電刺激結(jié)合冷卻排酸對牦牛細胞骨架蛋白 (Desmin、Troponin-C、Integrin) 降解影響的研究進展

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(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,甘肅蘭州 730070)

牦牛主要分布在高海拔、低氣壓的高寒高山的草原,氣候特點冷季長、暖季短[1]。我國是世界牦牛主產(chǎn)國,占世界牦牛總數(shù)的92%。牦牛肉營養(yǎng)豐富,色澤鮮紅,味道鮮美無腥味,生長環(huán)境遠離工礦區(qū),環(huán)境良好,無污染,因此受到消費者的青睞[2]。

牦牛肉的生產(chǎn)起源于20世紀50年代的歐洲[3]。在國際市場上,牦牛肉價格不菲,美國每千克的上等牦牛白肉售價達到27美元。與其相比,最優(yōu)級的牛肉,售價只有14美元/kg。在荷蘭市場上,上等牦牛白肉售價為每千克高達42歐元,與同檔次的牛肉、豬肉相比,其售價高達2～4倍。我國盛產(chǎn)牦牛,資源豐富,國內(nèi)需求空間很大,市場潛力極大,這些都為我國發(fā)展牦牛肉提供了有利因素。

肉的嫩度是一個高價值的消費特征,這是消費者普遍反映的結(jié)果,為了提高肉的質(zhì)量和價值,對肉嫩度的研究具有矚目的前瞻性。肉嫩度改變的過程是極其復(fù)雜的,嫩度的改變依賴于蛋白體系結(jié)構(gòu)和骨骼肌細胞的完整性,并且與一些蛋白質(zhì)的破壞和相互作用有關(guān)。蛋白質(zhì)降解和破壞的過程和蛋白質(zhì)被氧化的過程確定為肉的嫩化過程,這些過程之間的相互關(guān)系決定了嫩化的速度與程度。降解的蛋白質(zhì),例如desmin,filamin,dystrophin和talin(全部位于Z線的外圍),可能會破壞肌原纖維本身及外層肌原纖維膜的完整性。肌原纖維中粗細絲蛋白質(zhì)的降解,可能會導(dǎo)致樣品肌節(jié)的橫向移動或者發(fā)生斷裂。titin、nebulin和troponin-T之間的相互作用和Z線蛋白質(zhì)之間的相互作用對保持肌肉完整性發(fā)揮著關(guān)鍵作用。這些蛋白質(zhì)的破壞,特別是titin和nebulin的降解,會引起進一步的理化性質(zhì)和結(jié)構(gòu)的變化,導(dǎo)致肌原纖維斷裂,使肌肉細胞的完整性遭到破壞,最終改善肉的嫩度[4]。

目前對于電刺激后牦牛肉品質(zhì)的研究,國內(nèi)外學(xué)者很少有對其進行詳細的介紹。同時牦牛肉也具有肉質(zhì)粗糙較硬的缺點,為了提高牦牛肉的食用品質(zhì),滿足消費者需求,提高牦牛肉的商業(yè)價值,擴大市場,對其嫩化機理的研究具有劃時代的意義。

本綜述從電刺激對牦牛細胞骨架蛋白(Desmin、Troponin-C、Integrin)降解的影響揭示電刺激對牦牛肉嫩化的機理,以期提高我國牦牛肉的品質(zhì),為其開發(fā)利用和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 電刺激技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

1.1 電刺激技術(shù)的發(fā)展

早在1749年,美國的富蘭克林首次對屠宰后的火雞應(yīng)用電刺激,結(jié)果發(fā)現(xiàn)經(jīng)電刺激后的火雞肉較之前的肉嫩度顯著提高。在此基礎(chǔ)上,1951年美國的Harshan和Deatherge共同應(yīng)用高壓電刺激嫩化牛肉,并獲得了有關(guān)專利。電刺激最早是用來預(yù)防由于冷收縮導(dǎo)致牛羊肉發(fā)生的韌化作用,后來經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),電刺激不僅能加快屠宰后的嫩化過程,縮短成熟時間[5],同時還可以改善肉的顏色,避免熱環(huán)(Heat-ring)等的產(chǎn)生[6],是肉類的一種快速成熟技術(shù)。電刺激技術(shù)首先出現(xiàn)在新西蘭進行工業(yè)應(yīng)用,用以改善羊肉的嫩度,現(xiàn)如今,電刺激已經(jīng)成為大多數(shù)國家改善肉類食用品質(zhì)的重要技術(shù)之一。

