動物水產自溶調控研究進展

林志強，常江濤，周民生，沙豪杰，劉聰慧

（安陽工學院生物與食品工程學院，河南安陽 455000）

0 引言

水生動物體內存在著各種水解酶，這些酶在正常生理條件下其活性受嚴格的控制，以便生命活動有序進行。但是當水生動物被捕捉后，體內的調控功能喪失，代謝極度混亂，產生不良代謝產物積累，引起生物膜的破裂，這些水解酶被激活或釋放，與相應的機體組織大分子底物作用，發生水解作用，生成各種較低分子量的產物，此現象稱作自溶（Autolysis）。一般而言，用以延長動物水產貨架期而在貯藏中采用的低劑量離子輻射、氣調和化學保鮮劑添加的各種處理，并不能降低動物水產自溶造成的初期品質損失的速率[1]。自溶發生時，機體內的蛋白質、脂類、糖原等大分子物質降解，膠原纖維變得脆弱，使肌肉組織變軟，失去彈性，影響產品品質，同時破壞機體對外來侵害的抵抗能力，又不斷釋放出肽、游離氨基酸、游離脂肪酸和簡單的糖類，使得腐爛菌生長更便利、繁殖迅速，動物水產更容易腐爛變質[2]。因而需要采取一定措施控制自溶發生，防止動物水產及其制品品質劣變。但是，動物水產中的蛋白質水解在一些情況下是被期望的，如僵尸肌肉適度嫩化，魚醬、蛋白質濃縮物（FPC）和一些生物活性肽生產，從動物水產下腳料獲取有用材料[3-4]。

參與自溶作用的酶有磷酸化酶、酯酶、組織蛋白酶和內臟酶等，然而起主要作用的是內源性蛋白酶。在了解不同產品引起自溶發生的水解酶的種類、分布、性質基礎上，按照生產需求采用適當技術對酶活性加以調節，可使自溶朝著最大有利于人類生產方向進行。

1 物理方法

1.1 機械作用

大多數水產動物的內臟、皮、殼富含與自溶作用關系密切的組織蛋白酶和內臟消化系統酶[1]。因此，磷蝦捕捉后要盡早在甲板上用機械方式剝皮，消除南極磷蝦中快速自溶，以便得到質地松軟和水分豐富的蝦肉。將鰩魚和鯊魚及時切斷尾部血管，徹底放血、去內臟、切片和沖洗可避免鮮肉的氨味。鱈魚細心剝皮可降低酯的氧化損失；巨魷魚肌肉均質物沖洗也會降低蛋白水解[5]。而未洗的緋鯢鰹碎肉自溶顯著高于去頭、去臟及沖洗的肉[6]。

而在一些為了利用自溶而獲取某些特定產品時，常采用機械作用破壞組織結構，使位于肌漿和溶酶體組織蛋白酶釋放出來，同時加入一些內臟，如利用日本鳳尾魚內臟、扁舵鰹魚頭和內臟、鯡魚內臟的酶源，進行自溶生產活性肽；生產黑蝦油和蝦味沙司過程中，將蝦組織細胞破碎后，提供適宜的環境因子，激活組織細胞自身的多酶體系，促使組織細胞快速溶解。

1.2 溫度控制

低溫下酶活性較低，酶促反應速度慢，自溶停止或延緩，使動物水產品質得到很好保持。美洲大赤魷胴體肉在0℃貯藏時自溶受到極大抑制，15 d后仍然保有大量肌漿球蛋白重鏈[7]。馬鯖低溫貯藏自溶很低，從而可延長貨架期[8]。但需指出，與自溶相關的酶在低溫包括凍結狀態下仍起作用。于5℃下未漂洗的南極磷蝦肉糜的自溶現象仍尤為顯著[9]。魷魚在冷凍狀態蛋白酶仍保持較高活力。內源酯酶抗低溫，冷凍條件下仍保留很強活性。據報道，鱈魚在-29℃時仍有游離脂肪酸釋放。低溫也會因持水力減小而造成產品組織硬化、皺縮和滴水損失不良變化。而凍結、化凍會造成組織結構破壞，使原來分隔在不同部位的酶與底物接觸，加速自溶。

