動物宰后肌內膠原蛋白變化與肉嫩度關系分析

常海軍，王 強，徐幸蓮，周光宏，*

(1.南京農業大學教育部肉品加工與質量控制重點實驗室，農業部農畜產品加工與質量控制重點開放實驗室，江蘇南京210095;2.重慶工商大學環境與生物工程學院，重慶400067;3.重慶教育學院生命科學與化學系，重慶400067)

動物宰后肌內膠原蛋白變化與肉嫩度關系分析

常海軍1，2，王 強3，徐幸蓮1，周光宏1，*

(1.南京農業大學教育部肉品加工與質量控制重點實驗室，農業部農畜產品加工與質量控制重點開放實驗室，江蘇南京210095;2.重慶工商大學環境與生物工程學院，重慶400067;3.重慶教育學院生命科學與化學系，重慶400067)

動物肌內結締組織對肉的嫩度起到重要的影響作用，這些影響主要是通過肌內膜和肌束膜內膠原蛋白的變化而影響肉的嫩度，表現為膠原蛋白的含量、熱溶解性、交聯程度以及熱變性程度等。而膠原蛋白的這些特性還受到動物宰前和宰后諸多不同因素的影響，進而影響到肉的嫩度，本文綜述了膠原蛋白在宰后成熟、加熱烹調、超聲波和高壓嫩化處理以及弱有機酸結合NaCl腌制中的變化，分析和闡述了膠原蛋白的變化對肉嫩度的影響。

肌內結締組織，膠原蛋白，特性，變化，嫩度，宰后

Abstract:Intramuscular connective tissue has made significant influence on meat tenderness.Those effects were executed by the characteristics changes of collagen from endomysia and perimysia，being represented by the changes of collagen contents，solubility，crosslinking and thermal transition and so on.Moreover，those properties of collagen were affected bymanyfactorstherebyaffecting meattenderness.The review discussed the characteristics changes of collagen under postmortem ageing，heating treatment，ultrasonic and high pressure tenderization，curing with weak organic acids and NaCl，the effects of collagen variation on meat tenderness were analyzed and discussed.

Key words:intramuscular connective tissue;collagen;characteristics;variation;tenderness;postmortem

肉類營養價值豐富，含有人體必需的多種營養成分，是人類日常膳食蛋白的重要來源。肉類的5個品質指標，即嫩度、多汁性、風味、肉色和吸水力，其中，嫩度是肉品質量的首要指標，也是影響消費的重要因素之一［1］。肉的嫩度是指入口咀嚼時，肉對形變和破碎的抵抗力，是肉中肌原纖維、結締組織、肉中的脂肪含量、分布和化學結構性狀等因素的綜合反映［2］。因此，如何改善肉的嫩度，特別是牛肉嫩度，多年來一直是國內外肉品科學研究工作的熱點問題之一。影響肉嫩度的因素有很多，包括宰前因素如品種［3－4］、年齡［5－6］、性別以及解剖部位［6］、營養［7－8］、應激等，宰后因素如冷卻方式、胴體吊掛方式、成熟、烹調方式和時間等［9－10］。這些外在因素對肉嫩度的影響，歸根到底主要是影響肉的基本組織結構——肌原纖維與結締組織的結構和生化特性，從而導致嫩度產生差異。肉的嫩化方法主要有物理方法、化學方法和機械方法等，這些方法用于肉的嫩化時，各有優缺點。傳統的成熟嫩化主要依靠內源蛋白酶，然而這種方法費時且其有效性在不同的動物之間有所不同［11］。電刺激主要是用來防止肉由于冷收縮而造成的硬化［12］。用外源酶嫩化處理可引起肉過度的嫩化，并且當用針注射酶液時可破壞肉的結構。當肉中注射含有氯化鈉、氯化鈣和磷酸鹽的腌制液和有機酸時會影響肉的風味，并且注射針會破壞肉的結構［13－15］。機械嫩化法如刀刃切割嫩化由于機械的破壞作用，會影響肉的質構和表面特性［16］。深入了解肉類硬度產生機理和肌肉嫩化機制是準確控制肉類可變性和嫩度一致性的先決條件，因而肉類嫩化機制的研究也成為肉類研究者關注的焦點。肉的嫩化過程是由于自然條件下蛋白質分解作用所致，物理化學條件可對內源肽酶的蛋白分解活性進行正、負調控，這一概念業內已受到很多學者的支持。肉的嫩化主要表現在宰后成熟過程中對肌原纖維蛋白的降解變化而使肉的嫩度得到提高，而結締組織對肉嫩度的影響在學術界爭議很大，尤其是結締組織膠原蛋白在宰后不同影響因素條件下的變化對肉嫩度的影響。本文就宰后肌肉嫩化過程中肌內膠原蛋白的變化對肉嫩度的影響進行全面綜述。