1.2 電刺激技術(shù)

電刺激技術(shù)的差別主要表現(xiàn)在應(yīng)用模式,其主要分為電流類型、脈沖頻率、電壓、電刺激時間、宰后時間等。其中按電壓高低可將電刺激分為高壓電刺激(U>100V)、低壓電刺激(45～100V)、超低壓電刺激(<45V)3種類型。而電刺激的部位一般是在胴體的胸部和跟腱部位。電刺激在肉類工業(yè)中應(yīng)用,方法簡單方便,適合流水線上的大量生產(chǎn)使用,成本低,對企業(yè)發(fā)展具有重要意義。電刺激儀使用簡單易學(xué)、結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、使用安全、對環(huán)境沒有任何污染、占地面積小、易操作。

1.2.1 電刺激影響因素

1.2.1.1 宰殺后放置時間 從擊暈宰殺到進行電刺激,時間間隔越長,效果越差,研究證明,應(yīng)該在放血完全,30s之后,10min之內(nèi)進行電刺激。

1.2.1.2 電壓 電刺激使用電壓,從擊暈宰殺到電刺激,時間越短,所用電壓就越低。對于高壓電刺激,推薦110～220V。

1.2.1.3 脈沖頻率 脈沖頻率低,胴體pH下降速度最快,脈沖頻率高,可有效防止蹬踢現(xiàn)象。對于高壓電刺激,建議110V/220V,60Hz/50Hz。

1.2.1.4 電刺激時間 從擊暈宰殺到電刺激,時間間隔越長,電刺激時間就越久,一般電刺激時間為50～90s,應(yīng)避免時間過長造成“過熱收縮”和時間過短達不到刺激效果。

1.2.2 電刺激技術(shù)的作用 胴體電刺激的研究是為了減少胴體冷卻效應(yīng)的發(fā)生,提高肉的嫩度,研究者發(fā)現(xiàn),電刺激不僅可以提高肉的嫩度,還有助于動物屠宰后的放血和剝皮。因此電刺激可以作為一項常規(guī)的,提高肉類品質(zhì)最好的技術(shù)來應(yīng)用。電刺激嫩化效應(yīng)主要表現(xiàn)在促進僵直的快速出現(xiàn),從而避免冷收縮,同時在一定程度上對肌原纖維的結(jié)構(gòu)造成破壞。胴體電刺激后采用快速排酸工藝,可以減少排酸時間,減少肌肉中有害物質(zhì),進行熱剔骨工藝時,可以避免分割肉的冷卻收縮效應(yīng)。

2 電刺激嫩化機理

2.1 電刺激的原理

電刺激的原理是采用電極或探針,利用電流對宰后放血完全的胴體進行刺激的一種技術(shù),電刺激按使用電壓的高低分為低壓電刺激和高壓電刺激。根據(jù)研究者的結(jié)果顯示,低壓和高壓電刺激都能達到同樣的效果,低壓相對安全,因此,大多數(shù)研究者和企業(yè)都趨向于使用低壓電刺激。

根據(jù)目前國內(nèi)外的研究成果,可從三個方面解釋嫩化機理:

電刺激引發(fā)的尸僵過程,可以減少冷收縮,原因是電刺激過程加快了肌肉中ATP的降解,糖原的分解速度也加快,導(dǎo)致胴體pH快速降到6以下,此時再對胴體進行冷加工,就可以防止冷收縮現(xiàn)象的發(fā)生,提高肉的嫩度[7]。

電刺激導(dǎo)致強烈的肌肉收縮,導(dǎo)致肌動蛋白細絲過度插入而使Z線斷裂,肌原纖維間的結(jié)構(gòu)松弛,這樣也可以容納更多的水分,從而提高嫩度[8-9]。

