动物水产自溶调控研究进展

林志强，常江涛，周民生，沙豪杰，刘聪慧

（安阳工学院生物与食品工程学院，河南安阳 455000）

0 引言

水生动物体内存在着各种水解酶，这些酶在正常生理条件下其活性受严格的控制，以便生命活动有序进行。但是当水生动物被捕捉后，体内的调控功能丧失，代谢极度混乱，产生不良代谢产物积累，引起生物膜的破裂，这些水解酶被激活或释放，与相应的机体组织大分子底物作用，发生水解作用，生成各种较低分子量的产物，此现象称作自溶（Autolysis）。一般而言，用以延长动物水产货架期而在贮藏中采用的低剂量离子辐射、气调和化学保鲜剂添加的各种处理，并不能降低动物水产自溶造成的初期品质损失的速率[1]。自溶发生时，机体内的蛋白质、脂类、糖原等大分子物质降解，胶原纤维变得脆弱，使肌肉组织变软，失去弹性，影响产品品质，同时破坏机体对外来侵害的抵抗能力，又不断释放出肽、游离氨基酸、游离脂肪酸和简单的糖类，使得腐烂菌生长更便利、繁殖迅速，动物水产更容易腐烂变质[2]。因而需要采取一定措施控制自溶发生，防止动物水产及其制品品质劣变。但是，动物水产中的蛋白质水解在一些情况下是被期望的，如僵尸肌肉适度嫩化，鱼酱、蛋白质浓缩物（FPC）和一些生物活性肽生产，从动物水产下脚料获取有用材料[3-4]。

参与自溶作用的酶有磷酸化酶、酯酶、组织蛋白酶和内脏酶等，然而起主要作用的是内源性蛋白酶。在了解不同产品引起自溶发生的水解酶的种类、分布、性质基础上，按照生产需求采用适当技术对酶活性加以调节，可使自溶朝着最大有利于人类生产方向进行。

1 物理方法

1.1 机械作用

大多数水产动物的内脏、皮、壳富含与自溶作用关系密切的组织蛋白酶和内脏消化系统酶[1]。因此，磷虾捕捉后要尽早在甲板上用机械方式剥皮，消除南极磷虾中快速自溶，以便得到质地松软和水分丰富的虾肉。将鳐鱼和鲨鱼及时切断尾部血管，彻底放血、去内脏、切片和冲洗可避免鲜肉的氨味。鳕鱼细心剥皮可降低酯的氧化损失；巨鱿鱼肌肉均质物冲洗也会降低蛋白水解[5]。而未洗的绯鲵鲣碎肉自溶显著高于去头、去脏及冲洗的肉[6]。

而在一些为了利用自溶而获取某些特定产品时，常采用机械作用破坏组织结构，使位于肌浆和溶酶体组织蛋白酶释放出来，同时加入一些内脏，如利用日本凤尾鱼内脏、扁舵鲣鱼头和内脏、鲱鱼内脏的酶源，进行自溶生产活性肽；生产黑虾油和虾味沙司过程中，将虾组织细胞破碎后，提供适宜的环境因子，激活组织细胞自身的多酶体系，促使组织细胞快速溶解。

1.2 温度控制

低温下酶活性较低，酶促反应速度慢，自溶停止或延缓，使动物水产品质得到很好保持。美洲大赤鱿胴体肉在0℃贮藏时自溶受到极大抑制，15 d后仍然保有大量肌浆球蛋白重链[7]。马鲭低温贮藏自溶很低，从而可延长货架期[8]。但需指出，与自溶相关的酶在低温包括冻结状态下仍起作用。于5℃下未漂洗的南极磷虾肉糜的自溶现象仍尤为显著[9]。鱿鱼在冷冻状态蛋白酶仍保持较高活力。内源酯酶抗低温，冷冻条件下仍保留很强活性。据报道，鳕鱼在-29℃时仍有游离脂肪酸释放。低温也会因持水力减小而造成产品组织硬化、皱缩和滴水损失不良变化。而冻结、化冻会造成组织结构破坏，使原来分隔在不同部位的酶与底物接触，加速自溶。

