的多酚氧化酶是一种每个亚基均含有铜的寡聚 离子对形式紧密结合在一起,并在酶的活性部位形成二硫 给出了酪氨酸酶的催化反应机制。 多酚氧化酶催化反应机制酪氨酸酶催化循环包括三种形式的酶:脱氧2 氨酸(56 结合氧气转化为578 。578 催化单酚 78转化 78也可以催化二元酚 氧化二酚生成醌,自身转化为 如多巴醌转化为环多巴)蛋白质交联酶在肉品加工的工艺,催化循环结束。酪氨酸 酶可使食品中的酪氨酸残基和酚类化合 物氧化为醌,也能与半胱氨酸、赖氨酸、组氨酸和色 氨酸残基反应,从而减少了必需氨基酸含量 辣根过氧化物酶催化反应机制在辣根过氧化物酶催化的反应中,过氧化氢首 先取代了与过氧化物酶分子( 9,形成酶2底物络合物( ,并形成自由基(H9)。化合 和第二个氢供体底物分子作用后,过氧化物酶分子 再生,同时生成第二个自由基。这些自由基可以进一步聚合生成新的化合物。 淀粉酶,利用紫外和荧光分析可知,胃蛋白酶的交联程度最 伞过氧化物酶作用于多肽,利用电子自旋共振研究得出灰盖鬼伞过氧化物酶催化反应首先定位于芳香 位置,通过消去两个氢原子形成二酪氨酸键或是异二酪氨酸键得到酪氨酸自由基中间产物, 最后形成酪氨酸多肽的聚合物。

此聚合反应表明灰 盖鬼伞过氧化物酶可以修饰蛋白质结构去改善蛋白 质的功能性质。 酚类化合物酚类化合物是一种非常有发展潜力的新型天然 蛋白质交联剂。阿魏酸、绿原酸、咖啡酸、单宁酸等 酚酸类化合物,能与蛋白质中的赖氨酸、半胱氨酸、 酪氨酸等反应而使蛋白质交联。其交联反应机理如 所示:二元酚酸或者其它的多元酚(.)经分子氧 或酶作用氧 共价键,并再次形成酚羟基结构。后者可以再次被氧化并结合第二个多肽,从而形成交联 化合物(2)。另外,具有一个侧链的两个醌之间也可 以聚合形成交联化合物(3) 微球脂溶性较强,’((:时稳定。这些性质使得交联 明胶凝胶和交联明胶) 果胶聚微球作为新型食品添 加剂运用于食品加工中。 脱氢蛋白质交联 在食品加工中,碱处理常常被用来去除食品中 的有毒成分,或是使蛋白质增溶制备组织化产品,同 时碱处理引发的反应会给食品带来一些不需要的性 质,而且其食品安全性也有争议。在碱性条件下,热处 理可使氨基酸残基发生消旋作用,形成共价交联,如脱 氢丙氨酸、赖氨酸丙氨酸和羊毛硫氨酸 。脱氢丙氨酸主要是通过催化消除二硫键中的过硫化物;赖氨酸 丙氨酸和羊毛硫氨酸是通过半胱氨酸和磷酸化丝氨酸 蛋白质残基的 消除作用发生交联,形成脱氢蛋白质。

脱氢蛋白质易与许多亲核基团(如赖氨酸残基上 氨基、半胱氨酸的巯基)发生反应,剧烈的热处理或是碱处理,还可以与咪唑、吲哚、胍基以及其他的氨 基酸残基发生反应,形成了分子间或是分子内的交联, 而且这种交联结构是比较稳定的。 展望食品中的各交联反应在其适宜的条件下,均能 引起蛋白质) 蛋白质或蛋白质与其它基质的交联,并 能较显著地改善食品的功能性质。然而,由于食品 中蛋白质结构的限制农村致富,仅一些活性较大的分子参与 反应,若要产生数量较多的交联产物,还有更多的工 作需要去做,这可能是一个漫长的过程,需要多种技 术手段作保证。但是我们仍可预见蛋白质交联的应 用前景是非常广阔的。 JE#FE#K5"6I+E$#- 0"5"6J*IE"#I" 7;0D"+"5ER6+E$# ME,,"5"#+-&K65 I6-"E# 5"6I+E$# 85$M&I+- E#M&I"MI@+$+$TEIE+@ 0D"HEI6J!$TEI$J$K@,’((3,3’(..):.>22).>33; [3]A&,E6U# #&+5E+E$#6JP&6JE+@ V6-"M-8$5+ -&88J"H"#+- E#ME%EM&6JZD"@ 85$+"E#- "6I+E$# ME,,"5"#+H$J"I&J65 H6-[- 9@M5$I$JJ$EM-,’((/,’.(2):322)332;[=]*E#KD I$%6J"#+I5$-- SL

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