谷氨酰胺转氨酶对鲜湿燕麦面条质构及微观结构的影响

牛巧娟，陆启玉，姜海燕，章绍兵，殷丽君

（河南工业大学 粮油食品学院，河南 郑州 450001）

0 引言

谷氨酰胺转氨酶简称TG 酶，是一种催化酰基转移反应的转移酶，它能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，形成蛋白网状结构，从而改变食品蛋白质凝胶性、可塑性、持水性、水溶性及热稳定性等功能性质，进而改变烘焙制品、肉制品、鱼肉制品、乳制品、豆制品等食品的质地和结构[1].TG 酶的作用机理为利用肽链上谷氨酰胺残基上甲酰胺基作为乙酰基供体，受体可以是蛋白质分子上或游离氨基酸上的胺基、伯胺基或水.因此，TG 酶既可催化蛋白分子间交联，又可催化分子内交联.TG 酶可进行如下催化反应：（1）催化蛋白质和肽键中谷氨酰胺残基γ-羧酰胺基与伯胺间酰胺基转移反应，利用该反应将赖氨酸引入蛋白质，以改善蛋白质营养特性；（2）蛋白质中赖氨酸残基ε-氨基作酰基受体时，蛋白质在分子内或分子间形成ε-（γ-glutamyl）lys 共价键，通过该反应，蛋白质分子间发生交联，使食品及其他制品产生质构变化，从而赋予产品特有质构特性和黏合性能；（3）当不存在伯胺时，水也可成为酰基受体，使谷氨酰胺残基脱氨，此反应可改变蛋白质等电点、溶解度等功能性质[2].TG酶作为一种蛋白质修饰剂，已经被广泛用于食品行业.

燕麦全粉为无面筋面粉，其谷蛋白分子质量较小，且不具备黏弹性，加水后面絮很松散[3].燕麦全粉的加入，稀释了面粉中面筋蛋白的比例，从而弱化了面团的网络结构，影响到面团的黏弹性、韧性和延伸性，加工制得面条存在不耐煮、易糊汤、咬劲差等情况.因此，必须采用食品添加剂或适当的工艺技术以改善燕麦粉加入产生的流变学特性的各种变化.在非面筋谷物制品中，谷氨酰胺转氨酶的添加，通过促进蛋白网络的形成，可以提高无谷蛋白面团的黏弹性，提高无谷蛋白面团的质量和品质[4-8].Renzetti 等[9]用微生物谷氨酰胺转氨酶处理不同无小麦面筋的面粉面团，研究了谷氨酰胺转氨酶在6 种不同的无面筋谷物(糙米、荞麦、玉米、燕麦、高粱和一种疑似小米的谷物）中促进网络结构形成的能力；Li 等[10]研究发现谷氨酰胺转氨酶对荞麦方便面的韧性、硬度、咀嚼性、断裂力、蒸面时间、复水时间、含油量等各方面都有积极的影响.王凤[11]也发现添加谷氨酰胺转氨酶制作的纯燕麦面条，可显著提高其蒸煮品质.

作者通过测定生面条的质构特性，比较4 种TG 酶的不同添加量对鲜湿燕麦面条品质的改良效果，并根据生面条的微观结构变化探索TG 酶的改良机理，以期为制备具有良好品质的燕麦面条提供理论依据.

1 材料与方法

1.1 材料

燕麦全粉：呼和浩特市武川县禾川食品有限责任公司；小麦粉：郑州市金苑面粉公司；TG-M、TG-B：江苏泰兴一鸣生物制品有限公司；东圣TG：泰兴市东圣食品科技有限公司；绿维康TG：深圳市绿维康生物工程有限公司.

1.2 仪器与设备

质构仪：英国Stable Micro System 公司；电动面条机：山东龙口复兴机械制造厂；和面机：广州白云区童心利机械厂；Quanta-200 型电子扫描显微镜：荷兰FEI 公司.

