内源蛋白酶对肉类食品风味的影响_李琳.pdf

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1、综述与专题评论 2015 年第41 卷第2 期( 总第326 期)237 DOI: 10 13995/j cnki 11 1802/ts 201502042 内源蛋白酶对肉类食品风味的影响 * 李琳， 王正全， 张晶晶， 苗晓丹， 马垒， 王锡昌， 刘源 1( 上海海洋大学， 上海， 201306) 2( 上海水产品加工及贮藏工程技术研究中心， 上海， 201306) 摘要内源蛋白酶是引起蛋白质水解的重要因素。在肉类食品中， 对肉类食品品质具有作用的内源蛋白酶主 要有组织蛋白酶、 钙中性蛋白酶、 氨肽酶和二肽酶， 在这些酶的作用下，可产生对风味具有明显作用的游离氨基 酸和小肽， 使其具有自身独

2、特的风味， 同时这些降解产物也可以参与香味形成反应如美拉德反应贡献于肉品香 味。该文对内源蛋白酶在肉类食品风味形成中的作用进行了阐述， 以期为肉类食品风味的形成提供理论参考。 关键词内源蛋白酶; 肉类食品; 风味 第一作者: 硕士研究生( 刘源教授为通讯作者， E- mail:yliu shou. edu. cn) 。 * 国家自然科学基金 ( 31371790，31271900 ) ;“十二五”国家 科技计划课题 ( 2012BAD28B01) ;上海市科委工程中心建设 ( 11DZ2280300) ; 上海市教委重点学科建设项目( J50704) ; 上海 高校知识服务平台上海海洋大学水产

3、动物遗传育种中心 ( ZF1206) 收稿日期: 2014 11 20， 改回日期: 2014 12 03 风味是肉类食品的最重要食用品质之一，在肉 类食品的贮存和加工过程中， 内源蛋白酶对风味的形 成发挥了重要作用。蛋白质在组织蛋白酶和钙中性 蛋白酶的作用下分解为多肽， 多肽在肽酶的作用下分 解为小肽， 小肽在氨肽酶的作用下分解为游离氨基 酸 1 。小肽与氨基酸即可作为肉类食品的特征滋味 物质， 也可作为挥发性风味物质的前体物， 参与美拉 德反应和 Strecker 降解产生肉香前体物质而形成肉 的特征香气 2 。蛋白质的水解程度过低会使得肉类 食品缺乏应有的香气和滋味， 而蛋白质的水解程度

4、过 度则会导致肉类食品软化， 产生不良风味使得消费者 难以接受甚至还会影响消费者的健康3 。在一些肉 类食品如干腌火腿加工与贮存过程中内源蛋白酶的 活力变化已有报道， 但是其与风味化合物之间的作用 方式作用机理仍不清楚 4 。本文对内源蛋白酶如何 影响肉类食品风味进行了综述， 以期为研究内源蛋白 酶作用下肉类食品风味的形成提供理论依据。 1蛋白酶 蛋白水解酶是水解多肽或蛋白质肽键的一类酶 的统称， 简称蛋白酶 4 。根据蛋白酶水解多肽的位 点不同， 可将其分为内肽酶和外肽酶。内肽酶是水解 蛋白质和多肽内部肽键的一类酶; 外肽酶是从蛋白质 分子的氨基或羧基的末端逐个将肽键水解而得到游 离氨基酸的

5、一类酶。 1. 1内肽酶 1. 1. 1组织蛋白酶 组织蛋白酶按照其活性中心氨基酸序列的不同 可分为 3 类， 即丝氨酸蛋白酶、 半胱氨酸蛋白酶和天 冬氨酸蛋白酶 5 。目前已从许多动物肌肉或者内脏 中分离纯化出多种组织蛋白酶， 如已从牛肉中分离纯 化得到组织蛋白酶 B6 ， 在兔肉中分离纯化得到组织 蛋白酶 D7 ， 在鲤鱼肝胰脏中分离纯化得到组织蛋白 酶 S8 ， 另外， 组织蛋白酶 A 到 Z 均已有报道 9 ， 而目 前研究较多的组织蛋白酶有组织蛋白酶 B、 L、 D、 H。 组织蛋白酶在食品风味物质形成过程中发挥了重要 作用， 其与干腌火腿 1 、 盐水鸭10 和干腌香肠11 中 具

