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1、肉品科学研究进展中国农业科技导报,2006,8(3):110RenewofChinaAgriculturalScienceandTechnology【农产品Jj-r】肉品科学研究进展周光宏,彭增起,徐幸莲(南京农业大学食品科技学院南京210095)摘要:针对肉品加工中的几个研究热点,阐述了肌肉内源蛋白酶,钙离子在肉类成熟嫩化过程中的作用机理和嫩化技术;介绍了金华火腿风味形成机理及现代4_z-艺改造的最新研究进展;指出了冷却肉在生产加工中存在的问题和品质控制措施,并介绍了微生物预报技术在冷却肉中的应用;文中还提出了肌肉蛋白质功能特性的概念,着重描述了热诱导凝胶的形成机制,并就肌肉类型,pH值,离
2、子强度,离子类型,加热温度和多聚磷酸盐及其水解对凝胶特性的影响做了深入的探讨.关键词:嫩化;金华火腿;冷却肉;功能特性;凝胶中图分类号:TS251文献标识码:A文章编号:1008-0864(2006)03-0001-010ResearchProgressonMeatProcessingZHOUGuanghong,PENGZengqi,XUXinglian(CollegeofFoodScienceandTechnology,NaI】jingAgricultureUniversity,Nanjing,210095,China)Abstract:Thisarticleoutlinesseveralr
3、esearchissuesinthemeatprocessing,elaboratestheeffectsandmechanismsofendogenousproteinaseofmuscleandcalciumionginmeatmellowcondition.andcitesthreemeattendertechnologies.ItalsointroducesthelatestresearchprogressofthemechanismofflavorformsoftheJinhuahamandthemodernizedcrafttransformation.proposesproble
4、msexistedinthechilledmeatandthequalitycontrolmeasuresintheproduceprocess,andintroducestheapplicationofpredictivemicrobiologyinthechilledmeat:Summarizesthemuscleproteinfunctioncharacteristicanditstheinfluencefactors.andmakesadeepdiscussiontoheatinducedge1.Thisarticlepointsoutthedirectionofresearchwor
5、kinthefutureaccordingtoaboveissuesinthemeatproduct.Keywords:mellow;jinhuaham;chilledmeat;gels1肉类成熟嫩化原理与技术研究进展肉的嫩度是重要的食用品质之一.在宰后成熟期间,肉的嫩度得到改善,一般认为是肌肉内源蛋白质水解酶的作用所致.1.1肌肉成熟嫩化的内源蛋白质水解酶学说1.1.1钙激活酶的作用钙激活酶体系包括一Calpain(钙激活酶1),mCalpain(钙激活酶2),m.calpains(中间型钙激活酶,只存在于鸡肉)及其特异性抑制蛋白Calpastatin.一Calpain,mCalpain为同
6、工酶,由80kDa的催化亚基和28kDa的调节亚基构成,两者小亚基相同,大亚基有差别.一Calpain,m.Calpain都需钙离子激活,前者达到最大活性一半时的钙离子浓度约为550IxM,而后者需2501000txM,两者都为巯基内切酶.Calpastatin的分子量大约为125kDa,有713个氨基酸残基构成,只有一条多肽链,含4个重复结构域和一个非同源结构域,只有在一定的钙离子浓度下,4个重复结构域才能和Calpain结合并产生抑制作用.研究发现,一分子Calpastatin可以抑制10分子m.Calpain发挥活性.Calpains的活性又受其所处环境pH值,温度,离子强度,抑制剂和激
7、活剂等多种因素的影响.研究发现,Calpains在宰后肉的成熟嫩化过程中起重要作用,它们降解肌细胞收稿日期:2006-0515;修回日期:2006-05-22.作者简介:周光宏(1960一),教授,博士,副校长;研究方向:从事肉品加工与质量控制研究.2中国农业科技导报8卷骨架蛋白,从而引起肌原纤维结构软化.这些骨架蛋白包括肌联蛋白Titin,Nebulin,肌问线蛋白Filamin,Desmin,肌钙蛋白T(TroponinT)和肌膜连接蛋白Dystrophin,Vinculin,Ankyrin,Talin等.这就是钙激活酶学说(Calpainstheory).此外,tlianeta1.(2o
8、oo)的研究发现,cMpmn3(calpain094)在肉的成熟嫩化过程中也发挥了作用,因为calpain3mRNA的含量与牛肉和羊肉的最终嫩度之间存在很好的相关J.但是Parreta1.(1999)的结论却相反,p94含量和肉的嫩度之间不存在任何相关性J.Sorimachi(1999)也指出,肌肉中calpain3mRNA的浓度不能代表肌肉组织中真正表达的calpain3总量.1.1.2溶酶体组织蛋白酶的作用组织蛋白酶类除CathepsinD外都属于半胱氨酸蛋白酶,它包括B,D,H,L,N等多种类型.CathepsinB可以降解肌球蛋白,对肌动蛋白的降解能力稍差.CathepsinL对肌球蛋
9、白,肌动蛋白,a一肌动蛋白素,肌钙蛋白T和l都有较强的水解活性.CathepsinH具有内切酶和外切酶特性,分子量为2628kDa,可以降解肌球蛋白.CathepsinD是唯一的天门冬氨酸蛋白酶,分子量为4353kDa,可以降解肌球蛋白,肌动蛋白,伴肌动蛋白.每种Cathepsin都具有其最适pH值范围,CathepsinB,D,H,L,N的最适pH值分另U为3.06.0,2.54.5,5.07.0,3.06.0和3.06.0.组织蛋白酶位于溶酶体内,只有当溶酶体膜破裂,酶才被释放出来,并在酸性条件下发挥作用.组织学研究证明,在肉的成熟过程中,溶酶体相继破裂,成熟14d后,溶酶体完全破裂.1.
