เอนไซม์ทรานส์กลูตามิเนส (Transglutaminase) ตัวเชื่อมโปรตีน เพิ่มมูลค่าอาหาร

  เอนไซม์ทรานส์กลูตามิเนส ช่วยขยายของเขตโลกของการทำอาหาร ทำให้จินตนาการการทำอาหารของ chef เป็นจริงได้ ในขณะเดียวกัน ก็ช่วยลด food waste ที่มีจำนวนมหาศาลในอุตสาหกรรม ช่วยแก้ปัญหาให้โลก

  เอนไซม์ทรานส์กลูตามิเนส (Transglutaminase, TG) หรือที่รู้จักกันในชื่อ เอนไซม์โปรตีน – กลูตามีน – แกมมา – กลูตามิลทรานส์เฟอร์เรส (Protein – glutamine – γ – glutamyl transferase ) หรือ ไฟบริโนไลเกส (fibrinoligase) หรือ พอลีเอมีน ทรานส์กลูตามิเนส (polyamine transglutaminase)

  เอนไซม์ทรานส์กลูตามิเนส (Transglutaminase, TG) เป็นเอนไซม์ (enzyme) ที่มีหน้าที่ประสานให้เกิดโครงสร้างของโปรตีน (protein networking) ทำงานด้วยการกระตุ้นให้สร้างพันธะโควาเลนท์ระหว่างกรดแอมิโน (amino acid) สองชนิด คือ กลูตามีน (glutamine) และไลซีน (lysine) หรือเรียกสั้นๆว่าพันธะ G-L ทำให้โครงสร้างโปรตีนแข็งแรง มีความคงตัวต่อความร้อน สามารถนำไปใช้ปรับปรุงคุณภาพของผลิตภัณฑ์อาหารที่มีส่วนผสมของโปรตีนได้

ปฏิกิริยาเคมีที่เอนไซม์ทรานส์กลูตามิเนส (Transglutaminase, TG) เร่งปฏิกิริยา

มีอยู่ 3 ลักษณะ คือ

ปฏิกิริยาย้ายหมู่เอซิล จากอนุมูลกลูตามีน (Acyl Transfer Reaction)

ปฏิกิริยาเชื่อมขวางระหว่างอนุมูลกลูตามีนและเอมีนของไลซีน (Crosslinking reaction)

ปฏิกิริยาแยกหมู่เอมีนของโปรตีนที่มีอนุมูลกลูตามีน (Deamidation)

จากที่เอนไซม์ทรานส์กลูตามิเนส (Transglutaminase, TG)ไปช่วยเร่งปฏิกิริยาทำให้ได้ว่ารู้ว่า สารตั้งต้นในการเกิดปฏิกิริยา คือ

• กลูตามีนในโปรตีน กับ Alkylamine (RNH2) ซึ่งจะได้สารผลิตภัณฑ์ออกมา คือprotein N⁵ – Alkyl glutamine และ แอมโมเนีย (NH3)
• โคแฟกเตอร์ของเอนไซม์ทรานส์กลูตามิเนส คือ แคลเซียม (calcium) หรือ Ca2+

ผลของการเชื่อมพันธะ G-L ต่อสมบัติทางหน้าที่ของโปรตีน

       การเชื่อมพันธะ G-L หรือ กลูตามีน (glutamine) และไลซีน (lysine) ทั้งภายในและระหว่างสายโพลิเปปไทด์โดยเอนไซม์ทรานส์กลูตามิเนส (Transglutaminase, TG) จะมีผลต่อการเปลี่ยนแปลงสมบัติทางเคมี กายภาพ ของโปรตีน ซึ่งมีประโยชน์อย่างมากต่อคุณภาพของผลิตภัณฑ์อาหารที่มีโปรตีนเป็นองค์ประกอบ เช่น

ความสามารถในการเกิดเจล

  เร่งปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยาโปรตีนไม่สามารถเกิดเจลตามธรรมชาติได้ เมื่อผ่านการทำปฏิกิริยา โดยเอนไซม์ทรานส์กลูตามิเนส (Transglutaminase, TG) จะความสามารถในการเกิดเจลได้

ความหนืด

  โปรตีนที่ผ่านการเชื่อมพันธะ G-L หรือ กลูตามีน (glutamine) และไลซีน (lysine)  โดยเอนไซม์ทรานส์กลูตามิเนส (Transglutaminase, TG) จะมีขนาดโมเลกุลใหญ่ขึ้น มีผลทำให้สารละลายโปรตีน มีความหนืดสูงขึ้น ความหนืดของสารละลายโปรตีนจะสูงหรือต่ำขึ้นอยู่กับปริมาณของพันธะ G-L หรือ กลูตามีน (Glutamine) และไลซีน (Lysine) ที่เกิดขึ้น

