[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.研究表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
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
也成为公众关注的焦点.于是,从天然生
物
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
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li鄂逢雌.蜥——{I}—罹??.
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[
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.
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133. 1999,32:129—
(编辑史来娣)
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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
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)