10、1.3蛋白酶体的作用蛋白酶体是蛋白酶复体物,在活体肌肉中,蛋白酶体的分子量约26S,在泛素肽(Ubiquitin)和ATP存在下可参与蛋白的水解.26S的蛋白酶体可以解离成20S具有酶活性的核心体.Robert等(1999)研究发现,20S核心体可以降解肌原纤维蛋白,Sekikawa等(2001)研究认为,宰后牛肉中泛素肽结合蛋白的降解与蛋白酶体有关.maze等(2002)通过对宰后牛肉中蛋白酶体的活性跟踪研究发现,在生理pH值和4条件下,存放7d后,蛋白酶体仍保持较高活性,并认为蛋白酶体在牛肉宰后成熟过程中会和其他内源蛋白酶一起发挥作用.而其他一些研究发现,肌原纤维蛋白并不是蛋白酶体的良好底
11、物,且其对肌原纤维降解后的的产物与自然成熟牛肉中肌原纤维蛋白的降解产物不同,所以不能确定蛋白酶体在肉成熟中起作用.1.2钙学说成熟过程中的肉处于非生理状态,肉的最终pH值下降到5.5左右,ATP完全消失.在4条件下,牛,猪,鸡肉肌浆中钙离子浓度分别经过4d,3d和20h后增加到0.2mM,比最初浓度高出2000倍.KouriTakahashi近20年的研究发现,在不考虑蛋白酶降解的情况下,肌原纤维,肌间线蛋白和肌内结缔组织结构的弱化可导致宰后成熟过程中肉的嫩化.在0.1mM钙离子条件下,肌原纤维结构发生弱化,其中包括z盘,肌动蛋白和肌球蛋白的僵直键,肌联蛋白和N一线蛋白的结构弱化.0.1mMC
12、a浓度与成熟过程中肌浆中的最终Ca浓度相似,于是认为单独的钙离子而非钙激活中性蛋白酶(CMpMn)在牛肉成熟过程中发生嫩化作用,这就是”钙学说”的事实依据.1.3嫩化新技术1.3.1电刺激技术为减少胴体冷收缩,提高肉的嫩度,生产上可以采用胴体电刺激技术.事实证明,正确应用电刺激,不仅能很好改善嫩度,也可以提高肉的总体品质.电刺激嫩化的机制主要是加速pH值下降,使肌肉僵直快速出现,从而避免冷收缩.电刺激能加快溶酶体组织蛋白酶释放,提高肌肉蛋白质的水解作用,在一定程度上破坏肌原纤维的结构.肌原纤维结构的变化包括肌节拉长,明带和暗带的撕裂等,加速了肉在成熟早期的嫩化进程.在国外,电刺激技术已经广泛应
13、用于大型屠宰场.电刺激有时会对肉的总体品质产生副作用,所以,电刺激并非总能成功地用于肉的嫩化H.1.3.2钙离子注射将钙离子注人肉中,激活calpains系统,提高肉的嫩度是在Calpains被证明是死后降解肌肉蛋白的主要酶类后发展起来的技术.起初是将肉浸泡在钙离子溶液中,随后发展为胴体动脉注射,最后首选的方法是分割肉块的注射L】.此项技术在死后的任何时候都可以实施,不会引起肉类的过度嫩化.1.3.3胴体吊挂方式通常胴体在跟腱部吊挂.Hosteler(1972)提出盆腔吊挂可以拉伸牛腿部肌肉,使肌节长度变大,肌纤维直径减小,导致肉嫩度改善.3期肉品科学研究进展32金华火腿风味形成机理与工艺改造
14、研究金华火腿是中国传统特色肉制品的代表,积淀着历代劳动人民的智慧结晶和中华饮食文化底蕴,以其色香味具全着称于世,并对世界传统肉制品加工技术发展产生过重大影响.从20世纪60年代开始,欧洲沿地中海地区干腌火腿主要生产国意大利,西班牙,法国等先后对干腌火腿的传统工艺和品质等进行了较为系统的研究,经过20多年努力,完成了对传统工艺的现代化改造,基本实现机械化的规模生产方式.随着科学技术的发展,到90年代,国际上干腌火腿加工工艺和技术装备实现了规模化和自动化.与此同时,以金华火腿为代表的中国传统畜产品加工业仍保持传统落后甚至原始的生产工艺方式,产品质量难以保证,成为限制其产业发展的关键因素.为此,金华
