牛肉酶解工藝及其產物的研究進展

陳珍

摘 要：常用于水解牛肉的酶有木瓜蛋白酶、動物蛋白水解復合酶、風味復合酶等，本文總結了蛋白酶水解牛肉的工藝以及酶法水解牛肉的研究現狀，歸納了牛肉酶解的3種工藝方法：單酶水解、多酶復合水解和多酶分步水解。結果表明：牛肉經過酶解釋放出氨基酸或形成多肽，更利于人體消化吸收，并且具有一定的生物活性，牛肉酶解工藝在肉制品行業中有廣闊的發展前景。

關鍵詞：蛋白酶；牛肉；氨基酸；活性多肽；水解

Abstract： The use of papain， protamex and flavourzyme to hydrolyze beef is widespread. This paper reviews the current status of research on enzymatic hydrolysis of beef and its hydrolysate. Three hydrolysis procedures for beef are summarized， namely single enzymatic hydrolysis， and one-step or stepwise hydrolysis with multiple enzymes. It has been demonstrated that enzymatic hydrolysis of beef results in the release of amino acids or the formation of polypeptides， which are readily absorbed by the human body and have diverse bioactivities. The hydrolyzed beef has broad prospects for application in the meat industry.

Key words： protease； beef； amino acid； bioactive peptide； hydrolysis

中圖分類號：Q814 文獻標志碼：A 文章編號：1001-8123（2014）10-0029-04

中國是世界第四大牛肉消費國[1]，市場銷售以黃牛肉和水牛肉為主，牦牛肉和小牛肉是最近兩年發展起來的非常受消費者喜愛的肉品[2-3]。牛肉蛋白質的氨基酸組成比豬肉更接近人體需要，可提高機體抗病能力，對于生長發育及手術后、病后調養的人在補充失血、修復組織等方面特別適宜[4]。然而，許多人卻不能享受這種美味佳肴，例如老年人和兒童咀嚼或吞咽不便；腸胃功能紊亂者；病后、術后需額外補充蛋白質者。因而要根據這些人群的營養需求為他們開發生產新型的牛肉制品[5]，例如牛肉粉、氨基酸口服液等。將食物中的蛋白質水解成多肽或者游離氨基酸更有利于消化吸收，且水解后得到的多肽往往還具有抗氧化等多種生物活性[6]。

蛋白質水解形成氨基酸在肉類加工過程中有著重要的應用，而通常將蛋白質肽鍵裂解的方法有化學法和酶法兩種。化學法又分為酸水解和堿水解。酸水解是在110 ℃條件下水解24 h以上，色氨酸被破壞且過程難以控制；而堿水解會降低胱氨酸、精氨酸、蘇氨酸、絲氨酸、異亮氨酸和賴氨酸的含量。只有酶法水解是在較溫和的條件下進行的，避免了化學法產生的不利因素，并且不會降低蛋白質的營養價值[7-8]。本文主要對牛肉酶解的工藝及牛肉酶解物的營養價值與保健功能進行了論述，以期為后續研究提供參考。

1 牛肉酶解的工藝研究

牛肉通過酶解可大大提高其營養價值和商業價值。目前，我國活性肽和蛋白水解物的研究主要集中在大豆蛋白、乳蛋白、魚蛋白方面。其他類蛋白，尤其是水解牛肉蛋白的研究較少[9]。對牛肉蛋白水解的研究主要集中在酶解條件的優化和水解度的提高方面。水解度（degree of hydrolysis，DH）的含義為水解打斷的肽鍵數目占原料蛋白質中總肽鍵數的百分數。牛肉的水解方法有單酶水解，多酶復合水解以及多酶分步水解。

