CN103290082A - 利用谷氨酰胺转氨酶催化明胶交联提升明胶粘度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于食品和医药领域，涉及利用谷氨酰胺转氨酶催化明胶交联提升明胶粘度的方法。本发明是在一定的pH和温度下，利用谷氨酰胺转氨酶催化明胶分子交联，产品粘度的调变可通过控制反应时间和谷氨酰胺转氨酶的加入量来实现。本发明可广泛使用于酸法、碱法、酶法制得的骨明胶和皮明胶。本发明的方法安全、无毒、工艺简单，适用于明胶生产厂或应用单位通过本发明的方法提升明胶的粘度进而提升明胶的品质和应用价值。
Description
技术领域
本发明属于食品和医药领域，涉及谷氨酰胺转氨酶催化明胶交联的方法，具体地说是通过在一定的温度和pH的条件下，谷氨酰胺转氨酶催化明胶分子交联，提高明胶粘度的方法。
背景技术
明胶(Gelatin)是以牛、猪等动物骨、皮为原料，经一系列预处理、净化，提取出其中的胶原，使其适度降解，再通过热变性等工序而制得。跟据原料的不同明胶可分为骨明胶和皮明胶，根据生产工艺的不同可分为酸法明胶和碱法明胶。
明胶具有很高的营养价值，它含有18种氨基酸，它们分别为丙氨酸、谷氨酸、苏氨酸、甘氨酸、组氨酸、亮氨酸、赖氨酸、蛋氨酸、脯氨酸、丝氨酸、酪氨酸、缬氨酸、天门冬氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸、精氨酸、异亮氨酸和苯丙氨酸；其中含有7种是人体必需的氨基酸，仅缺乏人体必需的色氨酸，明胶可以通过与其它蛋白的配合，弥补某些氨基酸含量的不足。同时明胶还富含人体必需的微量元素，包括铁、锌、铜、硒等。明胶是食品工业中重要的配料和添加剂，它可以作为增稠剂、胶凝剂、稳定剂和乳化剂等在食品加工中应用。在医药工业中，明胶是制造硬胶囊和软胶囊壳的主要材料，并且明胶的稀释液可以作为血浆的代用品。明胶在传统的照相工业中同样具有重要的地位，它是感光胶片所使用的三种大宗原料之一。同时在造纸工业中明胶也可以作为表面施胶材料，提高纸张的干、湿强度，提高纸张的光泽度。
由于明胶的制造的原料和所采用的生产工艺的不同，使得不同批次、不同提胶道次明胶在粘度、冻力等性质方面存在着差异。而这些性质关系到明胶的应用领域及市场价值。由于明胶α胶原分子侧链存在种类和数量众多的活性基团，可以通过化学的方法对其进行改性。但是传统的化学交联方法存在明显的缺陷，由于大多的交联剂有毒性，限制了交联后明胶在食品和医药领域的应用。
谷氨酰胺转氨酶(TG)[EC 2.3.2.13]，又称谷氨酰胺-肽-γ-谷氨酰胺基转移酶，是一种催化酰基转移反应的转移酶。通过这些催化反应，可使各种蛋白质分子之间或者之内发生酰基转移反应，形成交联键。目前谷氨酰胺转氨酶一般用于催化交联各种蛋白质，如，酪蛋白，大豆蛋白，谷蛋白，肌动蛋白，肌球蛋白，壳聚糖以及各种禽蛋蛋白、去骨禽肉蛋白和动物蛋白等等。
发明内容
本发明的目的是对明胶进行改性，提供一种工艺简单、成本低的利用谷氨酰胺转氨酶催化明胶交联提升明胶粘度的方法。
本发明的利用谷氨酰胺转氨酶催化明胶交联提升明胶粘度的方法，是将一定浓度的明胶溶液在弱酸性或中性条件下，控制适当的反应温度，利用谷氨酰胺转氨酶催化明胶分子交联；具体操作包括以下步骤：
(1)将明胶置于反应釜中，加水溶胀并加热(一般加热的温度为50～60℃)，搅拌，使得反应釜中的明胶溶解，得到质量浓度为1％～15％之间的明胶溶液；