15、火腿传统工艺改造及其风味品质研究和产品开发列入了”十五”国家“863”研究计划,进行攻关研究.2.1金华火腿特征风味物质形成机制研究通过研究传统发酵成熟工艺过程中火腿水分,盐分等来确定产品的脱水率,水分,NaC1含量及微生物等质量变化与环境温湿度条件的相关性;分析过程产品总氮,非蛋白氮及游离氨基酸(FAA),游离脂肪酸(FFA),TBARS及双烯值和羰基值,研究确定蛋白质,脂质分解氧化规律及与工艺温度条件的相关性;分析金华火腿传统工艺样品中挥发性风味物质,研究工艺过程中风味的发展规律.结果表明:金华火腿传统工艺可分为”低温脱水,中温发酵,高温成熟”3阶段,温湿度受金华地区特殊的气候环境制约,春
16、季长期的阴雨天气使金华火腿经历漫长的”中温发酵”,高温成熟是传统金华火腿有别于沿地中海地区国家干腌火腿的工艺特色;蛋白质水解指数P.I.与温度上升正相关(R=0.9981),高温成熟使蛋白质发生强烈水解,FAA在高温成熟中期达到高点;FFA总量在皮下脂肪中显着增加与温度提高呈正相关(R=0.8789),在肌内脂肪中经历了先降再升后稳定的变化过程,在发酵中期达到高点,说明皮下脂质分解的强烈程度高于肌内脂肪l1.采用固相微萃取(SPME)方法提取金华火腿二头肌和皮下脂肪中的挥发性风味物质,采用GCMS系统和分离鉴定风味成分,对生产过程中,尤其对发酵成熟过程中金华火腿股二头肌和皮下脂肪中的风味物质进
17、行了分析,确定了醛,羧酸,醇,酯,酮,脂肪族和芳香族碳氢化合物,含硫化合物,吡嗪是主要风味成分及这些成分在发酵成熟过程中的变化规律;高温成熟工艺使来自于美拉德反应的羧酸有显着增加,这是金华火腿与地中海地区干腌火腿最显着的区别,也是金华火腿具有其独特风味和陈腐气味的主要原因.挥发性风味物质共有78种检出,醛,羧酸,醇,酯,酮,脂肪族和芳香族碳氢化合物,含硫化合物,吡嗪是主要成分,工艺过程中醛和酮相对含量随温度升高而逐渐降低,羧酸,酯,吡嗪和含硫化合物的相对含量逐渐增加.金华火腿持续高温成熟促进蛋白质脂质分解,同时加速不饱和脂肪酸的氧化和美拉德反应,使羧酸增加显着,这是金华火腿与地中海地区干腌火腿
18、最显着的区别,也是金华火腿具有独特风味和陈腐气味的主要原因.研究指出,来源于脂肪氧化的直链醛类物质是主要的风味物质,醇类和酮类等物质对风味的贡献较小.总之,经过几年的攻关研究基本确定,火腿风味主要来源于内源酶作用下的蛋白质和脂质分解,氧化,Strecker氨基酸降解和Maillard反应的主要形成机理.2.2金华火腿微生物区系研究通过对生产全过程的金华火腿表面和内部的微生物进行计数,分离,培养和鉴定,初步研究了金华火腿传统工艺过程中的微生物区系变化及其在发酵成熟中所起的作用.研究表明:在发酵成熟前期,金华火腿内部的微生物数量最高达到10.cfu/g,足以对火腿中组织蛋白酶,肽酶和氨基肽酶,脂肪
19、酶等蛋白质和脂肪水解酶产生影响,并最终对风味品质产生影响,但在火腿高温成熟期,内部微生物数量降至10cfu/g以下,说明微生物可能主要在中温发酵期起作用;金华火腿表面的微生物种群之间互相影响很小,但表面的霉菌数量却影响着内部的微生物,最初的阶段二者同时增加,当霉菌数量增加到一定水平时就会抑制内部微生物生长,当霉菌数量减少时,内部微生物数量就会增加.因此金华火腿微生物细菌及霉菌菌群构成一个完整微生态系统,其繁殖生长和交替变化的消长规律受金华地区特有的微生物种群和气候,温湿度等环境条件制约;正是这种特殊的气候环境条件才形成了金华火腿的特殊工艺方法和风味品质特色J.关于微生物数量和种类的变化及其相互
