木瓜蛋白酶參與傳統(tǒng)家養(yǎng)畜禽類(lèi)肉品加工的應(yīng)用

張瓊，鄒強(qiáng)，劉雨蝶

(成都大學(xué) 食品與生物工程學(xué)院，成都 610106)

木瓜蛋白酶作為一種純天然生物酶制劑，一直以來(lái)在傳統(tǒng)家養(yǎng)畜禽類(lèi)肉品加工中都占有十分重要的地位。早在20世紀(jì)八九十年代，蛋白酶就作為整個(gè)食品工業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈中重要的添加劑用于改善食品的品質(zhì)，其中木瓜蛋白酶是使用最廣泛的蛋白酶之一?？蒲泄ぷ髡邆?cè)?jīng)對(duì)木瓜蛋白酶本身的特性及其在肉品中的功能和作用進(jìn)行了大量系統(tǒng)性的研究工作，對(duì)木瓜蛋白酶處理后的肉類(lèi)從感官鑒評(píng)、物化特性及質(zhì)量屬性等方面進(jìn)行了綜合測(cè)定及評(píng)估，證明了木瓜蛋白酶具有綠色、安全、高效的特點(diǎn)且充分肯定了木瓜蛋白酶的嫩化和水解作用[1]。因此，木瓜蛋白酶被廣泛用于提升畜禽類(lèi)肉品的口感、質(zhì)量和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。

1 傳統(tǒng)家養(yǎng)畜禽類(lèi)肉質(zhì)的特點(diǎn)及木瓜蛋白酶的簡(jiǎn)介

在《國(guó)家畜禽遺傳資源目錄》中，包括了豬、牛、羊、馬、驢、駱駝、雞、鴨、鵝、兔、鴿、鵪鶉等12類(lèi)、17種傳統(tǒng)家養(yǎng)畜禽類(lèi)動(dòng)物，其肉質(zhì)安全，可放心食用。畜禽類(lèi)肉的品質(zhì)參差不齊，受多種因素影響，其中，動(dòng)物的品種、性別、飼養(yǎng)方式、屠宰的年齡、肥育程度、排酸時(shí)間(即肉的成熟度)以及肌肉部位等被認(rèn)為是影響肉品質(zhì)的宏觀(guān)因素；肌肉中各種蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)特性、結(jié)締組織含量及分布、肌纖維直徑及類(lèi)型等則被認(rèn)為是影響肉品質(zhì)的微觀(guān)因素[2]。因此，一般來(lái)說(shuō)，畜禽類(lèi)動(dòng)物的年齡與嫩度呈反比，生長(zhǎng)周期較短或幼齡動(dòng)物的肉柔軟且有彈性，而生長(zhǎng)周期較長(zhǎng)或老齡動(dòng)物的肉堅(jiān)韌且具有木質(zhì)化的特點(diǎn)。尤其對(duì)于生長(zhǎng)環(huán)境苛刻的動(dòng)物如駱駝、牦牛等，肉質(zhì)更加粗糙堅(jiān)硬且難以加工[3]。同樣對(duì)于一些特殊的群體，如淘汰的蛋雞、老母豬等，其結(jié)締組織膠原蛋白含量高，韌性較大，難以軟化。另外，運(yùn)動(dòng)越多、負(fù)荷越大的肌肉部位因需要有強(qiáng)壯致密的結(jié)締組織和粗壯的肌纖維支持，所以其可食用肉嫩度及適口性較差，例如豬、牛、鴨的腿部等，嚴(yán)重影響了其商業(yè)價(jià)值。木瓜蛋白酶來(lái)源于未完全成熟的番木瓜果實(shí)，屬于低特異性的半胱氨酸蛋白酶，也稱(chēng)為巰基蛋白酶[4]，是由212個(gè)氨基酸殘基組成的單鏈蛋白質(zhì)，分子量約為23200 Da，其催化活性中心含有Cys25-His159-Asn175離子對(duì)，在適宜的條件下，能夠迅速切開(kāi)蛋白內(nèi)部的-CO-NH-[5]。在一定的酸性、中性、堿性范圍內(nèi)均具有較高的活性，熱穩(wěn)定性強(qiáng)，90 ℃的溫度下才完全失去活性[6]。因此，在肉類(lèi)食品加工期間相比其他酶類(lèi)具有更好的應(yīng)用價(jià)值。