(2)用酸性液或碱性液调节步骤(1)得到的明胶溶液的pH值为5～8之间；加入谷氨酰胺转氨酶，其中谷氨酰胺转氨酶与明胶的质量比为1∶200～1∶5000；在温度为37～65℃下恒温搅拌得到反应液(一般搅拌的时间为1～10小时)；
(3)将步骤(2)得到的反应液升温至90～100℃，搅拌使酶失活(一般搅拌的时间为15～20分钟)，得到明胶胶液。
本发明得到的明胶胶液可进一步经过冷冻干燥或者经三效蒸发，及浓缩后长网干燥，得到明胶产品。
所述的酸性液是盐酸、磷酸或磷酸二氢钠水溶液。
所述的碱性液是氢氧化钠水溶液或磷酸氢二钠水溶液。
所述的谷氨酰胺转氨酶可以是动物来源的，也可以是微生物来源的，微生物谷氨酰胺转氨酶为优选条件。
本发明的制备方法工艺简单，原料廉价易得，生产成本低；在一定的pH和温度下，利用谷氨酰胺转氨酶催化明胶分子交联，产品粘度的调变可通过控制反应时间和谷氨酰胺转氨酶的加入量来实现。本发明广泛使用于酸法、碱法、酶法制得的骨明胶和皮明胶。生产规模可大可小，适应性极强。适用于一般明胶厂或者明胶的应用单位，通过酶催化交联提升低品质明胶的粘度，进而提升明胶的应用价值以及市场价格。
本发明的优点在于：
1、催化明胶自身交联而不引入其它的大分子或小分子物质，不影响明胶在现有领域中的应用。
2、由于谷氨酰胺转氨酶已经广泛用于食品加工领域，采用谷氨酰胺转氨酶催化进行交联，取代高毒性的化学交联剂，整个方法安全、无毒。
3、由于酶的高效性，大大提高了反应的速率，并且可以通过升温使酶失活的方法随时停止反应，工艺简单、高效。
4、采用酶催化，反应开始和结束不需要其它的特殊处理，不产生废酸、废碱、废水等，更加环保。
具体实施方式
以下具体实施例对本发明作进一步的详细说明，具体实施例仅是对本发明做出更清楚的说明，而不是对本发明的限制。
实施例1
(1)将5重量份的低粘度碱法骨明胶置于反应釜中，加水溶胀40分钟，在50℃下搅拌，使得反应釜中的骨明胶溶解，得到质量浓度为5％的骨明胶溶液；
(2)用氢氧化钠水溶液调节步骤(1)得到的骨明胶溶液的pH值为7；根据骨明胶的总量，加入微生物谷氨酰胺转氨酶，其中微生物谷氨酰胺转氨酶与骨明胶的质量比为1∶2000；在温度为60℃下恒温搅拌6小时得到反应液；
(3)将步骤(2)得到的反应液升温至95℃，搅拌15分钟使酶失活，得到骨明胶胶液。骨明胶胶液可进一步经过冷冻干燥或者经三效蒸发，及浓缩后长网干燥，得到骨明胶产品。骨明胶产品交联前粘度与交联后粘度的产品指标见表1。
实施例2
(1)将10重量份的低粘度碱法骨明胶置于反应釜中，加水溶胀40分钟，在50℃下搅拌，使得反应釜中的骨明胶溶解，得到质量浓度为10％的骨明胶溶液；
(2)用盐酸调节步骤(1)得到的骨明胶溶液的pH值为5；根据骨明胶的总量，加入微生物谷氨酰胺转氨酶，其中微生物谷氨酰胺转氨酶与骨明胶的质量比为1∶1000；在温度为37℃下恒温搅拌3小时得到反应液；
(3)将步骤(2)得到的反应液升温至95℃，搅拌15分钟使酶失活，得到骨明胶胶液。骨明胶胶液可进一步经过冷冻干燥或者经三效蒸发，及浓缩后长网干燥，得到骨明胶产品。骨明胶产品交联前粘度与交联后粘度的产品指标见表1。
实施例3
(1)将10重量份的低粘度碱法骨明胶置于反应釜中，加水溶胀40分钟，在50℃下搅拌，使得反应釜中的骨明胶溶解，得到质量浓度为10％的骨明胶溶液；