不同的酶發揮其最大催化力的溫度要求不同，目前，經研究人員努力，很多動物水產與自溶相關酶的最適溫度已得到確定[10]，采用不同的溫度更能有利于發揮自溶的作用。例如，梯度升溫下扇貝加工副產品水解效果最佳[11]，白蝦蝦頭自溶速度在梯度升溫條件下最佳，且水解產物的營養值最高[12]。

1.3 脫水處理

脫水是一種傳統抑制微生物和自溶而貯藏動物水產的方法，目前許多海產品（如魷魚、墨魚、海參、鮑魚、蠔魚、貽貝等） 仍采用此法進行保藏。研究表明，直到水分降到1%以下，酶活性才會完全消失，一般脫水過程，含水量難以降到這一程度。因未完全失活，在低水分干制品特別是在吸濕后，酶緩慢起作用，引起產品劣變。為了杜絕這種情況的發生，在脫水前進行濕熱處理就非常必要。

1.4 輻射作用

紫外線、超聲波可引起細胞調節機能的破壞，并誘發內源性蛋白酶作用，使水生動物自溶速度加快，顯著提高蛋白質水解率，如一定時間的紫外線照射，亨氏仿對蝦、刀額新對蝦、扇貝加工副產品等的自溶加快。但是，處理時間過短或過長，將無效果甚或抑制自溶。這可能是時間過短，照射劑量達不到激活酶所需，而過長照射劑量已經超過激活酶所需，使酶結構受到影響，破壞了酶活力，從而抑制了其自溶。低強度超聲波處理，增加了體系中液體分子的流動，疏通酶擴散的通道，促進自溶。但當功率較高強度時，導致大量自由基形成，會使酶變性失活[13]。

2 化學處理

動物水產自溶的化學本質就是內源酶作用下大分子物質降解后機體分解，因此任何影響酶結構和其與底物結合的化學因素都會導致酶活性的改變，可以用作調控酶活性，進而控制動物水產的自溶。

2.1 pH值調整

催化自溶發生的各種酶只在特定的pH值范圍才發揮催化能力，因而可通過pH值的調整來調控動物水產的自溶。不同動物水產自溶，其最適pH值存在差異，緋鯢鰹魚魚肉pH值4.0，南極磷蝦pH值8.74，太平洋牙鱈pH值3.5～4.0（50℃） 和6.75～7.00（60℃）[14]。不同的種類和添加量也會影響自溶速度。還有研究發現，用于調節pH值的試劑（鹽酸、醋酸）對水解率有重要影響，鹽酸作用最強。檸檬酸添加量在≤0.10%范圍內對南極大磷蝦蛋白、羅非魚蛋白的自溶有一定的促進作用，而超過該范圍則顯示抑制作用。

2.2 鹽的類型和強度

鹽離子可改變酶蛋白表面電荷、促使不同活性構象異構體形成轉變而改變酶的活性、改變酶促反應平衡常數，且這種效果因水產品不同而異。因而，可針對具體目的和不同的產品選用適量鹽及質量濃度影響酶的活力，達到調控自溶作用。NaCl可促進刀額新對蝦、海參、羅非魚等水解，而對魷魚、沙丁魚[15]、南極大磷蝦自溶有抑制。Klomklao S等人[16]發現高濃度NaCl抑制沙丁魚中脂的水解。鈣離子促進藍園鲹、扇貝加工廢棄物、加工副產品日本叉牙魚自溶，而抑制魷魚內臟水解。氯化鎂促進南極大磷蝦、海參自溶。鋅離子使藍園鲹和海參自溶。MgSO4或次氯酸鈉浸泡也會使魚中脂肪酸形成受到抑制。檸檬酸鈉、葡糖酸鈉和琥珀酸鈉均可抑制魷魚胴體肉自溶，濃度達0.25 mol/L以上的檸檬酸鈉幾乎徹底抑制自溶。葡糖酸鈉和琥珀酸鈉對自溶的抑制遠不及檸檬酸鈉[17]。太平洋牙鱈魚糜溶膠中，質量分數0.075%的硼酸可以使蛋白酶喪失89.9%的活性。