2 木瓜蛋白酶參與傳統(tǒng)家養(yǎng)畜禽類(lèi)肉品加工的應(yīng)用

2.1 單獨(dú)使用木瓜蛋白酶在傳統(tǒng)家養(yǎng)畜禽類(lèi)肉品加工中的應(yīng)用

木瓜蛋白酶在畜禽類(lèi)肉品加工中主要用于提高肉質(zhì)或開(kāi)發(fā)其潛在價(jià)值，獲得適宜的產(chǎn)品。木瓜蛋白酶在一定程度上能夠降解肌原纖維蛋白、膠原蛋白及彈性蛋白。肌原纖維蛋白是肌纖維的主要成分，而膠原蛋白及彈性蛋白是結(jié)締組織的主要成分[7]。因此，木瓜蛋白酶破壞肌纖維結(jié)構(gòu)完整性的同時(shí)還能將結(jié)締組織降解成無(wú)定形態(tài)的小塊，使肉變得嫩滑爽口。在肉類(lèi)制品中添加木瓜蛋白酶，不僅改善了肉品的質(zhì)構(gòu)特性，同時(shí)木瓜蛋白酶降解肉蛋白會(huì)形成游離氨基酸等各種小分子前體物質(zhì)或中間產(chǎn)物[8]，進(jìn)一步提高了其附加值。柳艷霞等[9]以豬后肘肉為原料，酶添加量340 U/g，處理時(shí)間和溫度分別為15 min和49 ℃時(shí)，結(jié)果表明木瓜蛋白酶能夠有效降低調(diào)理豬排的剪切力，提高肉的食用品質(zhì)。金惠玉等[10]添加0.5%木瓜蛋白酶，處理時(shí)間3 h，注射量3%，溫度50 ℃，提高了牛肉干的嫩度和出品率。朱建等[11]選用木瓜蛋白酶添加量40 U/g、pH 8.0、處理溫度25 ℃、處理時(shí)間60 min的加工工藝條件，明顯改善了羊肉干的口感。喬學(xué)彬等[12]在木瓜蛋白酶添加量250 U/g、嫩化時(shí)間50 min、嫩化溫度52 ℃的條件下，獲得的兔肉丁感官評(píng)分最高。陳瑞霞等[13]以蛋雞為研究對(duì)象，添加2%的木瓜蛋白酶，酶解時(shí)間4 h，酶解溫度50 ℃，結(jié)果顯示蛋雞蛋白質(zhì)酶解物可將50 mmol/L NaCl溶液的咸味強(qiáng)度提升26.2%，可用于開(kāi)發(fā)兼具調(diào)味和營(yíng)養(yǎng)功能的調(diào)味料。在畜禽類(lèi)肉品加工中，不僅單獨(dú)添加木瓜蛋白酶來(lái)改善加工工藝，通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)等來(lái)確定其最佳工藝參數(shù)，而且隨著研究的深入，木瓜蛋白酶常聯(lián)合其他蛋白酶類(lèi)進(jìn)行簡(jiǎn)單的復(fù)配、結(jié)合各種物理干預(yù)方式以及協(xié)同多種化學(xué)試劑共同作用于畜禽類(lèi)肉品，在最大程度上達(dá)到預(yù)期的品質(zhì)效果。

2.2 木瓜蛋白酶聯(lián)合其他蛋白酶類(lèi)在傳統(tǒng)家養(yǎng)畜禽類(lèi)肉品加工中的應(yīng)用

木瓜蛋白酶與不同的蛋白酶形成的復(fù)配酶，可充分發(fā)揮不同功能的蛋白酶之間的良好協(xié)同作用[14-15]。這些復(fù)配酶相比于單獨(dú)的木瓜蛋白酶，可以多位點(diǎn)水解蛋白質(zhì)，極大地增加了底物的水解程度和范圍，獲得更多種類(lèi)的肽、游離氨基酸、游離脂肪酸等重要的有機(jī)成分以及多樣化水解產(chǎn)物，可明顯提高畜禽類(lèi)產(chǎn)品的品質(zhì)和風(fēng)味，在嫩化、調(diào)味和功能性食品開(kāi)發(fā)的應(yīng)用上有廣闊的前景[16]。木瓜蛋白酶屬于半胱氨酸蛋白酶類(lèi)，能水解甘氨酸、賴(lài)氨酸和精氨酸等蛋白底物；菠蘿蛋白酶也屬于半胱氨酸蛋白酶類(lèi)，能水解精氨酸、苯丙氨酸和酪氨酸等蛋白底物；中性蛋白酶屬于金屬蛋白酶類(lèi)，能水解苯丙氨酸、亮氨酸、色氨酸等蛋白底物；胰蛋白酶則屬于絲氨酸蛋白酶類(lèi)，能水解賴(lài)氨酸、精氨酸等蛋白底物。朱建軍等[17]分別添加0.001%的木瓜蛋白酶和中性蛋白酶，共同酶解48 h，樣品中非蛋白氮(NPN)、氨基態(tài)氮(AN)、揮發(fā)性鹽基氮(TVB-N)的含量以及游離氨基酸(FAA)種類(lèi)和含量相比于未處理的臘肉均有所提高，經(jīng)GC-MS檢測(cè)，臘肉中的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)多了10種，風(fēng)味物質(zhì)除了烴類(lèi)和羰基類(lèi)外均有所增加。肖夏等[18]采用木瓜蛋白酶和菠蘿蛋白酶按1∶1復(fù)合應(yīng)用，20 ℃處理20 min，牛肉的剪切力降至3727.6 g，提升牛肉嫩度的同時(shí)，還保持了較好的彈性、內(nèi)聚性及熟肉率。安攀宇等[19]選擇復(fù)合蛋白酶和木瓜蛋白酶進(jìn)行復(fù)配，其復(fù)配比例為3.24∶1，制得的雞胸肉蛋白酶解液的水解度高達(dá)32.84%，具有營(yíng)養(yǎng)豐富、感光性狀好、風(fēng)味佳的特點(diǎn)。陳宇等[20]通過(guò)單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)確定了胰蛋白酶和木瓜蛋白酶的最佳用量，在20 ℃下處理30 min后，所得的鹵鵝肉質(zhì)嫩度適宜，滋味濃郁且口感極佳。