電刺激使肉的pH迅速下降,酸性蛋白酶的活性增加,分解能力增強,嫩度就增加[8-9]。

2.2 電刺激和冷卻排酸對骨架蛋白的影響

嫩度是決定牛肉食用品質(zhì)最重要的因素,在宰后的24h內(nèi),牛肉的嫩度因為僵直過程和肌節(jié)的縮短變得較差,在后來的成熟過程中,因為肌原纖維結(jié)構(gòu)的破壞和骨架蛋白的降解,使肉的嫩度得到改善[10]。電刺激略微加快了肌細胞骨架蛋白和伴肌動蛋白的降解,還發(fā)現(xiàn)電刺激增加了三種類型的肌原纖維I帶的斷裂和造成I帶較早的斷裂,通過機械性破壞肌纖維的結(jié)構(gòu)和增加蛋白的水解提高肉的嫩度。Agnieszka Iwanowska[11]在肉的冷卻處理中觀察到desmin的降解和隨著時間的延長降解產(chǎn)物也隨之增加,在第10d肌原纖維蛋白的降解率最高。

大多數(shù)研究證明宰后成熟能改善牛肉嫩度,而在這個過程中認為肌原纖維蛋白的降解是一個重要的因素[12]。肌原纖維蛋白按照其在肌肉中的性質(zhì)分為直接參與肌肉收縮的蛋白,調(diào)節(jié)肌肉收縮的蛋白及細胞骨架蛋白三類。調(diào)節(jié)蛋白包括原肌球蛋白(tropomyosin)和肌原蛋白(troponin)等蛋白。細胞骨架蛋白包括伴肌動蛋白(nebulin)、連接蛋白(titin)以及一些次級的多肽,如肌間線蛋白(desmin)、細絲蛋白(filamin)和zeugmatin等多種蛋白。

Seideman[13]發(fā)現(xiàn)對胴體進行電刺激可以提高肉的嫩度,原因可能是減少冷收縮,加速蛋白質(zhì)的降解和破壞肌原纖維的結(jié)構(gòu)。黃靜等[14]做過相關(guān)內(nèi)容的體外實驗,結(jié)果顯示,Calpains可以降解肌纖維等骨架類蛋白,例如連接蛋白、伴肌動蛋白、細絲蛋白、肌間線蛋白和肌鈣蛋白-C。大多數(shù)學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)電刺激能促進蛋白水解酶活性的提高,其中包括μ-calpain[15]。更有研究表明μ-calpain的自我溶解與desmin的降解和豬肉的滴水損失有關(guān),integrin的低水平降解和desmin的高水平降解均與新鮮豬肉中的滴水損失有關(guān)[16],由此可知電刺激可以提高Calpains對骨架蛋白的降解,提高肉的嫩度。Bjarnadóttir等[17]研究顯示,電刺激可以減少Hsp70間接加速細胞凋亡,使細胞收縮,線粒體改變,染色質(zhì)凝聚,降解特定的細胞骨架蛋白,改善肉的嫩度[18]。

2.2.1 肌間線蛋白(Desmin) 肌間線蛋白是一種新發(fā)現(xiàn)的蛋白,位于Z線與Z線和肌細胞膜之間,肌原纖維之間的空隙布滿了這些纖絲,將其結(jié)合到一起,形成肌肉細胞的骨架,維持整個骨骼肌細胞的完整性和有序性。而肌間線蛋白的降解會使肌原纖維的有序結(jié)構(gòu)遭到破壞,因此肉的嫩度提高。

有學(xué)者研究顯示,電刺激加快desmin的降解率,冷卻排酸對牛肉顏色沒有顯著影響,且Western印跡表明冷卻排酸對desmin的降解率有所降低。而電刺激結(jié)合冷卻排酸,可以降低牛肉的顏色,加速細胞骨架蛋白的降解,提高牛肉嫩度[19]。由于desmin是連接相鄰肌原纖維橫向運行的元素之一,其降解會導(dǎo)致橫向排列肌節(jié)的損失。因此,細胞骨架蛋白desmin在肉的嫩度中扮演著重要的角色,desmin的降解,會改變牛肉的嫩度[20]。

