宋春麗，趙新淮*

(1.齊齊哈爾大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，黑龍江 齊齊哈爾 161006；2.東北農(nóng)業(yè)大學(xué) 乳品科學(xué)教育部重點實驗室，黑龍江 哈爾濱 150030)

食品蛋白質(zhì)是人類和動物必需的營養(yǎng)素，它的一些功能特性如溶解性、乳化性、起泡性、膠凝性等，是賦予食品良好的質(zhì)構(gòu)、穩(wěn)定性和加工特性的重要內(nèi)在因素。但是，任何一種單一來源的天然蛋白質(zhì)，不可能具有上述的所有這些優(yōu)良功能性質(zhì)。因而，蛋白質(zhì)改性技術(shù)成為賦予食品蛋白質(zhì)某些優(yōu)良特性的必要手段。

食品蛋白質(zhì)的糖基化修飾，是將親水性的糖類物質(zhì)以共價鍵連接的方式導(dǎo)入食品蛋白質(zhì)分子之中，使修飾產(chǎn)物即糖蛋白既具有蛋白質(zhì)的大分子特性，又具有糖類物質(zhì)的親水特性。研究發(fā)現(xiàn)，糖蛋白表現(xiàn)出優(yōu)越的乳化能力，并且在溶解性、膠凝性、流變學(xué)特性、抗氧化性、熱穩(wěn)定性、抗菌性等功能特性方面，也有不同程度的提高?？梢哉f，食品蛋白質(zhì)的糖基化修飾是對其功能性質(zhì)的一種有效改善。

蛋白質(zhì)的糖基化，作為開發(fā)功能性配料的一個有效手段，是食品蛋白質(zhì)研究的熱點問題之一。美拉德反應(yīng)(Maillard reaction)是食品蛋白質(zhì)糖基化修飾的途徑之一，近十幾年中被眾多的科學(xué)家采用，已有效的改善蛋白質(zhì)的功能性質(zhì)。同時，另一種蛋白質(zhì)糖基化途徑——轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶催化(transglutaminase)的蛋白質(zhì)糖基化，最近已經(jīng)被成功的應(yīng)用于酪蛋白和大豆蛋白的糖基化，顯示出其應(yīng)用前景?；诘鞍踪|(zhì)功能性質(zhì)與食品品質(zhì)的關(guān)系，以及糖蛋白優(yōu)異功能特性的應(yīng)用潛力，本文綜述了蛋白質(zhì)美拉德反應(yīng)糖基化和轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶催化途徑，并對反應(yīng)機制、產(chǎn)物結(jié)構(gòu)和功能性質(zhì)變化等進(jìn)行簡單討論和介紹。

1 美拉德反應(yīng)途徑

1.1 美拉德反應(yīng)的化學(xué)機制

美拉德反應(yīng)是普遍存在于食品體系、涉及到蛋白質(zhì)和碳水化合物的一個反應(yīng)，是醛、酮、還原糖以及脂肪氧化生成的羰基化合物與胺類、氨基酸、肽、蛋白質(zhì)甚至氨水中的氨基之間的反應(yīng)。該反應(yīng)是法國生物化學(xué)家Louis Camille Maillard于1912年發(fā)現(xiàn)。該反應(yīng)比較復(fù)雜，包括縮合、降解、裂解、聚合等一系列反應(yīng)[1]。美拉德反應(yīng)的第一步，是還原糖的羰基和氨基酸的氨基發(fā)生的縮合反應(yīng)，生成糖基化產(chǎn)物(即糖蛋白)。然后，形成的氨基糖經(jīng)Amadori和Heyns重排，得到糖醛類、還原酮類或脫氫還原酮類等中間產(chǎn)物。最后，經(jīng)過一系列反應(yīng)形成各種化合物，包括類黑精物質(zhì)。

1.2 食品蛋白質(zhì)的糖基化與功能性質(zhì)變化

從20世紀(jì)90年代開始，食品科學(xué)家開始致力于利用美拉德反應(yīng)對食品蛋白質(zhì)進(jìn)行糖基化。所研究的蛋白質(zhì)包括酪蛋白、卵白蛋白、乳蛋白、β-乳球蛋白、牛血清白蛋白、肌原纖維蛋白、血漿蛋白、面筋蛋白、大豆蛋白和溶菌酶等。研究發(fā)現(xiàn)，糖基化修飾產(chǎn)物的功能性質(zhì)都有不同程度的改善。

