木瓜蛋白酶参与传统家养畜禽类肉品加工的应用

张琼，邹强，刘雨蝶

(成都大学 食品与生物工程学院，成都 610106)

木瓜蛋白酶作为一种纯天然生物酶制剂，一直以来在传统家养畜禽类肉品加工中都占有十分重要的地位。早在20世纪八九十年代，蛋白酶就作为整个食品工业产业链中重要的添加剂用于改善食品的品质，其中木瓜蛋白酶是使用最广泛的蛋白酶之一。科研工作者们曾经对木瓜蛋白酶本身的特性及其在肉品中的功能和作用进行了大量系统性的研究工作，对木瓜蛋白酶处理后的肉类从感官鉴评、物化特性及质量属性等方面进行了综合测定及评估，证明了木瓜蛋白酶具有绿色、安全、高效的特点且充分肯定了木瓜蛋白酶的嫩化和水解作用[1]。因此，木瓜蛋白酶被广泛用于提升畜禽类肉品的口感、质量和营养价值。

1 传统家养畜禽类肉质的特点及木瓜蛋白酶的简介

在《国家畜禽遗传资源目录》中，包括了猪、牛、羊、马、驴、骆驼、鸡、鸭、鹅、兔、鸽、鹌鹑等12类、17种传统家养畜禽类动物，其肉质安全，可放心食用。畜禽类肉的品质参差不齐，受多种因素影响，其中，动物的品种、性别、饲养方式、屠宰的年龄、肥育程度、排酸时间(即肉的成熟度)以及肌肉部位等被认为是影响肉品质的宏观因素；肌肉中各种蛋白质结构特性、结缔组织含量及分布、肌纤维直径及类型等则被认为是影响肉品质的微观因素[2]。因此，一般来说，畜禽类动物的年龄与嫩度呈反比，生长周期较短或幼龄动物的肉柔软且有弹性，而生长周期较长或老龄动物的肉坚韧且具有木质化的特点。尤其对于生长环境苛刻的动物如骆驼、牦牛等，肉质更加粗糙坚硬且难以加工[3]。同样对于一些特殊的群体，如淘汰的蛋鸡、老母猪等，其结缔组织胶原蛋白含量高，韧性较大，难以软化。另外，运动越多、负荷越大的肌肉部位因需要有强壮致密的结缔组织和粗壮的肌纤维支持，所以其可食用肉嫩度及适口性较差，例如猪、牛、鸭的腿部等，严重影响了其商业价值。木瓜蛋白酶来源于未完全成熟的番木瓜果实，属于低特异性的半胱氨酸蛋白酶，也称为巯基蛋白酶[4]，是由212个氨基酸残基组成的单链蛋白质，分子量约为23200 Da，其催化活性中心含有Cys25-His159-Asn175离子对，在适宜的条件下，能够迅速切开蛋白内部的-CO-NH-[5]。在一定的酸性、中性、碱性范围内均具有较高的活性，热稳定性强，90 ℃的温度下才完全失去活性[6]。因此，在肉类食品加工期间相比其他酶类具有更好的应用价值。

2 木瓜蛋白酶参与传统家养畜禽类肉品加工的应用

2.1 单独使用木瓜蛋白酶在传统家养畜禽类肉品加工中的应用

木瓜蛋白酶在畜禽类肉品加工中主要用于提高肉质或开发其潜在价值，获得适宜的产品。木瓜蛋白酶在一定程度上能够降解肌原纤维蛋白、胶原蛋白及弹性蛋白。肌原纤维蛋白是肌纤维的主要成分，而胶原蛋白及弹性蛋白是结缔组织的主要成分[7]。因此，木瓜蛋白酶破坏肌纤维结构完整性的同时还能将结缔组织降解成无定形态的小块，使肉变得嫩滑爽口。在肉类制品中添加木瓜蛋白酶，不仅改善了肉品的质构特性，同时木瓜蛋白酶降解肉蛋白会形成游离氨基酸等各种小分子前体物质或中间产物[8]，进一步提高了其附加值。柳艳霞等[9]以猪后肘肉为原料，酶添加量340 U/g，处理时间和温度分别为15 min和49 ℃时，结果表明木瓜蛋白酶能够有效降低调理猪排的剪切力，提高肉的食用品质。金惠玉等[10]添加0.5%木瓜蛋白酶，处理时间3 h，注射量3%，温度50 ℃，提高了牛肉干的嫩度和出品率。朱建等[11]选用木瓜蛋白酶添加量40 U/g、pH 8.0、处理温度25 ℃、处理时间60 min的加工工艺条件，明显改善了羊肉干的口感。乔学彬等[12]在木瓜蛋白酶添加量250 U/g、嫩化时间50 min、嫩化温度52 ℃的条件下，获得的兔肉丁感官评分最高。陈瑞霞等[13]以蛋鸡为研究对象，添加2%的木瓜蛋白酶，酶解时间4 h，酶解温度50 ℃，结果显示蛋鸡蛋白质酶解物可将50 mmol/L NaCl溶液的咸味强度提升26.2%，可用于开发兼具调味和营养功能的调味料。在畜禽类肉品加工中，不仅单独添加木瓜蛋白酶来改善加工工艺，通过正交实验等来确定其最佳工艺参数，而且随着研究的深入，木瓜蛋白酶常联合其他蛋白酶类进行简单的复配、结合各种物理干预方式以及协同多种化学试剂共同作用于畜禽类肉品，在最大程度上达到预期的品质效果。