Chen Feng等[21]在體外實驗研究發(fā)現(xiàn)desmin的某一特定位置可以被caspase-6切割產(chǎn)生N-desmin,從而導(dǎo)致肌原纖維的結(jié)構(gòu)遭到破壞。而國內(nèi)的學(xué)者王玉寧[22]做了電刺激和延遲冷卻對骨架蛋白desmin和nebulin降解影響的研究,通過對牛肉肌原纖維蛋白的免疫分析得出,電刺激和延遲冷卻顯著加快了肌肉成熟后肌間線蛋白的降解。

毛衍偉[23]在快速冷卻和電刺激對牛肉品質(zhì)的影響及其機理研究中,從微觀方面研究電刺激和快速冷卻對牛肉肌原纖維骨架蛋白降解的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn),電刺激和快速冷卻兩者結(jié)合加快了desmin的降解,肌原纖維遭到電刺激后的物理性破壞,造成攣縮帶和拉伸帶大量的形成,加速Z盤的斷裂,明帶消失,提高牛肉嫩度。而黃明在離體條件下牛肉的嫩化機制研究中發(fā)現(xiàn)鈣激活酶I對肌間線蛋白有明顯的降解作用。

電刺激牛胴體通常是為了提高牛肉嫩度,假設(shè)增加蛋白酶的活性,可能會使細胞的結(jié)構(gòu)蛋白被降解,導(dǎo)致肌纖維結(jié)構(gòu)遭到破壞,從而提高肉的嫩度。SDS-PAGE結(jié)果顯示電刺激的兩個樣本與未刺激組相比樣品中肌間線蛋白的數(shù)量有所減少,單克隆抗體標記的肌間線蛋白結(jié)果顯示,明顯標志的38ku肌間線蛋白降解產(chǎn)物電刺激組比未電刺激組多。Koohmaraie等[24]曾提出,desmin的降解對肉嫩度的改善有著顯著的貢獻。desmin的作用在于維持肌原纖維結(jié)構(gòu)的完整性,desmin的降解會破壞肌原纖維結(jié)構(gòu)[20],導(dǎo)致剪切力降低,提高肉的嫩度[25]。

有學(xué)者對電刺激后的肌肉通過顯微圖像觀察肌纖維的結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)電刺激表現(xiàn)出對肌肉更快的降解[26]和蛋白降解產(chǎn)物的出現(xiàn)[27]。在后來的研究中,電刺激(200volts,20Hz)引起牛肉背最長肌產(chǎn)生攣縮現(xiàn)象,同時伴隨著nebulin、titin、desmin和troponin-T降解速率的增加。

2.2.2 肌原蛋白C(Troponin-C) 肌原蛋白C(Troponin-C)是一個構(gòu)成肌鈣蛋白復(fù)合物的亞基,它對調(diào)節(jié)肌肉組織收縮起著重要的作用[28]。而Troponin-C是肌鈣蛋白復(fù)合體的Ca2+的結(jié)合亞基,而有學(xué)者也已證實Troponin的降解會受到Calpains的影響[29]。

2.2.3 整聯(lián)蛋白(Integrin) Integrin是一種跨膜骨架蛋白,保持肌肉的完整性,對細胞生長、代謝、調(diào)控、生存、增殖和分化起著重要作用。

肉的質(zhì)量由背最長肌和暗部半腱肌肉的品質(zhì)性狀決定。Titin,nebulin,desmin和integrin水解作用通過SDS-PAGE技術(shù)和蛋白印記技術(shù)進行了評估,在72h成熟后的檢驗中integrin已經(jīng)開始降解[34]。

Lawson[35]在整聯(lián)蛋白的降解對豬肉滴水損失的作用里研究得出,抑制Calpains的活性不僅抑制整聯(lián)蛋白的降解也阻礙了細胞膜和細胞骨架之間水通道的形成,因此肌肉持水力就會升高,從而降低豬肉的滴水損失,提高豬肉的嫩度。而Zhang研究過integrin,desmin和μ-calpain的變化對宰后豬肉持水力的影響,結(jié)果顯示,整聯(lián)蛋白能夠影響細胞膜和細胞骨架之間的水通道形成,而整聯(lián)蛋白的降解可以促使這個水通道的快速形成,從而使肌肉持水力降低[17]。持水力降低就會影響肉的口感,降低肉的嫩度。