1.2.1 溶解性質(zhì)

美拉德反應(yīng)將糖基通過共價鍵連接而導(dǎo)入食品蛋白質(zhì)分子之中。所連接的糖基分子中，其羥基的親水特性能夠顯著的提高蛋白質(zhì)的溶解性[2]。研究結(jié)果表明，在60℃、相對濕度79%的條件下，隨著反應(yīng)時間的延長，部分水解的面筋蛋白與糊精的美拉德反應(yīng)產(chǎn)物，其溶解性逐漸增加，而且反應(yīng)3周后的產(chǎn)物在pH2～12的范圍內(nèi)保持良好的溶解性，如果只將反應(yīng)物進(jìn)行簡單混合則不會出現(xiàn)這些結(jié)果[3]。大豆蛋白與阿拉伯膠進(jìn)行美拉德反應(yīng)，同樣可以提高蛋白質(zhì)的溶解性。Mu等[4]研究發(fā)現(xiàn)，濕熱法制備的大豆蛋白-阿拉伯膠共聚物，在等電點條件下的溶解性增加了近40%。卵白蛋白與葡萄糖、甘露糖在干熱條件下(50℃、相對濕度65%)反應(yīng)10d，所得的產(chǎn)物能夠完全溶于pH7.0的磷酸鹽緩沖液[5]。

利用美拉德反應(yīng)糖基化改善蛋白質(zhì)的溶解性時，糖的種類影響較大。魚肌原纖維蛋白與葡萄糖或者海藻低聚糖在40℃、相對濕度65%條件下反應(yīng)24h，所得糖蛋白若要達(dá)到相似的溶解度(如在0.16mol/L的NaCl中溶解度達(dá)到50%左右)，前者參與反應(yīng)的賴氨酸為6.8%，后者則為28.2%[6]。此外，Saeki等[7]研究鯉魚肌原纖維蛋白質(zhì)的葡萄糖糖基化時，發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)中17%的賴氨酸參與美拉德反應(yīng)時，61%的肌球蛋白或82%的肌動蛋白能夠溶解在0.1mol/L的NaCl溶液中。

1.2.2 乳化性質(zhì)

對于糖蛋白，它的蛋白質(zhì)部分可以有效的吸附在油-水界面上，降低界面張力，所導(dǎo)入的糖基部分(特別是多糖分子)能夠在膜的周圍形成立體網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，增加膜的厚度和機械強度，所以，有利于乳化性質(zhì)的提高。有研究結(jié)果證實，美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的乳化性優(yōu)于某些商業(yè)的乳化劑。在60℃、79%的相對濕度條件下，得到的血漿蛋白和半乳甘露聚糖共聚物，其乳化能力是血漿蛋白的1.4倍，并且乳化穩(wěn)定性增加了10倍[8]。溶菌酶與半乳甘露聚糖干熱反應(yīng)2周后，產(chǎn)物的乳化能力隨著半乳甘露聚糖分子質(zhì)量(3.5～6.0、6.0～12、24kD)的增加而增加；同時，相應(yīng)的3種美拉德產(chǎn)物的乳濁液穩(wěn)定時間分別為：小于1min(與溶菌酶的乳化穩(wěn)定時間相近)、1.7min、大于25min[9]。這個結(jié)果表明，糖基分子的大小對乳化性質(zhì)產(chǎn)生了重要的影響。Babiker等[10]的研究也表明，增加糖鏈長度能夠改善糖基化產(chǎn)物的乳化能力；谷蛋白的胰凝乳蛋白酶水解物與殼聚糖在干熱條件下反應(yīng)15d得到的糖蛋白，在酸性pH值條件下，分子質(zhì)量高的殼聚糖更能夠提高乳化能力(4倍左右)。此外，增加糖基的導(dǎo)入量也能夠提高糖蛋白的乳化能力。如果半乳甘露聚糖的導(dǎo)入量增加(從1mol增加至2mol)，溶菌酶-半乳甘露聚糖共聚物的乳化能力也得到提高[9]。大豆分離蛋白與魔芋膠的干熱法制得的美拉德產(chǎn)物，也具較好的乳化性質(zhì)[11]。

