10t/a发酵法生产谷氨酰胺转胺酶中试研究 - 科技前沿

    编者按：我国生物化工技术从上世纪80年代初开始起步，至今已取得一批产业化的成果，但总体上与工业发
达国家相比存在较大差距。本刊编辑部与中国生物工程开发中心合作，从本期开始，将对“十五”国家科技攻关计
划生物工程领域技术进行系列报道，敬请读者关注。
“十五”国家科技攻关计划生物工程技术项目系列报道（1）
10t/a发酵法生产谷氨酰胺转胺酶中试研究
江南大学生物工程学院  陈坚
　　  谷氨酰胺转胺酶(Transglutaminase，微生物来源的谷氨酰胺转胺酶，简称MTG)是一种可以生产出新型蛋白
食品的重要酶制剂。它可以催化蛋白质分子内、分子间发生交联，蛋白质和氨基酸之间的连接以及蛋白质分子内谷
氨酰胺酰胺基的水解反应，从而极大地改变蛋白质的性质，在食品工业、化妆品和制药工业中已表现出巨大的应用
潜力。江南大学环境生物技术研究室在国家“十五”科技攻关计划的资助下，开展了“10 t/a发酵法生产谷氨酰
胺转胺酶中试”的研究。
一、攻关项目目标及完成情况
　　项目目标及完成情况见表1
           表1  项目目标及完成情况对照表
       课题任务书考核指标                 实际研究结果
20m3中试规模发酵罐中：MTG          20m3中试规模发酵罐中：MTG酶
  酶活≥3.6u/mL；发酵周期≤40h；    活4.0～4.5u/mL；发酵周期36h；
  提取酶活总收率≥72%                提取酶活总收率75%；300L发
                                    酵罐MTG酶活4.95u/mL
产品质量达到以下标准：
  MTG比活力：     ≥80u/g
  酶活稳定性：    4℃、3个月 ≤10%
  干燥失重：      ≤10%
  总砷含量：      ≤5 mg/kg        　已全面达到标准要求
  重金属含量：    ≤5 mg/kg
  总菌数：          ≤5000个/g
  嗜热菌数：      ≤1000个/g
  大肠杆菌数：   未检出
申请1～2项专利：1项涉及MTG    　已申请3项专利，其中2项涉及
  的生产方法；另1项涉及MTG      　　　酶的提取工艺，1项涉及酶的生
  在纺织品中的应用              　　　产方法
完成MTG在食品和纺织工业的    　　　已在食品企业和纺织品企业中获
  应用研究                      　　　得应用
完成申报食品添加剂的全部工作    　已完成全部申报材料准备工作，
            　　　　　　　　　　　　正在审批中
二、关键技术及主要成果
    1.MTG发酵放大技术
    在7 L罐中深入研究了溶氧、搅拌剪切力、金属离子等关键因素对茂原链轮丝菌发酵生产MTG的影响；根据体
积氧传递系数相等放大的原则，逐级放大到300L和3m3乃至20m3发酵罐，并取得成功，300L发酵罐产酶可达到
4.95 u/mL；在20m3罐上发酵水平为MTG酶活4.0～4.5u/mL，发酵周期36h。
    2.MTG提取技术
    对原有提取工艺进行了改进，并在此基础上开发了一种新的MTG提取工艺，研究得到适合工业化操作的控制条
件，解决了酶制剂产品水溶性不佳、酶活分布不均匀等问题，在中试规模上保证酶活收率达到75%。该技术已申请
专利1项。
    3.MTG酶制剂产品中蛋白酶的控制技术
    研究了MTG产生菌株在发酵过程的蛋白酶产生以及提取过程中蛋白酶的收率，筛选了1种较好的蛋白酶抑制剂，
可有效地抑制蛋白酶的活力，保证MTG酶活不受影响。该技术已申请专利1项。
    4.MTG在食品和羊毛制品中的应用技术
    研究了MTG酶制剂应用于食品（包括豆制品和面食）加工中的性能和应用方法，发现可显著提高产品的凝胶性
能和弹性；探讨了MTG在羊毛织物防毡缩性和强力损伤恢复中的作用。研究发现，经过高锰酸钾和蛋白酶两种预处
理后再利用MTG作用，与没经过MTG作用的对照相比，织物强力提高了30%，毡缩率从未经任何处理的9.35%下降
至2.30%，结果表明应用于羊毛制品可明显改善织物的抗皱性能和尺寸稳定性。这两项技术拓宽了MTG的应用领域。
    5.高产MTG菌种的筛选技术
    设计了1种筛选模型，从土壤中筛选获得1株高产MTG的吸水链霉菌，经鉴定为Streptomyces hygroscopicus，
该菌不同于目前使用的茂原链轮丝菌。
三、技术推广应用情况
　　项目整体研究水平居国内领先，技术成果已在国内2家肉制品加工企业、3家鱼制品加工企业和1家羊毛制品
生产企业得到应用。
    1.在肉制品中的应用
    MTG可明显改善肉制品的结构和口感，可提高肉制品持水能力2.5%～5%，增加了出品率，延长了产品的货架期；
可使肉灌制品中的脂肪用量提高5%～10%，提高产品附加值。MTG在火腿肠等肉制品中的应用试验表明:MTG可明显
改善肉制品的食品物理特性；添加MTG产品的口感好，保质期延长，外观好；安全卫生，使用安全。
    2.在鱼制品中的应用
    MTG能显著提高鱼丸或鱼糕的弹性，特别能提高低质鱼糜的凝胶性能和弹性，提高产品附加值，保质期延长，
外观好。
    3.在羊毛制品中的应用
    在羊毛织物处理中使用MTG作为添加剂，可使羊毛织物的压烫角比不加MTG的织物平均减少20%～30%，抗皱
性能提高；羊毛织物缩短率比不加MTG的织物平均缩短了2%～3%，尺寸稳定性得到改进。
    4.经济效益分析
    项目执行完成后，已分别在浙江省海宁市金潮实业有限公司和江苏省江大绿康生物工程技术研究公司建成
20t/a和10t/a MTG中试生产线。海宁金潮实业有限公司20t/a MTG生产线产品分别应用于7家肉、鱼制品和羊毛
制品企业的生产中，年产值800万元，利润140万元,直接经济效益800万元，新增利税150万元。
四、应用前景
    我国每年肉类产品产量已达7000万t以上，但主要是生鲜肉类，因此肉类加工制品发展潜力巨大。目前全国
火腿肠生产能力为60万t/a，如果有1/5的生产企业使用MTG，对MTG的年需求量将达到240t以上。由于MTG在
鱼制品和羊毛制品中的应用前景也非常广阔，预计MTG的国内市场需求量将超过1000 t/a（日本目前的产量大约
是500 t/a）。产值将达到4亿元/a，利税8000万元/a，经济、社会效益显著。