資訊 > 專家原創(chuàng) > 聚谷氨酸在食品中的研究與應(yīng)用
γ-聚谷氨酸(γ-polyglutamic acid,γ-PGA),又稱納豆菌膠、多聚谷氨酸,是一種無色無味、無毒安全、可生物降解、可食用的生物高分子。γ-PGA 最初是從炭疽芽孢桿菌膠囊中發(fā)現(xiàn)的,后來發(fā)現(xiàn)也存在于“納豆”(日本傳統(tǒng)食品發(fā)酵的大豆)的黏液中。
作為一種高分子生物材料,γ-PGA 具有良好的成膜性、生物相容性、水溶性、可降解性、可修飾性,對(duì)自然環(huán)境不會(huì)造成不利影響,對(duì)人體健康具有保健作用,所以γ-PGA 被廣泛應(yīng)用于食品、化妝品、農(nóng)業(yè)、環(huán)保、生物醫(yī)學(xué)等行業(yè)。
γ-PGA主要有四種制備方法:化學(xué)合成法、提取法、酶轉(zhuǎn)化法和微生物發(fā)酵法。微生物發(fā)酵法具有對(duì)環(huán)境污染小,生產(chǎn)條件較簡(jiǎn)單,且目標(biāo)產(chǎn)物純度較高等優(yōu)點(diǎn),所以目前工業(yè)上生產(chǎn)γ-PGA 采用最多的方法是微生物發(fā)酵法。
γ-PGA對(duì)食品功能性影響
在食品工業(yè)中,γ-PGA 是一種新型健康的食品添加劑。其不僅可以改善食品風(fēng)味,營(yíng)養(yǎng)、增強(qiáng)質(zhì)感、保持形體,還能被消化成單一的谷氨酸,在人體的胃腸道中被吸收。
在淀粉類食品中加入適量的γ-PGA,可以維持食品的外形、增強(qiáng)質(zhì)地和延長(zhǎng)食品貨架期,并且還可以改變面筋蛋白的流變性能,提高面食的持水分能力;在一些高礦物質(zhì)食品中加入適量的γ-PGA 或其降解產(chǎn)物可以促進(jìn)小腸對(duì)礦物質(zhì)的吸收,尤其可以提高腸道內(nèi)對(duì)鈣的吸收。
同時(shí)γ-PGA 比糖類、無機(jī)鹽和蛋白質(zhì)等常用的一些防凍劑的氣味更淡,對(duì)食品本身的風(fēng)味基本上沒有影響,并且同時(shí)能減少氨基酸、奎寧、肽和咖啡因等苦味物質(zhì)的苦澀味,還可以作為保鮮劑、增稠劑、抗凍劑、穩(wěn)定劑等。食用適量的 γ-PGA 還可以減少人體內(nèi)脂肪和血糖的沉積,降低血脂、血糖含量。
掩味和增強(qiáng)食品風(fēng)味口感
γ-PGA 可作為掩味劑,它能夠遮掩氨基酸、肽、礦物質(zhì)、維生素和咖啡因等苦味物質(zhì)的絕大部分苦味。氯化鈉、氯化鉀在食品中的作用巨大,但其金屬苦味妨礙了更加廣泛的應(yīng)用,加入適量的 γ-PGA 可以遮掩其苦澀味,消除不良?xì)馕?,改善產(chǎn)品風(fēng)味,提高其在食品中的應(yīng)用。
研究表明0.5% γ-PGA凝膠的苦味抑制能力大于1.0% 瓊脂的苦味抑制能力,并且0.5% γ-PGA 凝膠對(duì)基礎(chǔ)苦味物的苦味抑制強(qiáng)于0.5% PGA 凝膠對(duì)酸性苦味物的苦味抑制。因此 γ-PGA 凝膠有望成為食療方法中有用的輔食材料,它不僅可以增加吞咽的便捷性,而且可以掩蓋苦味。γ-PGA 還可通過縮短阿斯巴甜、蔗糖素等高強(qiáng)度甜味劑的甜味持續(xù)時(shí)間,改善味覺平衡。
增強(qiáng)抗凍性
γ-PGA 的抗凍性與其保水性相關(guān),聚合物鏈之間形成大量氫鍵、固定水、糖和無機(jī)鹽分子,從而具有較強(qiáng)的保水能力,大多數(shù)具有高防凍性能的物質(zhì)還具有低溫保護(hù)功能,其效果優(yōu)于常用的蔗糖、山梨糖、葡萄糖等常用抗凍劑,能有效延長(zhǎng)食品的保質(zhì)期。