反應(yīng)底物的配比，即蛋白質(zhì)與糖基的配比，這將一定程度上決定糖基的導(dǎo)入量，進(jìn)而會影響到糖蛋白的乳化性能。大豆分離蛋白和右旋糖苷在60℃、按3：1的質(zhì)量比反應(yīng)15d，所得糖蛋白質(zhì)量比1：1得到的糖蛋白具有最好的乳化能力[12]。

當(dāng)然，蛋白質(zhì)的美拉德反應(yīng)產(chǎn)物除了具有更好的乳化能力外，其他的一些功能特性也可能同時得到改善。60℃加熱β-乳球蛋白與單糖(阿拉伯糖、半乳糖、葡萄糖、鼠李糖或核糖)或二糖(乳糖)的混合物，得到的糖蛋白在乳化性、溶解性、起泡性及熱穩(wěn)定性方面，均有不同程度的提高[13]。

1.2.3 膠凝性質(zhì)

許多研究結(jié)果表明，美拉德反應(yīng)能夠增加蛋白質(zhì)凝膠強度。例如，卵白蛋白與葡萄糖在55℃、相對濕度35%的條件下反應(yīng)，利用產(chǎn)物形成熱誘導(dǎo)凝膠，發(fā)現(xiàn)該凝膠的凝膠斷裂強度和持水性都隨著加熱時間的延長而增加[14]。卵白蛋白與半乳甘露聚糖的美拉德反應(yīng)產(chǎn)物，在較寬pH值范圍(pH3或pH7～9)和低離子強度(NaCl濃度小于100mmol/L)條件下，也能制得堅實而透明的熱誘導(dǎo)凝膠[15]。

糖的種類對糖蛋白的膠凝性質(zhì)影響很大。乳糖與乳清濃縮蛋白的美拉德產(chǎn)物，相比乳清濃縮蛋白，需要更長的時間和更高的溫度才能形成凝膠，同時，凝膠的斷裂強度減?。慌c此不太一致的是，核糖與乳清濃縮蛋白反應(yīng)得到的美拉德產(chǎn)物，其凝膠的斷裂強度和凝膠彈性卻得到增強[16]。

不過，也有研究結(jié)果表明美拉德反應(yīng)不會明顯的改變蛋白的膠凝性，牛血清白蛋白就是一個特例。牛血清白蛋白和牛血清白蛋白的木糖共聚物的酸誘導(dǎo)凝膠的性質(zhì)表現(xiàn)出許多相似點，二者都能在較低濃度下形成凝膠，形成凝膠后pH值都下降到4.9，并且凝膠表現(xiàn)出相似的黏彈性[17]。

1.2.4 流變學(xué)特性

流變學(xué)是食品蛋白質(zhì)的重要的功能性質(zhì)之一，影響著加工食品的質(zhì)構(gòu)特性。Corzo-Martínez等[18]的研究發(fā)現(xiàn)，糖基化酪蛋白(糖基為半乳糖、乳糖、葡聚糖)的表觀黏度，會隨著糖基化反應(yīng)程度的增加而增加，在50℃條件下酪蛋白與半乳糖反應(yīng)48h后，糖基化酪蛋白具有最大的表觀黏度；此外，糖基化酪蛋白的彈性模量也隨著糖基化反應(yīng)程度的增加而增加。Oliver等[19]的研究結(jié)果也表明，美拉德反應(yīng)能夠增加產(chǎn)物的黏度，在60℃、相對濕度67%條件下，酪蛋白酸鈉和果糖反應(yīng)48h后，黏度增加了24倍；酪蛋白酸鈉、果糖、菊粉按照質(zhì)量比1：1：0.2反應(yīng)，產(chǎn)物的黏度則可以增加15倍。一個實際應(yīng)用的例子是：將大豆分離蛋白與葡聚糖在干熱條件反應(yīng)，制得的美拉德產(chǎn)物加入到自制的色拉醬中，產(chǎn)品具有更好的流變性[20]。