2.2 木瓜蛋白酶联合其他蛋白酶类在传统家养畜禽类肉品加工中的应用

木瓜蛋白酶与不同的蛋白酶形成的复配酶，可充分发挥不同功能的蛋白酶之间的良好协同作用[14-15]。这些复配酶相比于单独的木瓜蛋白酶，可以多位点水解蛋白质，极大地增加了底物的水解程度和范围，获得更多种类的肽、游离氨基酸、游离脂肪酸等重要的有机成分以及多样化水解产物，可明显提高畜禽类产品的品质和风味，在嫩化、调味和功能性食品开发的应用上有广阔的前景[16]。木瓜蛋白酶属于半胱氨酸蛋白酶类，能水解甘氨酸、赖氨酸和精氨酸等蛋白底物；菠萝蛋白酶也属于半胱氨酸蛋白酶类，能水解精氨酸、苯丙氨酸和酪氨酸等蛋白底物；中性蛋白酶属于金属蛋白酶类，能水解苯丙氨酸、亮氨酸、色氨酸等蛋白底物；胰蛋白酶则属于丝氨酸蛋白酶类，能水解赖氨酸、精氨酸等蛋白底物。朱建军等[17]分别添加0.001%的木瓜蛋白酶和中性蛋白酶，共同酶解48 h，样品中非蛋白氮(NPN)、氨基态氮(AN)、挥发性盐基氮(TVB-N)的含量以及游离氨基酸(FAA)种类和含量相比于未处理的腊肉均有所提高，经GC-MS检测，腊肉中的挥发性风味物质多了10种，风味物质除了烃类和羰基类外均有所增加。肖夏等[18]采用木瓜蛋白酶和菠萝蛋白酶按1∶1复合应用，20 ℃处理20 min，牛肉的剪切力降至3727.6 g，提升牛肉嫩度的同时，还保持了较好的弹性、内聚性及熟肉率。安攀宇等[19]选择复合蛋白酶和木瓜蛋白酶进行复配，其复配比例为3.24∶1，制得的鸡胸肉蛋白酶解液的水解度高达32.84%，具有营养丰富、感光性状好、风味佳的特点。陈宇等[20]通过单因素试验和正交试验确定了胰蛋白酶和木瓜蛋白酶的最佳用量，在20 ℃下处理30 min后，所得的卤鹅肉质嫩度适宜，滋味浓郁且口感极佳。