在冷藏面制食品中使用γ-PGA 能有效減弱凍藏對(duì)面團(tuán)網(wǎng)絡(luò)的破壞,提升面團(tuán)的凍藏穩(wěn)定性,提高食品品質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn) γ-PGA 能提高酵母細(xì)胞和面團(tuán)的抗凍性,在低溫情況下,γ-PGA 可以提高魚糜的品質(zhì),減少冷凍過程中魚糜凝膠的劣化,在-20℃下濃度為0.8% 的γ-PGA 對(duì)草魚魚糜抗凍性最好,凝膠強(qiáng)度、鹽溶性蛋白濃度、腺苷三磷酸鈣酶活性較對(duì)照組相比都有明顯提高。此外,也有研究表明,γ-PGA 的抗凍能力隨分子量的減小而增強(qiáng)。
γ-PGA改善食品的保健功能
增強(qiáng)腸道內(nèi)鈣的吸收
食物中的植酸鹽和草酸鹽在腸道內(nèi)會(huì)與鈣形成不溶解和不易吸收的復(fù)合物,會(huì)降低腸道內(nèi)鈣的吸收,γ-PGA可以延緩磷酸鈣的形成,并且當(dāng) γ-PGA 含量達(dá)到一定濃度時(shí)還可以減少磷酸鈣的形成。再者 γ-PGA 本身也可以與體內(nèi)游離的鈣離子形成可溶性螯合物,有利于增加小腸中鈣的溶解性,促進(jìn)鈣的吸收,維持機(jī)體中的鈣平衡,保證機(jī)體正常的生理代謝。因此,γ-PGA 可以明顯促進(jìn)人體對(duì)鈣的吸收和貯存,并能增強(qiáng)骨質(zhì)密度促進(jìn)青少年的骨骼發(fā)育,還能減少中老年體內(nèi)的鈣流失,預(yù)防骨質(zhì)疏松的發(fā)生。與 CaCO3相比,γ-PGA-Ca 具有更高的吸收率和利用率,因此有研究者認(rèn)為其可作為鈣補(bǔ)充劑使用。
輔助降低血糖
γ-PGA 具有改善細(xì)胞胰島素敏感性和促進(jìn)胰島素分泌的作用,所以 γ-PGA 可通過降低血糖水平從而預(yù)防和緩解 II型糖尿病和阿爾茨海默病的癥狀等代謝綜合征。日本傳統(tǒng)發(fā)酵豆制品納豆中富含γ-PGA,食用 γ-PGA 含量高的納豆可以降低飯后血糖峰值。有學(xué)者評(píng)估了食用低含量γ-PGA(LPGA)和高含量γ-PGA(HPGA)的納豆米飯對(duì)餐后血糖水平和胰島素反應(yīng)的抑制作用, HPGA餐后45min 內(nèi)血糖和胰島素的曲線的增量面積均低于 LPGA 餐后。
抗氧化和抗衰老
人體中的自由基具有強(qiáng)氧化性,會(huì)損害機(jī)體的組織和細(xì)胞,加速機(jī)體的衰老,皮膚中的透明質(zhì)酸在一定程度上也會(huì)導(dǎo)致皮膚衰老。研究報(bào)道γ-PGA 具有清除自由基和抑制透明質(zhì)酸酶的活性,具有抗氧化和抗衰老的作用。不同分子量的 γ-PGA 對(duì)自由基都具有清除能力,能一定程度的修復(fù)光老化細(xì)胞損傷并能減少光老化細(xì)胞中氧自由基、氮自由基的增加,研究表明,分子量 3.0× 105kDa 的 γ-PGA修復(fù)光老化細(xì)胞損傷的效果最佳。γ-PGA 具有抗氧化特性,可應(yīng)用于功能性食品行業(yè)。此外,還有學(xué)者發(fā)現(xiàn)在皮膚中存在一種膠原酶,該酶可以降解膠原、降低皮膚彈性、形成皺紋,而 γ-PGA-VC 復(fù)合物可以抑制這種酶的活性。
維護(hù)牙齒口腔健康
γ-PGA 具有促進(jìn)牙本質(zhì)礦化的作用,具有維持牙釉質(zhì)完整性,牙齒富鈣化和預(yù)防齲齒的功效。有學(xué)者研究聚谷氨酸對(duì)人牙釉質(zhì)的脫礦抑制作用和再礦化潛力及其可能的作用機(jī)制,發(fā)現(xiàn)用1%、2% 聚谷氨酸溶液處理的牙釉質(zhì)和羥基磷灰石表面與聚谷氨酸粉末處理的牙釉質(zhì)和羥基磷灰石表面相似,并且該研究表明,2% 的聚谷氨酸比氟化鈉更有效,因?yàn)樗苄纬梢粚油繉樱乐寡例X表面的脫礦化和促進(jìn)再礦化。γ-PGA 也可以作為催涎劑應(yīng)用到口香糖、糖果、飲料等食品中防止口臭和齲齒。γ-PGA 可促進(jìn)唾液分泌,與商用漱口水中使用的氟化物鹽和其他蛋白質(zhì)等化合物相比,它在中性 pH 下穩(wěn)定,即使在高劑量下也對(duì)人體無害。
