牛肉酶解工藝及其產(chǎn)物的研究進(jìn)展

陳珍

摘 要：常用于水解牛肉的酶有木瓜蛋白酶、動(dòng)物蛋白水解復(fù)合酶、風(fēng)味復(fù)合酶等，本文總結(jié)了蛋白酶水解牛肉的工藝以及酶法水解牛肉的研究現(xiàn)狀，歸納了牛肉酶解的3種工藝方法：?jiǎn)蚊杆?、多酶?fù)合水解和多酶分步水解。結(jié)果表明：牛肉經(jīng)過(guò)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(yè)中有廣闊的發(fā)展前景。

關(guān)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(hào)：Q814 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1001-8123（2014）10-0029-04

中國(guó)是世界第四大牛肉消費(fèi)國(guó)[1]，市場(chǎng)銷(xiāo)售以黃牛肉和水牛肉為主，牦牛肉和小牛肉是最近兩年發(fā)展起來(lái)的非常受消費(fèi)者喜愛(ài)的肉品[2-3]。牛肉蛋白質(zhì)的氨基酸組成比豬肉更接近人體需要，可提高機(jī)體抗病能力，對(duì)于生長(zhǎng)發(fā)育及手術(shù)后、病后調(diào)養(yǎng)的人在補(bǔ)充失血、修復(fù)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(shù)后需額外補(bǔ)充蛋白質(zhì)者。因而要根據(jù)這些人群的營(yíng)養(yǎng)需求為他們開(kāi)發(fā)生產(chǎn)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(zhì)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(zhì)水解形成氨基酸在肉類加工過(guò)程中有著重要的應(yīng)用，而通常將蛋白質(zhì)肽鍵裂解的方法有化學(xué)法和酶法兩種?；瘜W(xué)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(guò)程難以控制；而堿水解會(huì)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(jìn)行的，避免了化學(xué)法產(chǎn)生的不利因素，并且不會(huì)降低蛋白質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[7-8]。本文主要對(duì)牛肉酶解的工藝及牛肉酶解物的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值與保健功能進(jìn)行了論述，以期為后續(xù)研究提供參考。

1 牛肉酶解的工藝研究

牛肉通過(guò)酶解可大大提高其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和商業(yè)價(jià)值。目前，我國(guó)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(yú)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(duì)牛肉蛋白水解的研究主要集中在酶解條件的優(yōu)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(shù)目占原料蛋白質(zhì)中總肽鍵數(shù)的百分?jǐn)?shù)。牛肉的水解方法有單酶水解，多酶復(fù)合水解以及多酶分步水解。

1.1 單一酶水解研究

對(duì)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(guò)程中只使用一種蛋白酶?？捎糜谂Ｈ馑獾牡鞍酌赣心竟系鞍酌浮A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(duì)牛肉進(jìn)行水解，來(lái)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(zhì)量濃度為3 g/100 mL，pH值為6.4，溫度為60 ℃，此時(shí)DH達(dá)到20.8%。徐懷德等[10]通過(guò)正交試驗(yàn)對(duì)比了胃蛋白酶（500～1 000 U/g）和木瓜蛋白酶（1 000～1 500 U/g）對(duì)牛肉的水解效果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，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(huì)影響酶解效果。無(wú)論從最終的水解度還是氨基酸的產(chǎn)量來(lái)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(jiǎn)單，成本較低，但所得水解液的水解度較低，不能達(dá)到較好的水解效果，需要進(jìn)一步采用多酶或多步復(fù)合水解。

1.2 多酶復(fù)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(fù)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(yīng)面法確定了復(fù)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(zhì)量比1∶7.5、底物質(zhì)量濃度為3 g/100 mL、pH 7.0、溫度55 ℃，此時(shí)的DH達(dá)到24.67%。譚斌等[12]采用風(fēng)味復(fù)合酶（flavourzyme，F(xiàn)）、復(fù)合蛋白酶（含內(nèi)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(jìn)行水解比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)F+P為最佳組合，其水解條件為底物質(zhì)量濃度4.8 g/100 mL、反應(yīng)pH 7.0、水解溫度52.5 ℃，在此優(yōu)化條件下DH最高，可達(dá)到50.65%。張謙益[13]采用響應(yīng)面法對(duì)復(fù)合蛋白酶水解牛肉的條件進(jìn)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(fù)合蛋白酶和復(fù)合風(fēng)味蛋白酶同步水解牛肉，經(jīng)過(guò)優(yōu)化得到最佳酶解條件為底物質(zhì)量濃度為16 g/100 mL、復(fù)合蛋白酶和風(fēng)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(shí)間8 h，DH為21.0%。

