蛋白酶在肉制品加工中的应用

蛋白酶在肉制品加工中的应用肉类食品营养物质丰富，特别是肉类蛋白质营养价值高，是人类获取蛋白质的重要来源之一。而现代消费越来越多地要求将肉进行各种加工以获得不同的口感、风味，因此肉制品加工业迅速发展。现在的肉制品品种越来越多，其中不少肉制品的加工过程利用酶的作用来改善产品品质。酶在肉制品主要用途是改善组织、嫩化肉类及转化废弃蛋白质使其成为供人类食用或作为饲料的蛋白质浓缩物。用蛋白酶嫩化一些粗糙、老硬的肉类，是最有效的嫩化方法。国内研究蛋白酶制剂在肉类加工中的应用多集中于肉的嫩化。本文综述7种蛋白酶制剂作为添加剂在肉制品加工过程中的应用。1.蛋白酶的作用机理蛋白酶是一种重要的工业酶制剂，可以催化蛋白质和多肽的水解，广泛存在于果实、植物茎叶、动物内脏和微生物中。在食品加工中，催化食品蛋白质降解的酶有3种不同的来源：内源蛋白酶、微生物分泌的蛋白酶和人为添加的蛋白酶制剂。食品加工过程中，比较重要的蛋白酶应用包括蛋白质的水解反应、转蛋白反应和交联反应。在蛋白酶的催化作用下，蛋白质分子中肽链断裂（即酰胺键断裂），生成肽键长度较短的肽分子或游离氨基酸，但是普通的蛋白酶催化反应并不能确切反映蛋白酶对蛋白质催化水解时的实际反应过程。根据酶催化反应的理论可知，在反应过程中有酶-底物中间体形成，即在蛋白质分子发生肽键裂解反应前，酶是通过与底物之间的作用来改变反应途径的，但不改变反应的始态和终态，这样降低了水解反应的活化能，使得反应在较温和的条件下以较快的速度进行。在蛋白酶水解过程中，蛋白质分子是蛋白酶催化反应的底物，所生成的肽分子本身也可以成为酶催化反应的底物，所以反应一般是连续进行的。此外，由于在反应体系中水的量一般很大，因此反应的趋势是生成大小不等的肽分子片段。但当反应中底物或者是其他氨基酸的量很大时（例如在Plastein反应条件下），则在最后一步反应中不是水分子进攻酶-肽片段，而是由体系中存在的其他肽片段或氨基酸进攻酶-肽片段，此时发生蛋白质的合成反应，肽片段或氨基酸同另外的一个片段通过酰胺键结合，新生成的肽分子与原来的肽分子在结构、性质等方面都显著不同[2]。2.酶制剂在肉制品加工中的应用酶制剂由于具有改变肉制品的结构、增强肉制品的持水能力、改善肉制品的风味、提高碎肉的利用率等作用，作为一种食品添加剂，被广泛应用于肉制品加工中[1]。2.1改善肉制品的风味肉制品的风味是影响肉制品品质的一个重要指标，是影响消费者购买欲的决定性因素，在肉制品加工中具有重要的意义。在肉制品加工过程中加入酶制剂可以改善肉制品的风味，提高肉制品的质量。Zalacain等[18]研究添加微生物脂肪酶对发酵香肠品质的影响。通过与未添加微生物脂肪酶发酵香肠对比，发现添加脂肪酶后其游离脂肪酸(以油酸计)含量较高，其中饱和游离脂肪酸含量明显高于未添加脂肪酶发酵香肠，而多不饱和游离脂肪酸含量较低，两者单不饱和游离脂肪酸含量相似。2.2嫩化肉类，提高产品质量用蛋白酶嫩化一些粗糙、老硬的肉类，是最有效的嫩化方法。蛋白酶能将肉类结缔组织及肌纤维中结构复杂的胶原蛋白及弹性蛋白进行适当的分解，使部分氨基酸与氨基酸之间的连接键发生断裂，破坏它们的分子结构，从而大大提高肉的嫩度，并使风味得到改善。