20、作用对金华火腿品质的影响,尚需进一步研究.4中国农业科技导报8卷2.3金华火腿传统工艺的现代改造在火腿成熟期间,内源或外源酶作用下的蛋白质和脂肪分解,脂质氧化反应,Strecker氨基酸降解和Maillard反应是火腿内部主要的生化反应.而内源组织蛋白酶,肽酶,氨肽酶和各种脂酶的活性受到发酵成熟工艺条件,水分和盐分等因素影响,其调控主要取决于工艺过程中的温度和湿度控制,因此,可借助上述研究成果来控制工艺条件因素,从而调控火腿内部水分散失和盐分提高的速度,直接调控温度来控制火腿微生物生长,内源酶活性,控制脂质氧化反应,Strecker降解和Maillard反应速度等,来缩短发酵成熟工艺时间,促进
21、火腿风味发展,使生产工艺标准化和提高产品的风味质量和均一性.干腌火腿风味品质取决于原料和工艺条件,更取决于发酵成熟期的长短.金华火腿的发酵成熟一般历经春夏两季68个月时间,可分为低温脱水,中温发酵,高温成熟3个阶段.中温发酵历经春季初夏46个月的时间过程,也是金华地区的多雨季节,气温在1530之间逐渐上升,发酵室相对湿度逐渐下降;在此期间火腿肌肉蛋白质和脂肪在内源酶的作用下发生降解而产生多肽,游离氨基酸和游离脂肪酸等分解产物.再经过78月份(3037C)的长时间高温成熟才产生了特殊的芳香风味.新的发酵成熟工艺保持了”低温脱水,中温发酵,高温成熟”传统工艺特色,既能模拟自然环境气候变化模式实现发
22、酵成熟空间潮湿空气的冷凝脱水,新风补充,风速和气流温湿度调节,又能实现均匀气流工作原理,以紊流状态均匀的地穿过挂在发酵成熟房每个部位的腌腿间隙,带走表面的水分并调节发酵成熟房的温湿度,从而调控火腿内部水分散失和盐分提高的速度,直接调控温度来控制火腿微生物生长,内源酶活性,控制脂质氧化反应,Strecker降解和Maillard反应速度等,来促进火腿风味发展,缩短发酵成熟工艺时间,提高生产效率,突破了传统工艺生产的季节性限制.金华火腿现代发酵成熟恒温恒湿,变工况温湿度控制工艺方法,通过”强化高温成熟”有效缩短了工艺时间,现代工艺在保持传统工艺和风味品质特色的基础上,工艺时间缩短至传统工艺时间的2
23、5%44.5%,产品更加符合现代食品安全和营养消费理念.3冷却肉生产技术及质量控制目前冷却肉正在我国推广,冷却肉产品的质量仍有待提高.西方发达国家在冷却肉生产方面,除了要求迅速冷却胴体外,还要对肉加以适度成熟处理,将尸僵肉转变为成熟肉,猪肉,牛肉和羊肉要完全成熟,分别需要35d,1014d和57d,我国的冷却肉生产对此没有要求.大部分企业生产的冷却肉,尤其是当地生产供应市场的猪,牛,羊肉大都未经过成熟处理,某些大的企业虽然也对肉进行成熟处理,但时间短,如猪肉12d,牛肉23d,达不到预期的目的,这使得消费者购买的往往不是真正意义上的冷却肉.3.1冷却肉生产JjH-r技术与品质控制冷却肉由于本身
24、的特点,在其运输,销售等过程中,如果条件控制不当,极易发生腐败变质,表面褐变和汁液流失,使其可接受性大大降低.冷却肉品质的优劣和货架期的长短主要取决于冷却肉的保水性,颜色稳定性,微生物的初始污染程度及后续的加工,流通和零售过程中质量控制的程度.对此,国外一般是在GMP的基础上,根据HACCP来控制和规范原料肉的预处理过程,利用栅栏技术来延长冷却肉的货架期,提高冷却肉的品质.冷却肉质变的主要原因是加工过程中微生物的二次污染.因此,生产过程中的温度,空气相对湿度,空气流速,冷却肉表面水分活性及车间流程等都与此有关.只有将栅栏技术与HACCP和微生物预测技术结合起来,才可以生产加工出符合安全品质的冷
