羊肉嫩化技術及其機理的研究進展

夏靜華,劉書亮,楊 勇,葉勁松

(四川農業大學食品學院,四川雅安 625014)

羊肉嫩化技術及其機理的研究進展

夏靜華,劉書亮＊,楊 勇,葉勁松

(四川農業大學食品學院,四川雅安 625014)

綜述了近年來羊肉加工中的嫩化技術及其機理的研究現狀,詳細分析了羊肉的酶解嫩化法、CaCl2液注射嫩化法、超高壓嫩化法、超聲波嫩化法和電刺激嫩化法的研究現狀及其嫩化機理,提出了羊肉嫩化研究應用中存在的問題和研究發展方向,對羊肉生產加工具有一定的指導作用。

羊肉,嫩化,酶,超高壓,電刺激,超聲波,鈣離子

2 羊肉嫩化方法及其機理

肌肉嫩化可分為宰前嫩化和宰后嫩化,而后者是研究應用最為廣泛的,可分為物理嫩化法、化學嫩化法和生化嫩化法[11]。下面主要介紹近年來研究比較集中的幾種嫩化方法及其作用機理。

2.1 酶解嫩化法

酶解嫩化法是利用蛋白酶將肌肉中起重要連接和支架作用的蛋白質進行水解,導致肌肉組織結構破壞,從而使肌肉嫩化的方法。它分為內源酶 (如鈣激活酶和溶酶體蛋白酶)酶解法和外源酶(如木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶、微生物蛋白酶等)酶解法。

2.1.1 內源酶酶解法

2.1.1.1 鈣激活酶 (Calpain) 鈣激活酶是一種鈣激活中性半胱氨酸內肽酶,主要位于肌纖維 Z盤附近和肌質網膜上[12]。自 Guroff(1964)首次鑒定出鈣激活酶、Daytion(1976)等人純化了該酶后,國內外學者展開了對鈣激活酶與嫩度之間關系的研究。早期的研究大多是定性方面,并包含著其它因素的影響。1993年 Dransfield[13]才首次用嫩化模型對肉類嫩化機制進行定量分析,表明了鈣激活酶及其抑制蛋白相互作用的重要性。目前尚不能通過檢測活體內的酶活來闡明鈣激活酶與嫩度的關系,難以模擬肉在嫩化過程中發生各種反應的復雜環境[8]。

此外,對于鈣激活酶嫩化作用的機理尚不十分明確,但目前比較一致的觀點是：在動物屠宰后,隨ATP的逐漸消耗,肌漿網失去鈣泵作用而破裂,Ca2+被逐漸釋放出來,當達到一定濃度時激活鈣激活酶。此時,鈣激活酶在其激活蛋白及其抑制蛋白的共同調節下,對肌肉中的肌聯蛋白、伴肌動蛋白、肌鈣蛋白和肌間蛋白等肌原纖維蛋白進行水解,使肌原纖維變成無序、松散的結構。其微觀結構變化表現為肌節部位斷裂、I帶和 Z盤的結合變弱或斷裂、MFI值增大等,從而使肌肉表現出嫩化[4,8,11-12,14]。

鈣激活酶活性受 Ca2+濃度、壓力、pH、溫度等[8,11]因素的影響,因而除了直接向肌肉中添加鈣激活酶外,還可通過改變這些影響因子起到調節鈣激活酶的活性,從而改善肉的嫩度。這在國內外很多研究中都有報道,下面將有介紹。

2.1.1.2 溶酶體蛋白酶 動物屠宰后,其胴體先于“較高”溫度 (一般是 15℃左右)下放置一段時間后的肌肉嫩度比立即放入冷庫的肌肉嫩度要高,這與機體內的溶酶體蛋白酶有關。其原因是：胴體肌肉置于較高溫度下,肌肉內ATP酶的活性更高,加快了糖酵解反應,使胴體 pH迅速下降,而“高溫”和低 pH利于溶酶體膜的破裂,使得溶酶體蛋白酶釋放出來,促使對結締組織和肌原纖維蛋白的降解和破壞,導致肌肉得到嫩化。因此,添加溶酶體蛋白酶是酶解嫩化羊肉的又一方法[15]。