2.3 其他試劑

EDTA可螯合二價高氧化陽離子，因而能抑制需要這些離子的酶。研究認為，半胱氨酸是魷魚內源酶的激活劑，適量加入半胱氨酸能促進魷魚內臟的自溶過程。半胱氨酸添加濃度為0.03 mol/L時，自溶效果最好。而適量的巰基乙醇，可以完成蛋白質的初步分解，被解鏈的蛋白更容易與內源酶催化反應位點結合，有利于蛋白質的深度水解；但過量的巰基乙醇則會導致蛋白質變性以及內源酶失活。于25℃條件下水浴時，山梨醇使魷魚裙邊肌肉自溶峰向低NaCl濃度移動，使得自溶速度在NaCl濃度約0.2 mol/L時上升。NaCl濃度高于0.3 mol/L時山梨醇抑制自溶。水浴溫度為35℃時，山梨醇顯著增強自溶甚至NaCl濃度為0.5 mol/L。

同時作用于酶時，其中一些因素之間存著協作或拮抗作用。以上這些因素條件在工藝的選擇時，可以單獨使用，也可聯合使用，關鍵是要根據內源蛋白酶的特點，盡量避免不利因素。Sánchez-Alonso I等人[18]發現，溶解巨型魷魚于加有250 mg/L EDTA的低離子強度和中性pH值溶液（0.16 mol/L NaCl和0.1%NaHCO3），然后進行酸（pH值4.7～4.9）沉淀，接著添加0.2%Ca（OH）2和1%NaCl，于90℃下熱處理，由于自溶被抑制，產品具有愉悅的口感和香味。

2.4 外源酶

外源酶可以對組織成分產生水解作用，破壞組織結構而導致內源酶的釋放。添加含有胰蛋白酶的鰹魚脾，可以加速沙丁魚液化而形成魚醬[19]。魟魚下腳料中添加木瓜蛋白酶和胃蛋白酶可提高蛋白質水解效率，新鮮菠蘿汁（含菠蘿蛋白酶）55℃保溫發酵能明顯提高蜢蝦和短吻銀魚自溶速度[20]。趙陽等人[21]報道，通過內源酶與中性蛋白酶相結合，提高牡蠣水解度。需要指出的是，使用外源酶時要考慮使用時期，以及與內源酶的相互作用。

3 超高壓應用

魚、蝦、貝、蟹和其他水生動物生活在一定深度的水中，適應了棲息地的壓力。因此，超高壓可用來控制或增強酶活性，以改善食品品質和發展新的食品。Gou J等人[22]報道，300 MPa處理魷魚20 min，氧化三甲胺脫甲基酶活性顯著降低，使得12 d貯存期間，二甲基胺濃度下降到0.31 μmol/g。研究發現，對太平洋牙鱈肉糜處理壓力達240 MPa時，對與凝膠軟化相關的組織蛋白酶L沒效果。

超高壓對自溶的作用效果除了壓力值，還受溫度、材料類型等多種因素影響。Hurtado J L等人[23]報道，200 MPa以上的高壓處理，章魚臂肌自溶明顯下降，且40℃下處理效果優于7℃。而Hernández-Andrés A 等人[24]發現，300 MPa、7 ℃處理 20 min，魷魚自溶反而增強。當壓力不高于300 MPa，9℃下處理20 min，冷煙熏制鮭魚的自溶性增強[25]。而Gómez-Estaca J等人[26]報道，300 MPa高壓 20℃下處理15 min的煙熏鲯鰍魚肉片，在貯存期揮發性鹽基氮含量變化類似于未處理樣品。

