谷氨酰胺转氨酶对荞麦蛋白质品质的影响

邓春丽，张国权

（西北农林科技大学食品科学与工程学院，陕西 杨凌 712100）

荞麦具有丰富的营养价值，还有降低血压、血脂和胆固醇等作用，对糖尿病、心脑血管疾病有较好的预防和治疗效果[1]。然而由于荞麦粉中醇溶蛋白含量很低，使得荞麦粉难以形成粘弹性俱佳的面团，不适合加工成饺子、馒头、面包等制品，再加之使用口淡粗糙的缺点，荞麦食品加工受到很大限制。面团品质性状主要取决于面粉中蛋白质组成性质和相互之间的数量比例。在面团形成过程中，面粉中的麦醇溶蛋白和麦谷蛋白吸水膨胀，彼此之间通过二硫键的形成或断裂，以及一些共价或非共价键的作用连接在一起，形成面团特有的面筋网络结构。谷蛋白溶胀指数法（Swelling Index Glutenin，SIG）反映了不溶性谷蛋白的含量，可用于评价面粉的焙烤热性以及面条和通心粉的蒸煮特性[2-4]。胡新中的研究也表明SIG 值与面粉的可溶性谷蛋白含量、不溶性谷蛋白含量呈极显著正相关，能很好的反映面条的蒸煮特性[5-6]。

谷氨酰胺转胺酶（Transglutaminase，TGase），又称转谷氨酰胺酶或γ-谷氨酰胺酰基转移酶，可以催化蛋白质谷氨酰胺残基的γ-羧酰和赖氨酸残基的ε-氨基发生转酰胺基反应，形成ε-（γ-Glu）Lys 共价键，或肽链中谷氨酰胺残基的羧酰胺和伯胺之间的酰胺基转移反应并使蛋白质分子之间交联聚合[7]，从而改善蛋白质的功能性质，提高蛋白质的营养价值。谷氨酰胺转氨酶能增加面粉的面筋含量，提高面团的弹性，增加面粉的吸水率，延长面团的稳定时间，对面粉品质有显著的改良作用[8-11]。但目前的研究大多集中在面团流变学特性及成品品质评价上，对谷氨酰胺转氨酶对蛋白质品质的直接研究报道较少。本文通过谷氨酰胺转氨酶液浸泡荞麦米，研究谷氨酰胺转氨酶对荞麦粗蛋白含量、蛋白质组分及谷蛋白溶胀指数的影响，以期明确谷氨酰胺转氨酶处理对荞麦的增筋效果，为荞麦面食品的开发应用提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

荞麦米：甘肃省环县；谷氨酰胺转胺酶：200 U/g，广州市邦盛生物科技有限公司，食品级；其他化学试剂均为分析纯。

DK-S26 型电热恒温水浴锅：上海森信实验仪器有限公司；101 型电热鼓风干燥箱：北京科伟永鑫实验仪器设备厂；高速万能粉碎机：天津市泰斯特仪器有限公司；KDC-40 低速离心机：科大创新股份有限公司中佳分公司；半自动凯氏定氮仪：瑞典·富斯-特卡脱公司；控温式远红外消煮炉：四平电子技术研究所；XW-80A 旋涡混合仪：海门市其林贝尔仪器制造有限公司；SHB-3 循环水式多用真空泵：郑州长城科工贸有限公司；100 目验粉筛：浙江省上虞市大亨桥化验仪器厂。

1.2 方法

1.2.1 荞麦米TGase 酶处理条件

TGase 处理荞麦米条件：（1）按料液比1∶2（g∶mL）浸泡荞麦米，浸泡时间为5 h 及浸泡温度25 ℃，TG 酶浓度分别0、100、200、300、400、500、600 U/L，分析酶浓度对荞麦蛋白质品质的影响；（2）按料液比1∶2（g∶mL）浸泡荞麦米，TGase 浓度为400 U/L，浸泡温度25 ℃，浸泡时间分别为1、3、5、7、9 h，分析浸泡处理时间对荞麦蛋白质品质的影响；（3）按料液比1∶2（g∶mL）浸泡荞麦米，TGase 酶浓度为400 U/L，浸泡时间5 h，浸泡温度分别为15、25、35、45、55 ℃，分析浸泡处理温度对荞麦蛋白质品质的影响。经处理后的荞麦米放入热风干燥箱中在50 ℃下干燥12 h 左右，用高速粉碎机粉碎获得酶处理荞麦粉样品，所得荞麦粉过100 目筛后封存备用。

1.2.2 粗蛋白含量及蛋白质组分测定

根据Osdorne 的蛋白质组分分离原理，采用连续振荡提取分离法，分别采用蒸馏水、0.5 mol/LNaCl、70 %乙醇及0.05 mol/L NaOH 溶液分离出酶处理荞麦粉中的清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白。粗蛋白及蛋白质组分含量测定采用半微量凯氏定氮法，参考GB/T5511-2008《谷物和豆类氮含量测定和粗蛋白质含量计算凯氏法》。