2.1.2 外源酶酶解 嫩肉粉是市場上比較多見的一類外源酶,廣泛應用于肉制品生產和烹飪加工[16]。其組成多為木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶和無花果蛋白酶等。其機制是通過水解肌肉的肌原纖維和結締組織處的各種連接性蛋白,弱化肌原纖維和結締組織結構而起到嫩化作用。

由于鈣激活酶在高水平 Ca2+濃度時的自溶作用和鈣激活酶抑制蛋白的抑制作用的發揮,使得羊肉在高水平 Ca2+濃度下也不會導致肌肉的過度嫩化;加之,是食品工業中常用的添加劑,FDA已允許采用溶液對肉品嫩化;Ca2+是人體骨骼的物質基礎,因而使用溶液注射法是有效、安全和具有一定營養作用的。但 Perez等人[20]認為,溶液處理后的肌肉咀嚼后有不良的口后感和苦味,這點在國內外類似研究中鮮見報道,有待進一步研究驗證和解決。此外對溶液的使用參數國內外學者有一定分歧：Koohmaraie[3,17-18]等提出向羊肉中注入的濃度為 0.3mol/L,Gerelt和 Polidori等進行相關研究并采用了這一結論,并將使用量定在10%(按胴體濕重計);而李博勛等則得到注射胴體濕重的 5%(0.6mol/L)時嫩化效果最佳,李正英等的研究結果為胴體濕重的 2%(0.4mol/L),這些均未超出 FDA規定的胴體濕重的 3% (0.8mol/L)的允許使用量,但究其濃度和使用量還有待進一步確定。

2.3 超高壓嫩化法

超高壓技術 (UHP,即高壓技術 HPP)通常應用于食品的殺菌、物料改性等方面,研究其對肉類嫩化是新課題,國內外報道并不多見。對于高壓嫩化的機理,目前普遍認為是高壓導致肌肉內源蛋白酶和顯微結構發生變化：a.內源蛋白酶的變化主要是指鈣激活酶的變化：由于高壓作用引起肌漿網和線粒體結構的破壞使得 Ca2+被釋放出來,肌漿中 Ca2+濃度瞬間升高,達到一定濃度后激活鈣激活酶,使其對肌原纖維中起連接和支架作用的蛋白水解。b.顯微結構變化：高壓作用使ATP酶被激活,在水解 ATP成ADP時釋放的能量推動肌動蛋白向肌球蛋白方向移動(兩者分別是構成細絲和粗絲的主要成分),粗、細絲相互重合,肌纖維收縮,肌節縮短;高壓還會使肌內膜和肌上膜產生分離,使一些蛋白變性、凝膠化。這些變化在顯微觀察時表現為：Z線斷裂或消失、Z線所處的 I帶變性和凝聚而呈現白色、M線降解、肌原纖維間隙增大而使其結構變得松散和無序等,從而對肌肉起到嫩化作用[8-9]。雖然高壓作用也會使鈣激活酶發生變性而使其活性受到抑制,但由于Ca2+濃度升高、鈣激活酶抑制蛋白專一性以及鈣激活酶在高壓后的自我修復作用,使鈣激活酶仍能充分發揮水解作用,提高肌肉嫩度。

高壓技術在嫩化羊肉的同時還可起到殺菌、成型等作用,但也會引起羊肉的色澤淡化、彈性下降、肌肉上呈現白色小斑點、有類似“蒸煮”風味等感官變化。白艷紅、楊公明等認為這些變化可能是由肌紅蛋白變性、脂肪組織在高壓下凝結、高壓促進蛋白降解和游離氨基酸 (包括呈味物質)變化等引起[8-10,21-22]。

雖然高壓對羊肉能起到很好的嫩化作用,但近年來研究主要集中在高壓對鈣激活酶的作用上,而對于高壓對羊肉嫩化應用的各項參數控制如壓力、施壓時間、后熟時間等的研究極少,有待進行深入的定量研究,或許會成為高壓嫩化技術應用研究的熱點。