25、却肉.在栅栏理论基础上发展起来的栅栏技术(Hur-dieTechnology),是将多种食品加工与贮藏技术同时结合应用,每种技术只用到其中等水平,可有效地防止肉制品加工过程中微生物的污染,为肉和肉制品的安全性提供了有力保障.HACCP(HazardAnalysisandCriticalControlPoint)是保证食品安全的预防性管理系统.如果将HACCP体系与栅栏技术结合应用于冷却肉生产加工过程中,可以最有效地确保冷却肉的卫生质量与安全.当2个体系共同用于生产加工中时,可以有针对性地选择和调整栅栏因子,再利用HACCP体系中的监控程序,对关键控制点和栅栏因子都实施监控,并按照HACCP原理
26、要求进行纠偏和3期肉品科学研究进展5验证,这样可以更加全面地预防和控制产品卫生质量及安全.微生物预报技术可作为HACCP定量分析的工具,协助”风险评估”的操作,客观评估冷却肉加工中的操作,量化,优化和提高肉类加工中的卫生质量,也可作为冷却肉加工中实施栅栏技术的依据.应用微生物预报技术对冷却肉中的微生物危害进行预测,给出冷却肉生产过程中的不同栅栏因子控制微生物的效果,结合栅栏技术加强某些微生物生长阻碍因子,做到危害发生前进行预防和控制,从而提高冷却肉的安全品质.3.2冷却肉货架期预测微生物预报技术微生物预报技术主要根据腐败微生物和致病微生物的生长,死亡和残存的特征模型,预测其在肉品中的生长繁殖时
27、间,从而在不进行微生物检测的条件下快速对产品的货架期进行预测,实现从原料,加工到产品储存,销售等各个环节的计算机智能化管理和监控.在低温条件下,影响肉品腐败品质不是单独的某一微生物的作用,而是多种腐败细菌联合作用的结果,故应首先研究冷却肉的微生物菌相.目前,很多研究局限在应用传统方法即选择性培养基来确定肉品中的细菌菌系组成和分布,但该方法不仅耗时,繁杂而且使用最复杂的试验组合也不一定反映微生物多样性的真正面貌,使研究有一定的局限性和盲目性.随着分子生物学技术的发展起来的PCR.DGGE技术可以避免经典微生物技术的局限性,更可靠,更直接的全面认识微生物的组成.微生物预测学作为基本的方法对肉类食品
28、质量控制产生了很大的影响,目前对于肉类加工中的快速冷却工艺,喷淋冷却工艺,热剔骨工艺,猪屠体的冷却,内脏的冷却,动物屠体的长途运输以及时间一温度函数的模型完全有必要.另一方面,操作时间和温度组合对于屠宰场避免大肠杆菌的生长也是很重要.Gill等研究和预测了大肠杆菌在猪肉中的微生物一温度函数.研究表明:来源于肉汤中这些微生物的生长模型不能很好的描述大肠杆菌在猪肉脂肪和肌肉组织中的微生物生长情况.对于影响肉品品质的微生物研究也有很多,主要是腐败微生物对产品货架期的研究和预测.澳大利亚Tasmania大学食品学院在假单胞菌生长模型基础上开发了食品腐败预测器(FSP,Foodspoilagepredi
29、ctor),是对品质进行多环境因子分析的预测的软件.主要是以恶臭假单胞菌(PseudomAIIA2$putida)1442等菌株为研究对象,测得不同温度,Aw,pH值条件下8000多个生长数据,建立了500余条生长曲线;同时,用实际流通中大量数据对模型进行了验证和改进.建立了假单胞菌生长模型数据库,客观地评估预测值和实际值之间的比率,建成了微生物生长的数据库,形成了专家系统和应用软件包,从而对特定腐败菌是假单胞菌的食品剩余货架期进行快速估测.该预测系统在人工接种及自然腐败状态下,假单胞菌的预测值和实际值之间的偏差在20%以内.除了FSP外,许多同类的货架期预测系统也正在开发验证之中,如丹麦水产