1 宰后成熟過程中肌內膠原蛋白變化對肉嫩度的影響

宰后成熟(Postmortem ageing)是肉的質地不斷改善的過程，目前認為成熟主要是肌原纖維蛋白在內源酶的作用下發生降解和結締組織弱化的過程，且肌原纖維蛋白降解是一個快速過程，發生在成熟階段的早期，而結締組織的弱化是一個慢速過程，發生在成熟階段的后期(14d 以后)［9－10］。

宰后成熟過程中肌內結締組織發生的變化主要表現在:肌束膜和肌內膜出現裂痕，肌內膜蜂窩狀結構發生變形，肌束膜內膠原纖維松散，蛋白多糖降解，肌束膜機械性質指標的下降等，但這些變化都發生在成熟 14d 以后［17－19］。

早期人們認為膠原蛋白的可溶性不受成熟時間和溫度的影響，而Stanton和Light研究表明結締組織(肌束膜和肌內膜)結構在成熟過程中(14d)被破壞，膠原蛋白可溶性增加，從而使肉的嫩度得到改善［20－21］。Nishimura等認為牛肉宰后肌內結締組織結構的變化最少需要10d，但在14d之后變化清晰可見，因此，該學者實驗指出，牛肉在2～4周的成熟過程中，肌內結締組織的變化對肉嫩度起到積極的作用［9］。Liu等研究了宰后成熟過程中雞半腱肌肌內結締組織結構的變化，用改進的掃描電鏡觀察了半腱肌肌內結締組織肌束膜和肌內膜結構在成熟過程中的變化，研究認為，4℃成熟12h，肌內膜和肌束膜分解成單個的膠原纖維，這種變化最少需要6h，但在12h之后變化清晰可見，他們認為結締組織的這種分解是成熟過程中肉得到嫩化的主要原因［22］。另外，Nishimura等對牛肉宰后成熟過程中蛋白多糖(PGs)的降解與結締組織結構的弱化關系進行了研究，實驗指出，4℃成熟28d后，肌束膜中的蛋白多糖發生很大程度的降解，蛋白多糖的降解是肌內結締組織結構弱化的主要原因［10］。

Judge和Aberle報道宰后成熟過程中(45min、24h、7d)，牛背最長肌膠原蛋白熱變性溫度逐漸下降，說明宰后24h內肌內結締組織就已經開始發生了變化［23］。

2 宰后不同處理過程中肌內膠原蛋白變化對肉嫩度的影響

2.1 加熱(烹調)對膠原蛋白及其嫩度的影響

加熱是不可食肉變為可食肉的最終環節，肉的最終嫩度取決于加熱方式和加熱時間。加熱對肉嫩度的影響分為三個階段:

第一階段，牛肉在50℃以下時，當溫度升高時，其硬度不斷增加，這是由于肌纖維蛋白肌動蛋白和肌球蛋白變性，肌節收縮纖維組織收縮，汁液排出［2］。

在60～70℃之間，由膠原蛋白組成的肌內膜和肌束膜變性而引起的收縮導致切割力第二次增加。第二次收縮所產生的張力大小取決于肌束膜的熱穩定性，后者是由交聯的質和量所決定。動物越老，其熱穩定交聯越多，在收縮時產生的張力越大［24］。

溫度在70～80℃，溫度升高時，其硬度也開始不斷增加，有學者認為是由膠原蛋白的熱變性，引起肌纖維收縮，進而增加肌肉的硬度［25］，并且肌纖維的收縮程度由膠原間成熟而耐熱的穩定性交聯決定;溫度升至80～90℃時，膠原蛋白最后會凝膠化，使肌肉的剪切力逐步下降，這由于加熱過程中膠原纖維溶解度提高而成為液態，在肌肉纖維里起著潤滑脂的作用，改善肌肉的剪切力和咀嚼力［24］。

很多學者對加熱過程中肉嫩度的變化機制進行了研究，歸納起來，有兩種相反的觀點:一種觀點認為65℃以下剪切力值的增加是由于肌原纖維蛋白(主要是肌球蛋白)熱變性造成的，65℃以上剪切力值的增加是由于膠原蛋白熱變性所致［26］;而另一觀點與此正相反，65℃以下剪切力值的增加是由于膠原蛋白熱變性造成的，65℃以上剪切力值的增加是由于肌原纖維蛋白熱變性所致［27－28］。

肌束膜由結締組織組成，蛋白質的熱變性主要表現在微觀空間結構，這種微觀結構上的變化可能導致肌束膜發生縱向(平行于膠原纖維走向)收縮，但對化學性質(膠原蛋白可溶性)和肌束膜厚度影響不大。無論何種觀點，總體上說是由于肌原纖維蛋白和膠原蛋白在受熱變性時表現出不同的性質所導致，肉變嫩或變硬關鍵決定于兩者中哪一個占主導地位。