以上研究表明，只用復(fù)合蛋白酶對(duì)牛肉進(jìn)行水解，所得水解液的水解度并不高，與風(fēng)味復(fù)合酶同時(shí)使用時(shí)，水解度有大幅度的提升。譚斌[12]和王巖[14]等都是采用風(fēng)味復(fù)合酶和復(fù)合蛋白酶對(duì)牛肉進(jìn)行復(fù)合水解，但譚斌研究的水解度最終高達(dá)50.65%，為王巖實(shí)驗(yàn)結(jié)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(fù)合水解的效果可能優(yōu)于單一酶水解，但影響多酶復(fù)合水解的因素比單一酶解要復(fù)雜的多，最佳酶解條件較難確定，需多次實(shí)驗(yàn)，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(guò)程中一次只加入一種蛋白酶，待反應(yīng)一段時(shí)間后，再調(diào)節(jié)pH值和溫度等條件，加入另外的酶繼續(xù)水解。毛善勇等[15]以復(fù)合蛋白酶和復(fù)合風(fēng)味酶分步水解牛肉蛋白，首先單獨(dú)用2%的復(fù)合蛋白酶在溫度55 ℃、pH 6.0條件下水解牛肉6 h，其DH可達(dá)到12.57%。為了進(jìn)一步提高水解度，調(diào)整溫度為50 ℃，加入6.0%的復(fù)合風(fēng)味酶，繼續(xù)水解6 h，其水解度上升到24.62%。閆爽等[16]用復(fù)合蛋白酶和風(fēng)味蛋白酶（質(zhì)量比2∶1）、木瓜蛋白酶和風(fēng)味蛋白酶（質(zhì)量比2∶1）分別進(jìn)行分步酶解，其中風(fēng)味蛋白酶為酶解開(kāi)始2 h后再添加。并將其結(jié)果與單獨(dú)用復(fù)合蛋白酶酶解的結(jié)果進(jìn)行比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)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(yīng)過(guò)程中只需要確定單一酶的水解條件而不用經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)確定復(fù)合反應(yīng)的條件，相對(duì)多酶復(fù)合水解簡(jiǎn)單一些。但該方法耗時(shí)長(zhǎng)、條件的調(diào)控和變換過(guò)于繁瑣。綜上所述，3 種酶解牛肉的方法都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，實(shí)際操作中應(yīng)根據(jù)不同的需求以及實(shí)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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，例如蛋白質(zhì)、脂肪、礦物質(zhì)和B族維生素等。經(jīng)過(guò)酶解以后，這些牛肉中的各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)將釋放出來(lái)，例如游離的氨基酸、生物活性肽、礦物質(zhì)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(fù)合蛋白酶對(duì)牛肉進(jìn)行水解，并采用氨基酸自動(dòng)分析儀測(cè)定了牛肉酶解物的氨基酸含量。結(jié)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(duì)水解液中的氨基酸進(jìn)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(zhì)中的氨基酸含量等同，說(shuō)明牛肉經(jīng)過(guò)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(guān)。

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(duì)牛肉酶解物的分子質(zhì)量進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果表明，產(chǎn)物的分子質(zhì)量分布在1 060～24 000 D范圍，分子質(zhì)量在5 000D以下的低分子質(zhì)量蛋白成分含量約75%。一般認(rèn)為分子質(zhì)量在2 000～5 000 D范圍內(nèi)的小肽產(chǎn)生的肉味強(qiáng)度值最高，可以作為一些肉味的前體物質(zhì)并且對(duì)肉味有強(qiáng)化作用。

此外，牛肉中含有豐富的礦物質(zhì)元素：鈣、磷、鎂、銅、鉻和硒等，這些礦物質(zhì)不僅對(duì)牛肉的肉質(zhì)產(chǎn)生影響，在營(yíng)養(yǎng)方面也能為人們的生理健康提供補(bǔ)充。經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，牛肉水解液中保留了絕大部分礦物質(zhì)，可以制成礦物質(zhì)補(bǔ)充劑等。

3 牛肉酶解物功能的研究

酶法水解廣泛應(yīng)用于提高蛋白質(zhì)的功能特性和營(yíng)養(yǎng)特性[20-21]。牛肉蛋白經(jīng)過(guò)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(fēng)味形成的重要前體物質(zhì)，因此牛肉蛋白水解液可以用于高級(jí)調(diào)味劑的生產(chǎn)。近年研究發(fā)現(xiàn)，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(yíng)養(yǎng)功能

氨基酸是構(gòu)成蛋白質(zhì)的基礎(chǔ)，人們常說(shuō)的蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，其實(shí)質(zhì)就是構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸數(shù)目、含量及其結(jié)構(gòu)比例。如果一種食物的蛋白質(zhì)的氨基酸構(gòu)成比例跟人體蛋白質(zhì)的氨基酸構(gòu)成比例相似，則稱這種食物營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高。

