谷氨酰胺转氨酶（Transglutaminase，简称TGase，EC2.3.2.13，R-glutaminyl-peptide：amnie-γ-glutamyl-transferase）又名转谷氨酰胺酶，它通过催化蛋白质中谷氨酸残基上的甲酰胺与赖氨酸残基上的ε-氨基进行酰基转移反应，使蛋白质在分子内或分子间发生交联，从而改善蛋白质的乳化性、溶解性、凝胶性、热稳定性和流变性等性质，因此受到了广泛关注。但是目前食品级TGase来源单一、产量较低、价格昂贵，限制了其在食品工业上的应用。基于很多不利于菌体生长的条件可刺激链霉菌次级代谢产物合成的理论，研究了几种应激条件对Streptomyces mobaraensis菌体生长和TGase产量的影响，确定了其中最适宜提高TGase产量的条件；同时，对MgCl₂胁迫促进TGase产量的机制进行了初步探讨，并且研究了TGase的应用特性。通过研究热处理、向培养基中添加醇类、NaCl对TGase产量和菌体生长的影响，发现这些应激条件在不同程度上促进了TGase的合成。采用响应面设计的方法研究这三个因素对TGase产量的交互作用，结果发现它们的交互作用效果不显著，盐胁迫是提高TGase产量的最显著因素。为了更好地研究盐胁迫作用，分别将8种不同的中性盐（NaCl、Na₂SO₄、C₆H₅O₇Na₃、MgCl₂、CaCl₂、CH3COONa、KCl和Na₃PO₄）添加到培养基中，结果发现MgCl₂的促进作用最强。为了进一步研究MgCl₂胁迫对TGase产量的影响，对MgCl₂在培养基中的添加量进行了优化，同时研究了MgCl₂对菌体生长、产酶周期和蛋白酶产量的影响。结果发现当培养基中MgCl₂浓度为0.1mol/L时，茂原链霉菌的产酶高峰期比在初始培养基中提前24h，并且TGase活力达4.3U/mL，为初始发酵培养基的2.1倍。Western-blot结果表明，MgCl₂胁迫抑制了TGase酶原（Pro-TGase）的合成，促进了成熟酶的合成。MgCl₂胁迫使发酵液中的总蛋白酶、金属蛋白酶和丝氨酸蛋白的产量均提高了一倍。这些结果表明，MgCl₂胁迫促进了参与Pro-TGase激活的蛋白酶合成，从而促进了Pro-TGase向成熟酶的转化，最终提高了TGase产量。另外，为了确定Pro-TGase激活的最关键酶，本研究分别在发酵不同时期向初始培养基和MgCl₂培养基中添加金属蛋白酶抑制剂EDTA和丝氨酸蛋白酶抑制剂PMSF，检测发酵过程中酶活力变化情况，结果表明影响Pro-TGase激活的最关键酶为金属蛋白酶。本文系统地研究了茂原链霉菌在初始培养基和MgCl₂培养基发酵过程中菌体活力、形态分化和DNA断裂情况。通过激光共聚焦显微镜观察菌体活力变化，发现在发酵起始时MgCl₂胁迫抑制了菌体生长和菌球体形成；随着发酵时间延长，MgCl₂胁迫促进了菌体程序性死亡。通过扫描电镜观察菌体在两种培养基中形态变化，发现生长在MgCl₂培养基中的菌体更早地出现弯曲、分枝状和淀粉样化的现象，并且在发酵末期出现了初始培养基中不曾出现的菌毛和孢子，这表明MgCl₂胁迫促进了菌丝分裂。通过对比两种培养基中菌体DNA变化，发现MgCl₂胁迫促进了菌体DNA的裂解。这些结果表明，MgCl₂胁迫刺激了菌体的分化和程序性死亡，从而缩短了发酵周期。通过PDQuest软件分析了初始培养基和MgCl₂培养基中培养24h的菌体蛋白双向电泳图谱，得到53个差异蛋白点，将质谱鉴定成功的50个差异蛋白质与KEGG数据库中的信息进行比对，分析了这些蛋白质的生理功能。结果表明，菌体受到MgCl₂胁迫后，参与初级代谢，如糖代谢、氨基酸代谢、核苷酸代谢的酶均受抑制，而参与次级代谢的酶、压力应激蛋白以及能量代谢相关的酶合成量升高。这说明MgCl₂胁迫抑制了菌体的初级代谢，使菌体合成速率下降，同时促进了应激蛋白、参与次级代谢或合成次级代谢产物前体蛋白质/酶的合成，另外它还促进了合成TGase限制性氨基酸的生成，因此TGase提前合成，并且产量升高。通过超滤浓缩MgCl₂发酵液后利用凝胶层析和离子交换层析相结合的方法对MgCl₂发酵液中的TGase进行纯化，利用液相色谱串联质谱对纯化的蛋白质进行了鉴定，结果表明纯化得到的酶与S. mobaraensis合成的AAN01353是同一蛋白质。酶学性质研究发现纯酶比已知报道的酶具有更强的热稳定性和pH稳定性。将纯酶应用到脱脂和全脂酸奶中，发现脂肪能够影响TGase对蛋白质的交联。另外，它可以通过交联牦牛酸奶中的蛋白质，使其质地变得细腻、感观更易接受，为开发牦牛乳产品奠定基础。