ความเสถียรต่อความร้อน

  เนื่องจากพันธะ G-L หรือ กลูตามีน (Glutamine) และไลซีน (Lysine) ในโปรตีนที่เกิดขึ้นโดยปฏิกิริยาของเอนไซม์ทรานส์กลูตามิเนส เป็นพันธะโควาเลนท์ของเจลโปรตีน จึงมีควาเสถียรต่อความร้อนสูง

ความสามารถในการอุ้มน้ำ

  เจลของโปรตีนที่ผ่านการเชื่อมเชื่อมพันธะ G-L หรือ กลูตามีน (Glutamine) และไลซีน (Lysine) โดยเอนไซม์ทรานส์กลูตามิเนส (Transglutaminase, TG) จะมีความสามาถในการอุ้มน้ำได้ดี สามารถใช้ลดปัญหาการแยกตัวของน้ำ (syneresis) ในผลิตภัณฑ์อาหารในหลายประเภท

เอนไซม์ทรานส์กลูตามิเนส (Transglutaminase, TG) มาจากไหน

  เอนไซม์ทรานส์กลูตามิเนส (Transglutaminase, TG) พบได้ทั้งใน พืช สัตว์ และในจุลินทรีย์ เอนไซม์ทรานส์กลูตามิเนส (Transglutaminase, TG) มีการค้นพบในอวัยวะของสิ่งมีชีวิต เช่น ตับและระบบเลือดของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม และยังพบในปลาและหอยนางรม

โดยทั่วไป เอนไซม์ทรานส์กลูตามิเนส (Transglutaminase, TG) จากสัตว์จะมีน้ำหนัก โมเลกุลอยู่ที่ 77-90 kDa และต้องการแคลเซียมในการทำปฏิกิริยา pH ที่ 7.5 – 9.0 และ อุณหภูมิ 35-50 องศาเซลเซียส

  จุลินทรีย์หลายชนิดสามารถผลิต เอนไซม์ทรานส์กลูตามิเนส (Transglutaminase, TG) ได้ เรียกว่า Microbial TGase (MTGase) เช่น MTGase จาก Streptoverticillium mobaraense มีน้ำหนักโมเลกุล 40 kDa มีจุดไอโซอิเลกตริก (pl) 8.9 เร่งปฎิกิริยาได้ดีที่ pH 5-8 และมีความเสถียรที่อุณหภูมิ 50 ^oC แต่จะสูญเสียการทำงานอย่างรวดเร็วที่อุณหภูมิ 70^oC  MTGase จาก จุลินทรีย์เป็นแบบมอนอเมอร์ (Monomer) และไม่ต้องการแคลเซียมในการเร่งปฏิกิริยา

การนำเอนไซม์ทรานส์กลูตามิเนส (Transglutaminase, TG) ไปใช้ประโยชน์

  เอนไซม์ทรานส์กลูตามิเนส (Transglutaminase, TG) นิยมไปใช้ในอุตสาหกรรมอาหารโดยผลิตเอนไซม์ทรานส์กลูตามิเนส (Transglutaminase, TG) ที่ผลิตเพื่อการค้า จะได้จากกระบวนการหมัก (Fermentation) ด้วยการนำจุลินทรีย์ นำมาใช้เพื่อปรับปรุงสมบัติเชิงหน้าที่ของโปรตีน (Functional Properties of Protein) เสริมความแข็งแรงในการเกิดเจลโปรตีน

  นิยมผลิตภัณฑ์ที่มีโปรตีนเป็นส่วนประกอบ เช่น น้ำนม ไข่ เนื้อสัตว์ สัตว์น้ำ ถั่วเหลืองเนื่องจากมีคุณสมบัติในการเร่งปฏิกิริยาในการเชื่อมขวางโครงสร้างสายโปรตีน

โดยนิยมนำไปใช้กับอุตสาหกรรมอาหารต่างๆดังนี้

ผลิตภัณฑ์เนื้อสัตว์

  เอนไซม์ทรานส์กลูตามิเนส (Transglutaminase, TG) มีคุณสมบัติในการเชื่อมประสานระหว่างโมเลกุลของโปรตีน จึงสามารถใช้ในการเชื่อมเนื้อชิ้นเล็กๆ ที่ได้จากการตัดแต่งเนื้อสัตว์หรือเศษเนื้อติดกระดูกติดหรือเชื่อมกัน เพื่อการผลิตเนื้อขึ้นรูป (Restructured Meat) ซึ่งทำให้เป็นการเพิ่มมูลค่าให้กับเศษเนื้อสัตว์