1.3 试验方法

1.3.1 面条制作

参照LS/T 3202—1993《面条专用粉》中附录的方法，将燕麦全粉和小麦粉以3∶7 的比例配成混合粉制成面条.具体操作如下：准确称取燕麦全粉-小麦粉混合粉100 g，TG 酶添加量分别为0%、0.2%、0.5%、0.8%和1.0%，混合粉中各加入40 mL的水.将混合粉和水倒入搅拌机中，慢速搅拌5 min 后快速搅拌2 min，使之形成松散面团小颗粒（手握后成团，松手后散开），转入铝盆中，用湿纱布覆盖盆口，静置20 min 后拿出用小型电动压面机进行压片切条，压片过程如下：于压面机辊间距2 mm 处压片1 次，使松散的颗粒初步粘连成片，再合片2 次，使之形成面片，此时的面片表面比较粗糙，再把辊间距调节到3.5 mm，合压片1 次并压片1 次，再分别调到2 mm、1.5 mm 和1 mm 处各压片1 次，共经过8 道轧延.将压好的面片迅速放入塑料平板中，并用塑料薄膜覆盖后用湿纱布封口，避免水分挥发.静置20 min 后，取出切条备用.

1.3.2 测定方法

1.3.2.1 面条质构特性的测定

参照王灵昭[12]的方法，略有改动.

总结性评价的优势在于能对教学目的的达成情况进行评价。而沙盘类课程更注重过程的参与性与决策的精度、配合度，这些需求都是传统的总结性评价难以兼顾的，因而难以形成对沙盘模拟过程的考核与激励。

面条TPA 特性的测定：使用Pasta8Firmness/Stickiness8Rig 探头在压缩模式（TPA 试验）下测定面条的流变性质.试验参数设置如下：测前速度为2.0 mm/s、测中速度为0.8 mm/s、测后速度为0.8 mm/s、压缩比例为70%、探头类型为Auto-0.5 g、两次压缩时间间隔为1 s.取3 根长10 cm 的鲜生面条平行放在载物板上.每个样品平行测试6 次，除去最大值与最小值，然后求取平均值.

面条拉伸特性的测定：使用Spaghetti/Noodle Tensile Rig Code A/SPR 探头.试验参数设置如下：测前速度2 mm/s、测试速度2 mm/s、测后速度10 mm/s、测试距离100 mm、探头类型Auto-0.5 g.将一根长44 cm 的鲜面条有序地缠绕在两根探测棒上，中间不可拧条、松弛，为防止滑脱可多缠绕几圈，试验开始探头上下拉伸面条，期间不得触碰样品及上下探测棒，以防影响数据.每个样品作6 个平行测试，除去最大值和最小值，然后求取4 个值的平均值.

1.3.2.2 生面条微观结构的测定

参照Kim 等[13]的方法，略有改动.制作的面条经过冷冻干燥之后，取干燥面条用手小心地掰断，不可按压横截面，取截面较为整齐的样品观察其微观结构.先将样品放入电镜载物腔内，然后抽真空、加压（20 kV）、扫描，分别用从小到大的倍数观察面条的结构，同时进行拍照.本试验中样品的放大倍数为800 倍和1 600 倍.

1.4 数据统计与处理

试验结果以两次以上试验的平均值±标准偏差表示，并使用SPSS 13.0 for Windows 软件进行单因素方差分析，p＜0.05 代表差异显著.

2 结果与讨论

2.1 TG 酶对生面条质构特性的影响

2.1.1 TG 酶对生面条硬度的影响

由图1 可知，TG-M 酶在低添加量（0.2%）时显著增加了生面条的硬度，进一步添加则没有明显的变化；TG-B 酶在0.2%～0.8%的添加量与不加酶面条的硬度没有显著性变化，只有在1%时才明显改善；添加绿维康TG 酶生面条的硬度呈现先增大后减小的趋势，在0.5%时达到最大值；东圣TG 酶的添加使生面条的硬度逐渐增加，在1.0%时达到最大值.不同TG 酶的不同添加量（0.2%的TG-B除外）对面条的硬度都有所改善.

图1 4 种TG 酶对生面条硬度的影响Fig.1 The effect of four kinds of transglutaminase on hardness of fresh oat noodles

2.1.2 TG 酶对生面条弹性的影响

由图2 可知，不同酶的不同添加量对生面条的弹性都有增大的趋势，但增大的幅度较平缓.TG-M 酶的不同添加量与不加酶的生面条相比，弹性都明显增大；TG-B 酶添加量为0.5%～1.0%时，生面条的弹性显著增加；绿维康TG 酶的不同添加量对面条的弹性都有所影响；东圣TG 酶添加量为1.0%时，生面条的弹性显著增加.

