羊肉嫩化技術(shù)及其機(jī)理的研究進(jìn)展

夏靜華,劉書(shū)亮,楊 勇,葉勁松

(四川農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院,四川雅安 625014)

羊肉嫩化技術(shù)及其機(jī)理的研究進(jìn)展

夏靜華,劉書(shū)亮＊,楊 勇,葉勁松

(四川農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院,四川雅安 625014)

綜述了近年來(lái)羊肉加工中的嫩化技術(shù)及其機(jī)理的研究現(xiàn)狀,詳細(xì)分析了羊肉的酶解嫩化法、CaCl2液注射嫩化法、超高壓嫩化法、超聲波嫩化法和電刺激嫩化法的研究現(xiàn)狀及其嫩化機(jī)理,提出了羊肉嫩化研究應(yīng)用中存在的問(wèn)題和研究發(fā)展方向,對(duì)羊肉生產(chǎn)加工具有一定的指導(dǎo)作用。

羊肉,嫩化,酶,超高壓,電刺激,超聲波,鈣離子

2 羊肉嫩化方法及其機(jī)理

肌肉嫩化可分為宰前嫩化和宰后嫩化,而后者是研究應(yīng)用最為廣泛的,可分為物理嫩化法、化學(xué)嫩化法和生化嫩化法[11]。下面主要介紹近年來(lái)研究比較集中的幾種嫩化方法及其作用機(jī)理。

2.1 酶解嫩化法

酶解嫩化法是利用蛋白酶將肌肉中起重要連接和支架作用的蛋白質(zhì)進(jìn)行水解,導(dǎo)致肌肉組織結(jié)構(gòu)破壞,從而使肌肉嫩化的方法。它分為內(nèi)源酶 (如鈣激活酶和溶酶體蛋白酶)酶解法和外源酶(如木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶、微生物蛋白酶等)酶解法。

2.1.1 內(nèi)源酶酶解法

2.1.1.1 鈣激活酶 (Calpain) 鈣激活酶是一種鈣激活中性半胱氨酸內(nèi)肽酶,主要位于肌纖維 Z盤附近和肌質(zhì)網(wǎng)膜上[12]。自 Guroff(1964)首次鑒定出鈣激活酶、Daytion(1976)等人純化了該酶后,國(guó)內(nèi)外學(xué)者展開(kāi)了對(duì)鈣激活酶與嫩度之間關(guān)系的研究。早期的研究大多是定性方面,并包含著其它因素的影響。1993年 Dransfield[13]才首次用嫩化模型對(duì)肉類嫩化機(jī)制進(jìn)行定量分析,表明了鈣激活酶及其抑制蛋白相互作用的重要性。目前尚不能通過(guò)檢測(cè)活體內(nèi)的酶活來(lái)闡明鈣激活酶與嫩度的關(guān)系,難以模擬肉在嫩化過(guò)程中發(fā)生各種反應(yīng)的復(fù)雜環(huán)境[8]。

此外,對(duì)于鈣激活酶嫩化作用的機(jī)理尚不十分明確,但目前比較一致的觀點(diǎn)是：在動(dòng)物屠宰后,隨ATP的逐漸消耗,肌漿網(wǎng)失去鈣泵作用而破裂,Ca2+被逐漸釋放出來(lái),當(dāng)達(dá)到一定濃度時(shí)激活鈣激活酶。此時(shí),鈣激活酶在其激活蛋白及其抑制蛋白的共同調(diào)節(jié)下,對(duì)肌肉中的肌聯(lián)蛋白、伴肌動(dòng)蛋白、肌鈣蛋白和肌間蛋白等肌原纖維蛋白進(jìn)行水解,使肌原纖維變成無(wú)序、松散的結(jié)構(gòu)。其微觀結(jié)構(gòu)變化表現(xiàn)為肌節(jié)部位斷裂、I帶和 Z盤的結(jié)合變?nèi)趸驍嗔?、MFI值增大等,從而使肌肉表現(xiàn)出嫩化[4,8,11-12,14]。