不同的酶发挥其最大催化力的温度要求不同，目前，经研究人员努力，很多动物水产与自溶相关酶的最适温度已得到确定[10]，采用不同的温度更能有利于发挥自溶的作用。例如，梯度升温下扇贝加工副产品水解效果最佳[11]，白虾虾头自溶速度在梯度升温条件下最佳，且水解产物的营养值最高[12]。

1.3 脱水处理

脱水是一种传统抑制微生物和自溶而贮藏动物水产的方法，目前许多海产品（如鱿鱼、墨鱼、海参、鲍鱼、蚝鱼、贻贝等） 仍采用此法进行保藏。研究表明，直到水分降到1%以下，酶活性才会完全消失，一般脱水过程，含水量难以降到这一程度。因未完全失活，在低水分干制品特别是在吸湿后，酶缓慢起作用，引起产品劣变。为了杜绝这种情况的发生，在脱水前进行湿热处理就非常必要。

1.4 辐射作用

紫外线、超声波可引起细胞调节机能的破坏，并诱发内源性蛋白酶作用，使水生动物自溶速度加快，显著提高蛋白质水解率，如一定时间的紫外线照射，亨氏仿对虾、刀额新对虾、扇贝加工副产品等的自溶加快。但是，处理时间过短或过长，将无效果甚或抑制自溶。这可能是时间过短，照射剂量达不到激活酶所需，而过长照射剂量已经超过激活酶所需，使酶结构受到影响，破坏了酶活力，从而抑制了其自溶。低强度超声波处理，增加了体系中液体分子的流动，疏通酶扩散的通道，促进自溶。但当功率较高强度时，导致大量自由基形成，会使酶变性失活[13]。

2 化学处理

动物水产自溶的化学本质就是内源酶作用下大分子物质降解后机体分解，因此任何影响酶结构和其与底物结合的化学因素都会导致酶活性的改变，可以用作调控酶活性，进而控制动物水产的自溶。

2.1 pH值调整

催化自溶发生的各种酶只在特定的pH值范围才发挥催化能力，因而可通过pH值的调整来调控动物水产的自溶。不同动物水产自溶，其最适pH值存在差异，绯鲵鲣鱼鱼肉pH值4.0，南极磷虾pH值8.74，太平洋牙鳕pH值3.5～4.0（50℃） 和6.75～7.00（60℃）[14]。不同的种类和添加量也会影响自溶速度。还有研究发现，用于调节pH值的试剂（盐酸、醋酸）对水解率有重要影响，盐酸作用最强。柠檬酸添加量在≤0.10%范围内对南极大磷虾蛋白、罗非鱼蛋白的自溶有一定的促进作用，而超过该范围则显示抑制作用。

2.2 盐的类型和强度

盐离子可改变酶蛋白表面电荷、促使不同活性构象异构体形成转变而改变酶的活性、改变酶促反应平衡常数，且这种效果因水产品不同而异。因而，可针对具体目的和不同的产品选用适量盐及质量浓度影响酶的活力，达到调控自溶作用。NaCl可促进刀额新对虾、海参、罗非鱼等水解，而对鱿鱼、沙丁鱼[15]、南极大磷虾自溶有抑制。Klomklao S等人[16]发现高浓度NaCl抑制沙丁鱼中脂的水解。钙离子促进蓝园鲹、扇贝加工废弃物、加工副产品日本叉牙鱼自溶，而抑制鱿鱼内脏水解。氯化镁促进南极大磷虾、海参自溶。锌离子使蓝园鲹和海参自溶。MgSO4或次氯酸钠浸泡也会使鱼中脂肪酸形成受到抑制。柠檬酸钠、葡糖酸钠和琥珀酸钠均可抑制鱿鱼胴体肉自溶，浓度达0.25 mol/L以上的柠檬酸钠几乎彻底抑制自溶。葡糖酸钠和琥珀酸钠对自溶的抑制远不及柠檬酸钠[17]。太平洋牙鳕鱼糜溶胶中，质量分数0.075%的硼酸可以使蛋白酶丧失89.9%的活性。