1.2.5 熱穩(wěn)定性

美拉德反應(yīng)造成蛋白質(zhì)與多糖的共價結(jié)合，抑制了蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)之間的相互作用，從而可以提高蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)定性。在pH 5、85℃條件下，β-乳球蛋白與葡聚糖發(fā)生美拉德反應(yīng)后，蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)定性提高[21]。血漿蛋白的半乳甘露聚糖糖基化產(chǎn)物，在80℃熱處理30min，仍然具有較好的乳化能力[8]。在pH 7.5、50℃熱處理6h，鯉魚肌原纖維蛋白及其與葡聚糖的美拉德產(chǎn)物，在濁度及溶解性變化明顯不同：前者濁度明顯增加，而后者的濁度增加較??；前者中的不溶性蛋白質(zhì)占63%，而后者中僅有10%[22]。

1.2.6 其他性質(zhì)

蛋白質(zhì)的糖基化反應(yīng)可以提高蛋白質(zhì)的抗氧化性。Nakamura等[23]通過美拉德反應(yīng)，將糊精共價導(dǎo)入卵清蛋白中，糖基化的蛋白具有更好的抗氧化能力。在濕熱法(80℃、12h)條件下酪蛋白水解物和葡萄糖反應(yīng)，產(chǎn)物清除DPPH自由基的能力增強[24]。Chevalier等[25]的研究也表明，美拉德糖基化蛋白具有較好的抗氧化性。不過，筆者認(rèn)為，蛋白質(zhì)糖基化后抗氧化活性的提高，應(yīng)該是與其中所含的美拉德反應(yīng)后期產(chǎn)物關(guān)系更大，與糖基化蛋白質(zhì)本身的關(guān)系不大。

蛋白質(zhì)的美拉德反應(yīng)對其致敏作用也存在影響作用，但是研究結(jié)果不一致。例如，β-乳球蛋白的糖基化修飾降低了致敏作用[26]，而花生蛋白的糖基化修飾增加致敏作用[27]。所以，這一方面還有待進(jìn)一步的研究。

1.3 蛋白質(zhì)的糖基化修飾與結(jié)構(gòu)變化

糖蛋白的糖基化修飾是在蛋白質(zhì)分子的側(cè)鏈引入糖基，所以勢必對蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。對糖基化蛋白結(jié)構(gòu)的研究，有利于了解糖基化蛋白功能性質(zhì)變化的因果關(guān)系。不過，相對于對糖基化蛋白功能性質(zhì)的研究，對糖基化蛋白結(jié)構(gòu)的研究較少。目前，對糖基化蛋白結(jié)構(gòu)的相關(guān)研究，主要是對蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)、二級結(jié)構(gòu)以及蛋白質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)的研究。

1.3.1 微結(jié)構(gòu)變化

目前，主要利用掃描電子顯微鏡、透射電鏡、原子力顯微鏡和激光共聚焦顯微鏡等手段研究微結(jié)構(gòu)。Niu等[28]利用掃描電子顯微鏡，分析了葡聚糖的導(dǎo)入對小麥胚芽蛋白微結(jié)構(gòu)的影響，結(jié)果顯示，小麥胚芽蛋白的微結(jié)構(gòu)從大的、不平坦、無規(guī)則的顆粒變成細(xì)條形的顆粒，而且糖基化反應(yīng)后許多小麥胚芽蛋白的粒子趨于伸展。Zhu等[29]利用透射電鏡發(fā)現(xiàn)乳清蛋白的粒子大小為3～5nm，而乳清蛋白與葡聚糖美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的粒子大小則增大到15～30nm。Mu等[30]利用β-酪蛋白與葡聚糖(分子質(zhì)量為10kD)，在物質(zhì)的量比1：8下反應(yīng)24h得到糖蛋白，利用原子力顯微鏡分析，發(fā)現(xiàn)該蛋白典型顆粒的直徑是110nm，高度為10nm。Zhang等[31]用激光共聚焦顯微鏡分析乳化液滴的大小，發(fā)現(xiàn)由β-伴大豆球蛋白-葡聚糖的美拉德反應(yīng)產(chǎn)物形成的乳化液滴較小(0.1～10μm)，絮凝程度減弱，這一結(jié)果還證實乳濁液的穩(wěn)定性。