  เอนไซม์ทรานส์กลูตามิเนส ทำหน้าที่เหมือนกาวติดเนื้อ (Meat glue) เพื่อเชื่อมติดชั้นเนื้อเข้าด้วยกัน เช่น ติดชิ้นเบคอนไว้ที่ผิวหน้าของชิ้นเนื้อ

  นอกจากนี้การใช้เอนไซม์ทรานส์กลูตามิเนส (Transglutaminase, TG) ยังมีประโยชน์ในผลิตภัณฑ์เนื้อสัตว์อื่นๆอีก เช่น

• การผลิตลูกชิ้นไก่ที่ปริมาณเกลือโซเดียมคลอไรด์ต่ำ ทำให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่มีเนื้อสัมผัสดี
• ไส้กรอก ใช้เพื่อเพิ่มความแข็งแรง ความยืดหยุ่นของเจล เพิ่มสมบัติการอุ้มน้ำและการปรับปรุงลักษณะเนื้อสัมผัสทำให้ใช้ฟอสเฟตน้อยลง
• แฮม ใช้ปรับปรุงคุณภาพเนื้อสัมผัส ทำให้แฮมยังดูดีเมื่อถูกสไลด์

ผลิตภัณฑ์เนื้อปลาและซูริมิ

 

  เอนไซน์ทรานส์กลูตามิเนส (Transglutaminase, TG) เป็นเอนไซม์ที่มีอยู่ในเนื้อปลาตามธรรมชาติ โดยปริมาณมากน้อยแตกต่างกัน ตามแต่ละชนิดของปลา เป็นเอนไซม์ที่มีบทบาทสำคัญที่ทำให้เนื้อปลาบด เกิดเจลโปรตีนที่มีคุณภาพดี ซึ่งเป็นสิ่งที่ต้องการในการผลิตซูริมิ

  ซูริมิ เป็นชื่อที่ใช้เรียกเนื้อปลาบดที่ผ่านการล้างและบีบน้ำแยกเอาส่วนของเลือดและไขมันออกแล้ว ซึ่งจะมีสีขาว ไม่มีกลิ่นคาวของปลา ซูริมินั้นสามารถนำาไปแปรรูปเป็นอาหารได้หลากหลาย เช่น ปูอัด เต้าหู้ปลา ลูกชิ้นแท่ง เป็นต้น

  บทบาทของเอนไซม์ทรานส์กลูตามิเนส (Transglutaminase, TG) จะไปเร่งการเกิดปฏิกิริยาระหว่างกลูตามีนกับไลซีน เพื่อเชื่อมพันธะ G-L ในเนื้อปลาบด ทำให้เกิดเป็นโปรตีนสายยาวที่เป็นร่างแหแน่น ช่วยเพิ่มความสามารถในการอุ้มน้ำ ให้เนื้อสัมผัสที่เหนียวขึ้น และเพิ่มผลิตผล (yield) ที่ได้จากการแปรรูป

  ดังนั้นการใช้เอนไซม์ทรานส์กลูตามิเนส (Transglutaminase, TG) จึงเป็นแนวทางในการปรับปรุงคุณภาพเนื้อสัมผัสของผลิตภัณฑ์จากเนื้อปลา และยังใช้ในการเพิ่มมูลค่าของเนื้อปลาที่มีเอนไซม์ทรานส์กลูตามิเนสอยู่น้อย

ผลิตภัณฑ์นม/โยเกิร์ต

  เนื่องจากในนมมีโปรตีนเคซีน การเชื่อมพันธะ G-L โดย เอนไซม์ทรานส์กลูตามิเนส (Transglutaminase, TG) จะทำให้เคซีนเกิดเจลที่ทนความร้อน โดยโยเกิร์ตที่ผลิตจากน้ำนมที่ผ่านการทำปฏิกิริยาโดยเอนไซม์ทรานส์กลูตามิเนส จะมีเนื้อสัมผัสที่ดีและเจลที่ได้มีความแข็งแรง

  โดยเพิ่มร่างแหระหว่าง โปรตีนเคซีน ทำให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่มีความเฟิร์ม มีความหนืดเพิ่มขึ้น ลดปัญหาการแยกตัวของน้ำ (Syneresis)

