脱酰胺

食物蛋白僅2%～6%的脱酰胺改性程度能顯著地提高食物蛋白的功能特性。人體蛋白質和肽也發生着脱酰胺反應，且呈現週期性。該脱酰胺反應導致了人體蛋白和肽異構化，引發人體蛋白和肽的反轉、延展和老化等，對人體衰老和免疫有重要影響，是導致人體亞健康、誘發各種醫學難症的重要原因，如：阿爾茨海默病(Alzheimer’S disease)發病的神經原纖維團特徵與大腦T-蛋白髮生脱酰胺反應緊密有關；人體血清蛋白脱酰胺將改變了其抗原屬性，導致自抗原效應 ^[2]  。

科學家們研究發現蛋白或肽的酰胺基團脱去酰胺以兩種機制進行：1) 直接水解反應機制；2) β-轉變機制（β-shift mechanism）。一般情況下，在pH < 5的條件下，蛋白質或肽直接水解脱去酰胺基團，在較高的pH值條件下(pH > 5) 則發生β轉變機制。直接水解反應機制較易理解，即酰胺基團在H⁺效或OH^-或酶催化下，以水為反應介質，酰胺鍵斷裂，形成羧基。因此，酰胺基團需先從蛋白質或肽聚集結構內暴露，轉變成脱酰胺催化劑有效作用反應位點，並與水與接觸，脱酰胺反應才可啓動。一轉變機制較複雜，除了酰胺基團首先需暴露，該反應生成了一種含有五或六元碳的酰胺中間體( 琥珀酸亞胺中間物)，該特殊中間體極不穩定，當釋放氨後，立即水解生成 “異頭肽 ”(isoPeptide) (isoAsp-X aa~isoAsp—X aa混合體)。研究指出isoAsp異頭肽的形成會顯著降低蛋白的生物 活性，使蛋白水解敏感性和自免疫力降低。通常，人體生理環境中性偏鹼，人體生物蛋白或肽的脱酰胺反應以β轉變機制為主 ^[3]  。

目前，脱酰胺改性蛋白常用的方法分為非酶法、酶法、混合脱酰胺3種。研究發現在無水的環境下一也有脱酰胺的作用，且脱酰胺速率隨反應時問延長而提高 ^[4]  。在食品生產加工或者人體胃消化環境 中，蛋白或肽常處於的偏酸條件環境， 酶脱酰胺和非酶酸脱酰胺改性蛋白和肽的研究因而較多。非酶鹼性脱酰胺會破壞Cys，形成賴氨酸丙氨酸， 毒理研究表明賴氨酸丙氨酸對小鼠腎有毒害作用，導致蛋白營養價的下降。

酶法脱酰胺改性食品蛋白和肽已引起了眾多學者的興趣。如表1所示，目前用於脱酰胺改性食品蛋白的各種酶系及改性效果的研究可知 ^[5]  ：具有脱酰胺作用酶系較豐富，效果明顯。其中從微生物中提取分離純化出肽谷酰胺酶(PGase) 脱酰胺改性蛋白效果顯著。科學家研究認為PGase脱酰胺改性蛋 白最實際 、可行，但前提條件是蛋白質需先被其他蛋白酶或其他方法 預處理才是最適底物，因為蛋 白質分子的大小和構象顯著地影響該酶的催化活性。酶法脱酰胺也可顯著提高蛋白水解物的風味特性，Schlichtherle-Cemy等分離純化得到4個鮮味肽：Gln-Pro-Ser、Glu-Pro、Glu-Pro-Gl u、Glu-Pro-Gln都是N端谷氨醯胺殘基在脱酰胺過程中環化而形成。此外，從表1可知，鹼性和低温是酶法脱酰胺改性蛋白常使用的條件，説明是酶法脱酰胺是改性食物蛋白製備良好功能特性的安全、 高效方法之一，但同樣，其缺點在於：底物需經一定的物理、化學或生物手段改性，使蛋白或肽的構象伸展，即酰胺基團需先充分暴露，改造成脱酰胺酶繫有效作用反應位點，其脱酰胺作用才能有效被啓動。相對而言，非酶脱酰胺更加直接高效。

温度是影響蛋白和肽脱酰胺速率的重要條件之一，濕熱成為非酶酸脱酰胺改性食物蛋白的必要條件。較高的温度提高了反應體系離子和分子的動能和內能，有利於增大催化劑與酰胺基團接觸的幾率，進而加快脱酰胺反應進程。鹽離子和控制温度、濕度和pH值的雙螺桿擠壓法也會產生較好脱酰胺效果。改性後蛋白電點隨脱酰胺程度的增加，向低pH值移動，功能性質(乳化性能以及起泡性) 均有不同程度的改善(表2)。

酸是最常使用脱酰胺改性蛋白的催化劑。理論上，任何能電離出氫離子的酸都可作為蛋白或肽脱酰胺的催化試劑。濕熱酸脱酰胺具有的優點是：1 ) 改性蛋白質的脱酰胺度較高，改性蛋白的溶解度明顯增加，其他性質例如乳化性和起泡性也顯著提高；2)有利於增加必需氨基酸( 如賴氨酸) 的消化和吸收量。由於食物蛋白反應體系要求特別，國內外學者常採用低濃度鹽酸應用於脱酰胺改性蛋白反應，但不管高還是低濃度鹽酸都有如下明顯的缺點：1 )高温條件下高濃度鹽酸水解脱酰胺蛋白，將產生致癌物氯丙醇，導致食品安全問題；2)高温低濃度鹽酸催化蛋白脱酰胺，由於作用温度高，其肽鍵水解難控制，蛋白質易部分變性，引起一些氨基酸(如色氨酸、絲氨酸、蘇氨酸以及含硫氨基酸）的異構化以及破壞。近年來，幾種常用可食性有機弱酸開始作為脱酰胺催化試劑用於脱酰胺改性食物蛋白，特別是穀物蛋白，並取得了有益的研究成果(表2)。值得提出的是，Berti等研究指出高温濕熱醋酸脱酰胺導致腸胃抗-醇溶免疫球蛋白抗體的免疫活性降低，TG酶法脱酰胺導致腸胃抗-醇溶免疫球蛋白抗體的免疫活性提高。並且，研究指出有機弱酸在濕熱條件下具有 同強酸同等脱酰胺 能力，且對肽鍵水解作用微弱，能更專一作用於蛋白側鏈酰胺基團進行脱酰胺改性，可有效地伸展了小麥麪筋蛋白的二級、三級結構，顯著改善小麥麪筋蛋白的功能特性，保持並提高了小麥麪筋蛋白營養特性 ^[6]  。以上研 究結果表明，高温濕熱有機酸脱酰胺是一種既能提高小麥麪筋蛋 白功能特性，又能降低腸胃病人對小麥麪筋不耐受症，是穀物蛋白脱敏的有效方法 ^[3]  。