1.3.2 一級結(jié)構(gòu)變化

電噴霧電離質(zhì)譜(ESI-MS)和基質(zhì)輔助激光解吸-電離飛行時間質(zhì)譜(MALDI-MS)，能夠精確測定蛋白質(zhì)與糖基的交聯(lián)位點，是研究糖基化蛋白結(jié)構(gòu)的有效手段。Oliver等[32]綜述了這2種方法在乳蛋白美拉德糖基化分析中的應(yīng)用。Fenaille等[33]則利用ESI-MS和MALDI-MS，確定了β-乳球蛋白與乳糖或半乳糖的糖基化位點；他們發(fā)現(xiàn)MALDI-MS能更加有效的確定產(chǎn)物的糖基化位點，賴氨酸是主要的糖基化位點，隨后是α-氨基和Arg-124；另外，與半乳糖相比，乳糖與β-乳球蛋白的交聯(lián)位點具有專一性。

ESI-MS和MALDI-MS能夠精確測定美拉德產(chǎn)物的分子質(zhì)量，分析美拉德產(chǎn)物交聯(lián)程度。例如，相關(guān)的MALDI-MS分析表明，β-乳球蛋白與半乳低聚糖發(fā)生美拉德反應(yīng)(水分活度 0.44、40℃、反應(yīng)23d)后，β-乳球蛋白的平均分子質(zhì)量增加了21%[34]。French等[35]分別采用干熱法和濕熱法制備β-乳球蛋白-乳糖共聚物，然后利用ESI- MS和MALDI-MS測定反應(yīng)過程中β-乳球蛋白的糖基化反應(yīng)程度；他們發(fā)現(xiàn)，隨著反應(yīng)時間的延長(＞3h)，濕熱法所得產(chǎn)物的ESI-MS圖譜中糖蛋白的信號消失，隨之非糖蛋白的信號強度增強；然而，當(dāng)利用高靈敏度的MALDI-MS分析時，結(jié)果表明產(chǎn)物仍然是糖蛋白，其最大的交聯(lián)度為11%～12%。

紅外光譜在一定程度上能夠反應(yīng)蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)。糖基化蛋白一級結(jié)構(gòu)的變化，主要體現(xiàn)在C－N和N－H鍵的變化，這些基團(tuán)具有紅外特征吸收峰。Gu等[36]分析酪蛋白與葡萄糖的美拉德產(chǎn)物的紅外特征，結(jié)果表明，酰胺-Ⅰ和酰胺-Ⅱ吸收強度減少，相應(yīng)的，C＝O(1650cm－1)和C－N(1540cm－1)的吸收強度增強；酰胺-Ⅲ(主要是C－N伸縮振動和N－H伸縮振動，在1300～1200cm－1有吸收)的吸收強度減小，這也一定程度上表明蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變。

1.3.3 二級結(jié)構(gòu)

整體上看，美拉德反應(yīng)糖基化引起蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的改變，主要表現(xiàn)為α螺旋、β折疊、β轉(zhuǎn)角和無規(guī)則卷曲的增減。相關(guān)研究采用的手段主要為圓二色譜和X射線等。

采用圓二色譜分析糖基化蛋白的二級結(jié)構(gòu)的研究相對較多。Niu等[28]研究表明，小麥胚芽蛋白的二級結(jié)構(gòu)中α螺旋57%、β折疊9%、無規(guī)則卷曲33%；而其與葡聚糖進(jìn)行美拉德反應(yīng)后，產(chǎn)物的二級結(jié)構(gòu)中α螺旋99%、無規(guī)卷曲1%。這一分析結(jié)果表明糖基化反應(yīng)對蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)影響很大。Darewicz等[37]的研究表明，β-酪蛋白-葡萄糖的糖基化產(chǎn)物中β轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)增加，而無規(guī)卷曲結(jié)構(gòu)減少，α螺旋和β-折疊結(jié)構(gòu)沒有明顯變化。Stanic-Vucinic等[38]采用圓二色譜研究β乳球蛋白與一些單糖(如葡萄糖、半乳糖、果糖、核糖和阿拉伯糖)或二糖(乳糖)的美拉德反應(yīng)產(chǎn)物，結(jié)果表明，蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)和三級結(jié)構(gòu)基本不變。β-乳球蛋白與葡萄糖反應(yīng)后得到的共聚物，其二級和三級結(jié)構(gòu)也基本不變[39]。羧甲基纖維素-大豆分離蛋白共聚物的X射線衍射掃描表明，美拉德反應(yīng)會降低大豆分離蛋白的結(jié)晶度[40]。