有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)integrin的β1-chain的降解,參與細胞膜粘附性細胞骨架蛋白的部分,與豬肉中滴水通道的開口有關(guān),因此豬肉中滴水通道開口的形成可能是由于Calpains在細胞表面上對integrin的降解[35]。

由以上可知,電刺激影響Calpains的活性,Calpains活性的升高使骨架蛋白的降解速率增加,因而影響integrin的降解,從而可以提高牛肉嫩度。

3 骨架蛋白降解原因的研究

3.1 鈣激活酶

大多數(shù)學(xué)者發(fā)現(xiàn)宰后24h的牛肉中Calpastatin的活性與牛肉的嫩度有很大的負相關(guān)性[36-37]。學(xué)者Zhang Wangang[38]發(fā)現(xiàn)不同的Calpain自我溶解產(chǎn)物與完整的desmin和滴水流失有顯著的相關(guān)性。這個結(jié)果支持他做的假設(shè),蛋白水解作用的desmin對肉的持水力有很大作用。Calpain是通過對細胞骨架蛋白的降解導(dǎo)致肌原纖維超微結(jié)構(gòu)的變化來提高牛肉品質(zhì)。Koohmaraie[39]的實驗數(shù)據(jù)表明,在宰后儲藏過程中肉嫩度的改善,肌原纖維蛋白的水解是主要的原因。Z盤的減弱或降解和desmin的降解(也可能是titin的降解)使宰后胴體在儲藏過程中肌肉的肌原纖維結(jié)構(gòu)遭到破壞。有大量的實驗表明Calpain水解系統(tǒng)是負責(zé)宰后蛋白水解,提高肉的嫩度,Calpain是唯一的蛋白水解系統(tǒng),電刺激為宰后激活Calpain活性提供了理想的條件。

電刺激使肉的pH降低,致使肉處于一個較低溫度下的低pH環(huán)境,因而影響了Calpain/Calpastatin 的比率,也可能是電刺激作用使肌漿網(wǎng)的結(jié)構(gòu)遭到破壞,導(dǎo)致大量的鈣離子進入到肌漿中,使肌漿中鈣離子的濃度升高,較早激活了Calpain的活性,促進了Troponin-T的降解,蛋白質(zhì)降解顯著加快,提高肉的嫩度[40]。

大多數(shù)學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)鈣激活酶能降解肌間線蛋白,破壞肌原纖維的結(jié)構(gòu),還可降解其他蛋白,使肌肉的伸張力減弱,使粗細肌微絲的釋放和游離[41-43],因而可以改善肉的嫩度。

3.2 鈣離子

Horgan和Kuypers[44]報道電刺激破壞肌肉中肌質(zhì)網(wǎng)的形成,這就意味著電刺激增加肌漿中鈣離子的釋放。宰后骨骼的肌漿網(wǎng)功能會喪失,導(dǎo)致鈣離子釋放到肌漿中,使肌漿中的鈣離子濃度升高,達到0.2mmol/L[45]。鈣離子可以結(jié)合Z線中的磷脂分子,使其從Z線中釋放出來,導(dǎo)致Z線結(jié)構(gòu)遭到破壞[46]。而鈣離子濃度的升高,可以激活Calpain,特別是μ-鈣蛋白酶(μ-Calpain)[47],而Calpain對troponin-T、nebulin等重要的肌原纖維蛋白有降解作用。

黃明等人研究發(fā)現(xiàn)在含100μmol/L Ca2+的反應(yīng)體系中,鈣激活酶I對肌間線蛋白有明顯的降解作用,而100μmol/L Ca2+單獨存在時對肌間線蛋白無降解作用,可能是肌鈣蛋白酶I被激活,間接對肌原纖維的降解發(fā)揮作用。Takahashi經(jīng)過多年研究發(fā)現(xiàn)0.1mmmol/L鈣離子條件下,肌原纖維中的Z盤結(jié)構(gòu)弱化,原因是鈣離子和Z線中磷脂分子結(jié)合,磷脂分子從Z線中釋放出來,導(dǎo)致Z線結(jié)構(gòu)破壞,Geensink等的實驗認為一些細胞骨架蛋白的降解是單獨的鈣離子在牛肉成熟中發(fā)生的嫩化作用。當鈣離子濃度較高時,酶的活性中心就會暴露,表現(xiàn)出活性[41]。電刺激加快ATP的消耗,肌質(zhì)網(wǎng)小泡體內(nèi)的鈣離子就會釋放出來,激活鈣激活酶。不管是電刺激還是冷卻排酸,Calpain都會使骨架蛋白降解,破碎的骨架蛋白是否對肌漿網(wǎng)造成破壞,導(dǎo)致肌漿中鈣離子濃度升高反過來又影響Calpain酶體系,使骨架蛋白進一步降解,這是一個值得討論的問題。