鈣激活酶活性受 Ca2+濃度、壓力、pH、溫度等[8,11]因素的影響,因而除了直接向肌肉中添加鈣激活酶外,還可通過(guò)改變這些影響因子起到調(diào)節(jié)鈣激活酶的活性,從而改善肉的嫩度。這在國(guó)內(nèi)外很多研究中都有報(bào)道,下面將有介紹。

2.1.1.2 溶酶體蛋白酶 動(dòng)物屠宰后,其胴體先于“較高”溫度 (一般是 15℃左右)下放置一段時(shí)間后的肌肉嫩度比立即放入冷庫(kù)的肌肉嫩度要高,這與機(jī)體內(nèi)的溶酶體蛋白酶有關(guān)。其原因是：胴體肌肉置于較高溫度下,肌肉內(nèi)ATP酶的活性更高,加快了糖酵解反應(yīng),使胴體 pH迅速下降,而“高溫”和低 pH利于溶酶體膜的破裂,使得溶酶體蛋白酶釋放出來(lái),促使對(duì)結(jié)締組織和肌原纖維蛋白的降解和破壞,導(dǎo)致肌肉得到嫩化。因此,添加溶酶體蛋白酶是酶解嫩化羊肉的又一方法[15]。

2.1.2 外源酶酶解 嫩肉粉是市場(chǎng)上比較多見(jiàn)的一類外源酶,廣泛應(yīng)用于肉制品生產(chǎn)和烹飪加工[16]。其組成多為木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶和無(wú)花果蛋白酶等。其機(jī)制是通過(guò)水解肌肉的肌原纖維和結(jié)締組織處的各種連接性蛋白,弱化肌原纖維和結(jié)締組織結(jié)構(gòu)而起到嫩化作用。

由于鈣激活酶在高水平 Ca2+濃度時(shí)的自溶作用和鈣激活酶抑制蛋白的抑制作用的發(fā)揮,使得羊肉在高水平 Ca2+濃度下也不會(huì)導(dǎo)致肌肉的過(guò)度嫩化;加之,是食品工業(yè)中常用的添加劑,FDA已允許采用溶液對(duì)肉品嫩化;Ca2+是人體骨骼的物質(zhì)基礎(chǔ),因而使用溶液注射法是有效、安全和具有一定營(yíng)養(yǎng)作用的。但 Perez等人[20]認(rèn)為,溶液處理后的肌肉咀嚼后有不良的口后感和苦味,這點(diǎn)在國(guó)內(nèi)外類似研究中鮮見(jiàn)報(bào)道,有待進(jìn)一步研究驗(yàn)證和解決。此外對(duì)溶液的使用參數(shù)國(guó)內(nèi)外學(xué)者有一定分歧：Koohmaraie[3,17-18]等提出向羊肉中注入的濃度為 0.3mol/L,Gerelt和 Polidori等進(jìn)行相關(guān)研究并采用了這一結(jié)論,并將使用量定在10%(按胴體濕重計(jì));而李博勛等則得到注射胴體濕重的 5%(0.6mol/L)時(shí)嫩化效果最佳,李正英等的研究結(jié)果為胴體濕重的 2%(0.4mol/L),這些均未超出 FDA規(guī)定的胴體濕重的 3% (0.8mol/L)的允許使用量,但究其濃度和使用量還有待進(jìn)一步確定。