30、研究所的SSP(Seafoodspoilagepredictor),中国水产科学研究院东海水产研究所的FSLP(Fishshelflifepredictor)等.这些预测软件针对不同地域,不同来源的产品,以SSO(特定腐败菌)的生长模型为基础建立数据库,形成友好界面的专家系统预测产品的货架期.对多数食品而言,在食品微生态和建立微生物生长模型的基础上,可以对食品的腐败品质进行预测,其核心是确定特定的腐败菌,并建立相应的生长模型,预测特定腐败菌的各生长参数,然后用来预测产品的货架期.李苗云等(2006)首先对冷却肉中的微生物分布和作用进行了系统研究,确定了特定腐败菌达到稳定期后的最大菌数(Nmax
31、)和被感官拒绝时的最小腐败水平(Ns)后,由Arrhenius模型或平方根模型可计算出最大比生长速率()与延滞时间,然后根据特定微生物的生长动力学模型计算出其从n增殖到最小腐败量(Ns)的时间来预测货架期(shelflife,SL).同时,可根据Gompertz方程计算出任何时刻t的细菌数量(t)后,换算出产品的剩余货架期,由Gompertz方程可以推导出下面的货架期预测公式.SL=A一(N一No)2.718ln一In(NsNo)/(Nm一No)一1式中:s是最小腐败量1og.(cfu/g);No是t:oN的初始微生物数量1og.(cfu/g);Nm是增加到稳定期时最大的微生物数量1og.(c
32、fu/g);.是微生物生长的最大比生长速率(h);A是微生物生长的延滞时间(h).在建立有效的数学模型以后,可以向肉品工业提供一个重要的有效的手段,以在产品设计和评价中建立一个客观的标准,用来预测微生物的安全性6中国农业科技导报8卷和产品的货架期,通过相关速率的概念和预测模型可以计算出微生物的相对变化,有效保证产品品质和安全性.因此,基于我国肉品生产加工的工艺技术特点和流通的实际情况,引入现代高科技的研究手段,客观评估与产品品质紧密相关的颜色稳定性和微生物特性,以建立科学的冷却猪肉品质(颜色和货架期)预测模型,预测当控制系统变化或失败时微生物生长的情况,为剩余货架期快速估测提供有效的手段.4肌
33、肉蛋白质功能特性研究进展肌肉蛋白质的功能特性或工艺特性与肉制品的感官品质和质构特性有密切关系,这些特性主要包括肉的澎润性,溶解性,保水性,保油性,凝胶特性,乳化特性等.影响肌肉蛋白质功能特性的因素很多,如肌肉中各种组织和成分的性质和含量,肌肉蛋白质在贮藏加工中的变化,添加成分.肌肉蛋白质受各种条件影响,首先发生理化性质的变化,从而引起其功能特性乃至肉制品感官品质和质构特性的变化.为了调控蛋白质的行为,科学家对肌球蛋白分子的性质,结构和形态的改变与功能特性之间的相互关系进行了大量的研究.4.1蛋白质理化性质对功能特性的影响肌肉蛋白质的物理化学性质,主要包括表面电荷状况,巯基含量,疏水性,分子量,
34、分子形态稳定性,结合和饵离行为等,受环境条件的影响而发生变化,这些变化决定于蛋白质的氨基酸成分,氨基酸顺序,二级结构,三级结构和四级结构.环境条件通过改变蛋白质的性质影响其功能特性.离子强度,离子类型,pH值,温度,剪切,添加成分的各种相互作用都影响肌肉蛋白质,特别是肌球蛋白的结构和形态,从而影响其溶解性,胶凝性,保水性和乳化性.肌球蛋白的溶解性直接关系到肌肉蛋白质的胶凝性,保水性和保油性.一般地,随着肌球蛋白溶解性的增加,其保水性,保油性和胶凝性都会得到改善.值得指出的是,肌球蛋白的存在形式或分散性对其保水性,保油性和胶凝性的影响更大.肌原纤维蛋白质中巯基含量,特别是活性巯基含量与蛋白质的胶