(2)用磷酸调节步骤(1)得到的骨明胶溶液的pH值为5；根据骨明胶的总量，加入微生物谷氨酰胺转氨酶，其中微生物谷氨酰胺转氨酶与骨明胶的质量比为1∶4000；在温度为50℃下恒温搅拌10小时得到反应液；
(3)将步骤(2)得到的反应液升温至100℃，搅拌15分钟使酶失活，得到骨明胶胶液。骨明胶胶液可进一步经过冷冻干燥或者经三效蒸发，及浓缩后长网干燥，得到骨明胶产品。骨明胶产品交联前粘度与交联后粘度的产品指标见表1。
实施例4
(1)将6重量份的低粘度酸法皮明胶置于反应釜中，加水溶胀40分钟，在50℃下搅拌，使得反应釜中的皮明胶溶解，得到质量浓度为6.67％的皮明胶溶液；
(2)用磷酸氢二钠水溶液调节步骤(1)得到的皮明胶溶液的pH值为6；根据皮明胶的总量，加入微生物谷氨酰胺转氨酶，其中微生物谷氨酰胺转氨酶与皮明胶的质量比为1∶2000；在温度为55℃下恒温搅拌2.5小时得到反应液；
(3)将步骤(2)得到的反应液升温至90℃，搅拌20分钟使酶失活，得到皮明胶胶液。皮明胶胶液可进一步经过冷冻干燥或者经三效蒸发，及浓缩后长网干燥，得到皮明胶产品。皮明胶产品交联前粘度与交联后粘度的产品指标见表1。
实施例5
(1)将6重量份的低粘度皮酸法明胶置于反应釜中，加水溶胀40分钟，在50℃下搅拌，使得反应釜中的明胶溶解，得到质量浓度为6.67％的明胶溶液；
(2)用氢氧化钠水溶液调节步骤(1)得到的明胶溶液的pH值为8；根据明胶的总量，加入微生物谷氨酰胺转氨酶，其中微生物谷氨酰胺转氨酶与明胶的质量比为1∶500；在温度为65℃下恒温搅拌2小时得到反应液；
(3)将步骤(2)得到的反应液升温至95℃，搅拌15分钟使酶失活，得到明胶胶液。明胶胶液可进一步经过冷冻干燥或者经三效蒸发，及浓缩后长网干燥，得到明胶产品。明胶产品交联前粘度与交联后粘度的指标见表1。
表1
注：采用天津国铭医药设备有限公司的ND-1勃氏粘度测试仪，按照药用明胶行业检测标准QB2354-2005中的方法进行粘度测试。
Claims (5)
1.一种利用谷氨酰胺转氨酶催化明胶交联提升明胶粘度的方法，其特征是，所述的方法包括以下步骤：
(1)将明胶置于反应釜中，加水溶胀并加热，搅拌，使得反应釜中的明胶溶解，得到质量浓度为1％～15％之间的明胶溶液；
(2)用酸性液或碱性液调节步骤(1)得到的明胶溶液的pH值为5～8之间；加入谷氨酰胺转氨酶，其中谷氨酰胺转氨酶与明胶的质量比为1∶200～1∶5000；在温度为37～65℃下恒温搅拌得到反应液；
(3)将步骤(2)得到的反应液升温至90～100℃，搅拌使酶失活，得到明胶胶液。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述的明胶胶液经过冷冻干燥或者经三效蒸发，及浓缩后长网干燥，得到明胶产品。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征是：步骤(2)所述的搅拌的时间为1～10小时。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述的酸性液是盐酸、磷酸或磷酸二氢钠水溶液。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述的碱性液是氢氧化钠水溶液或磷酸氢二钠水溶液。
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