2.3 超高壓嫩化法

超高壓技術(shù) (UHP,即高壓技術(shù) HPP)通常應(yīng)用于食品的殺菌、物料改性等方面,研究其對(duì)肉類嫩化是新課題,國(guó)內(nèi)外報(bào)道并不多見(jiàn)。對(duì)于高壓嫩化的機(jī)理,目前普遍認(rèn)為是高壓導(dǎo)致肌肉內(nèi)源蛋白酶和顯微結(jié)構(gòu)發(fā)生變化：a.內(nèi)源蛋白酶的變化主要是指鈣激活酶的變化：由于高壓作用引起肌漿網(wǎng)和線粒體結(jié)構(gòu)的破壞使得 Ca2+被釋放出來(lái),肌漿中 Ca2+濃度瞬間升高,達(dá)到一定濃度后激活鈣激活酶,使其對(duì)肌原纖維中起連接和支架作用的蛋白水解。b.顯微結(jié)構(gòu)變化：高壓作用使ATP酶被激活,在水解 ATP成ADP時(shí)釋放的能量推動(dòng)肌動(dòng)蛋白向肌球蛋白方向移動(dòng)(兩者分別是構(gòu)成細(xì)絲和粗絲的主要成分),粗、細(xì)絲相互重合,肌纖維收縮,肌節(jié)縮短;高壓還會(huì)使肌內(nèi)膜和肌上膜產(chǎn)生分離,使一些蛋白變性、凝膠化。這些變化在顯微觀察時(shí)表現(xiàn)為：Z線斷裂或消失、Z線所處的 I帶變性和凝聚而呈現(xiàn)白色、M線降解、肌原纖維間隙增大而使其結(jié)構(gòu)變得松散和無(wú)序等,從而對(duì)肌肉起到嫩化作用[8-9]。雖然高壓作用也會(huì)使鈣激活酶發(fā)生變性而使其活性受到抑制,但由于Ca2+濃度升高、鈣激活酶抑制蛋白專一性以及鈣激活酶在高壓后的自我修復(fù)作用,使鈣激活酶仍能充分發(fā)揮水解作用,提高肌肉嫩度。

高壓技術(shù)在嫩化羊肉的同時(shí)還可起到殺菌、成型等作用,但也會(huì)引起羊肉的色澤淡化、彈性下降、肌肉上呈現(xiàn)白色小斑點(diǎn)、有類似“蒸煮”風(fēng)味等感官變化。白艷紅、楊公明等認(rèn)為這些變化可能是由肌紅蛋白變性、脂肪組織在高壓下凝結(jié)、高壓促進(jìn)蛋白降解和游離氨基酸 (包括呈味物質(zhì))變化等引起[8-10,21-22]。

雖然高壓對(duì)羊肉能起到很好的嫩化作用,但近年來(lái)研究主要集中在高壓對(duì)鈣激活酶的作用上,而對(duì)于高壓對(duì)羊肉嫩化應(yīng)用的各項(xiàng)參數(shù)控制如壓力、施壓時(shí)間、后熟時(shí)間等的研究極少,有待進(jìn)行深入的定量研究,或許會(huì)成為高壓嫩化技術(shù)應(yīng)用研究的熱點(diǎn)。

2.4 超聲波嫩化法

超聲波通過(guò)物質(zhì)中的液體形成氣泡 (“空化作用”),氣泡達(dá)到一定體積后不再吸收能量而崩潰,從而導(dǎo)致局部震波過(guò)強(qiáng)而帶來(lái)高溫高壓等作用,致使物質(zhì)結(jié)構(gòu)受到破壞。肌肉便是在這種作用下被迫振動(dòng),快速壓縮或疏張作用使肌肉結(jié)構(gòu)受到破壞。Moeller(1976)報(bào)道超聲波破壞肌肉細(xì)胞的線粒體、肌漿網(wǎng)和溶酶體膜,使前二者保留 Ca2+的能力喪失而釋放 Ca2+,從而肌漿中 Ca2+濃度增加,當(dāng)增到一定濃度時(shí)激活鈣激活酶,使其降解有關(guān)蛋白;同時(shí)溶酶體膜的破裂會(huì)導(dǎo)致溶酶體蛋白酶的釋放并發(fā)揮其對(duì)肌原纖維蛋白和結(jié)締組織蛋白等的水解作用?！翱栈饔谩焙兔傅淖饔檬辜≡w維 Z盤降解、肌聯(lián)蛋白纖絲受到嚴(yán)重破壞,蛋白間的有力聯(lián)接斷裂、可溶性蛋白濃度指標(biāo)和MFI值都顯著提高,肌肉得以嫩化。李會(huì)蘭[23]、李正英[24]等的研究結(jié)果也一致,并且得出超聲波嫩化作用時(shí)間越長(zhǎng)、功率越大,嫩化效果越好(破碎指數(shù)越大、剪切力越小)。此外李會(huì)蘭等還將超聲波處理與熱處理相結(jié)合,發(fā)現(xiàn)其嫩化效果比單一的處理更好。但在超聲波嫩化研究中各學(xué)者的研究參數(shù)幾乎都不相同,這尚有待研究確定。