35、凝性,乳化性和乳化稳定性之间存在着很高的相关性.肌肉蛋白质形成凝胶的特性是非常重要的功能特性之一,也是西式肉制品的核心研究内容.肌球蛋白的溶解性,疏水性,巯基含量和分散性都影响肌球蛋白的凝胶特性.围绕肌球蛋白这些理化性质对凝胶特性的影响,国内外就肌球蛋白形成凝胶的机制,肌肉内环境条件,贮藏加工条件和添加成分对凝胶特性的影响进行了广泛的研究.4.2肌球蛋白热诱导凝胶的形成机制肌原纤维蛋白热诱导凝胶对肉制品的特性起着重要作用.广泛研究表明,肌球蛋白可单独形成良好的凝胶,肌动蛋白依其在凝胶体系中与肌球蛋白的比例不同,对肌球蛋白的凝胶作用有协同或拮抗效应,肌浆蛋白不能单独形成凝胶,但可能对凝胶的形成产
36、生影响.有关凝胶机制的研究,Ferry(1948)提出了蛋白质凝胶的形成机理分2个阶段.第一阶段是蛋白质受热而变性展开;第二阶段是展开的蛋白质因凝集作用而形成较大分子的凝胶体.蛋白质分子的解聚和伸展,使反应基团暴露出来,特别是肌球蛋白的疏水基团,有利于蛋白质和蛋白质之间的相互作用.这是蛋白质发生凝集的主要原因.Sharp和Offer(1992)通过负染色和旋转染色电镜技术,研究了稀溶液中肌球蛋白分子热诱导凝胶的形成机制,认为肌球蛋白分子的头(头凝聚,头(尾凝聚和尾(尾凝聚是凝胶形成的基本机制.当pH值6.5,30oC加热30min时,肌球蛋白分子形状无变化,2个头部仍然是独立的,尾部在长度上无
37、变化.35(2加热30min,肌球蛋白发生头一头凝聚,2个头部凝聚成一个大约20nm团块;也有尾一尾凝聚发生.40加热30rain,肌球蛋白分子形成二聚体,也可观察到由312个肌球蛋白分子组成的寡聚体,其头部凝聚成球状团快,尾部向三维空间伸展.球状团块的直径随着寡聚物尾部数目的增加而增大.当44cC加热30min时,虽有单体肌球蛋白存在,但主要是寡聚体,其中4个尾部的寡聚体最常见,也有由1O13个尾部的寡聚体.46一60加热30min,寡聚体之间发生聚集,形成更加复杂的空间结构.由于加热可使内部的疏水基暴露出来,促进二硫键的形成.大量的巯基和二硫键的存在,使分子间交联得到加强,有利于形成热不可
38、逆的凝胶.黄鸿兵和徐幸莲等(2O04)利用负染电镜技术,热处理,酶解和电泳技术研究了兔骨骼肌肌球蛋白形成凝胶的机制.研究发现,加热温度低于40C时,肌球蛋白变性凝3期肉品科学研究进展7聚程度较低;高于4O时,肌球蛋白凝聚成聚合体,温度升高,聚合程度加深;到6O时已形成直径大于500nm的聚合体.头(头连接是主要的连接方式,没有发现尾(尾相连.高压能形成压力诱导的凝胶.在0.1MKCI中,大于250MPa时,肌球蛋白才会凝聚形成凝胶.4.3影响肌肉蛋白质凝胶特性的因素许多因素影响肌球蛋白热诱导凝胶的特性,如肌肉类型,离子类型,离子强度,pH值,温度,多聚磷酸盐,蛋白质浓度,营养状况等.4.3.1
39、肌肉类型肌肉类型(红肌和白肌)对肌原纤维蛋白质热诱导凝胶特性的影响得到了广泛研究,其中对鸡肉,火鸡肉,牛肉和兔肉的研究结果表明,不同种属肉的肌球蛋白的凝胶特性不同,猪肉肌球蛋白凝胶结构比牛肉致密;不论哪种肉,蛋白质组成和介质条件如何,与从红肌中提取的蛋白质相比,白肌中的蛋白质表现了更高的凝胶形成能力.红肌和白肌形成凝胶的能力受pH影响埘.4.3.2pH值和离子强度功能性蛋白质的提取受pH值的影响.pH值4.5时提取的蛋白质不能形成凝胶,pH值5.5时提取的蛋白质热稳定性差,而pH值6.5及7.5时所形成的凝胶具有更高的弹性.加J.形成凝胶的最佳pH值与肉体系中肌球蛋白和肌动蛋白的相对含量有关.