图2 4 种TG 酶对生面条弹性的影响Fig.2 The effect of four kinds of transglutaminase on springiness of fresh oat noodles

2.1.3 TG 酶对生面条黏聚性的影响

由图3 可知，不同酶的不同添加量对生面条的黏聚性的影响很复杂.TG-M 酶的不同添加量与不加酶的生面条相比，黏聚性都得到了提高，在0.2%时达到最大值；TG-B 酶的变化比较复杂，在添加量为0.5%和1.0%时显著提高；绿维康TG 酶对生面条的黏聚性没有显著影响；东圣TG 酶对生面条黏聚性的影响呈显著增加的趋势，在添加量为1.0%时达到最大值.

图3 4 种TG 酶对生面条黏聚性的影响Fig.3 The effect of four kinds of transglutaminase on cohesiveness of fresh oats noodles

2.1.4 TG 酶对生面条回复性的影响

由图4 可知，TG 酶对生面条的回复性和对生面条黏聚性的影响是相似的.TG-M 酶添加量为0.2%时，生面条回复性达到最大值；TG-B 酶的变化比较复杂，添加量在0.5%和1.0%时显著提高，在0.2%与0.8%时显著减小；绿维康TG 酶对不加酶生面条的回复性没有显著作用；东圣TG 酶对生面条的回复性有显著增加的趋势，在添加量为1.0%时达到最大值.

图4 4 种TG 酶对生面条回复性的影响Fig.4 The effect of four kinds of transglutaminase on resilience of fresh oat noodles

2.1.5 TG 酶对生面条拉断力的影响

由图5 可知，不同酶的不同添加量都显著地增大了生面条的拉断力.其中以TG-M 酶和东圣TG 酶在1.0%添加量时的改善效果最显著；说明TG 酶的添加提高了面团的韧性和延伸性.从另一方面说明了TG 酶的添加，增加了面条的硬度及其中面筋的筋力，并且添加量越高，拉断力越大，意味着面条中面筋的筋力越大，蛋白质分子间的交联更紧密.

图5 4 种TG 酶对生面条拉断力的影响Fig.5 The effect of four kinds of transglutaminase on pulling force of fresh oat noodles

2.1.6 TG 酶对生面条拉伸距离的影响

由图6 可知，不同酶随添加量变化对生面条的拉伸距离的影响是显著增大的.其中TG-M 酶在1.0%添加量时的作用效果最显著；TG-B 酶的作用是先增大后减小，在添加量为0.5%时的作用最显著；绿维康TG 酶在0.2%时对生面条拉伸距离的改善效果较好；东圣TG 酶的添加显著改善了生面条的拉伸距离，在添加量为0.5%与1.0%时拉伸距离最大，总体来看，添加1.0% TG-M 时生面条的拉伸距离最大，但东圣TG 酶各个添加量对生面条的拉伸距离都有显著的提高.

综上所述，TG 酶的添加有效地改善了生面条TPA 的各项指标.TG 酶能够有效改善燕麦面条质构特性，可能是由于燕麦中的球蛋白和谷蛋白都是谷氨酰胺转氨酶较好的反应底物，通过TG 酶的作用，催化了面筋蛋白和燕麦蛋白形成分子内或分子间交联，从而改善了面筋网络结构，改善燕麦面团的流变学特性，提高其加工特性[14].

图6 4 种TG 酶对生面条拉伸距离的影响Fig.6 The effect of four kinds of transglutaminase on pulling distance of fresh oat noodles

4 种TG 酶可能由于酶的来源、生产条件等不同，造成其最适作用条件不同.在本试验条件下，它们对燕麦面条的质构品质改善效果不同，TG-M酶在0.2%添加量时显著改善了生面条的弹性、黏聚性和回复性，在1.0%时有效地改善了燕麦面条的拉伸距离和拉断力.TG-B 酶在添加量为0.5%时对生面条各项指标的改善作用最好；综合每个指标的改善结果，绿维康TG 酶的0.2%添加量是最好的；整体来说，东圣TG 酶的表现最好，在每个指标、每个添加量对生燕麦面条都有较好的改善作用，其中以1.0%的添加量的作用最明显.