2.5 電刺激嫩化法

自從 1749年,美國(guó)的 Benjamin Franklin注意到被電擊暈的火雞肉非常的嫩后,各國(guó)研究者逐步開(kāi)始將電刺激技術(shù)用于牛羊肉的嫩化[16],并且美國(guó)學(xué)者 Harsham和 Reatherage于 1951年獲得了關(guān)于該技術(shù)的專利。到目前為止,人們對(duì)電刺激嫩化肌肉的機(jī)理還不完全清楚,但據(jù)國(guó)內(nèi)外研究來(lái)看可能機(jī)理如下：a.電刺激加速了胴體糖酵解,使 pH迅速下降,縮短了尸僵時(shí)間,使冷收縮得到了減輕或被防止; b.電刺激引發(fā)的 pH下降使溶酶體膜破裂,釋放蛋白水解酶,使連接蛋白、伴肌動(dòng)蛋白、肌間蛋白、肌鈣蛋白-T等起連接和支架作用的蛋白被水解導(dǎo)致肌原纖維結(jié)構(gòu)破壞而變得松散、無(wú)序;c.電刺激引發(fā)肌肉強(qiáng)烈收縮對(duì)肌原纖維結(jié)構(gòu)起到一定的破壞作用。電刺激后微觀結(jié)構(gòu)還表現(xiàn)為 I帶、A帶、Z線損壞或消失,肌原纖維極度伸張、斷裂,MFI值變大等[15-16]。

電刺激嫩化還能起到增色和促進(jìn)風(fēng)味物質(zhì)產(chǎn)生的效果,但在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)由哪個(gè)操作步驟實(shí)施電刺激還缺乏研究報(bào)道,電刺激的電壓、電頻和刺激時(shí)間等參數(shù)各不相同,且電刺激對(duì)操作空間要求較大并存在著一定的危險(xiǎn)性,這些仍需要解決[25]。

2.6 其它嫩化方法

2.6.1 延遲冷卻 延遲冷卻是指將完整的胴體放在冷卻間外(相對(duì)較高的溫度)緩沖一定時(shí)間后,再進(jìn)入冷卻間的過(guò)程。Locker(1963)發(fā)現(xiàn)宰后肌肉在15℃收縮最小,在過(guò)低溫度下易發(fā)生冷收縮,而過(guò)高溫度易發(fā)生熱收縮,都會(huì)導(dǎo)致嫩度下降。在延遲冷卻時(shí)肌肉在較高的溫度下糖酵解較快,pH下降迅速。此時(shí)低 pH條件下,肌肉收縮較小;同時(shí)低 pH、“高溫”下有利于與嫩化有關(guān)的內(nèi)源酶的溶出和活性的提高,加快肌原纖維蛋白和結(jié)締組織蛋白等的水解,提高肉的嫩度[26]。

2.6.2 拉伸技術(shù) 在肉嫩化的機(jī)理研究中,許多研究人員發(fā)現(xiàn)剛宰后的肌原纖維和活體肌肉一樣,是數(shù)十個(gè)到數(shù)百個(gè)肌節(jié)沿長(zhǎng)軸方向構(gòu)成的纖維,在肉的成熟時(shí)則斷裂成 1～4個(gè)肌節(jié)相連的小片段。而造成肌原纖維小片化的原因就是動(dòng)物死后僵直時(shí),肌原纖維產(chǎn)生收縮的張力,使 Z線在持續(xù)的張力作用下機(jī)械脆點(diǎn)發(fā)生斷裂,張力的作用越大,小片化程度越高。對(duì)肌肉進(jìn)行拉伸及對(duì)胴體進(jìn)行吊掛其原理就是對(duì)肌肉施加與收縮張力相反的力,增多并加快機(jī)械脆點(diǎn)的斷裂,人為加速肌原纖維小片化的形成,提高嫩度[27]。

當(dāng)然,羊肉嫩化的方法還有多種[28],如重組嫩化法即將嫩度低的肉用切片機(jī)切片,然后混合食鹽及磷酸鹽至肉產(chǎn)生粘度為止,達(dá)到改善嫩度的目的;基因工程嫩化法即通過(guò)活體調(diào)控鈣激活酶抑制蛋白的含量,以及調(diào)控脂肪在畜體內(nèi)的沉積順序來(lái)改善肉質(zhì)。

