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，一直以來在傳統(tǒng)家養(yǎng)畜禽類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。科研工作者們曾經(jīng)對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，對木瓜蛋白酶處理后的肉類從感官鑒評、物化特性及質(zhì)量屬性等方面進(jìn)行了綜合測定及評估，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肉品的口感、質(zhì)量和營養(yǎng)價值。

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

在《國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、17種傳統(tǒng)家養(yǎng)畜禽類動物，其肉質(zhì)安全，可放心食用。畜禽類肉的品質(zhì)參差不齊，受多種因素影響，其中，動物的品種、性別、飼養(yǎng)方式、屠宰的年齡、肥育程度、排酸時間(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、肌纖維直徑及類型等則被認(rèn)為是影響肉品質(zhì)的微觀因素[2]。因此，一般來說，畜禽類動物的年齡與嫩度呈反比，生長周期較短或幼齡動物的肉柔軟且有彈性，而生長周期較長或老齡動物的肉堅韌且具有木質(zhì)化的特點(diǎn)。尤其對于生長環(huán)境苛刻的動物如駱駝、牦牛等，肉質(zhì)更加粗糙堅硬且難以加工[3]。同樣對于一些特殊的群體，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)價值。木瓜蛋白酶來源于未完全成熟的番木瓜果實，屬于低特異性的半胱氨酸蛋白酶，也稱為巰基蛋白酶[4]，是由212個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，在適宜的條件下，能夠迅速切開蛋白內(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，在肉類食品加工期間相比其他酶類具有更好的應(yīng)用價值。

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

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

木瓜蛋白酶在畜禽類肉品加工中主要用于提高肉質(zhì)或開發(fā)其潛在價值，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)完整性的同時還能將結(jié)締組織降解成無定形態(tài)的小塊，使肉變得嫩滑爽口。在肉類制品中添加木瓜蛋白酶，不僅改善了肉品的質(zhì)構(gòu)特性，同時木瓜蛋白酶降解肉蛋白會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，處理時間和溫度分別為15 min和49 ℃時，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、嫩化時間50 min、嫩化溫度52 ℃的條件下，獲得的兔肉丁感官評分最高。陳瑞霞等[13]以蛋雞為研究對象，添加2%的木瓜蛋白酶，酶解時間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%，可用于開發(fā)兼具調(diào)味和營養(yǎng)功能的調(diào)味料。在畜禽類肉品加工中，不僅單獨(dú)添加木瓜蛋白酶來改善加工工藝，通過正交實驗等來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)合其他蛋白酶類進(jìn)行簡單的復(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)合其他蛋白酶類在傳統(tǒng)家養(yǎng)畜禽類肉品加工中的應(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，可明顯提高畜禽類產(chǎn)品的品質(zhì)和風(fēng)味，在嫩化、調(diào)味和功能性食品開發(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，能水解甘氨酸、賴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，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，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，能水解賴氨酸、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)種類和含量相比于未處理的臘肉均有所提高，經(jīng)GC-MS檢測，臘肉中的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)多了10種，風(fēng)味物質(zhì)除了烴類和羰基類外均有所增加。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，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%，具有營養(yǎng)豐富、感光性狀好、風(fēng)味佳的特點(diǎn)。陳宇等[20]通過單因素試驗和正交試驗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題，尤其對于需要將酶通過注射、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，肉塊會吸收其部分能量，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，酶會隨著超聲時間的增加被緩慢引入到肉塊中，實現(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角落，在短時間內(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，剪切力值相比于對照組降低49.0%，具有良好的嫩化效果，同時減少了木瓜蛋白酶的使用量和嫩化時間。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)畜禽類肉品加工中的應(yīng)用

木瓜蛋白酶通常與鹽類、糖類等化學(xué)試劑協(xié)同作用，有利于各種肉類產(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，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，維持肉類鮮艷的櫻桃紅色。碳酸鈉對蛋白質(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)作用時間為9.09 h的特定作用參數(shù)下測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，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)果表明隨著加熱時間的延長，游離氨基酸和呈味氨基酸含量均顯著增加。劉昭等通過正交實驗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，水解時間35 min，D-木糖添加量3%，美拉德反應(yīng)時間45 min。

3 結(jié)語

木瓜蛋白酶協(xié)同各種處理方式運(yùn)用于畜禽類肉品加工是未來的發(fā)展趨勢，但目前仍存在一些問題，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)還無法實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。尤其針對高附加值的肉類產(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，未來在探究更多新型加工工藝的同時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。