1.2.3 谷蛋白溶胀指数测定

参考Wang C.和胡新中[4-6]等的方法，准确称取酶处理荞麦粉样品35 mg 于已称重的1.5 mL 带盖塑料离心管中，加0.6 mL 蒸馏水，盖紧离心管盖，在漩涡振荡器上振荡5 s，静置水化，开始计时，在水化5 min 时漩涡振荡5 s，在10 min 时漩涡振荡5 s 后，向离心管中加入0.6 mL 3%SDS-乳酸溶液，再漩涡振荡5 s，静置溶胀5 后漩涡振荡5 s 后将样品置于离心机中，以300×g 离心力离心300 s，用真空吸取大部分上清液，再以300×g 离心力离心180 s，真空吸取残余上清液，离心管中残余物质的重量与荞麦粉重量的比值即为SIG 值。

1.2.4 数据分析

采用Excell 2003 和DPSv7.05 进行数据分析分析，不同试验组数据间差异范围均取<0.05，各图中小写字母（abcd）表示在5%水平下的显著差异性，相同字母表示5%水平下无显著差异，不同字母表示5%水平下有显著差异。

2 结果与分析

2.1 TGase 酶处理对荞麦米粗蛋白含量及浸泡液中蛋白含量的影响

2.1.1 TGase 浓度

TGase 浓度对荞麦米粗蛋白含量的影响见图1。

图1 谷氨酰胺转氨酶浸泡浓度对粗蛋白含量的影响Fig.1 The effect of transglutaminase concentrations on the crude protein content

从图1 可以看出，与对照（CK）相比，当浸泡温度为25 ℃，浸泡时间为5 h 时，TGase 浓度为300、400、600 U/L 时，对荞麦米粗蛋白含量无显著影响，其他酶浓度条件下荞麦粗蛋白含量略有减少。

TGase 浓度对浸泡液中蛋白含量的影响见图2。

从图2 可以看出，浸泡液中的蛋白含量随着酶浓度的改变出现一定的波动，但波动幅度不大，即荞麦米经酶浸泡处理后会有蛋白质溶出在浸泡液中，酶浓度对溶出蛋白质的量没有显著影响。综合看，浸泡处理会使得荞麦米中部分可溶性溶出，从而使得酶处理过的荞麦粗蛋白含量与对照CK 相比略有降低。

图2 谷氨酰胺转氨酶浓度对浸泡液中蛋白含量的影响Fig.2 The effect of transglutaminase concentrations on the protein content in soak liquid

2.1.2 TGase 浸泡时间

TGase 浸泡时间对荞麦米粗蛋白含量的影响见图3。

图3 谷氨酰胺转氨酶浸泡时间对粗蛋白含量的影响Fig.3 The effect of transglutaminase soaking time on the crude protein content

从图3 可以看出，除浸泡处理5 h 外，其他浸泡时间均使荞麦米粗蛋白含量减少。可能原因是浸泡时间过短，TGase 与荞麦米中的蛋白组分还未充分反应，使其中的蛋白质分子间或分子内发生了键断裂，但却未进行交联或聚合反应，从而使得蛋白含量变少；而酶处理时间过长则可能会使得更多的可溶性蛋白溶出。TGase 浸泡时间对浸泡液中蛋白含量的影响见图4。

图4 谷氨酰胺转氨酶浸泡时间对浸泡液中蛋白含量的影响Fig.4 The effect of transglutaminase soaking time on the protein content in soak liquid

从图4 可知，在一定温度和酶用量条件下，在一定的时间范围内，浸泡液中的蛋白含量随着浸泡时间的增加而逐渐增加，即表示荞麦米经浸泡处理后会有蛋白质溶出在浸泡液中，并且浸泡时间越长溶出在浸泡液中的蛋白质就越多。当TGase 浓度为400 U/L，浸泡温度为25 ℃时，浸泡时间为5 h 较为适宜。

2.1.3 TGase 浸泡温度

TGase 浸泡温度对荞麦米粗蛋白含量的影响见图5。

图5 谷氨酰胺转氨酶浸泡温度对蛋白含量的影响Fig.5 The effect of transglutaminase soaking temperature on the crude protein content

图5 结果表明，除45 ℃时荞麦米粗蛋白含量与对照CK 相差较大外，其他酶解温度条件下粗蛋白含量变化无显著差异。

TGase 浸泡温度对浸泡液中蛋白含量的影响见图6。

图6 谷氨酰胺转氨酶浸泡温度对浸泡液中蛋白含量的影响Fig.6 The effect of transglutaminase soaking temperature on the protein content in soak liquid

从图6 可知，当TGase 浓度及浸泡时间一定时，在一定温度范围内，浸泡液中的蛋白含量随着浸泡温度的增加逐渐增加，在较低温度时，溶出的蛋白较少。浸泡处理温度25 ℃较为适宜。