40、理论上,pH值提高凝胶的保水性是由于高的pH值使肌原纤维蛋白质偏离其等点电,蛋白质的净电负荷增多,加强了蛋白质与水的相互作用,而减弱了蛋白质与蛋白质的相互作用.pH值和离子强度能够改变氨基酸侧链的电荷分布,所以对肌球蛋白的凝胶性有影响.当pH值4.0时,在0.6MKCI中,即使不加热,肌球蛋白也会自发形成凝胶.在pH值5.56.0时,离子强度不同,牛半膜肌的肌球蛋白形成两种结构完全不同的凝胶.在0.25MKCI下形成细线条的凝胶,在0.6MKCI下形成的凝胶结构粗糙.彭增起等(2003)研究指出,随NaCI浓度和pH值的增加,鸡胸肉,牛背最长肌和猪背最长肌盐溶蛋白凝胶保水性,破断应力和表观弹性
41、率显着提高.在0.01MMgCI和pH值7.0条件下,0.6MNaCI提取的盐溶蛋白质最多,凝胶保水性最高,凝胶应力最大.而在0.01MMgCI和pH值6.0条件下,0.4MNaC1提取了微量的或几乎没有从鸡胸肉,牛背最长肌和猪背最长肌中提取出肌球蛋白.不同提取条件之间所提取的蛋白质数量和组分的差异主要在于肌球蛋白J.凝胶流变特性和保水性对蛋白质浓度很敏感,随肌球蛋白数量的增加而提高.4.3.3温度加热温度的高低,加热速度和方式影响凝胶特性.牛肉从55加热到66,对凝胶类型没有影响,但加热温度升高会使凝胶脱水收缩,发生形变.Foggeding等(1986)指出,加热方式对肌球蛋白凝胶强度有影响
42、,5O70之间持续升温,比恒温加热时形成的凝胶强度要大,其原因是持续升温给蛋白质变性以足够的时间.猪肉肌球蛋白浓度为3mg/mL时,7O恒温加热不能形成凝胶,而慢速加热持续升温就能形成凝胶.浓度为6mg/mL时恒温加热也能形成凝胶,此时随机和有序的蛋白质相互作用都会出现.鲤鱼肌球蛋白热诱导凝胶弹性模量的研究表明,在5O6o范围内,肌球蛋白在离子强度为0.09M和0.18M条件下,其弹性模量(G)为3.510Pa5.510Pa,而在离子强度为0.35M,0.52M及0.77M时,肌球蛋白在5060时其G为5.010Pa6.0X10Pa;在3O时,无论离子强度如何,都没有形成凝胶.4.3.4离子类
43、型在肉制品加工中,氯化钠和多聚磷酸盐能使蛋白质和水的作用达到优化.肉类科学家为了研制低钠肉制品,用二价氯化盐如CaCI和MgCI代替氯化钠没能取得理想的成效.高离子强度的二价氯化盐不能优化肌原纤维蛋白的功能特性.Terrelletal(1981)报道,牛前腿肉用1.58%CaCI2和MgCI2处理,加热失水率比用2.5%NaCI处理的要高.Youngetat(1991)用0.6MCaCI和MgCI处理尸僵前的鸡胸肉,加热后的水分损失比用0.6MNaCI处理的要高.低浓度的二价阳离子对肉制品加工是有益的.Nayaketal(1996)报道,低浓度的CaCI和MgCl增加了蛋白质的溶解性.45mM
44、CaCI结合4%NaCI处理的火鸡胸肉或腿肉其蛋白质的提取性均增加.添加7mMMgCI提高了腿肉肌球蛋白和肌动蛋白的溶解性【4引.Xiongetal(1991)报道,用浓度小于5mMCaCI和MgCl处理鸡胸和鸡腿肉提高了盐溶蛋白的含量,增加了肌原纤维蛋白凝胶的强度.Xiongetal(1986)用4mMCaCI单独处理或8.2mM三聚磷酸盐和0.2MNaCI组合处理均提高了尸僵后鸡胸肉的保水性.彭增起等(2004)研究8中国农业科技导报8卷指出,肌肉盐溶蛋白质的溶解性随提取条件的不同而异.pH值6.5时鸡胸肉和鸡腿肉盐溶蛋白质中肌球蛋白的浓度比pH值6.0时的高.0.03MZnC1几乎完全抑
45、制了肌球蛋白的提取到.与CaC1相比,MgC1更有益于肌球蛋白的提取.在磷酸盐混合物存在条件下,ZnC1对鸡胸肉和鸡腿肉凝胶保水性的影响最大,凝胶保水性随着ZnC1,浓度的增加而显着减小,MgCl添加量增加,鸡胸肉凝胶保水性提高.研究结果还显示,添加的焦磷酸盐和三聚磷酸盐能解离肌动球蛋白,而MgC1能使肌球蛋白在中性pH条件下更易溶解.4.3.5多聚磷酸盐普遍认为,一些碱性磷酸盐,如焦磷酸盐(PP),三聚磷酸盐(TPP)能提高肉的持水性.理论上,磷酸盐能提高肉系统的离子强度,改变肉的pH值,螯合肉中的金属离子和解离肌动球蛋白.在螯合金属离子方面最有效的是长链六偏磷酸盐或磷酸盐玻璃体.焦磷酸盐解离肌球蛋白的效果最佳,三聚磷酸盐在肌肉中也会很快转化为焦磷酸盐,从而达到类似的效果.由于焦磷酸盐的溶解性很差,商业上广泛应用的是三聚磷酸盐.许多研究指出,焦磷酸盐和三聚磷酸盐在肉中发生水解.Beltonetal(1987)把PP直接与鸡胸肉混合后进行引PNMR(核磁共振)测定,发现PP完全水解为正磷酸盐(Pi)需要50min.Lietal(2001)把PP注射到鸡胸肉再滚揉20