2.4 超聲波嫩化法

超聲波通過物質中的液體形成氣泡 (“空化作用”),氣泡達到一定體積后不再吸收能量而崩潰,從而導致局部震波過強而帶來高溫高壓等作用,致使物質結構受到破壞。肌肉便是在這種作用下被迫振動,快速壓縮或疏張作用使肌肉結構受到破壞。Moeller(1976)報道超聲波破壞肌肉細胞的線粒體、肌漿網和溶酶體膜,使前二者保留 Ca2+的能力喪失而釋放 Ca2+,從而肌漿中 Ca2+濃度增加,當增到一定濃度時激活鈣激活酶,使其降解有關蛋白;同時溶酶體膜的破裂會導致溶酶體蛋白酶的釋放并發揮其對肌原纖維蛋白和結締組織蛋白等的水解作用。“空化作用”和酶的作用使肌原纖維 Z盤降解、肌聯蛋白纖絲受到嚴重破壞,蛋白間的有力聯接斷裂、可溶性蛋白濃度指標和MFI值都顯著提高,肌肉得以嫩化。李會蘭[23]、李正英[24]等的研究結果也一致,并且得出超聲波嫩化作用時間越長、功率越大,嫩化效果越好(破碎指數越大、剪切力越小)。此外李會蘭等還將超聲波處理與熱處理相結合,發現其嫩化效果比單一的處理更好。但在超聲波嫩化研究中各學者的研究參數幾乎都不相同,這尚有待研究確定。

2.5 電刺激嫩化法

自從 1749年,美國的 Benjamin Franklin注意到被電擊暈的火雞肉非常的嫩后,各國研究者逐步開始將電刺激技術用于牛羊肉的嫩化[16],并且美國學者 Harsham和 Reatherage于 1951年獲得了關于該技術的專利。到目前為止,人們對電刺激嫩化肌肉的機理還不完全清楚,但據國內外研究來看可能機理如下：a.電刺激加速了胴體糖酵解,使 pH迅速下降,縮短了尸僵時間,使冷收縮得到了減輕或被防止; b.電刺激引發的 pH下降使溶酶體膜破裂,釋放蛋白水解酶,使連接蛋白、伴肌動蛋白、肌間蛋白、肌鈣蛋白-T等起連接和支架作用的蛋白被水解導致肌原纖維結構破壞而變得松散、無序;c.電刺激引發肌肉強烈收縮對肌原纖維結構起到一定的破壞作用。電刺激后微觀結構還表現為 I帶、A帶、Z線損壞或消失,肌原纖維極度伸張、斷裂,MFI值變大等[15-16]。

電刺激嫩化還能起到增色和促進風味物質產生的效果,但在實際應用中應由哪個操作步驟實施電刺激還缺乏研究報道,電刺激的電壓、電頻和刺激時間等參數各不相同,且電刺激對操作空間要求較大并存在著一定的危險性,這些仍需要解決[25]。

2.6 其它嫩化方法

2.6.1 延遲冷卻 延遲冷卻是指將完整的胴體放在冷卻間外(相對較高的溫度)緩沖一定時間后,再進入冷卻間的過程。Locker(1963)發現宰后肌肉在15℃收縮最小,在過低溫度下易發生冷收縮,而過高溫度易發生熱收縮,都會導致嫩度下降。在延遲冷卻時肌肉在較高的溫度下糖酵解較快,pH下降迅速。此時低 pH條件下,肌肉收縮較小;同時低 pH、“高溫”下有利于與嫩化有關的內源酶的溶出和活性的提高,加快肌原纖維蛋白和結締組織蛋白等的水解,提高肉的嫩度[26]。

2.6.2 拉伸技術 在肉嫩化的機理研究中,許多研究人員發現剛宰后的肌原纖維和活體肌肉一樣,是數十個到數百個肌節沿長軸方向構成的纖維,在肉的成熟時則斷裂成 1～4個肌節相連的小片段。而造成肌原纖維小片化的原因就是動物死后僵直時,肌原纖維產生收縮的張力,使 Z線在持續的張力作用下機械脆點發生斷裂,張力的作用越大,小片化程度越高。對肌肉進行拉伸及對胴體進行吊掛其原理就是對肌肉施加與收縮張力相反的力,增多并加快機械脆點的斷裂,人為加速肌原纖維小片化的形成,提高嫩度[27]。