2.2 东圣TG 酶对生面条微观结构的影响

图7 为东圣TG 酶不同添加量（0%、0.2%、0.5%、0.8%和1.0%）制作的生面条，其断面放大800 倍和1 600 倍的图像.从800 倍图像上能直观地看出，东圣TG 酶5 个不同添加量所制作的面条内部结构存在差异，随着酶添加量的增加，由于淀粉颗粒较多地游离于蛋白之外，转变为较多地掩埋于蛋白中，蛋白膜增多，结构由松散变紧密.东圣TG 酶在0.2%的添加量时可明显看到蛋白增多但没有形成紧密、连续的面筋网络，结构疏松.添加1.0%东圣TG 酶的生面条淀粉颗粒均匀地分散于蛋白间，借助于蛋白基质连黏于面筋网络上，且彼此之间相互聚集成堆，蛋白基质也变得更加密实.说明了TG 酶催化面筋蛋白和燕麦蛋白形成的分子内或分子间交联使面筋网络更稳定，结构更密实.

从1 600 倍图像上可清晰地看出，TG 酶在低添加量时生燕麦面条的淀粉颗粒较多地分散于蛋白外围，结构疏松；而高添加量时蛋白膜增多，这是由于原料中有足够的反应底物，使TG 酶的作用得到发挥，促进燕麦蛋白与面筋蛋白分子之间及相互间的交联，形成了较多的面筋网络，使生面条的质构变好，从而使拉伸性能得到提高.由此可能推断出，良好的连续性蛋白质网络结构是使面条具有较强延伸性和抗断条能力的根本保证.此电镜图像正好与生面条质构和拉伸试验所得结论一致，即添加东圣TG 酶对生面条的质构和延伸性及抗断条能力有良好的作用.其中以添加量为1.0%的作用最好.

图7 东圣TG 酶对生面条微观结构的影响Fig.7 The effect of Dongsheng TG on microstructure of fresh oat noodles

3 结论

4 种商品TG 酶均可以提高燕麦生面条的硬度和弹性，增大生面条的拉断力和拉伸距离，并呈现较明显的量效关系.东圣TG 酶添加可使生面条内部形成更加完整的面筋蛋白网络结构，因此显著改善了生面条的黏聚性和回复性.

［1］田灏，陆丽霞，熊晓辉.改善食品质构的直接交联酶［J］.食品工业科技，2010，31（5）:399-401.

［2］蔡培钿，白卫东，赵文红，等.转谷氨酰胺酶及其在食品工业中的应用［J］.中国调味品，2010，35（4）:35-38.

［3］胡新中.燕麦食品加工及功能特性研究进展［J］.麦类作物学报，2005，25（5）:122-124.

［4］Gujral H S，Rosell C M.Functionality of rice flour modified with a microbial transglutaminase［J］.Journal of Cereal Science，2004，39（2）:225-230.

［5］Song J Y，Shin M S.Effects of soaking and particle sizes on the properties of rice flour and gluten-free rice bread［J］.Food Science and Biotechnology，2007，16:759-764.

［6］Moore M M，Heinbockel M，Dockery P，et al.Network formation in gluten-free bread with application of transglutaminase［J］.Cereal Chemistry，2006，83（1）:28-36.

［7］Ronda F，Gómez M，Caballero P A，et al.Improvement of quality of gluten -free layer cakes［J］.Food Science and Technology International，2009，15（2）:193-202.

［8］Marco C，Rosell C M.Breadmaking performance of protein enriched，gluten-free breads［J］.European Food Research and Technology，2008，227（4）:1205-1213.

［9］Renzetti S，Dal Bello F，Arendt E K.Microstructure，fundamental rheology and baking characteristics of batters and breads from different gluten-free flours treated with a microbial transglutaminase ［J］.Journal of Cereal Science，2008，48（1）:33-45.

［10］Li G L，Shi J L，Yan M M，et al.Effects of transglutaminase on the quality of fried instant buckwheat noodle［J］.Transactions of the CSAE，2008，24（9）:281-287.

［11］王凤.燕麦面团的物性改善及其在燕麦面条中的应用［D］.无锡:江南大学，2009.

［12］王灵昭.面条质地评价体系的研究［D］.郑州:郑州工程学院，2003.

［13］Kim H J，Morita N，Lee S H，et al.Scanning electron microscopic observations of dough and bread supplemented with Gastrodia elata Blume powder ［J］.Food Research International，2003，36（4）:387-397.

［14］Huang W，Li L，Wang F，et al.Effects of transglutaminase on the rheological and Mixolab thermomechanical characteristics of oat dough［J］.Food Chemistry，2010，121（4）:934-939.