2.3 其他试剂

EDTA可螯合二价高氧化阳离子，因而能抑制需要这些离子的酶。研究认为，半胱氨酸是鱿鱼内源酶的激活剂，适量加入半胱氨酸能促进鱿鱼内脏的自溶过程。半胱氨酸添加浓度为0.03 mol/L时，自溶效果最好。而适量的巯基乙醇，可以完成蛋白质的初步分解，被解链的蛋白更容易与内源酶催化反应位点结合，有利于蛋白质的深度水解；但过量的巯基乙醇则会导致蛋白质变性以及内源酶失活。于25℃条件下水浴时，山梨醇使鱿鱼裙边肌肉自溶峰向低NaCl浓度移动，使得自溶速度在NaCl浓度约0.2 mol/L时上升。NaCl浓度高于0.3 mol/L时山梨醇抑制自溶。水浴温度为35℃时，山梨醇显著增强自溶甚至NaCl浓度为0.5 mol/L。

同时作用于酶时，其中一些因素之间存着协作或拮抗作用。以上这些因素条件在工艺的选择时，可以单独使用，也可联合使用，关键是要根据内源蛋白酶的特点，尽量避免不利因素。Sánchez-Alonso I等人[18]发现，溶解巨型鱿鱼于加有250 mg/L EDTA的低离子强度和中性pH值溶液（0.16 mol/L NaCl和0.1%NaHCO3），然后进行酸（pH值4.7～4.9）沉淀，接着添加0.2%Ca（OH）2和1%NaCl，于90℃下热处理，由于自溶被抑制，产品具有愉悦的口感和香味。

2.4 外源酶

外源酶可以对组织成分产生水解作用，破坏组织结构而导致内源酶的释放。添加含有胰蛋白酶的鲣鱼脾，可以加速沙丁鱼液化而形成鱼酱[19]。魟鱼下脚料中添加木瓜蛋白酶和胃蛋白酶可提高蛋白质水解效率，新鲜菠萝汁（含菠萝蛋白酶）55℃保温发酵能明显提高蜢虾和短吻银鱼自溶速度[20]。赵阳等人[21]报道，通过内源酶与中性蛋白酶相结合，提高牡蛎水解度。需要指出的是，使用外源酶时要考虑使用时期，以及与内源酶的相互作用。

3 超高压应用

鱼、虾、贝、蟹和其他水生动物生活在一定深度的水中，适应了栖息地的压力。因此，超高压可用来控制或增强酶活性，以改善食品品质和发展新的食品。Gou J等人[22]报道，300 MPa处理鱿鱼20 min，氧化三甲胺脱甲基酶活性显著降低，使得12 d贮存期间，二甲基胺浓度下降到0.31 μmol/g。研究发现，对太平洋牙鳕肉糜处理压力达240 MPa时，对与凝胶软化相关的组织蛋白酶L没效果。

超高压对自溶的作用效果除了压力值，还受温度、材料类型等多种因素影响。Hurtado J L等人[23]报道，200 MPa以上的高压处理，章鱼臂肌自溶明显下降，且40℃下处理效果优于7℃。而Hernández-Andrés A 等人[24]发现，300 MPa、7 ℃处理 20 min，鱿鱼自溶反而增强。当压力不高于300 MPa，9℃下处理20 min，冷烟熏制鲑鱼的自溶性增强[25]。而Gómez-Estaca J等人[26]报道，300 MPa高压 20℃下处理15 min的烟熏鲯鳅鱼肉片，在贮存期挥发性盐基氮含量变化类似于未处理样品。