  ในระหว่างการเก็บรักษา จะช่วยลดต้นทุน โดยลดปริมาณของวัตถุดิบบางตัวลง เช่น นมผง โปรตีนผง และยังช่วยเพิ่มเนื้อครีมและเนื้อสัมผัสให้ดียิ่งขึ้น

  ในโยเกิร์ตไขมันต่ำ (Low Fat) จะได้ผลิตภัณฑ์ที่สามารถควบคุมลักษณะเนื้อสัมผัสได้ และสม่ำเสมอ

  นอกจากนี้ มีการใช้เอนไซม์ทรานส์กลูตามิเนส (Transglutaminase, TG)  ในการทำเนยทำให้ได้ผลผลิตเพิ่ม รวมทั้งยังมีการนำไปใช้ในไอศกรีมที่มีแคลอรี่ต่ำทำให้ผลิตภัณฑ์ นุ่ม เรียบ และตักง่ายอีกด้วย

ผลิตภัณฑ์ข้าวสาลี

  การใช้เอนไซม์ทรานส์กลูตามิเนส (Transglutaminase, TG) ในการผลิตบะหมี่และพาสต้า มีผลช่วยป้องกันไม่ให้เนื้อสัมผัสมีคุณภาพด้อยลงหลังการต้ม

ผลิตภัณฑ์ขนมอบ

  เนื่องจากกลูเตน (Gluten) เป็นโปรตีนในแป้งสาลีที่สามารถเชื่อมกันได้โดยเอนไซม์ทรานส์กลูตามิเนส (Transglutaminase, TG) จึงมีการใช้ในผลิตภัณฑ์ขนมอบ

  โดยการเชื่อมพันธะ G-L ของโปรตีนในแป้งสาลีในระหว่างการเตรียม dough ทำให้ dough มีความสามารถในการอุ้มน้ำดีขึ้น และใช้พลังงานในการนวดลดลงทำให้ได้ขนมปังที่มีปริมาตรสูงขึ้นและมีเนื้อสัมผัสที่ดี

ผลิตภัณฑ์ถั่วเหลือง

  การผลิตเต้าหู้โดยทั่วไปได้จากการทำให้เกิดเจลของโปรตีนในน้ำนมถั่วเหลือง โดยการเติม Ca2+,Mg2+ และ/หรือ กลูโคโน-เดลต้า-แลคโตน ซึ่งการผลิตเต้าหู้ที่มีอายุการเก็บรักษานาน จะต้องผ่านการฆ่าเชื้อโดยความร้อนสูง ซึ่งปัญหาที่พบคือ ความร้อนและความดันสูงจะทำลาย เนื้อสัมผัสของเต้าหู้ ซึ่งการใช้ เอนไซม์ทรานส์กลูตามิเนส (Transglutaminase, TG) มีผลช่วยรักษาเนื้อสัมผัสของเต้าหูในระหว่างการฆ่าเชื้อ ทำให้เต้าหู้มีเนื้อสัมผัสที่แข็งแรงทนต่อความร้อนและความดันสูงได้

ผลิตภัณฑ์อื่นๆ

  เอนไซม์ทรานส์กลูตามิเนส (Transglutaminase, TG) สามารถนำมาประยุกต์ใช้ในกระบวนการแปรรูปอาหาร ที่ใช้โปรตีนเป็นวัตถุดิบ เช่น การผลิตไส้เทียมจากคอลลาเจนสำหรับการทำไส้กรอก การผลิตแผ่นฟิล์มสำหรับเคลือบผิวผักและผลไม้เพื่อยืดอายุการเก็บรักษาโดยใช้โปรตีนจากพืชหรือสัตว์ การผลิตเส้นก๋วยเตี๋ยวที่มีความเหนียวเพิ่มขึ้น และไม่สลายตัวเมื่อต้มหรือลวก การผลิตหูฉลามเทียมโดยใช้เจลาติน เป็นต้น

  การเตรียมฟิล์มชีวภาพ เนื่องจากเอนไซมทรานส์กลูตามิเนสต้องการซับสเตรตที่มีกลูตามีน ไลซีน ซึ่ง ในวัตถุดิบที่มีโปรตีน เช่น อัลบูมินในไข่ขาว จึงได้มีการนำไข่ขาวมามาทำเป็นฟิล์มโดยการใช้เอนไซม์ทรานส์กลูตามิเนส ซึ่งเอนไซม์นจะไปช่วยเพิ่มความแข็งแรง โดยการเร่งการเกิดปฏิกิริยาการเชื่อมขวางระหว่าง สายโปรตีนอัลบูมินเกิดเป็นพอลิเมอร์ ทำให้ได้ฟิล์มชีวภาพที่แข็งแรง