當然,羊肉嫩化的方法還有多種[28],如重組嫩化法即將嫩度低的肉用切片機切片,然后混合食鹽及磷酸鹽至肉產生粘度為止,達到改善嫩度的目的;基因工程嫩化法即通過活體調控鈣激活酶抑制蛋白的含量,以及調控脂肪在畜體內的沉積順序來改善肉質。

3 小結

目前已有多種羊肉嫩化的方法,并且對它們嫩化機理已有了較廣泛和深入的研究,形成了一定的理論基礎和應用技術,在實際的生產和生活中發揮了較大的作用。但是一些嫩化方法的機理還不是十分清楚;一些嫩化方法的技術參數還存在分歧;有些方法如 CaCl2注射嫩化帶來的不良口后感、超高壓嫩化引起的羊肉感官劣化等存在缺陷;此外,缺乏結合多種嫩化方法對羊肉進行嫩化研究。這些問題有待進一步研究和解決。因此,今后羊肉嫩化技術及其機理的研究發展應是朝著這些方法的完整性和綜合運用性延伸。

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Research progress in the technology and the mechanism of mutton tenderization

XIA Jing-hua,L IU Shu-l iang＊,YANG Yong,YE Jin-song
(College of Food in Sichuan,AgriculturalUniversity,Ya’an 625014,China)

This m anusc rip t reviewed the current resea rch p rog ress of the technolog ies and m echanism of m utton tende rness during the p rocess ing,and ana lyzed the technolog ies on imp roving tende rness us ing enzym e,injec ting ca lc ium chloride solution,ultra-high p ressure trea tm ent,ultrasonic,e lec trica l s t im ula tion,and resp ec tive ly introduced the m echanism in de ta il.Fina lly,this p ap e r d iscussed the p rob lem s exis ted in the app lica tions and looked forwa rd to the d irec tion of the deve lopm ent,which m ay p lay a guild ing role in the p roduc tion p rocess of m utton.

m utton;tende rness;enzym e;ultra-high p ressure(UHP);e lec trica l s t im ula tion;ultrasonic;ca lc ium ions

TS251.1

A

1002-0306(2010)02-0381-04

羊肉不僅具有高蛋白、低脂肪、低膽固醇和一定滋補功效的特點,同時也是全世界消費者廣泛食用的家畜肉之一[1]。在羊肉的品質特性中,嫩度是評定肉質量的重要指標之一,也是消費者十分重視的感官指標,其好壞直接影響著肉的食用價值和經濟價值。肉的嫩化技術及其機制也是國內外肉類專家研究的重點和熱點課題。近年來我國市場供應的羊肉中老弱、淘汰殘羊羊肉占有較大比例,羊肉嫩度差;另一方面,切實高效的羊肉嫩化方法已成為我國許多羊肉加工企業亟待解決的問題[2]。本文就羊肉的嫩化及其機制的研究進展進行分析和綜述,以期為羊肉的生產加工提供理論指導和應用參考。

1 嫩化羊肉的組織特性

Koohmaraie[3-5]、Polidori[6]、Gerelt[7]、孔保華[8]、白艷紅[9]、德力格爾桑[10]等眾多學者研究表明,嫩化羊肉的肌原纖維和結締組織蛋白如肌聯蛋白、伴肌動蛋白、肌鈣蛋白等起支架和連接作用的蛋白的降解,使肌原纖維的M線消失、I線變寬、Z線變得無序,肌原纖維排列有序性遭到破壞,細絲結構被弱化,肌原纖維小片化指數(MFI值)變大。這些都是嫩化羊肉的典型組織特性。

2009-04-24 ＊通訊聯系人

夏靜華(1984-),男,在讀碩士研究生,研究方向：食品科學。

四川省科技廳支撐項目(07NG0902)。