Okazaki T等人[27]报道，尽管50 MPa以上压力结合50℃水浴可抑制凤尾鱼自溶引起的腐臭，但仅以压力50～250 MPa处理，并看不到高压对凤尾鱼自溶的影响。而以60 MPa压力50℃处理48 h所获得的产品具有较高的营养且觉察不到腐臭味。动物水产加工中结合其他措施有时比单用超高压处理效果要好。研究显示，以600 MPa，20 min，28℃或 400 MPa，20 min，28℃处理，然后以90℃处理20 min生产的黑斑节对虾肉凝胶断裂力高于仅用超高压处理的，且TCA溶性肽含量降低。

相对于热处理，高压加工较好地保留了许多食品天然的味道和香味，因而其可用于控制影响动物水产品质的内源酶活性。灭活内源酶使产品紧实度和弹性改善，压力诱导的海产品凝胶较好地保持了颜色和风味，而比热凝胶更有光泽、更滑润、弹性更强。高压传导是瞬时的不受产品性状、体积限制，这使得产品的处理效果均一，而且处理时间短。

4 天然酶活性调节物质的应用

植物组织通常拥有所谓抗营养的物质，如外源凝集素、酚、蛋白酶及其他酶抑制剂，这些物质影响动物的消化酶，因而成为水产自溶酶抑制剂的重要来源，而且它们都是天然产物，对人体不会有不良影响，因而可被应用于动物水产自溶调控中。马铃薯提取物抑制鲢鱼鱼糜和太平洋牙鳕的自溶，改善了凝胶的质地。原因在于这些水产品都含有α2-巨球蛋白（MAC），而MAC分子被认为在反应中本身经过一定的蛋白水解，使得蛋白质构象改变，从而使蛋白酶陷于其中，阻止了酶与大分子蛋白质底物作用。大豆蛋白（SBP）可抑制大眼笛鲷皮、印度凤尾鱼和南极磷虾的自溶。损伤番茄叶片分离物（TPI）抑制约95%太平洋牙鳕肉糜发生自溶。大米分离物可抑制箭齿比目鱼发生自溶。动物体液含有上百种蛋白质和大量酶原，这些物质对正常组织活动发挥作用外，还会对竞争者和天敌的机体产生作用。猪血浆蛋白（PPP）强烈抑制母狗鱼肉糜水解，牛血浆蛋白（BPP）抑制太平洋牙鳕、太平洋白虾、鱿鱼、箭齿比目鱼的自溶，鸡血浆蛋白（CPP）阻止太平洋牙鳕碎肉、沙丁鱼鱼糜的降解，乳清蛋白可延缓绯鲵鲣、狗母鱼、太平洋牙鳕鱼糜、太平洋白虾、大眼笛鲷、鲢鱼鱼糜等自溶。鸡蛋蛋清可强烈抑制沙丁鱼肉糜、鲢鱼鱼糜、阿拉斯加鳕鱼、箭齿比目鱼水解，鲣鱼脾有助于沙丁鱼发生自溶。

此外，无脊椎动物和微生物也是获得天然酶抑制剂重要资源，水蛭素、胃酶抑素、亮肽素等抑制动物水产自溶的研究已有不少。接种植物乳杆菌有利于牡蛎溶解，乳酸菌发酵协同自溶作用可以加速虾头、虾壳中的蛋白质分解并获得产品品质改善[28]。这些产品抑制剂不足时会产生异味和变色而影响终产品品质。因而，目前从天然资源开发新的抑制剂的研究仍在进行。

生产中除了蛋白质，香料也被用来抑制蛋白酶而防止自溶。相对于对应的碎肉样品，鱼香肠的蛋白质水解很低，原因就是香肠中含有香料。然而，有研究表明，胡椒加到鲭香肠中，自溶高于对照样[1]。这些互相矛盾的结果显示，有必要进一步开展关于香料及其成分对蛋白酶活性影响的控制试验。