2.3 木瓜蛋白酶結(jié)合各種物理干預(yù)方式在傳統(tǒng)家養(yǎng)畜禽類(lèi)肉品加工中的應(yīng)用

木瓜蛋白酶常與各種物理干預(yù)方式共同應(yīng)用，如超聲波、滾揉和高壓處理。這些物理干預(yù)方式不僅有自身獨(dú)特的嫩化機(jī)制，而且可以解決酶在肉塊中的滲透和分布問(wèn)題，尤其對(duì)于需要將酶通過(guò)注射、浸泡的方式引入到肉塊中這一工藝環(huán)節(jié)，物理干預(yù)方式往往必不可少。超聲波作用于肉塊時(shí)，肉塊會(huì)吸收其部分能量，引起肌肉內(nèi)部的系列反應(yīng)，一定程度上造成肌纖維斷裂，溶酶體破裂，物理性地釋放出組織蛋白酶等內(nèi)源水解酶，可協(xié)同木瓜蛋白酶改善肉質(zhì)。不僅如此，超聲波在液態(tài)系統(tǒng)中會(huì)產(chǎn)生空化效應(yīng)，具有強(qiáng)烈的傳質(zhì)作用，當(dāng)與木瓜蛋白酶同步處理肉塊時(shí)，酶會(huì)隨著超聲時(shí)間的增加被緩慢引入到肉塊中，實(shí)現(xiàn)酶的均勻分布[21-22]。滾揉是一種機(jī)械外力，可拉伸肌節(jié)，使肌膜、肌束膜等結(jié)締組織受到外力沖擊而變得松散破碎，因此肉質(zhì)變得松軟而有彈性。木瓜蛋白酶被注入肉塊后，滾揉同樣也能使酶滲透到肉塊的各個(gè)角落，在短時(shí)間內(nèi)得到嫩度高和可塑性強(qiáng)的肉塊。高壓處理主要向肉類(lèi)提供高強(qiáng)度的壓力，高壓作用后肌纖維中的肌球蛋白和肌動(dòng)蛋白相互間的作用削減，pH值上升，結(jié)締組織軟化，溶酶體中的內(nèi)源蛋白酶迅速釋放達(dá)到分解蛋白的目的[23]。同時(shí)高壓產(chǎn)生的巨大沖擊力導(dǎo)致肉塊內(nèi)部的肌纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)遭到破壞，形成大量的通路，有利于木瓜蛋白酶的吸收，縮短嫩化時(shí)間。Barekat等在100 W、40 kHz的超聲波浴中添加0.1%的木瓜蛋白酶同步處理3 cm×3 cm×4 cm的肉塊20 min，剪切力大幅度降低，嫩度達(dá)到最高。王清波等[24]采用超聲波(151 W)輔助木瓜蛋白酶(16 U/g)對(duì)3 cm×6 cm×6 cm的生牛肉塊在51 ℃下嫩化處理20 min，剪切力值相比于對(duì)照組降低49.0%，具有良好的嫩化效果，同時(shí)減少了木瓜蛋白酶的使用量和嫩化時(shí)間。蔣小鋒等[25]將15 U/g木瓜蛋白酶溶液注射到3 cm×3 cm×4 cm的馬肉塊內(nèi)部，用滾揉機(jī)滾揉15 min，50 ℃、pH 6.0條件下嫩化處理1 h，達(dá)到了馬肉理想的嫩化效果。姚偉偉等[26]以雞腿肉和雞胸肉為原料，分別添加2.76，3.0 U/g的木瓜蛋白酶，真空滾揉處理30，28 min，最終所得產(chǎn)品剪切力值的降低率分別為50.9%和52.2%，保水性值都在87%以上，結(jié)果表明真空滾揉聯(lián)合木瓜蛋白酶形成的復(fù)合嫩化法能夠有效改善雞肉的嫩度和保水性。Ma等[27]在6 cm×4 cm×1 cm肉塊中先注射80 U/mL木瓜蛋白酶，在55 ℃放置30 min，隨后在50 MPa高壓下作用15 min，獲得牦牛肉最佳嫩度的同時(shí)也保護(hù)了其色澤。