2.2 TGase 处理对荞麦米蛋白组分含量的影响

2.2.1 TGase 浓度

TGase 浓度对各蛋白组分含量的影响（按粗蛋白含量的百分比计算）结果见图7。

从图7 结果可以看出，TGase 对球蛋白和谷蛋白含量有劣化影响，醇溶蛋白的含量随酶液浓度的增加呈先增加后减少的趋势，且影响显著。在酶浓度为400 U/L 和500 U/L 时，球蛋白和谷蛋白含量相对较低，而此时醇溶蛋白含量则相对较高。由于醇溶蛋白和谷蛋白是构成面筋的主要成分，故将较优酶液浓度选定为为400 U/L～500 U/L。

图7 谷氨酰胺转氨酶浸泡浓度对蛋白组分含量的影响Fig.7 The effect of transglutaminase concentrations on the contents of protein components

2.2.2 TGase 浸泡时间

TGase 浸泡时间对各蛋白组分含量的影响（按粗蛋白含量的百分比计算）结果见图8。

图8 谷氨酰胺转氨酶浸泡时间对蛋白组分含量的影响Fig.8 The effect of transglutaminase soaking time on the contents of protein components

从图8 结果可知，与对照CK 相比，球蛋白和谷蛋白含量均有所降低，而醇溶蛋白含量相对增加。在浸泡时间为5 h 时，醇溶蛋白含量相对较高，球蛋白和谷蛋白含量相对较低。较优浸泡时间为5 h。

2.2.3 TGase 浸泡温度

TGase 温度对各蛋白组分含量的影响（按粗蛋白含量的百分比计算）结果见图9。

图9 谷氨酰胺转氨酶浸泡温度对蛋白组分含量的影响Fig 9 The effect of transglutaminase soaking temperature on the contents of protein components

从图9 可以看出，与对照CK 相比，不同浸泡温度下球蛋白和谷蛋白含量均有所减低，且在25 ℃时，二者含量均较低，而醇溶蛋白则相对较高。

2.3 TGase 处理对谷蛋白溶胀指数的影响

2.3.1 TGase 浓度

TGase 浓度对谷蛋白溶溶胀指数的影响结果见图10。

图10 谷氨酰胺转氨酶浸泡浓度对SIG 值的影响Fig.10 The effect of transglutaminase concentrations on the SIG value

图10 结果表明，在酶浓度为400 U/L 时，SIG 值达到最大，而其他酶浓度条件下除100 U/L 外，SIG 值与对照CK 无显著差异。对SIG 值影响较大的酶浓度为400 U/L。

2.3.2 TGase 浸泡时间

TGase 浸泡时间对谷蛋白溶胀指数的影响结果见图11。

图11 谷氨酰胺转氨酶浸泡时间对SIG 值的影响Fig.11 The effect of Transglutaminase soaking time on the SIG value

从图11 可以看出，随着浸泡时间的增加，SIG 值呈先逐渐增加后减小趋势，并在5 h 时达到最大，与其他条件下的SIG 存在显著差异。

2.3.3 TGase 浸泡温度

TGase 浸泡温度对谷蛋白溶胀指数的影响结果见图12。

从图12 可以看出，25 ℃时SIG 值达到最大，且与其他浸泡温度条件下的SIG 存在显著差异。

2.4 TGase 浸泡条件优化

图12 谷氨酰胺转氨酶浸泡温度对SIG 值的影响Fig.12 The effect of Transglutaminase soaking temperature on the SIG value

在单因素试验的基础上，以TGase 浓度、浸泡时间、浸泡温度为因素，以荞麦米粉的SIG 值为指标，进行正交试验。正交试验方案及结果见表1。醇溶蛋白含量相应增加，其原因可能是TGase 使得球蛋白、谷蛋白与醇溶蛋白分子间发生交联或酰胺基转移反应，使得各蛋白组分相对含量发生变化，提高荞麦醇溶蛋白的含量，减少谷蛋白含量，从而使两者比例发生变化，具有改善荞麦粉加工品质的可能性。胡新中及赵清宇等的研究表明SIG 值与面团形成时间、稳定时间、弱化度、拉伸曲线面积等均具有显著相关性，与面条品质参数最佳蒸煮时间、咀嚼性、弹性显著相关[5-6，12]。本实验结果表明，在适当酶处理条件下TGase 可以显著提高SIG 值，达到改善荞麦加工品质的目的。采用TGase 酶处理改善荞麦蛋蛋白质品质的适宜条件为酶浓度为500 U/L、浸泡时间为3 h、浸泡温度为25 ℃。

表1 正交试验设计及结果Table 1 Arrangement and results of Orthogonal array design

极差分析结果表明，影响谷蛋白溶胀指数SIG 值的因素顺序为酶浓度＞浸泡时间＞浸泡温度。TGase 处理荞麦米的较适宜条件为A3B1C2，即酶浓度为500 U/L、浸泡时间为3 h、浸泡温度为25 ℃。在该条件下，处理后的荞麦粉的SIG 值为2.62%，比对照提高了1.55%。

3 讨论与结论

TGase 不能显著改变荞麦粉的粗蛋白含量，但却能使蛋白质组分的相对含量发生改变。总体上看，TGase 使得球蛋白和谷蛋白的含量相对减少，而使得

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