需要补充的是，尽管前面从物理、化学、超高压和天然酶活性调节物质4个方面介绍了动物水产自溶调控研究，但有时为了增强调控的效率，上面的措施可结合应用，如将紫外线和梯度温度结合使用从而提高了从虾头中回收蛋白质的效率。而为了更好地采取措施加强调控，有关调控机理的研究也已开展，如研究发现细胞程序性凋亡与紫外线诱导的海参的自溶相关。

5 结语

动物水产普遍发生的自溶一方面会降低水产品的品质和营养，并使产品易受微生物影响而腐烂；另一方面可用于从低值或水产废弃品中获取有用、高值产品。因此，可结合实际需要加以调控。目前，研究较多的调控技术包括机械处理、温度控制、脱水、辐照技术、超高压处理、添加剂应用。这些技术的研究极大地增强了调控自溶的理论基础，提高了动物水产经济价值。但是，目前大多研究关注点仅限于自溶酶活性变化，而忽略产品内部其他成分对各种处理效果的影响。因此，为了能更有效地利用调控自溶的方法，需要在进行动物水产内源蛋白酶的酶学基础研究时，进一步加强各技术处理下自溶程度改变机理的研究。

[1] Haard N F， Simpson B K.Seafood enzymes： utilization and influence on postharvest seafood quality[J].Carbohydrate Polymers，2001，44 （3）：273-282.

[2] Delbarre-Ladrat C，Chéret R，Taylor R，et al.Trends in Postmortem Aging in Fish：Understanding of proteolysis and disorganization of the myofibrillar structure[J].Critical Reviews in Food Science and Nutrition， 2006， 46（5）：409-421.

[3] Anusha G P，Samaranayaka，Eunice C Y，et al.Autolysis-assisted production of fish protein hydrolysates with antioxidant properties from pacific hake（Merluccius productus） [J].Food chemistry，2008 （2）：768-776.

[4] Chen X，Sun H and Zhou D.Preparation of low-molecularmass peptides by enzyme autolysis of Paphia undulate[J].Preparative biochemistry and biotechnology，2010，40（4）：286-293.

[5] Konno K，Cho Y，Yoshioka T，et al.Thermal denaturation and autolysis profiles of myofibrillar proteins of mantle muscle of jumbo squid Docidicus gigas[J].Fisheries Science，2003 （4）：204-209.

[6] Yarnpakdee S， Benjakul S， Visessanguan W， et al.Autolysis of goatfish （Mulloidichthys martinicus） mince：Characterisation and effect of washing and skin inclusion[J].Food Chemistry，2009（4）：1 339-1 344.

[7] Ramirez-Suarez J C，Ibarra-León L R，Pacheco-Aguilar R，et al.Physicochemical and functional changes in jumbo squid （Dosidicus gigas） mantle muscle during ice storage[J].Food Chemistry，2008 （3）：586-591.

[8] Tzikas Z，Ambrosiadis I，Soultos N，et al.Quality assessment of Mediterranean horse mackerel（Trachurus mediterraneus） and blue jack mackerel（Trachurus picturatus）during storage in ice[J].Food Control，2007，18 （10）：1 172-1 179.

[9] 丁浩宸，李栋芳，张燕平，等.南极磷虾肉糜冷藏过程中蛋白水解酶的稳定性及自溶特性 [J].食品科学，2014，35（4）：200-204.

[10] Anusha G P，Samaranayaka T C，Eunice W，et al.Correlation of Kudoa Spore counts with proteolytic activity and texture of fish mince from pacific hake（Merluccius productus） [J].Journal of Aquatic Food Product Technology，2006，15（4）：75-93.

[11] 郑丽，汪秋宽，谢智芬，等.扇贝加工废弃物自溶技术的研究 [J].大连水产学院学报，2007，22（1）：49-52.