3.3 蛋白酶體系

電刺激加快糖酵解的速度,表現(xiàn)為糖原快速的消耗和pH的快速下降,電刺激使剪切力值降低,原因可能是較早激活蛋白酶或者物理作用破壞使肌原纖維結(jié)構(gòu)改變[48]。電刺激后的高溫低pH環(huán)境提高了內(nèi)源酶的活性,加速了蛋白質(zhì)的降解速度,從而提高了肉的嫩度[49]。在1987年Mikami等發(fā)現(xiàn)在牛肉、兔肉和雞肉成熟過程中,組織蛋白酶L水解肌原纖維蛋白的數(shù)量最大,其中包括肌鈣蛋白T、I、C、伴肌動蛋白、肌聯(lián)蛋白、原肌球蛋白[50]。

有研究發(fā)現(xiàn)Cathepsins可以降解肌肉中重要的蛋白,其中就有:Troponin-T、I(pH<6)和C蛋白[51]。Robert等[52]研究發(fā)現(xiàn)蛋白酶體具有水解牛肉肌原纖維蛋白的能力。早期黃明等發(fā)現(xiàn)黃牛肉中μ型依鈣蛋白酶在體外實驗中對肌間線蛋白有明顯的降解作用[53]。

Z盤降解的主要作用是促進動物死后嫩化。這些結(jié)論似乎已在很大程度上基于實驗結(jié)果顯示,Calpain系統(tǒng)對嫩化起著重大的作用,Z盤降解從而導(dǎo)致肌肉的肌原纖維之間的斷裂,這些結(jié)構(gòu)的降解對嫩度有很大的影響。構(gòu)成這些結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)包括nebulin、dtitin、vinculin、desmin和dystrophin且desmin是Calpain優(yōu)秀的基礎(chǔ),同時發(fā)現(xiàn)desmin在3d后檢驗出對半膜肌有降解作用[54]。

4 電刺激嫩化作用的研究

4.1 國外研究

Rosenvold等[55]在電刺激對牛肉品質(zhì)改善作用的研究中發(fā)現(xiàn),電刺激不僅能有效保護牛肉免受熱硬化的影響,顯著提高牛肉的嫩度,影響成熟過程中蛋白酶避免被抑制。而Wiklund等[56]對電刺激的研究發(fā)現(xiàn)電刺激作用可以降低牛肉最終的剪切力和pH,在品嘗實驗中發(fā)現(xiàn)電刺激作用下的牛肉被消費者評價為嫩度較好。Bekhit等[57]還發(fā)現(xiàn)電刺激對肉的嫩度和持水能力有一定的改善效果。

低壓電刺激加速胴體pH下降,降低牛肉背最長肌的持水力和提高牛肉嫩度。而快速冷卻使胴體溫度下降的速度增加,提高了持水力,但是牛肉的剪切力值增加。因此低壓電刺激與冷卻排酸同時應(yīng)用是商業(yè)牛肉屠宰明智的選擇。在觀察到肌原纖維和肌動蛋白細胞骨架蛋白的降解時,電刺激樣品中desmin和troponin-T這些蛋白質(zhì)降解速度的加快改善了牛肉的嫩度。也觀察到電刺激增加了肌原纖維和肌動蛋白細胞骨架蛋白的降解。同時發(fā)現(xiàn),電刺激24h后樣品中的desmin濃度有所降低[58]。desmin濃度在成熟第4d呈減少的趨勢,電刺激加快糖酵解速度,pH下降,可能是早期活化的肌原纖維蛋白酶使剪切力值變小,從而改善牛肉嫩度[48]。