1.4 美拉德反應(yīng)糖基化途徑所存在的問題

蛋白質(zhì)的美拉德反應(yīng)糖基化修飾能夠有效地改善蛋白質(zhì)的功能性質(zhì)，但是所存在的問題也不容忽視。1)制備工藝上，美拉德糖基化存在不足。目前，糖基化反應(yīng)途徑主要包括2種方法：干熱法和濕熱法。干熱反應(yīng)速率很慢，在已研究的蛋白中，酪蛋白反應(yīng)速率最快，要達(dá)到理想的反應(yīng)程度需要大約 24h，而多數(shù)蛋白質(zhì)在適宜的條件下的常常需要 2～3 周才能完成反應(yīng)。同時，利用干熱反應(yīng)、欲得到理想的糖基化產(chǎn)物，就需要對反應(yīng)條件加以嚴(yán)格控制。濕熱法糖基化，雖然速度有所提高，但是主要是應(yīng)用在簡單蛋白質(zhì)與單糖或雙糖之間的反應(yīng)，如β-乳球蛋白與乳糖的濕熱反應(yīng)[35,39]。2)美拉德反應(yīng)存在產(chǎn)品褐變而影響產(chǎn)品的感官特性的問題，這是所不期望的。3)存在降低食品蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價值的問題[41]。賴氨酸是必需氨基酸，而美拉德反應(yīng)中，賴氨酸通常是首先反應(yīng)的交聯(lián)位點。4)由于反應(yīng)中所得的產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜，種類繁多，因而存在食品安全問題[42]。有研究證實，一些含水量低且富含淀粉和糖類的物質(zhì)，加熱處理后形成5-羥甲基糠醛，該物質(zhì)的代謝產(chǎn)物是5-硫代甲氧基糠醛，它對細(xì)菌和哺乳動物細(xì)胞具有損傷基因及誘發(fā)突變的作用[43]。也有研究證實，美拉德終產(chǎn)物可以引起氧化性應(yīng)激和毒害神經(jīng)元[44-45]、引發(fā)炎癥[46]、促使結(jié)締組織老化[47]。

可見，利用美拉德反應(yīng)對蛋白質(zhì)進(jìn)行糖基化修飾，確實存在一些不足之處。因此，需要尋求可以替代美拉德反應(yīng)的蛋白質(zhì)糖基化新方法，例如，利用某些酶的作用。

2 轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶途徑

2.1 轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶與其催化反應(yīng)機制

轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶(EC 2.3.2.13)廣泛地存在于動物、植物和微生物體內(nèi)。商品化的轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶最初是從豚鼠肝臟中提取的，由于酶的原料來源較少、分離純化工藝復(fù)雜，導(dǎo)致酶的價格十分昂貴，僅限于基礎(chǔ)研究中應(yīng)用。因此早期關(guān)于轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶應(yīng)用的研究較少。1993年日本味素公司將微生物轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，推出的轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶，推動了該酶在研究和生產(chǎn)中的應(yīng)用。此后，關(guān)于轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶改善蛋白質(zhì)功能性質(zhì)的研究相當(dāng)多，應(yīng)用于眾多類型的食品，如海洋食品、肉制品、乳制品、面制品、烘焙食品、豆制品等，相關(guān)文獻(xiàn)和綜述頗多，這里不加介紹。

圖 1 轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶催化的蛋白質(zhì)交聯(lián)與胺類化合物導(dǎo)入反應(yīng)Fig.1 Cross-linking of proteins and incorporation of amine compounds catalyzed by transglutaminase

轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶能夠催化蛋白質(zhì)分子中谷氨酰胺殘基與賴氨酸殘基中的ε-氨基發(fā)生反應(yīng)，形成分子內(nèi)和/或分子間形成ε-(γ-谷氨?；?賴氨酸異肽鍵，結(jié)果使蛋白質(zhì)分子發(fā)生交聯(lián)。其中，賴氨酸殘基可以被伯胺類物質(zhì)取代，即轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶能夠催化蛋白分子中谷氨酰胺殘基與伯胺類物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。也就是說，對于蛋白質(zhì)底物，轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶可催化以下兩種反應(yīng)，如圖1所示。反應(yīng)A產(chǎn)生γ-谷氨酰基-ε-賴氨酸側(cè)鏈肽，導(dǎo)致蛋白質(zhì)交聯(lián)；反應(yīng)B使得在蛋白質(zhì)底物上導(dǎo)入胺類化合物，兩種反應(yīng)競爭發(fā)生[48]。如果所導(dǎo)入的胺類化合物是一個氨基糖，就產(chǎn)生蛋白質(zhì)的糖基化反應(yīng)。但利用轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶對蛋白質(zhì)進(jìn)行糖基化的研究較少，同時，蛋白質(zhì)分子之間的交聯(lián)反應(yīng)也是不可避免的。