用蛋白酶作为肉类嫩化剂，不但安全、卫生、无毒，而且有助于提高肉类的色、香、味，增加肉的营养价值，并且不产生任何不良的风味，是一种极有前途的肉类嫩化剂。国外已经在肉制品中普遍使用，我国也已经开始研究和应用。如浙江大学开发出的弹性蛋白酶与商品应用的嫩化粉相比，不仅嫩化后的肉类具有良好的感官品质，还能达到与嫩化粉同样的嫩化效果，而且不会出现过度软化的现象[5]；唐晓珍等[19]对生姜蛋白酶在猪肉嫩化的应用进行了研究，发现生姜蛋白酶对猪肉的嫩化效果显著。2.3提高产品的成品率肉制品的保水性是一项重要的质量指标，它不仅影响制品的色香味、营养养成分、多汁性、嫩度等食用品质，而且关系着制品的成品率和成本，具有重要的经济意义。酶制剂如转谷氨酰胺酶所催化形成的凝胶有牢固的空间网络，能较强包容大量水分，从而防止肉制品在加工过程中产生的皱缩现象，提高产品嫩度，同时也提高了产品的成品率。吴立根等[20]报道了适量的TG添加水平(0.25%)可降低混合肌肉(鸡肉与猪肉的混合肌肉)凝胶的失水损失。2.4保证肉制品的安全性传统的肉类加工工艺中，通常加入大量的盐和(或)磷酸以提高其持水力、连贯性和质地。近来，由于健康的需求，低盐和少磷酸的肉制品受到人们的青睐。如何既能保持产品的良好品质，又能降低盐和磷酸盐的用量，成为肉类加工业所面临的重要课题。酶制剂的应用有望解决上述问题，为人类提供健康、美味的食品。如以猪肉为原料，在低盐维也纳香肠的生产过程中，分别加入不同剂量的食盐和转谷氨酰胺酶制剂，结果表明，即使食盐用量降低到普通香肠的1/4，产品仍然可获得同样的弹性，说明转谷氨酰胺酶能大大增强凝胶效果，弥补低盐造成的凝胶减弱缺陷，使产品具有与高盐时同样的质构特征[21]。2.5提高肉制品附加值，降低生产成本酶制剂在高效利用碎肉、骨头上的残肉、猪皮、猪血等下脚料，降低成本，提高产品附加值等方面发挥着越来越重要的作用。如应用谷氨酰胺转胺酶处理碎肉，将碎肉、淀粉调味料和谷氨酰胺转胺酶混合、成型，做成肉丸、烧麦等，可以大大地提高肉的利用率，且外观、质地、风味、口感也得到了极大的改善；利用中性蛋白酶回收骨头上的残存肉，不仅肉蛋白回收率较人工回收率大大提高，而且成本降低；利用酶法生产无色猪血粉，可为猪血的高效利用开辟新的途径[1]。2.6在肉制品保鲜中的应用水能影响食品中酶反应的速度，通常可用降低食品中水分含量的方法来阻滞酶等作用引起的变质。这是由于在较低水分活度下酶蛋白变性的速度会显著减缓，而且能有效地防止微生物的生长。对于大多数酶制剂，在接近中性pH值和较低温度下将水分活度降到0.30以下，能防止因酶蛋白变性和微生物生长而引起的变质，从而保存较多的酶活力[2]。3.蛋白酶作为嫩化剂在宰前嫩化和肉类加工中的应用酶法保鲜原理是利用酶的催化作用，防止或消除外界因素对食品的不良影响，从而保持食品原有的优良品质。目前应用较多的是葡萄糖氧化酶和溶菌酶保鲜技术。顾仁勇等研究发现：0.05%Nisin和0.05%溶菌酶混合液能有效延长猪肉的保鲜期，结合真空包装技术则保鲜效果更好。