李春保在研究了加熱對牛肉嫩度的影響后指出，加熱過程中(40～90℃)，牛肉水分含量和肌纖維直徑下降，結締組織殘渣和剪切力值增加;65℃是影響牛肉嫩度的關鍵加熱溫度;肌原纖維和肌內結締組織的性質和狀態決定著牛肉嫩度。兩者所起作用的大小因加熱溫度的變化而改變，65℃以下肌原纖維起主要作用，75℃以上結締組織起主要作用，65～75℃兩者共同起主要作用［29］。

2.2 超聲波處理對膠原蛋白及其嫩度的影響

用超聲波處理可對肉起到一定程度的嫩化效果，肉的超聲波嫩化可能原因是由于超聲波對溶酶體、肌原纖維蛋白和結締組織的破壞。有學者對低頻超聲波用于肉的嫩化處理進行了研究［30］，有學者研究認為，低頻超聲波(22～40kHz)處理可使肉的嫩度提高，或短時間超聲處理(25.9kHz;4min)可提高嫩度，但是當長時間處理(8～16min)可使肉的嫩度降低［31］。有研究認為超聲處理不會使肉的嫩度提高，這或許是由于使用相對低強度的超聲水浴(0.29～1.55W/cm2)［32－33］，或高強度超聲(62W/cm2)短時間(15s)作用于某些單個的區域［34］，對肉無嫩化效應。原料肉用超聲(20kHz)處理后，用對流加熱爐加熱［33－35］其肉的嫩度與不用超聲波處理直接用對流加熱爐加熱，或在沸水浴中蒸煮肉嫩度相差無幾。Lyng研究了牛背最長肌、半膜肌和股二頭肌在不同強度超聲波水浴處理后的嫩度、膠原蛋白的溶解性，研究指出，膠原的溶解性在背最長肌和股二頭肌中無顯著差異，超聲波處理對肉的嫩度無影響［32］。

綜上所述研究，關于超聲波處理是否對肉起到嫩化作用，眾說紛紜，有些認為超聲波對肉不起嫩化作用，有些認為可以降低或增加肉的嫩度。其作用有待于進一步的研究。

2.3 高壓處理對膠原蛋白及其嫩度的影響

高壓處理技術是肉嫩化的常用方法之一，有許多研究報道了由于高壓的作用引起的肌原纖維蛋白的變化而導致的肉的嫩化或加速肉的成熟［36－38］。Ratcliff等認為高壓和熱結合處理可以有效的降低肌原纖維蛋白的硬度，而處理樣肉的嫩度受結締組織(背景硬度)的限制和影響［39］。

Suzuki等研究了高壓處理對牛肉肌內膠原蛋白超微結構和熱力性質的影響，研究認為高壓處理對結締組織無影響，高壓引起的肉的嫩度變化主要是對肌動球蛋白、肌原纖維蛋白的影響［38］。該學者研究結果表明，單獨的高壓處理(無熱處理)，對肌內膠原無顯著影響，高壓引起的尸僵后肌肉嫩度的提高主要是對肌動球蛋白的作用，該學者在研究中高壓處理后立即提取肌肉膠原蛋白，其超微結構和熱學性質和未經高壓處理組相比均未發生變化，如果肌肉高壓處理后貯藏數天，再提取膠原蛋白，和未經高壓處理的對照組相比，或許會發生超微結構和熱學性質的變化，因為由于高壓對肌肉細胞膜的破壞，肌肉中的溶膠原酶(如組織蛋白酶B和L)會從溶酶體中釋放，因而會對膠原蛋白發生一定的作用。

Beilken等通過實驗研究了牛肉僵直后在40～80℃加熱時結合150MPa高壓處理和不經高壓處理時剪切力值的變化［40］。研究發現，對于拉伸的肌肉，經高壓處理和不經高壓處理相比，在較高的溫度下，發生明顯的由于結締組織的變化而導致的剪切力值的降低。對于收縮的肌肉，高壓處理抑制了剪切力值隨著加熱溫度的增加而增加的現象(由于肌原纖維蛋白的變硬)。該研究指出:a.在熱處理過程中用150MPa高壓處理抑制了由于肌原纖維而導致的肉的變硬;b.在40～80℃范圍內高壓處理對結締組織的變硬幾乎沒有影響，而單獨用熱處理會降低這種成分以及降低肉的剪切力;c.當溫度在50～60℃時，由于結締組織的作用，使肉的硬度降低，但這種現象在收縮的肉中由于肌原纖維的作用而表現不明顯。