6、有呈味特性的氨基酸与小肽的形成有关。 1. 1. 1. 1组织蛋白酶 B、 L 和 H 组织蛋白酶和 B、 L 和 H 都是半胱氨酸蛋白酶， 这些蛋白酶是肌肉中重要的内肽酶， 对肌肉蛋白质的 降解起着重要的作用， 研究表明组织蛋白酶 B 能够 水解肌球蛋白、 肌钙蛋白、 原肌球蛋白和肌动蛋白， Hughes 研究发现， 组织蛋白酶 B 对肌动蛋白有较强 的水解作用， 能从蛋白质的 N 端和 C 端水解得到大 量的肽类， 而且这些肽类大多数为水溶性多肽12 ， 这 可能对肉类食品的风味形成具有重要的作用; 组织蛋 白酶 L 对的肌原纤维蛋白的水解能力最强， 包括肌 钙蛋白的 T 亚基、 I 亚基

7、和 C 亚基 13 。 组织蛋白酶 B、 L 和 H 的活力受多种因素的影 响， 其肉类食品的加工和贮存过程中都有其最适的温 度和 pH14 15 ; 除此之外， 肉类食品本身还天然存在 半胱氨酸蛋白酶抑制剂( cystatin) ， 其能够导致组织 食品与发酵工业FOOD AND FEMENTATION INDUSTIES 2382015 Vol. 41 No. 2 ( Total 326) 蛋白酶的酶活降低 16 ; 研究表明， 在干腌制品中 NaCl 的浓度与组织蛋白酶 B、 L 和 H 的活性呈负相 关， 蛋白酶的活力随盐浓度的增加而减小17 ; 肉类食 品的水分活度对组织蛋白酶的活力

8、也有一定的影响， 在加工过程中， 组织蛋白酶的活力随着水分活度的降 低而下降 18 。 1. 1. 1. 2组织蛋白酶 D 组织蛋白酶 D 是一种天冬氨酸蛋白酶， 研究表 明其能够水解肌球蛋白重链、 原肌球蛋白以及肌钙蛋 白的 T 亚基和 I 亚基 19 ， 组织蛋白酶 D 属于酸性蛋 白酶， 因为其最适 pH 值在 3. 0 4. 5 之间; 温度对组 织蛋白酶 D 的活力影响较大， 在低温环境下易失 活 20 ; 组织蛋白酶 D 的活力较组织蛋白酶 B、 L 和 H 的活力更不稳定， 容易在肉类食品的加工和运输过程 中失活， 但有研究表明， 在合适的条件下组织蛋白酶 D 可以多位点水解肌动

9、蛋白而生成 7 13 个氨基酸 残基组成的小肽 21 ， 其在肉类食品风味形成中的贡 献目前研究较少， 相比与组织蛋白酶 B、 L 和 H 其贡 献可能要小很多， 因为已有研究证明组织蛋白酶 D 在加工后期较易失活22 。 1. 1. 2钙激活蛋白酶 钙激活蛋白酶是一类需 Ca2 +激活的半胱氨酸内 肽酶， 能够降解肌钙蛋白的 T 亚基和亚基、 原肌球 蛋白、 C- 蛋白、 细丝蛋白、 结蛋白、 肌联蛋白 23 24 ， 而 对肌球蛋白、 肌动蛋白、 - 辅肌动蛋白和肌钙蛋白 C 不起作用 1 。钙激活蛋白酶在中性 pH 附近( 大约为 7. 5) 具有最大活力， pH 为 6 时活力较低。钙