電刺激提高肉的嫩度,這種技術(shù)曾經(jīng)被認為是通過胴體放血后幸存的神經(jīng)系統(tǒng)工作的,但是有學(xué)者驗證(30min后的檢驗)加工后的肌肉,仍然有改善嫩度的作用[59-60]。電刺激后肌動蛋白發(fā)生降解,在牛肉中不溶性蛋白質(zhì)分級中得到證實[61]。肌動蛋白先前被認為是共價綁定到肌球蛋白片段,導(dǎo)致較高分子量的移遷[33]。電刺激樣品早期觀察到肌原纖維和細胞骨架蛋白肌動蛋白,desmin和troponin-T的降解,這可能就是使肌肉嫩度改善的原因。這些結(jié)果支持了早期的發(fā)現(xiàn),電刺激通過加速蛋白水解的速度和降解細胞骨架蛋白來提高肉的嫩度[62]

電刺激對肉作用機理的研究中Ferguson等[63]揭示出,電刺激對牛肉品質(zhì)改善的原因是由于電刺激造成了糖原的快速酵解,從而引起了pH的迅速下降,同時發(fā)現(xiàn)未酵解的糖原濃度與最終pH之間具有顯著的正相關(guān)性。所以糖原酵解越快,pH下降就越快。Eric等[7]研究了電刺激和無電刺激的牛肉在儲藏過程中酶的變化,結(jié)果發(fā)現(xiàn),電刺激可以加快糖酵解的速度,即加速僵直過程,也就是加速了肌肉ATP的降解,提高了糖原的分解速度,使胴體體內(nèi)積累了大量的乳酸,從而使胴體的pH快速下降到6以下。此時再對這些肉進行冷加工,就可以達到阻止冷收縮現(xiàn)象的發(fā)生,增加了胴體的汁液率,增加了肉的嫩度。Toohey[64]在電刺激后24h發(fā)現(xiàn),電刺激通過增加具有氧合能力的肌紅蛋白,來增加肉的顏色,同時發(fā)現(xiàn)電刺激對羊肉嫩度有很大改善。而Hope Jones[65]對牛肉進行電刺激,發(fā)現(xiàn)肉的嫩度顯著提高。電刺激導(dǎo)致肉的pH快速下降,肌肉僵直提前,提高蛋白水解酶的活性,加速肌原纖維和骨架蛋白的降解,加速糖酵解,增加能源消耗,加速desmin的降解[66-67],縮短牛肉成熟時間,使剪切力值降低,從而提高肉的嫩度[68]。

大多數(shù)學(xué)者認為牛肉的成熟是源于肌肉中內(nèi)源蛋白酶,即鈣激活酶分解肌原纖維細胞骨架蛋白所致,而Mohammad等[69]研究結(jié)果表明,電刺激導(dǎo)致胴體肌肉強烈的收縮,引起肌動蛋白細絲過度插入導(dǎo)致Z線斷裂,使肌原纖維間的結(jié)構(gòu)發(fā)生松弛現(xiàn)象,這樣就可以容納更多的自由水,從而使肉的嫩度增加。電刺激使肉的pH降低,還會提高酸性蛋白酶的活性,使蛋白酶分解能力增強,因而加速了蛋白質(zhì)的分解,提高嫩度。從目前的研究中發(fā)現(xiàn),電刺激牛胴體,在24h時,可能是通過增加肌紅蛋白的充氧能力,使背最長肌的肌肉產(chǎn)生更加明亮的顏色,但是這種影響是隨著成熟時間的延長而減弱的。在電刺激后168h,持水能力和蛋白溶解度不再影響肌肉顏色的穩(wěn)定性。因此這種技術(shù)不僅可以提高牛肉的嫩度,對肌肉的顏色也沒有負面影響[70]