李永富等以冷却猪肉为试样，采用浸泡鲜液的方式，研究了冷藏条件下溶菌酶和溶菌酶复合保鲜剂的保鲜效果，研究结果表明：80000U/mL溶菌酶液能够较好抑制微生物的繁殖，猪肉色泽保持较好。80000U/mL酶液与0.1%异VC钠和5%茁霉多糖复合保鲜剂保鲜效果最好，能够有效抑制微生物繁殖、抑制或延缓挥发性盐基氮浓度的上升和抑制感官评定等级下降[23]。肉的食用品质在很大程度上取决于它的质地。由于嫩度是最重要的因素，酶制剂对肉的成熟嫩化作用成为众多学者研究的热点。用酶嫩化牛肉，过去使用木瓜蛋白酶和菠萝蛋白酶，从2007年开始美国批准使用米曲酶等微生物蛋白酶。动物肉类嫩度的变化取决于许多因素，它是可以改变的。一般来说，宰前因素对结缔组织的数量、分布和类型有作用，从而影响嫩度。蛋白酶软化肉类的主要作用是分解肌肉结缔组织胶原蛋白，胶原蛋白是纤维蛋白，由副键连接成为具有很强机械强度的成分，这种交联键可分为耐热和不耐热两种，幼年动物中的胶原蛋白不耐热交联键多，一经加热即行破裂，肉就软化，而老动物的交联键多，烹煮时软化较难。蛋白酶的主要作用是水解胶原，促进嫩化。家畜宰杀后，肌肉内所含蛋白酶类活力发生了变化，影响了嫩度。目前，人工嫩化剂在增加肌肉蛋白酶的作用方面已取得了显著的效果。番木瓜酶是从番木瓜中提取的一种天然蛋白酶。在畜禽屠宰前27～30min，由颈静脉注入，通过血液循环作用均匀分布到机体各部位，以逐步破坏肌肉组织的胶原纤维，使肉增加鲜嫩度。用木瓜蛋白酶肌肉注射时，也可达到同样的目的。屠宰分割后的畜禽肉贮藏时，木瓜蛋白酶在肉中处于静止状态。在以后进行烧煮加热时,当温度达到酶促反应的适温时，酶活化，以增进肉的嫩度。由Swift公司生产的食品级蛋白酶制剂Proten,在屠宰前10～30min把酶的浓缩液注射到动物颈静脉血管中，使其随血液循环，使酶在肌肉中得到均匀分布，达到嫩化效果，一般所需要的酶量为2～5mg/kg[5]。通过破坏结缔组织改善嫩度已被许多研究证实，但目前在商业上还没有明显的进展。降低胶原纤维最好的酶是胶原蛋白酶，这种酶优先水解结缔组织蛋白，而对其它蛋白的活性极低。相反细菌胶原蛋白酶对天然胶原蛋白酶在数个位点进行断裂，它能引起胶原蛋白碎片更快地降解。现在各国研究人员正在对用于肉类嫩化的微生物蛋白酶进行研究，相信不久的将来，微生物来源的蛋白酶将随着酶制剂生产技术水平的提高，开发出食品级别的蛋白酶，用于肉类加工中的嫩化剂使用。4.参考文献[1]侯振健.食品添加剂及其应用技术[M].北京:化学工业出版社,2004.[2]王璋.食品酶学[M].北京：中国轻工业出版社，2005.[3]何国庆,丁立孝.食品酶学[M].北京:化学工业出版社,2006,201-202.[4]史碧波,罗晓妙,林巧.浅谈酶在肉类加工中的作用.肉类研究[J],2006,92(10):47.[5]NAZS.EnzymesandFood[M].NewYork：OxfordUniversityPress，2002.[6]曾凯芳,李洪军,明建.保鲜鸭肉蛋白酶活性变化及其影响因素研究[J].肉类工业,2003,263（30):15-17.