10、激活蛋 白酶对肉类食品风味物质形成的影响远远低于组织 蛋白酶对肉类食品风味的影响， 但其在肌肉死后成熟 嫩化中起着重要的作用25 。 1. 2外肽酶 1. 2. 1二肽酶 二肽酶( dipeptidase ，DPP) 是作用于多肽和蛋白 质的氨基末端水解产生二肽产物的蛋白酶。由二肽 酶作用生成的二肽是肉类食品中重要的风味物质。 根据底物性质、 最适 pH 值、 亚细胞定位、 分子质量和 催化特性， 二肽酶可分为 DPP、 DPP、 DPP和 DPP四种 26 。在火腿风味形成过程中二肽酶起着 重要作用， 由 DPP 水解多肽产生的二肽类物质与游 离氨基酸、 非挥发性物质共同构成火腿的主要风味物

11、 质 27 。 1. 2. 2氨肽酶 氨肽酶是一类从蛋白质或者肽链的氨基端选择 性切割氨基酸残基的一类外肽酶的总称， 是一种金属 蛋白酶 28 。氨肽酶的种类繁多， 根据其对各种氨基 酸残基切割特异性分为亮氨酰氨肽酶( LAP) 、 丙氨酰 氨肽酶( AAP) 、 精氨酰氨肽酶( AP) 、 酪氨酰氨肽酶 ( TAP) 和赖氨酰氨肽酶( LysAP) 等， 其中对风味的形 成贡献较大的是 LAP、 AP 和 AAP29 。氨肽酶的活 力受多种因素的影响， 不同来源的氨肽酶最适温度不 同， 最低为 35， 最高为 65， 这可能与物种不同有 关， 也可能与物种的栖息环境有关; 不同来源氨肽酶 最

12、适 pH 值在 7. 0 8. 8 之间， 属中性至弱碱性范围， 说明氨肽酶是一种中性蛋白酶或碱性蛋白酶30 33 。 过去的大量研究发现， 在干腌火腿加工过程中， 肌肉中的游离氨基酸浓度不断升高， 特别是谷氨酸、 精氨酸、 丙氨酸、 天冬氨酸、 亮氨酸、 缬氨酸和赖氨酸， 只有谷氨酰胺的含量有所下降， 这些游离氨基酸都具 有其各自的滋味特征， 对火腿的风味形成起着至关重 要的作用， 研究者认为， 这与猪骨骼肌中的氨肽酶活 性有关 27 。氨肽酶主要在蛋白质降解的后期起作 用， 蛋白质经各种内肽酶降解为多肽后， 再经氨肽酶 进一步降解为小肽和氨基酸1 。在干腌火腿加工过 程中， 氨肽酶水解产生

13、的小肽和游离氨基酸是火腿特 征风味的重要来源。除此之外， 氨肽酶还有从 N 端 切除疏水性氨基酸残基而脱苦的作用34 。 2内源蛋白酶对肉类食品风味的影响 风味是通过对摄入口腔的食物的化学感觉而获 得的印象， 其中包括气味( 嗅觉器官的感觉) 、 滋味 ( 味觉器官的感觉) 35 。蛋白质在内源酶作用下可分 解为各类氨基酸和小肽， 其可作为滋味化合物， 也可 作为气味前体物质 36 。在肌肉中发生的蛋白质水解 反应主要是由于组织蛋白酶、 钙中性蛋白酶和氨肽酶 的作用 37 。 2. 1内源蛋白酶对肉类食品气味的影响 肉类食品的气味由各类挥发性成分提供， 主要有 烃类、 醛类、 醇类、 酮类、

14、酯类和杂环类等。不同类挥 发性成分具有不同的特征味 38 ， 如 p- 二甲苯呈现水 果香味 39 、 辛醛和壬醛呈现鲜草的青香气味40 。 气味化合物大多来源于脂肪的氧化分解， 部分来 源于氨基酸的降解， 大量研究已表明氨基酸和多肽是 肉香的重要前体物质10 。Spanier 等报道了组织蛋 白酶 B 和 L 是最有可能在牛肉后熟阶段参与肽香味 前体生成的内源蛋白酶， 烹调后仍能保留较强活 性 41 。加热过程中的美拉德反应以及游离氨基酸 综述与专题评论 2015 年第41 卷第2 期( 总第326 期)239 Strecker 降解能产生大量的挥发性风味物质， 形成肉 类食品特殊的芳香气味