1.1 單一酶水解研究

對牛肉蛋白水解的初期研究一般以單一蛋白酶水解為主，即水解過程中只使用一種蛋白酶。可用于牛肉水解的蛋白酶有木瓜蛋白酶、堿性蛋白酶、中性蛋白酶、胃蛋白酶等。

孟祥河等[9]采用木瓜蛋白酶、堿性蛋白酶、中性蛋白酶、中性蛋白酶（As1.398）4 種蛋白酶分別對牛肉進行水解，來制備富含生物活性多肽、肉堿的混合液。最終確定了牛肉水解最適宜的酶制劑為木瓜蛋白酶，其最佳條件為酶與底物之比為1540 IU/g，底物質量濃度為3 g/100 mL，pH值為6.4，溫度為60 ℃，此時DH達到20.8%。徐懷德等[10]通過正交試驗對比了胃蛋白酶（500～1 000 U/g）和木瓜蛋白酶（1 000～1 500 U/g）對牛肉的水解效果，結果發現，木瓜蛋白酶比胃蛋白酶更適于牛肉酶解。木瓜蛋白酶在酶添加量（酶與底物之比）8 g/kg，溫度60 ℃，pH 7.0的條件下水解4 h，水解后游離氨基酸含量增加到40.1 mg/kg。

以上研究表明，酶的種類、酶解條件以及酶與底物比都會影響酶解效果。無論從最終的水解度還是氨基酸的產量來看，木瓜蛋白酶都是水解牛肉的最適酶。盡管單一酶水解操作簡單，成本較低，但所得水解液的水解度較低，不能達到較好的水解效果，需要進一步采用多酶或多步復合水解。

1.2 多酶復合水解研究

孟祥河等[11]采用木瓜蛋白酶、堿性蛋白酶2 種蛋白酶復合水解牛肉，制備富含生物活性多肽、肉堿的混合液，采用響應面法確定了復合酶解的最佳條件為酶與底物比1540 IU/g pro、堿性蛋白酶與木瓜蛋白酶質量比1∶7.5、底物質量濃度為3 g/100 mL、pH 7.0、溫度55 ℃，此時的DH達到24.67%。譚斌等[12]采用風味復合酶（flavourzyme，F）、復合蛋白酶（含內肽酶和外肽酶，protamex，P）、中性蛋白酶（neutrase，N）、堿性蛋白酶（acalase，A）4 種酶組合水解牛肉。以F+P、F+A、F+N兩兩組合的3 種方式進行水解比較，結果發現F+P為最佳組合，其水解條件為底物質量濃度4.8 g/100 mL、反應pH 7.0、水解溫度52.5 ℃，在此優化條件下DH最高，可達到50.65%。張謙益[13]采用響應面法對復合蛋白酶水解牛肉的條件進行了研究，他獲得的最佳水解工藝條件為pH 6.4、溫度54 ℃、水解6 h、固液比為

1∶5.2（m/V）、酶與底物比2%，DH為12.62%。王巖[14]用復合蛋白酶和復合風味蛋白酶同步水解牛肉，經過優化得到最佳酶解條件為底物質量濃度為16 g/100 mL、復合蛋白酶和風味蛋白酶添加量均為1.0%、水解溫度50 ℃、起始pH 6.5、酶水解時間8 h，DH為21.0%。

以上研究表明，只用復合蛋白酶對牛肉進行水解，所得水解液的水解度并不高，與風味復合酶同時使用時，水解度有大幅度的提升。譚斌[12]和王巖[14]等都是采用風味復合酶和復合蛋白酶對牛肉進行復合水解，但譚斌研究的水解度最終高達50.65%，為王巖實驗結果（21.0%）的2 倍，造成這種差異的原因可能是兩者水解酶F和P所使用的比例不同，水解條件也不一樣。綜上，多酶復合水解的效果可能優于單一酶水解，但影響多酶復合水解的因素比單一酶解要復雜的多，最佳酶解條件較難確定，需多次實驗，需要合理選擇不同的酶類。

1.3 多酶分步水解研究

多酶分步水解是指水解過程中一次只加入一種蛋白酶，待反應一段時間后，再調節pH值和溫度等條件，加入另外的酶繼續水解。毛善勇等[15]以復合蛋白酶和復合風味酶分步水解牛肉蛋白，首先單獨用2%的復合蛋白酶在溫度55 ℃、pH 6.0條件下水解牛肉6 h，其DH可達到12.57%。為了進一步提高水解度，調整溫度為50 ℃，加入6.0%的復合風味酶，繼續水解6 h，其水解度上升到24.62%。閆爽等[16]用復合蛋白酶和風味蛋白酶（質量比2∶1）、木瓜蛋白酶和風味蛋白酶（質量比2∶1）分別進行分步酶解，其中風味蛋白酶為酶解開始2 h后再添加。并將其結果與單獨用復合蛋白酶酶解的結果進行比較，結果發現3 種方式得到的水解度分別為22.67%、25.58%、12.29%。

