木瓜蛋白酶參與傳統家養畜禽類肉品加工的應用

張瓊，鄒強，劉雨蝶

(成都大學 食品與生物工程學院，成都 610106)

木瓜蛋白酶作為一種純天然生物酶制劑，一直以來在傳統家養畜禽類肉品加工中都占有十分重要的地位。早在20世紀八九十年代，蛋白酶就作為整個食品工業產業鏈中重要的添加劑用于改善食品的品質，其中木瓜蛋白酶是使用最廣泛的蛋白酶之一。科研工作者們曾經對木瓜蛋白酶本身的特性及其在肉品中的功能和作用進行了大量系統性的研究工作，對木瓜蛋白酶處理后的肉類從感官鑒評、物化特性及質量屬性等方面進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、質量和營養價值。

1 傳統家養畜禽類肉質的特點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種傳統家養畜禽類動物，其肉質安全，可放心食用。畜禽類肉的品質參差不齊，受多種因素影響，其中，動物的品種、性別、飼養方式、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為是影響肉品質的宏觀因素；肌肉中各種蛋白質結構特性、結締組織含量及分布、肌纖維直徑及類型等則被認為是影響肉品質的微觀因素[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化的特點。尤其對于生長環境苛刻的動物如駱駝、牦牛等，肉質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，其結締組織膠原蛋白含量高，韌性較大，難以軟化。另外，運動越多、負荷越大的肌肉部位因需要有強壯致密的結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，嚴重影響了其商業價值。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，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部的-CO-NH-[5]。在一定的酸性、中性、堿性范圍內均具有較高的活性，熱穩定性強，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用價值。

2 木瓜蛋白酶參與傳統家養畜禽類肉品加工的應用

2.1 單獨使用木瓜蛋白酶在傳統家養畜禽類肉品加工中的應用

木瓜蛋白酶在畜禽類肉品加工中主要用于提高肉質或開發其潛在價值，獲得適宜的產品。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締組織的主要成分[7]。因此，木瓜蛋白酶破壞肌纖維結構完整性的同時還能將結締組織降解成無定形態的小塊，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構特性，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或中間產物[8]，進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，結果表明木瓜蛋白酶能夠有效降低調理豬排的剪切力，提高肉的食用品質。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 ℃，結果顯示蛋雞蛋白質酶解物可將50 mmol/L NaCl溶液的咸味強度提升26.2%，可用于開發兼具調味和營養功能的調味料。在畜禽類肉品加工中，不僅單獨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，而且隨著研究的深入，木瓜蛋白酶常聯合其他蛋白酶類進行簡單的復配、結合各種物理干預方式以及協同多種化學試劑共同作用于畜禽類肉品，在最大程度上達到預期的品質效果。

2.2 木瓜蛋白酶聯合其他蛋白酶類在傳統家養畜禽類肉品加工中的應用

木瓜蛋白酶與不同的蛋白酶形成的復配酶，可充分發揮不同功能的蛋白酶之間的良好協同作用[14-15]。這些復配酶相比于單獨的木瓜蛋白酶，可以多位點水解蛋白質，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成分以及多樣化水解產物，可明顯提高畜禽類產品的品質和風味，在嫩化、調味和功能性食品開發的應用上有廣闊的前景[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)、氨基態氮(AN)、揮發性鹽基氮(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GC-MS檢測，臘肉中的揮發性風味物質多了10種，風味物質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復合應用，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、內聚性及熟肉率。安攀宇等[19]選擇復合蛋白酶和木瓜蛋白酶進行復配，其復配比例為3.24∶1，制得的雞胸肉蛋白酶解液的水解度高達32.84%，具有營養豐富、感光性狀好、風味佳的特點。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，所得的鹵鵝肉質嫩度適宜，滋味濃郁且口感極佳。

2.3 木瓜蛋白酶結合各種物理干預方式在傳統家養畜禽類肉品加工中的應用

木瓜蛋白酶常與各種物理干預方式共同應用，如超聲波、滾揉和高壓處理。這些物理干預方式不僅有自身獨特的嫩化機制，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節，物理干預方式往往必不可少。超聲波作用于肉塊時，肉塊會吸收其部分能量，引起肌肉內部的系列反應，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源水解酶，可協同木瓜蛋白酶改善肉質。不僅如此，超聲波在液態系統中會產生空化效應，具有強烈的傳質作用，當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，實現酶的均勻分布[21-22]。滾揉是一種機械外力，可拉伸肌節，使肌膜、肌束膜等結締組織受到外力沖擊而變得松散破碎，因此肉質變得松軟而有彈性。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，在短時間內得到嫩度高和可塑性強的肉塊。高壓處理主要向肉類提供高強度的壓力，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，結締組織軟化，溶酶體中的內源蛋白酶迅速釋放達到分解蛋白的目的[23]。同時高壓產生的巨大沖擊力導致肉塊內部的肌纖維網狀結構遭到破壞，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的馬肉塊內部，用滾揉機滾揉15 min，50 ℃、pH 6.0條件下嫩化處理1 h，達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，結果表明真空滾揉聯合木瓜蛋白酶形成的復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了其色澤。

2.4 木瓜蛋白酶協同多種化學試劑在傳統家養畜禽類肉品加工中的應用

木瓜蛋白酶通常與鹽類、糖類等化學試劑協同作用，有利于各種肉類產品在嫩度、系水力、色澤和風味等方面的提升。復合磷酸鹽可增強蛋白質與水結合的能力，具有較強的保水性，使肉柔嫩多汁。當復合磷酸鹽與木瓜蛋白酶配合使用時，復合磷酸鹽穩定了木瓜蛋白酶溶液的酸堿度，充當緩沖劑的作用，可保護酶活，提高嫩化效率[28]。同時上述研究發現，適宜的木瓜蛋白酶和復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。碳酸鈉對蛋白質有一定的腐蝕作用，促使肌纖維吸水膨脹。鈣離子則是細胞內源蛋白水解酶中鈣激活酶的激活劑，鈣激活酶可導致肌原纖維蛋白沿著Z線崩裂，以肌節為單位迅速裂解，肌纖維碎片化，導致嫩度增加[29]。木瓜蛋白酶降解肉蛋白得到的氨基酸等多種小分子風味物質更易與肉中添加的糖類相結合進行美拉德反應，得到新的風味化合物，從而增加肉制品的口感和風味。陶瑞等[30]在木瓜蛋白酶活力值為9.44 U/g、復合磷酸鹽質量濃度為18.35 mg/mL、持續作用時間為9.09 h的特定作用參數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(質量比)組合運用到雞胸肉時，雞胸肉的系水力達到最佳。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的變化，結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的最佳反應條件為：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%，美拉德反應時間45 min。

3 結語

木瓜蛋白酶協同各種處理方式運用于畜禽類肉品加工是未來的發展趨勢，但目前仍存在一些問題，例如超聲波、高壓等物理干預方式操作成本較高，各種處理方法聯合使用的加工工藝不成熟，且很多技術還無法實現工業化應用。尤其針對高附加值的肉類產品，其品質上的高要求，促使研究人員考慮到更多的影響因素，應用條件則更加苛刻。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化應用上的各種限制因素。