由此可見，很多研究者認為高壓處理對肉的嫩度效果主要是對肉中肌原纖維蛋白成分的作用，而對肌內結締組織以及膠原蛋白的影響研究結論存在爭論，影響機理仍需深入的研究和探討。

2.4 弱有機酸結合NaCl腌制對膠原蛋白及其嫩度的影響

鹽腌是我國傳統特色肉制品加工中的關鍵環節，NaCl是肉制品中必不可少的添加劑，鹽的嫩化機制可能涉及到以下幾方面:a.使用一定離子強度的食鹽時，由于增加了肌肉中肌球蛋白的溶解性，提高肉的保水性;b.降低膠原蛋白熱穩定性;c.離子強度對蛋白質—蛋白質、蛋白質—水之間相互作用的影響;d.加速了蛋白水解酶(主要是鈣激活蛋白酶)的激活［41－43］。

Horgan等研究了腌制pH對膠原蛋白熱變性溫度的影響。研究發現，膠原蛋白的熱變性溫度受許多因素的影響，包括離子環境(離子強度)、胞外基質粘多糖、加熱過程中的物理抑制劑、亞氨酸含量和分子內交聯的結構等，當pH在4.25～7.40范圍內，隨著pH的增加，膠原蛋白的熱變性溫度降低［44］。

Kijowski用DSC(差示掃描量熱法)研究了腌制對老母雞雞腿肉結締組織熱變性溫度影響，實驗表明，在2%的NaCl，1.5%的醋酸或乳酸中腌制72h可顯著的降低膠原蛋白的變性溫度［45］。

Kijowski等研究發現，雞腿肉在1.5%的醋酸或乳酸溶液中浸泡或滾揉腌制可對肉起到有效的嫩化作用［46］。Nakamura等研究了不同年齡雞肌內膠原蛋白對肉嫩度的影響，研究表明膠原蛋白的溶解性影響雞肉的嫩度［47］。Ruantrakool等研究了不同加熱方法對雞胸肉和雞胃組織中酸溶性膠原和鹽溶性膠原含量的影響，報道了在含有醋酸溶液的沸水中對雞胃進行蒸煮可顯著降低其硬度［48］。

Hastings等利用DSC技術研究了在7%的醋酸溶液中腌制青魚(低含量膠原組織)的熱變性溫度的變化［49］。Lim發現碘化鈉、溴化鈉、氯化鈣和氯化鎂可引起膠原熱變性溫度的降低，降低程度與其鹽的濃度成反比［50］。Aktas為了研究鹽的相關嫩化機制，以豬肉為實驗材料，用DSC對NaCl溶液處理的肌間結締組織進行了研究，肌間結締組織的變性起始溫度(To)和變性峰溫度(Tp)都比對照顯著降低［51］。

3 結論

綜上所述，肉的硬度主要由基礎硬度(Background Tough)和尸僵硬度(Rigor－induced Tough)兩個方面組成。尸僵硬度的改善是肉類工業中提高肉類嫩度的主要途徑，主要是宰后成熟過程中對肌原纖維蛋白的降解變化而使肉的嫩度得到提高。肉的基礎硬度也叫背景硬度，是由肌內結締組織決定，肌內結締組織對肉的嫩度起著重要的作用，主要表現為肌內膜和肌束膜內膠原蛋白一系列特性變化對嫩度的影響，涉及到膠原蛋白的含量、熱溶解性、交聯程度以及熱變性程度等。而膠原蛋白的這些特性還受到動物宰前和宰后諸多不同因素的影響，宰后成熟、加熱烹調、超聲波和高壓嫩化處理以及弱有機酸結合NaCl腌制等都會對肌內膠原蛋白的上述特性產生一定的影響，進而影響到肉的嫩度。Chang 等的最新系列研究也證明了這一觀點［52－54］。因此，可以通過相關研究，在肉的不同嫩化處理中對這些因素進行調控，從而達到對肉嫩化的目的，極大地提高和改善肉的食用品質。

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Analysis of relationship between collagen variation and meat tenderness postmortem

CHANG Hai－jun1，2，WANG Qiang3，XU Xing－lian1，ZHOU Guang－hong1，*
(1.Key Lab of Meat Processing and Quality Control of Ministry of Education，Key Lab of Food Processing and Quality Control of Ministry of Agriculture，Nanjing Agricultural University，Nanjing 210095，China;2.College of Environmental and Biological Engineering，Chongqing Technology and Business University，Chongqing 400067，China;3.Department of Life Science and Chemistry，Chongqing Education College，Chongqing 400067，China)

TS201.2

A

1002－0306(2010)08－0404－05

2009－08－10 *通訊聯系人

常海軍(1980－)，男，博士研究生，研究方向:畜產品加工與質量控制研究。

農業部948項目［2006G35(2)］。