多酶分步水解的水解度也高于單一酶水解，并且反應過程中只需要確定單一酶的水解條件而不用經過多次實驗確定復合反應的條件，相對多酶復合水解簡單一些。但該方法耗時長、條件的調控和變換過于繁瑣。綜上所述，3 種酶解牛肉的方法都有各自的優缺點，實際操作中應根據不同的需求以及實際條件選擇不同的水解方法。

2 牛肉酶解物的成分分析

牛肉含有豐富的營養物質，例如蛋白質、脂肪、礦物質和B族維生素等。經過酶解以后，這些牛肉中的各種營養物質將釋放出來，例如游離的氨基酸、生物活性肽、礦物質等，更易于人體吸收利用。

2.1 牛肉酶解液中氨基酸的分析

張謙益等[17]采用復合蛋白酶對牛肉進行水解，并采用氨基酸自動分析儀測定了牛肉酶解物的氨基酸含量。結果表明，酶解物中氨基酸含量非常豐富，配比良好，其氨基酸的總含量最高為12.78%，最低為0.7%，呈鮮味的谷氨酸和天冬氨酸含量高，另外還含有較高含量的人體必需氨基酸。譚斌等[12]對水解液中的氨基酸進行分析，得出不同DH的水解液中主要的游離氨基酸和完整蛋白質中的氨基酸含量等同，說明牛肉經過蛋白酶水解可以較好保留氨基酸成分。此外，水解液中游離氨基酸的含量與水解度呈正相關。

2.2 牛肉酶解液中活性多肽的分析

張謙益等[18]用Tricine-SDS-PAGE電泳法對牛肉酶解物的分子質量進行測定，結果表明，產物的分子質量分布在1 060～24 000 D范圍，分子質量在5 000D以下的低分子質量蛋白成分含量約75%。一般認為分子質量在2 000～5 000 D范圍內的小肽產生的肉味強度值最高，可以作為一些肉味的前體物質并且對肉味有強化作用。

此外，牛肉中含有豐富的礦物質元素：鈣、磷、鎂、銅、鉻和硒等，這些礦物質不僅對牛肉的肉質產生影響，在營養方面也能為人們的生理健康提供補充。經檢測發現，牛肉水解液中保留了絕大部分礦物質，可以制成礦物質補充劑等。

3 牛肉酶解物功能的研究

酶法水解廣泛應用于提高蛋白質的功能特性和營養特性[20-21]。牛肉蛋白經過水解后，水解液中含有多種游離氨基酸和小分子肽段。氨基酸是肉類風味形成的重要前體物質，因此牛肉蛋白水解液可以用于高級調味劑的生產。近年研究發現，小分子多肽可以由腸道直接吸收，且小分子多肽的吸收途徑比氨基酸具有更大的輸送量[15]。

3.1 營養功能

氨基酸是構成蛋白質的基礎，人們常說的蛋白質營養價值，其實質就是構成蛋白質的氨基酸數目、含量及其結構比例。如果一種食物的蛋白質的氨基酸構成比例跟人體蛋白質的氨基酸構成比例相似，則稱這種食物營養價值高。

供給蛋白質不僅在數量方面要滿足總氮的需要，且在氨基酸的組成上也要達到最低量，且有適宜比例[22]。牛肉中含有優質蛋白質，尤其是氨基酸的含量和比例都很適合人體的合成模式[23]。而張謙益等[17]對牛肉酶解物氨基酸的檢測表明牛肉酶解物很好地保留了牛肉的營養成分。