2.2 蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶途徑糖基化研究近況

相對于轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶催化的蛋白質(zhì)交聯(lián)的研究，轉(zhuǎn)谷胺酰胺酶途徑的蛋白質(zhì)糖基化研究極少，僅有有限的幾篇報道。起初，研究者嘗試?yán)迷撁父纳粕锩傅男再|(zhì)。Villalonga等[49]利用轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶的催化作用使β-環(huán)糊精的衍生物(單-[6-(乙二胺)-6-脫氧]-β-環(huán)糊精等)與胰蛋白酶交聯(lián)，發(fā)現(xiàn)胰蛋白酶-環(huán)糊精共聚物的熱穩(wěn)定性大大增強。Yan等[50]利用動物來源的轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶，將胺化的麥芽三糖導(dǎo)入β-酪蛋白，1mol琥珀?；摩?酪蛋白可結(jié)合8mol胺化的麥芽三糖，首先證實轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶途徑實現(xiàn)蛋白質(zhì)糖基化的可行性。隨后，Colas等[51]利用轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶，將半乳糖胺導(dǎo)入豌豆蛋白和醇溶蛋白，每摩爾豌豆蛋白及醇溶蛋白分別導(dǎo)入18和57個糖基單位(6-乙氨基-β-D-1-硫代吡喃半乳糖），糖基化蛋白在等電點處的溶解度增加了20%。隨后，利用轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶對蛋白質(zhì)糖基化的研究幾乎停滯。

最近，本研究組也注意到轉(zhuǎn)谷胺酰胺酶在蛋白質(zhì)糖基化方面的潛力，分別將氨基葡萄糖共價交聯(lián)至大豆分離蛋白和酪蛋白，同時誘導(dǎo)蛋白質(zhì)發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，并發(fā)現(xiàn)糖基化蛋白質(zhì)的溶解性、乳化性質(zhì)等都有較大改善，尤其是流變學(xué)性質(zhì)[52-54]。反應(yīng)時間短、產(chǎn)物的性質(zhì)變化顯著。與單糖相比，寡糖具有更高的分子質(zhì)量和更多的親水性羥基，利用轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶將寡糖導(dǎo)入蛋白質(zhì)中，在改善蛋白質(zhì)功能特性方面將會具有更好的前景。所以，F(xiàn)lanagan等[55]就利用轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶將酪蛋白酸鈉與阿拉伯膠共聚，賦予產(chǎn)品新的功能性質(zhì)。不過，有關(guān)糖基化反應(yīng)對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響，結(jié)構(gòu)變化與功能性質(zhì)之間的內(nèi)在關(guān)系，還未得到揭示和解釋。

轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶催化的蛋白質(zhì)糖基化，是一種有前景的糖基化途徑，能夠有效的改善蛋白質(zhì)的功能性質(zhì)，并且不存在美拉德反應(yīng)途徑中所存在的那些副反應(yīng)。需要進(jìn)一步深入研究不同種類的蛋白質(zhì)與具有伯胺特性的糖類之間的糖基化反應(yīng)，以及糖基化反應(yīng)對功能性質(zhì)的影響，以最終建立轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶途徑的蛋白質(zhì)新型糖基化技術(shù)。

3 結(jié) 語

美拉德反應(yīng)是一個食品蛋白質(zhì)糖基化反應(yīng)修飾時最重要的反應(yīng)，在改善蛋白質(zhì)的乳化性、溶解性、流變學(xué)性質(zhì)等方面產(chǎn)生有利的影響，但是也存在反應(yīng)速度慢的缺點，以及食品安全性、營養(yǎng)學(xué)上的不足?；谵D(zhuǎn)谷氨酰胺酶途徑的蛋白質(zhì)糖基化，具有反應(yīng)速度快、不產(chǎn)生副反應(yīng)等優(yōu)點，具有進(jìn)一步研究、開發(fā)的前景。

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