3 小結(jié)

目前已有多種羊肉嫩化的方法,并且對(duì)它們嫩化機(jī)理已有了較廣泛和深入的研究,形成了一定的理論基礎(chǔ)和應(yīng)用技術(shù),在實(shí)際的生產(chǎn)和生活中發(fā)揮了較大的作用。但是一些嫩化方法的機(jī)理還不是十分清楚;一些嫩化方法的技術(shù)參數(shù)還存在分歧;有些方法如 CaCl2注射嫩化帶來(lái)的不良口后感、超高壓嫩化引起的羊肉感官劣化等存在缺陷;此外,缺乏結(jié)合多種嫩化方法對(duì)羊肉進(jìn)行嫩化研究。這些問(wèn)題有待進(jìn)一步研究和解決。因此,今后羊肉嫩化技術(shù)及其機(jī)理的研究發(fā)展應(yīng)是朝著這些方法的完整性和綜合運(yùn)用性延伸。

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Research progress in the technology and the mechanism of mutton tenderization

XIA Jing-hua,L IU Shu-l iang＊,YANG Yong,YE Jin-song
(College of Food in Sichuan,AgriculturalUniversity,Ya’an 625014,China)

This m anusc rip t reviewed the current resea rch p rog ress of the technolog ies and m echanism of m utton tende rness during the p rocess ing,and ana lyzed the technolog ies on imp roving tende rness us ing enzym e,injec ting ca lc ium chloride solution,ultra-high p ressure trea tm ent,ultrasonic,e lec trica l s t im ula tion,and resp ec tive ly introduced the m echanism in de ta il.Fina lly,this p ap e r d iscussed the p rob lem s exis ted in the app lica tions and looked forwa rd to the d irec tion of the deve lopm ent,which m ay p lay a guild ing role in the p roduc tion p rocess of m utton.

m utton;tende rness;enzym e;ultra-high p ressure(UHP);e lec trica l s t im ula tion;ultrasonic;ca lc ium ions

TS251.1

A

1002-0306(2010)02-0381-04

羊肉不僅具有高蛋白、低脂肪、低膽固醇和一定滋補(bǔ)功效的特點(diǎn),同時(shí)也是全世界消費(fèi)者廣泛食用的家畜肉之一[1]。在羊肉的品質(zhì)特性中,嫩度是評(píng)定肉質(zhì)量的重要指標(biāo)之一,也是消費(fèi)者十分重視的感官指標(biāo),其好壞直接影響著肉的食用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。肉的嫩化技術(shù)及其機(jī)制也是國(guó)內(nèi)外肉類專家研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)課題。近年來(lái)我國(guó)市場(chǎng)供應(yīng)的羊肉中老弱、淘汰殘羊羊肉占有較大比例,羊肉嫩度差;另一方面,切實(shí)高效的羊肉嫩化方法已成為我國(guó)許多羊肉加工企業(yè)亟待解決的問(wèn)題[2]。本文就羊肉的嫩化及其機(jī)制的研究進(jìn)展進(jìn)行分析和綜述,以期為羊肉的生產(chǎn)加工提供理論指導(dǎo)和應(yīng)用參考。

1 嫩化羊肉的組織特性

Koohmaraie[3-5]、Polidori[6]、Gerelt[7]、孔保華[8]、白艷紅[9]、德力格爾桑[10]等眾多學(xué)者研究表明,嫩化羊肉的肌原纖維和結(jié)締組織蛋白如肌聯(lián)蛋白、伴肌動(dòng)蛋白、肌鈣蛋白等起支架和連接作用的蛋白的降解,使肌原纖維的M線消失、I線變寬、Z線變得無(wú)序,肌原纖維排列有序性遭到破壞,細(xì)絲結(jié)構(gòu)被弱化,肌原纖維小片化指數(shù)(MFI值)變大。這些都是嫩化羊肉的典型組織特性。

2009-04-24 ＊通訊聯(lián)系人

夏靜華(1984-),男,在讀碩士研究生,研究方向：食品科學(xué)。

四川省科技廳支撐項(xiàng)目(07NG0902)。