供給蛋白質(zhì)不僅在數(shù)量方面要滿足總氮的需要，且在氨基酸的組成上也要達(dá)到最低量，且有適宜比例[22]。牛肉中含有優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)，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(duì)牛肉酶解物氨基酸的檢測(cè)表明牛肉酶解物很好地保留了牛肉的營(yíng)養(yǎng)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(fù)合蛋白酶和復(fù)合風(fēng)味蛋白酶復(fù)合水解牛肉可以獲得較高的水解度；還進(jìn)一步研究了熱反應(yīng)條件對(duì)牛肉香精的影響。宋詩(shī)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(yīng)牛肉香精。利用定量感官分析和氣相色譜-質(zhì)譜/嗅覺(jué)測(cè)量法（gas chromatography-mass spectrometry/olfactometry，GC-MS/O）分析考察5 種熱反應(yīng)牛肉香精香氣成分的變化，結(jié)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(qiáng)的。趙中勝等[26]應(yīng)用風(fēng)味分析法研究了pH值、牛肉水解蛋白添加量、反應(yīng)時(shí)間、溫度以及對(duì)美拉德反應(yīng)制備食用香精的影響，獲得的最優(yōu)條件為pH 7.0、牛肉水解蛋白添加量60%、時(shí)間115 min、溫度105 ℃。在優(yōu)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(shí)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(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，對(duì)抗氧化機(jī)理和研究過(guò)程中存在的問(wèn)題進(jìn)行分析，并展望了其開(kāi)發(fā)應(yīng)用前景。酶解蛋白制備抗氧化多肽是開(kāi)發(fā)天然抗氧化的重要途徑，它將廣泛應(yīng)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(fù)合酶所制備的牛肉水解液抗氧化活性，當(dāng)采用復(fù)合酶酶解牛肉蛋白時(shí)，酶與底物比為462 414 U/g、溫度60 ℃、pH 4.5、水解時(shí)間5 h，底物質(zhì)量濃度8 g/100 mL，抗氧化活性最好。

4 牛肉蛋白酶解物的應(yīng)用

目前，酶解技術(shù)已在肉味香精前體物的制備方面得到廣泛應(yīng)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(zhì)等發(fā)生美拉德反應(yīng)，可制得肉味香精前體物[30-31]。目前，我國(guó)肉味香精的生產(chǎn)廠家有100多家，年銷(xiāo)售額約20億 元人民幣，每年以超過(guò)10%的速度遞增，相關(guān)食品等工業(yè)的產(chǎn)值約200億 元人民幣[32]。肉味香精市場(chǎng)將以很快的速度增長(zhǎng)，應(yīng)用領(lǐng)域也將不斷擴(kuò)大。

酶解法可以產(chǎn)生大量的小肽并且成本較低，此外其底物、反應(yīng)劑不會(huì)對(duì)反應(yīng)環(huán)境造成危害[33-34]?？寡趸远嚯氖巧锘钚噪牡囊环N，通過(guò)減少氧自由基、羥自由基從而達(dá)到抗衰老的功能[35-36]，使用安全性高。同時(shí)還能防止油脂氧化，作為抗氧化劑使用時(shí)，這類多肽安全、高效、無(wú)助氧化作用[37]。而酶解蛋白制備抗氧化多肽是開(kāi)發(fā)天然抗氧化的重要途徑，它將廣泛應(yīng)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(yīng)用于化妝品行業(yè)，作為一些修復(fù)型化妝品的添加劑，如營(yíng)養(yǎng)霜和面膜，可以快速恢復(fù)皮膚的光澤與彈性，減少皺紋，對(duì)延緩衰老起著積極的作用；用于護(hù)發(fā)，有很好的光澤效果和高效的保護(hù)作用，可使頭發(fā)免受環(huán)境條件和化學(xué)因素的破壞[38]。目前對(duì)于牛肉水解物抗氧化活性的研究已全面展開(kāi)，隨著研究的深入，將具有更大的開(kāi)發(fā)價(jià)值和應(yīng)用前景。

5 結(jié) 語(yǔ)

未來(lái)中國(guó)的肉類行業(yè)發(fā)展前景廣闊，利用肉類資源開(kāi)發(fā)具有調(diào)節(jié)機(jī)體功能、提高免疫力和智力、延緩人體衰老、增強(qiáng)體質(zhì)和抵抗力的功能肉食品是21世紀(jì)研究的重要課題，特別是開(kāi)發(fā)老年、兒童保健肉制品和綠色肉食品更是具有廣闊的市場(chǎng)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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，將在保健肉制品的開(kāi)發(fā)中發(fā)揮重要的作用。此外，國(guó)內(nèi)乳業(yè)經(jīng)過(guò)迅猛的發(fā)展，每年都有大量奶公犢牛產(chǎn)生，但僅作為血清的生產(chǎn)材料，沒(méi)有充分發(fā)揮經(jīng)濟(jì)效益[38]。若將牛肉蛋白的酶解技術(shù)和奶公犢牛的開(kāi)發(fā)利用結(jié)合起來(lái)，用于保健品的生產(chǎn)，不僅增加了奶公犢牛的附加值，降低了保健肉制品的生產(chǎn)成本，還彌補(bǔ)了我國(guó)營(yíng)養(yǎng)保健品在這一方面的空缺。

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