3.2 加香功能

孫姣林[24]用酶法得到牛肉蛋白水解物并制備牛肉香精，得到復合蛋白酶和復合風味蛋白酶復合水解牛肉可以獲得較高的水解度；還進一步研究了熱反應條件對牛肉香精的影響。宋詩清等[25]以5 種不同水解度牛肉酶解物分別制備得到5 種熱反應牛肉香精。利用定量感官分析和氣相色譜-質譜/嗅覺測量法（gas chromatography-mass spectrometry/olfactometry，GC-MS/O）分析考察5 種熱反應牛肉香精香氣成分的變化，結果顯示，添加DH 29.13%水解液的牛肉香精樣品其牛肉味、肉香味和仿真度相比于其他樣品是最強的。趙中勝等[26]應用風味分析法研究了pH值、牛肉水解蛋白添加量、反應時間、溫度以及對美拉德反應制備食用香精的影響，獲得的最優條件為pH 7.0、牛肉水解蛋白添加量60%、時間115 min、溫度105 ℃。在優化條件下得到的牛肉香精，肉香濃郁，烤肉味特征香氣明顯，留香時間久。

3.3 抗氧化功能

酶法水解制備的抗氧化多肽具有螯合金屬離子、捕捉自由基和抗氧化作用。Sarmadi等[27]闡述了酶解蛋白制備抗氧化多肽的意義和國內外研究現狀，對抗氧化機理和研究過程中存在的問題進行分析，并展望了其開發應用前景。酶解蛋白制備抗氧化多肽是開發天然抗氧化的重要途徑，它將廣泛應用到飼料、食品加工、食品貯藏等[28]方面。周小理等[29]研究了復合酶所制備的牛肉水解液抗氧化活性，當采用復合酶酶解牛肉蛋白時，酶與底物比為462 414 U/g、溫度60 ℃、pH 4.5、水解時間5 h，底物質量濃度8 g/100 mL，抗氧化活性最好。

4 牛肉蛋白酶解物的應用

目前，酶解技術已在肉味香精前體物的制備方面得到廣泛應用。牛肉酶解后釋放出大量的游離氨基酸，酶解物和糖類物質等發生美拉德反應，可制得肉味香精前體物[30-31]。目前，我國肉味香精的生產廠家有100多家，年銷售額約20億 元人民幣，每年以超過10%的速度遞增，相關食品等工業的產值約200億 元人民幣[32]。肉味香精市場將以很快的速度增長，應用領域也將不斷擴大。

酶解法可以產生大量的小肽并且成本較低，此外其底物、反應劑不會對反應環境造成危害[33-34]。抗氧化性多肽是生物活性肽的一種，通過減少氧自由基、羥自由基從而達到抗衰老的功能[35-36]，使用安全性高。同時還能防止油脂氧化，作為抗氧化劑使用時，這類多肽安全、高效、無助氧化作用[37]。而酶解蛋白制備抗氧化多肽是開發天然抗氧化的重要途徑，它將廣泛應用到飼料、食品加工、食品貯藏等方面[28]。另外，抗氧化性多肽可以應用于化妝品行業，作為一些修復型化妝品的添加劑，如營養霜和面膜，可以快速恢復皮膚的光澤與彈性，減少皺紋，對延緩衰老起著積極的作用；用于護發，有很好的光澤效果和高效的保護作用，可使頭發免受環境條件和化學因素的破壞[38]。目前對于牛肉水解物抗氧化活性的研究已全面展開，隨著研究的深入，將具有更大的開發價值和應用前景。

5 結 語

未來中國的肉類行業發展前景廣闊，利用肉類資源開發具有調節機體功能、提高免疫力和智力、延緩人體衰老、增強體質和抵抗力的功能肉食品是21世紀研究的重要課題，特別是開發老年、兒童保健肉制品和綠色肉食品更是具有廣闊的市場前景和投資前景[39]。酶解制備的牛肉水解液富含多種氨基酸和生物活性肽，并保留了牛肉中其他營養物質，將在保健肉制品的開發中發揮重要的作用。此外，國內乳業經過迅猛的發展，每年都有大量奶公犢牛產生，但僅作為血清的生產材料，沒有充分發揮經濟效益[38]。若將牛肉蛋白的酶解技術和奶公犢牛的開發利用結合起來，用于保健品的生產，不僅增加了奶公犢牛的附加值，降低了保健肉制品的生產成本，還彌補了我國營養保健品在這一方面的空缺。

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