15、2， 42 。 在 Serrano 火腿特征香味物质形成过程中， 在组 织蛋白酶( 特别是组织蛋白酶 B 与 L) 与氨肽酶的作 用下生成缬氨酸和亮氨酸。缬氨酸和亮氨酸可作为 香味前提物质， 通过 Strecker 降解生成具有奶酪味和 青草味 2- 甲基丙醛和 2- 甲基丁醛 36 。在对南京板鸭 风味物质研究过程中， 组织蛋白酶活力与蛋白质降解 产物种类与含量不断发生变化， 鉴定出的 90 种挥发 性风味化合物在含量和比例上不断改变， 其中部分支 链酸、 支链醇、 支链酮、 含硫化合物和含氮化合物都与 内源蛋白酶的作用有关4 。 内源蛋白酶对火腿的最终风味与品质形成起到 不可替代的作用。由

16、于挥发性风味化合物的形成受 多种因素的影响， 其过程极为复杂， 难以直接研究清 楚挥发性化合物与内源蛋白酶活力之间的关系。陆 应林 4 等尝试用逐步回归和层次聚类分析等统计方 法分析肌肉组织蛋白酶与挥发性风味化合物之间的 关系， 但发现 3 种组织蛋白酶与蛋白降解产物无法建 立回归方程， 与挥发性风味化合物也无法建立二维空 间图， 因此， 内源蛋白酶与挥发性化合物之间的关系 和作用机制尚需进一步研究。 2. 2内源蛋白酶对肉类食品滋味的影响 滋味是肉制品的重要感官特性之一， 公认的基本 味觉有酸、 甜、 苦、 咸和鲜 43 。肉类食品的滋味物质 主要有游离氨基酸、 肽、 核苷酸和无机盐。蛋白质

17、的 降解是氨基酸和肽形成的重要途径之一， 在肉类食品 中， 内源蛋白酶对蛋白质的降解发挥着重要的作用， 蛋白质在组织蛋白酶与钙中性蛋白酶的作用下降解 为多肽， 多肽在肽酶( 主要是氨肽酶) 的作用下降解 为小肽和氨基酸， 不同的肽与氨基酸具有不同的呈味 特性， 从而使肉呈现不同的滋味。 在肉类食品的加工与贮藏过程中极易感染微生 物， 微生物可产生蛋白酶进而影响食品滋味， 但 Ver- plaetse44 等在研究微生物蛋白酶与肉类本身蛋白酶 的对滋味的影响作用时， 在加工香肠的过程中添加微 生物抑制剂( 抗生素) 和蛋白酶抑制剂( 胃蛋白酶抑 制剂和亮肽素) ， 结果发现添加蛋白酶抑制剂组蛋白

18、 的降解率比添加微生物抑制剂组受到更大程度的影 响， 滋味特性也受到了更大的影响， 这表明肉类本身 的内源性蛋白酶在蛋白降解过程中比微生物分泌的 蛋白酶发挥更大的作用 44 。Molly，K. 在香肠风味 形成过程中也证实了此结果45 。 动物肌肉中存在多种内肽酶与外肽酶， 对肉类食 品的滋味形成有不可替代的作用。在干腌火腿滋味 物质形成过程中， 组织蛋白酶与氨肽酶( 特别是丙氨 酰氨肽酶) 起了重要作用， 研究发现在干腌火腿中氨 肽酶活性为新鲜火腿的 25% 75%， Glu、 Leu、 Arg、 Ala、 Tyr 和 Lys 的含量明显增加， 干腌过程中游离氨 基酸含量的增加是氨肽酶的作用