2.4 木瓜蛋白酶協(xié)同多種化學(xué)試劑在傳統(tǒng)家養(yǎng)畜禽類(lèi)肉品加工中的應(yīng)用

木瓜蛋白酶通常與鹽類(lèi)、糖類(lèi)等化學(xué)試劑協(xié)同作用，有利于各種肉類(lèi)產(chǎn)品在嫩度、系水力、色澤和風(fēng)味等方面的提升。復(fù)合磷酸鹽可增強(qiáng)蛋白質(zhì)與水結(jié)合的能力，具有較強(qiáng)的保水性，使肉柔嫩多汁。當(dāng)復(fù)合磷酸鹽與木瓜蛋白酶配合使用時(shí)，復(fù)合磷酸鹽穩(wěn)定了木瓜蛋白酶溶液的酸堿度，充當(dāng)緩沖劑的作用，可保護(hù)酶活，提高嫩化效率[28]。同時(shí)上述研究發(fā)現(xiàn)，適宜的木瓜蛋白酶和復(fù)合磷酸鹽處理可有效增加氧合肌紅蛋白和脫氧肌紅蛋白的含量，減少高鐵肌紅蛋白所占的比例，維持肉類(lèi)鮮艷的櫻桃紅色。碳酸鈉對(duì)蛋白質(zhì)有一定的腐蝕作用，促使肌纖維吸水膨脹。鈣離子則是細(xì)胞內(nèi)源蛋白水解酶中鈣激活酶的激活劑，鈣激活酶可導(dǎo)致肌原纖維蛋白沿著Z線(xiàn)崩裂，以肌節(jié)為單位迅速裂解，肌纖維碎片化，導(dǎo)致嫩度增加[29]。木瓜蛋白酶降解肉蛋白得到的氨基酸等多種小分子風(fēng)味物質(zhì)更易與肉中添加的糖類(lèi)相結(jié)合進(jìn)行美拉德反應(yīng)，得到新的風(fēng)味化合物，從而增加肉制品的口感和風(fēng)味。陶瑞等[30]在木瓜蛋白酶活力值為9.44 U/g、復(fù)合磷酸鹽質(zhì)量濃度為18.35 mg/mL、持續(xù)作用時(shí)間為9.09 h的特定作用參數(shù)下測(cè)得低檔部位燒烤牛肉的剪切力值僅為17.25 N，牛肉的保水性也同步提高。盧智等[31]將木瓜蛋白酶和氯化鈣按1∶12(質(zhì)量比)組合運(yùn)用到雞胸肉時(shí)，雞胸肉的系水力達(dá)到最佳。侯佰慧等[32]以木瓜蛋白酶和葡萄糖為添加物研究雞肉酶解液呈味物質(zhì)的變化，結(jié)果表明隨著加熱時(shí)間的延長(zhǎng)，游離氨基酸和呈味氨基酸含量均顯著增加。劉昭等通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)確定了牛肉美拉德反應(yīng)的最佳反應(yīng)條件為：木瓜蛋白酶添加量1.8 mg/g，水解時(shí)間35 min，D-木糖添加量3%，美拉德反應(yīng)時(shí)間45 min。

3 結(jié)語(yǔ)

木瓜蛋白酶協(xié)同各種處理方式運(yùn)用于畜禽類(lèi)肉品加工是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，但目前仍存在一些問(wèn)題，例如超聲波、高壓等物理干預(yù)方式操作成本較高，各種處理方法聯(lián)合使用的加工工藝不成熟，且很多技術(shù)還無(wú)法實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。尤其針對(duì)高附加值的肉類(lèi)產(chǎn)品，其品質(zhì)上的高要求，促使研究人員考慮到更多的影響因素，應(yīng)用條件則更加苛刻。因此，未來(lái)在探究更多新型加工工藝的同時(shí)也需要突破目前所存在的工業(yè)化應(yīng)用上的各種限制因素。