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明胶是胶原变性和水解的产物,广泛应用于食品、化妆品、保健品、医药、照相等领域。在食品领域,明胶的流变学性质和溶胶凝胶可逆转化的能力很大程度上决定了产品质量和价格。制备工艺及原料特点决定了酸法明胶、冷水鱼明胶及低档次的碱法明胶等产品具有低粘度的特性,改善这类产品的粘度指标对于拓展产品的应用范围,提升产品价值十分重要。
国内外对于微生物谷氨酰胺转胺酶(MTGase)催化明胶改性的研究多集中于催化其他蛋白质或多肽交联到鱼明胶上面,而对于骨明胶以及明胶分子内及分子间交联改性研究较少;同时,对于改性后明胶性质的研究多集中于流变性能的研究,而对于改性后明胶分子结构的研究鲜有报道。
本文研究了微生物谷氨酰胺转胺酶催化低粘度明胶发生酰胺转移反应,考察了改性前后明胶技术指标和分子结构的变化,从而证明了利用谷氨酰胺转胺酶提高明胶粘度的可行性。主要工作内容及获得结论如下:
通过正交实验确定了提升明胶粘度的最佳反应条件,在反应温度50℃,pH7,反应时间8h,酶/底物质量比1:1500条件下,明胶的粘度由2.82mPa·s提升至9.9mPa·s。通过单因素实验考察了温度、pH、反应时间及酶与底物比例对改性明胶粘度的影响规律。最终能够控制改性明胶的分子量分布,从而控制改性明胶的粘度,该提升粘度方法对碱法骨明胶、酸法皮明胶、酶法骨明胶及酶法鱼皮明胶均适用;
利用激光光散射和色谱柱联用技术测定样品的分子量分布,通过测定改性前后及改性反应过程中样品的分子量分布变化,初步判定了MTGase催化明胶交联反应中不同分子量组分的交联顺序;
采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、圆二色光谱(CD)及X射线衍射(XRD)表征了改性前低粘度明胶及改性后高粘度明胶的二级结构和三级结构,结果表明:尽管改性后明胶的粘度大大提升,但明胶分子的二级结构和三级结构未发生明显变化,证明了改性前后明胶的冻力未发生变化的根本原因,从分子结构的角度对于Babin和Dickinson提出的谷氨酰胺转胺酶在明胶凝胶点以上催化交联不利于明胶凝胶强度的结论给出了相反的证据。
系统的考察了改性前后明胶粘度、冻力、粘降、热稳定性、凝胶点及溶胶凝胶可逆转化能力等实际应用指标,结果表明通过MTGase改性后明胶的粘度在6mPa·s以下时,其冻力、热稳定性及溶胶凝胶可逆转化能力基本不发生变化,并产生了粘度下降缓慢,凝胶点略有提高等对明胶性质优化的效果,证明了利用谷氨酰胺转胺酶提高明胶粘度的实用性。