4.2 國內(nèi)研究

羅欣等人在電刺激技術(shù)在牛肉快速成熟中的應(yīng)用研究中指出,用最優(yōu)的電刺激參數(shù)對牛胴體進行電刺激可以使牛肉達到快速成熟嫩化的目的,使牛肉的成熟時間由兩周減少到一周之內(nèi),牛肉的剪切力值也降低了36%。孫清亮[40]等在電刺激和延遲冷卻對宰后牛肉肌原纖維Troponin-T降解的影響中發(fā)現(xiàn),電刺激降低了牛背最長肌的剪切力值;顯著提高了μ-calpain的活性,也提高了肌原纖維骨架蛋白的降解速度,改善了牛肉的嫩度。賈文婷等[32]在羊肉的電刺激嫩化中發(fā)現(xiàn)電刺激加快羊肉pH下降,降低剪切力,使肌原小片化指數(shù)升高,加快蛋白質(zhì)降解,縮短成熟時間,提高羊肉嫩度。

有學(xué)者在電刺激對肉的機理作用做了一些研究,例如陳韜等人[71]在電刺激對豬肉品質(zhì)的影響中發(fā)現(xiàn),電刺激引發(fā)了肌肉蛋白質(zhì)變性和肌原纖維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的收縮,這是汁液流失率增加和形成肌細胞間空隙的原因,而快速冷卻對肌肉溫度降低、蛋白質(zhì)變性的減緩、肌細胞間空隙的減小具有一定的效果,因而降低肉的汁液流失。張先鋒[72]在電刺激與延遲冷卻對牛肉肌原纖維超微結(jié)構(gòu)的影響中發(fā)現(xiàn),電刺激引發(fā)約有50%的肌纖維結(jié)構(gòu)區(qū)域產(chǎn)生了攣縮帶,其程度達到58.78%～61.78%,肌原纖維的超微結(jié)構(gòu)被機械性的破壞,從而提高了牛肉的嫩度。

5 展望

電刺激技術(shù)被國內(nèi)外大小型企業(yè)應(yīng)用,據(jù)法國資料顯示,電刺激后的牛肉嫩度可提高到原來的15%～16%。不僅節(jié)省了肉的成熟時間,也為企業(yè)帶來了可觀的經(jīng)濟效益。

學(xué)者普遍認為電刺激能夠加速糖酵解,降低pH,加快僵直過程,阻止冷凍和冷卻過程中冷收縮現(xiàn)象的發(fā)生,降解骨架蛋白,對肌原纖維結(jié)構(gòu)有破壞作用,使剪切力降低,肌原小片化指數(shù)升高,提前激活鈣激活酶的活性,加快肉的成熟嫩化過程,同時改善肉的顏色和外觀。電刺激技術(shù)為肉類工業(yè)的發(fā)展提供了有利的條件,為肉類研究提供理論依據(jù)。但是電刺激實驗的對象,電刺激的方式、方法、強度、時間、影響因子都會不同程度的影響著實驗的結(jié)果,由于實驗對象,動物本身又有著種類的差異,本身肌肉結(jié)構(gòu)的不同,對不同的動物進行電刺激,效果可能會有所差異,對同一種動物而言,由于不同部位肌肉的差異也會造成電刺激后不同的效果,只有深入了解電刺激的優(yōu)缺點及其機理,方能根據(jù)不同的需要選擇最佳方案,使電刺激技術(shù)被充分有效的利用。

6 結(jié)論

電刺激技術(shù)在工業(yè)上的應(yīng)用越來越廣泛,技術(shù)也越來越成熟,面對世界經(jīng)濟的不斷發(fā)展,人們生活水平的提高,各種競爭越來越激烈,為了迎接各種挑戰(zhàn),應(yīng)當繼續(xù)發(fā)展和推廣這種技術(shù)。

牛肉宰后成熟過程中,電刺激和冷去排酸結(jié)合可以提前激活Calpain的活性,增加對骨架蛋白的降解,提高牛肉嫩度。

電刺激和冷卻排酸給牛肉的成熟過程提供一個高溫低pH的環(huán)境,從而影響Calpain的活性,增加對骨架蛋白的降解,改善牛肉嫩度。

電刺激和冷卻排酸通過加快糖原酵解速度,使肌肉提前進入尸僵期,從而避免冷收縮,同時伴隨著肌原纖維結(jié)構(gòu)被物理性的破壞和肌原纖維蛋白的降解,使肌肉達到嫩化效果。

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