2.3 木瓜蛋白酶结合各种物理干预方式在传统家养畜禽类肉品加工中的应用

木瓜蛋白酶常与各种物理干预方式共同应用，如超声波、滚揉和高压处理。这些物理干预方式不仅有自身独特的嫩化机制，而且可以解决酶在肉块中的渗透和分布问题，尤其对于需要将酶通过注射、浸泡的方式引入到肉块中这一工艺环节，物理干预方式往往必不可少。超声波作用于肉块时，肉块会吸收其部分能量，引起肌肉内部的系列反应，一定程度上造成肌纤维断裂，溶酶体破裂，物理性地释放出组织蛋白酶等内源水解酶，可协同木瓜蛋白酶改善肉质。不仅如此，超声波在液态系统中会产生空化效应，具有强烈的传质作用，当与木瓜蛋白酶同步处理肉块时，酶会随着超声时间的增加被缓慢引入到肉块中，实现酶的均匀分布[21-22]。滚揉是一种机械外力，可拉伸肌节，使肌膜、肌束膜等结缔组织受到外力冲击而变得松散破碎，因此肉质变得松软而有弹性。木瓜蛋白酶被注入肉块后，滚揉同样也能使酶渗透到肉块的各个角落，在短时间内得到嫩度高和可塑性强的肉块。高压处理主要向肉类提供高强度的压力，高压作用后肌纤维中的肌球蛋白和肌动蛋白相互间的作用削减，pH值上升，结缔组织软化，溶酶体中的内源蛋白酶迅速释放达到分解蛋白的目的[23]。同时高压产生的巨大冲击力导致肉块内部的肌纤维网状结构遭到破坏，形成大量的通路，有利于木瓜蛋白酶的吸收，缩短嫩化时间。Barekat等在100 W、40 kHz的超声波浴中添加0.1%的木瓜蛋白酶同步处理3 cm×3 cm×4 cm的肉块20 min，剪切力大幅度降低，嫩度达到最高。王清波等[24]采用超声波(151 W)辅助木瓜蛋白酶(16 U/g)对3 cm×6 cm×6 cm的生牛肉块在51 ℃下嫩化处理20 min，剪切力值相比于对照组降低49.0%，具有良好的嫩化效果，同时减少了木瓜蛋白酶的使用量和嫩化时间。蒋小锋等[25]将15 U/g木瓜蛋白酶溶液注射到3 cm×3 cm×4 cm的马肉块内部，用滚揉机滚揉15 min，50 ℃、pH 6.0条件下嫩化处理1 h，达到了马肉理想的嫩化效果。姚伟伟等[26]以鸡腿肉和鸡胸肉为原料，分别添加2.76，3.0 U/g的木瓜蛋白酶，真空滚揉处理30，28 min，最终所得产品剪切力值的降低率分别为50.9%和52.2%，保水性值都在87%以上，结果表明真空滚揉联合木瓜蛋白酶形成的复合嫩化法能够有效改善鸡肉的嫩度和保水性。Ma等[27]在6 cm×4 cm×1 cm肉块中先注射80 U/mL木瓜蛋白酶，在55 ℃放置30 min，随后在50 MPa高压下作用15 min，获得牦牛肉最佳嫩度的同时也保护了其色泽。

2.4 木瓜蛋白酶协同多种化学试剂在传统家养畜禽类肉品加工中的应用

木瓜蛋白酶通常与盐类、糖类等化学试剂协同作用，有利于各种肉类产品在嫩度、系水力、色泽和风味等方面的提升。复合磷酸盐可增强蛋白质与水结合的能力，具有较强的保水性，使肉柔嫩多汁。当复合磷酸盐与木瓜蛋白酶配合使用时，复合磷酸盐稳定了木瓜蛋白酶溶液的酸碱度，充当缓冲剂的作用，可保护酶活，提高嫩化效率[28]。同时上述研究发现，适宜的木瓜蛋白酶和复合磷酸盐处理可有效增加氧合肌红蛋白和脱氧肌红蛋白的含量，减少高铁肌红蛋白所占的比例，维持肉类鲜艳的樱桃红色。碳酸钠对蛋白质有一定的腐蚀作用，促使肌纤维吸水膨胀。钙离子则是细胞内源蛋白水解酶中钙激活酶的激活剂，钙激活酶可导致肌原纤维蛋白沿着Z线崩裂，以肌节为单位迅速裂解，肌纤维碎片化，导致嫩度增加[29]。木瓜蛋白酶降解肉蛋白得到的氨基酸等多种小分子风味物质更易与肉中添加的糖类相结合进行美拉德反应，得到新的风味化合物，从而增加肉制品的口感和风味。陶瑞等[30]在木瓜蛋白酶活力值为9.44 U/g、复合磷酸盐质量浓度为18.35 mg/mL、持续作用时间为9.09 h的特定作用参数下测得低档部位烧烤牛肉的剪切力值仅为17.25 N，牛肉的保水性也同步提高。卢智等[31]将木瓜蛋白酶和氯化钙按1∶12(质量比)组合运用到鸡胸肉时，鸡胸肉的系水力达到最佳。侯佰慧等[32]以木瓜蛋白酶和葡萄糖为添加物研究鸡肉酶解液呈味物质的变化，结果表明随着加热时间的延长，游离氨基酸和呈味氨基酸含量均显著增加。刘昭等通过正交实验确定了牛肉美拉德反应的最佳反应条件为：木瓜蛋白酶添加量1.8 mg/g，水解时间35 min，D-木糖添加量3%，美拉德反应时间45 min。

3 结语

木瓜蛋白酶协同各种处理方式运用于畜禽类肉品加工是未来的发展趋势，但目前仍存在一些问题，例如超声波、高压等物理干预方式操作成本较高，各种处理方法联合使用的加工工艺不成熟，且很多技术还无法实现工业化应用。尤其针对高附加值的肉类产品，其品质上的高要求，促使研究人员考虑到更多的影响因素，应用条件则更加苛刻。因此，未来在探究更多新型加工工艺的同时也需要突破目前所存在的工业化应用上的各种限制因素。