[12] Cao Wenhong， Zhang Chaohua， Hong Pengzhi， et al.Autolysis of shrimp head by gradual temperature and nutritional quality of the resulting hydrolysate[J].LWTFood Science and Technology，2009，42 （1）：244-249.

[13] 田雅清，郑华，林捷，等.近江牡蛎的超声波辅助自溶及酶解条件研究 [J].水产科学2015，34（7）：438-443.

[14] Mazorra-Manzano M A，Pacheco-Aguilar R，Ramirez-Suarez J C，et al.Pacific whiting （Merluccius productus）underutilization in the Gulf of California：Muscle autolytic activity characterization[J].Food Chemistry，2008 （1）：106-111.

[15] 迟海，李学英，杭虞杰，等.食品添加剂对南极大磷虾蛋白自溶的影响 [J].海洋渔业，2011，33（3）：346-350.

[16] Klomklao S，Kishimura H，Benjakul S，et al.Autolysis and biochemical properties of endogenous proteinases in Japanese sandfish （Arctoscopus japonicus） [J].International Journal of Food Science and Technology，2009，44（7）：1 344-1 350.

[17] Kuwahara K，Osako K，Okamoto A，et al.Solubilization of myofibrils and inhibition of autolysis of squid mantle muscle by sodium citrate[J].Journal of Food Science，2006 （6）：358-364.

[18] Sánchez-Alonso I，Careche M，Javier Borderás A.Method for producing a functional protein concentrate from giant squid （Dosidicus gigas） muscle[J].Food Chemistry，2007 （1）：48-54.

[19] Klomklao S，Benjakul S，Visessanguan W，et al.Effects of the addition of spleen of skipjack tuna（Katsuwonus pelamis） on the liquefaction and characteristics of fish sauce made from sardine（Sardinella gibbosa） [J].Food Chemistry，2006 （3）：440-452.

[20] 李艳芹，刘俊荣，肖宁，等.天然植物蛋白酶对鱼蛋白自溶效果的影响 [J].水产科学，2007，26（6）：340-342.

[21] 赵阳，陈海华，刘朝龙，等.双酶同步酶解工艺和自溶工艺制备紫贻贝海鲜风味肽 [J].中国食品学报，2014，14（9）：56-62.

[22] Gou J，Lee H，Ahn J.Effect of high pressure processing on the quality of squid （Todarodes pacificus） during refrigerated storage[J].Food Chemistry，2010 （2）：471-476.

[23] Hurtado J L， Montero P， Bordería J， et al.Highpressure/temperature treatment effect on the characteristics of octopus （Octopus vulgaris） arm muscle[J].Europ Food Research Technology，2001（1）：22-29.

[24] Hernández-Andrés A，Gómez-Guillén C，Montero P，et al.Partial characterization of protease activity in squid（Todaropsis eblanae） mantle:modification by high-pressure treatment[J].Journal of Food Science，2005（4）：239-245.

[25] Lakshmanan R， Patterson M F， Piggott J R.Effects of high-pressure processing on proteolytic enzymes and proteins in cold-smoked salmon during refrigerated storage[J].Food Chemistry，2005 （4）：541-548.

[26] Gómez-Estaca J，Gómez-Guillén M C，Montero P.High pressure effects on the quality and preservation of coldsmoked dolphinfish（Coryphaena hippurus） fillets[J].Food Chemistry，2007 （4）：1 250-1 259.

[27] Okazaki T，Shigeta Y，Aoyama Y，et al.Autolysis of unsalted fish protein under pressurization[J].Fisheries Science，2003 （6）：1 257-1 262.

[28] 段杉，张影霞，陆婷婷，等.利用乳酸菌发酵协同自溶作用回收虾头、虾壳中的蛋白质 [J].食品与发酵工业，2009，35 （2）：280-283.◇