19、所致46 。江玉霞等 在研究金华火腿蛋白质降解规律时发现非蛋白态氮 的含量持续上升， 在发酵末期非蛋白态氮含量是开始 阶段的 2 倍， 认为主要是由于组织蛋白酶对蛋白质的 降解作用贯穿火腿加工的整个过程; 由组织蛋白酶 B 作用使呈甜味的甘氨酸、 丙氨酸、 苏氨酸与呈鲜味的 天门冬氨酸和谷氨酸含量都上升 47 。张红梅在研究 蛋白酶在发酵香肠成熟过程中的作用时， 发现在这过 程中降解蛋白质的主要是组织蛋白酶与钙激活蛋白 酶， 组织蛋白酶中起作用的主要为组织蛋白酶 B 和组 织蛋白酶 D， 这些酶对蛋白质降解而产生的肽、 氨基酸 以及小分子的含氮化合物是形成发酵香肠滋味和质量 的重要物质 11

20、。Ver- plaetse 48 和 Toldra 49 证实了发 酵香肠蛋白降解过程主要是内源酶的作用， 特别是组 织蛋白酶 B 和组织蛋白酶 D。陆应林在研究南京板 鸭滋味物质形成过程中， 发现组织蛋白酶 B 和 L 的 活力与非蛋白氮的含量呈显著正相关， 组织蛋白酶残 余活力越高， 其作用就越强， 生成的氨基酸与肽含量 越高， 从而非蛋白氮积累越多， 滋味越显著 4 。ZHU 等人认为组织蛋白酶的活性高低与蛋白水解程度的 快慢呈正相关， 蛋白质的水解程度决定了小肽和氨基 酸的生成量， 这影响着食品的滋味50 。由此可见， 蛋 白质的降解反应能产生多种滋味物质， 对肉类食品的 特殊滋味的形

21、成具有关键作用。但过度的蛋白质水 解会产生令人不愉快的金属味与苦味3 。 另外， 氨肽酶还可在食品后熟阶段发挥作用， 从 N 端切除疏水性氨基酸残基而使多肽脱苦 51 。Vir- gili，52 等在研究猪肉苦味形成的过程中发现氨肽 酶的活性越高， 猪肉的苦味就越低， 这是由于氨肽酶 可以降解苦味肽成非苦味氨基酸， 并通过比较苦味重 的与苦味轻的猪肉组氨基酸组成， 发现苦味轻的猪肉 组酪氨酸与精氨酸的含量较高。 3小结与展望 内源蛋白酶对肉类食品的风味形成具有重要作 用， 特别是组织蛋白酶和氨肽酶。目前， 在肉类食品 中对风味化合物的形成与内源蛋白酶之间关系的研 食品与发酵工业FOOD AND

22、 FEMENTATION INDUSTIES 2402015 Vol. 41 No. 2 ( Total 326) 究较少。今后应加强对内源蛋白酶与挥发性化合物 和非挥发性化合物之间的关系和作用机理的研究， 寻 找特定内源蛋白酶对单一风味物质形成的影响以及 其作用机制。另外， 目前的研究大多专注于干腌制品 风味形成与内源蛋白酶活性之间的联系， 然而在其他 肉类食品中的相关报道较少， 特别是水产类食品中， 还尚未见其内源蛋白酶与风味物质之间关系的研究， 日后也可以开拓与加强这一领域的研究以完善肉类 食品风味物质形成机理。 参考文献 1 Toldr F， Flores M. The role of

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49、ssing Preservation， Shanghai 201306， China) ABSTACTEndogenous protease is one of the most important factors to cause proteolysis. In meat products，the major endogenous proteases contributed to food flavor were Cathepsin，Calpain，aminopeptidase，and dipeptidase. Because of the actions of these enzymes，meat could produce free amino acids and small peptides playing a significant role in flavor，which resulted in the unique flavor of meat. This paper summarized how endogenous proteases affect meat flavo