在食品工業(yè)中,γ-PGA可作為保濕劑、抑菌劑、防凍劑、掩味劑等,更重要的是,現(xiàn)在較多的研究都表明γ-PGA 具有很多的功能保健作用,這對(duì)研究保健品新產(chǎn)品的研發(fā)具有重要意義,但是 γ-PGA 功能的一些作用機(jī)理仍未得到確切的解釋,需繼續(xù)深入研究。
此外,國(guó)外對(duì)于γ-PGA在醫(yī)藥和環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用研究頗多,尤其是可作為藥物載體對(duì)藥物起到緩釋的價(jià)值。隨著研究的不斷深入,γ-PGA 一定能應(yīng)用于更多的領(lǐng)域, γ-PGA新產(chǎn)品也將會(huì)不斷地被開發(fā)出來。
參考文獻(xiàn):
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作者簡(jiǎn)介
小泥沙,食品科技工作者,現(xiàn)就職于國(guó)內(nèi)某大型藥物研發(fā)公司,從事營(yíng)養(yǎng)食品及功能性食品的開發(fā)與研究。
磷脂酰絲氨酸(PS)作為能輔助認(rèn)知健康的原料,不僅能解決銀發(fā)群體的核心痛點(diǎn),更成為布局銀發(fā)食品賽道的關(guān)鍵抓手。
隨著人們對(duì)食品安全的日益重視,食品保鮮技術(shù)也不斷發(fā)展。傳統(tǒng)的食品保鮮方法,如冷藏、冷凍、防腐劑等,雖然能夠延長(zhǎng)食品的保質(zhì)期,但同時(shí)也存在一些局限性,如食品品質(zhì)下降、化學(xué)殘留等問題。因此,開發(fā)新型的食品保鮮技術(shù)成為當(dāng)務(wù)之急?;钚园b通過添加具有特定功能的活性物質(zhì),賦予包裝材料新的特性,從而更好地保護(hù)食品,延長(zhǎng)其保質(zhì)期,并提升食品安全性。
2025年7月,IFT FIRST 2025在美國(guó)芝加哥順利舉辦。IFT FIRST是全球食品和飲料行業(yè)重要的盛會(huì)之一,由美國(guó)食品技術(shù)協(xié)會(huì)(IFT)每年舉辦,匯集數(shù)千名專業(yè)人士,包括食品科學(xué)家、產(chǎn)品開發(fā)人員、研究人員、原料供應(yīng)商和初創(chuàng)企業(yè)等,共同探索食品科學(xué)、健康、可持續(xù)性和創(chuàng)新領(lǐng)域的新進(jìn)展。
甘薯,又稱紅薯、白薯、山芋等,是一種常見的糧食作物,其塊根中含有豐富的淀粉,一般含量在10%-30%左右。甘薯淀粉作為一種天然的淀粉資源,具有獨(dú)特的性質(zhì)和廣泛的應(yīng)用價(jià)值。隨著人們對(duì)健康食品的需求不斷增加,甘薯淀粉在食品保健營(yíng)養(yǎng)行業(yè)中的應(yīng)用也日益受到關(guān)注,具有廣泛的應(yīng)用前景。
在全球營(yíng)養(yǎng)科學(xué)邁向“精準(zhǔn)化、可持續(xù)化”的新階段,ω-3 多不飽和脂肪酸正成為食品、醫(yī)藥及公共衛(wèi)生領(lǐng)域共同關(guān)注的焦點(diǎn)。其中,DHA因其在人腦神經(jīng)組織與視網(wǎng)膜中的結(jié)構(gòu)性作用及廣泛的生理調(diào)節(jié)功能,被譽(yù)為“腦黃金”。
柑橘多甲氧基黃酮(PMFs)是柑橘類水果中一類重要的生物活性成分,具有抗氧化、抗炎、調(diào)節(jié)腸道菌群等多種生理功能。隨著人們對(duì)健康食品需求的增加,柑橘多甲氧基黃酮在食品加工中的應(yīng)用越來越受到關(guān)注。
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