Okazaki T等人[27]報道，盡管50 MPa以上壓力結合50℃水浴可抑制鳳尾魚自溶引起的腐臭，但僅以壓力50～250 MPa處理，并看不到高壓對鳳尾魚自溶的影響。而以60 MPa壓力50℃處理48 h所獲得的產品具有較高的營養且覺察不到腐臭味。動物水產加工中結合其他措施有時比單用超高壓處理效果要好。研究顯示，以600 MPa，20 min，28℃或 400 MPa，20 min，28℃處理，然后以90℃處理20 min生產的黑斑節對蝦肉凝膠斷裂力高于僅用超高壓處理的，且TCA溶性肽含量降低。

相對于熱處理，高壓加工較好地保留了許多食品天然的味道和香味，因而其可用于控制影響動物水產品質的內源酶活性。滅活內源酶使產品緊實度和彈性改善，壓力誘導的海產品凝膠較好地保持了顏色和風味，而比熱凝膠更有光澤、更滑潤、彈性更強。高壓傳導是瞬時的不受產品性狀、體積限制，這使得產品的處理效果均一，而且處理時間短。

4 天然酶活性調節物質的應用

植物組織通常擁有所謂抗營養的物質，如外源凝集素、酚、蛋白酶及其他酶抑制劑，這些物質影響動物的消化酶，因而成為水產自溶酶抑制劑的重要來源，而且它們都是天然產物，對人體不會有不良影響，因而可被應用于動物水產自溶調控中。馬鈴薯提取物抑制鰱魚魚糜和太平洋牙鱈的自溶，改善了凝膠的質地。原因在于這些水產品都含有α2-巨球蛋白（MAC），而MAC分子被認為在反應中本身經過一定的蛋白水解，使得蛋白質構象改變，從而使蛋白酶陷于其中，阻止了酶與大分子蛋白質底物作用。大豆蛋白（SBP）可抑制大眼笛鯛皮、印度鳳尾魚和南極磷蝦的自溶。損傷番茄葉片分離物（TPI）抑制約95%太平洋牙鱈肉糜發生自溶。大米分離物可抑制箭齒比目魚發生自溶。動物體液含有上百種蛋白質和大量酶原，這些物質對正常組織活動發揮作用外，還會對競爭者和天敵的機體產生作用。豬血漿蛋白（PPP）強烈抑制母狗魚肉糜水解，牛血漿蛋白（BPP）抑制太平洋牙鱈、太平洋白蝦、魷魚、箭齒比目魚的自溶，雞血漿蛋白（CPP）阻止太平洋牙鱈碎肉、沙丁魚魚糜的降解，乳清蛋白可延緩緋鯢鰹、狗母魚、太平洋牙鱈魚糜、太平洋白蝦、大眼笛鯛、鰱魚魚糜等自溶。雞蛋蛋清可強烈抑制沙丁魚肉糜、鰱魚魚糜、阿拉斯加鱈魚、箭齒比目魚水解，鰹魚脾有助于沙丁魚發生自溶。

此外，無脊椎動物和微生物也是獲得天然酶抑制劑重要資源，水蛭素、胃酶抑素、亮肽素等抑制動物水產自溶的研究已有不少。接種植物乳桿菌有利于牡蠣溶解，乳酸菌發酵協同自溶作用可以加速蝦頭、蝦殼中的蛋白質分解并獲得產品品質改善[28]。這些產品抑制劑不足時會產生異味和變色而影響終產品品質。因而，目前從天然資源開發新的抑制劑的研究仍在進行。

生產中除了蛋白質，香料也被用來抑制蛋白酶而防止自溶。相對于對應的碎肉樣品，魚香腸的蛋白質水解很低，原因就是香腸中含有香料。然而，有研究表明，胡椒加到鯖香腸中，自溶高于對照樣[1]。這些互相矛盾的結果顯示，有必要進一步開展關于香料及其成分對蛋白酶活性影響的控制試驗。

需要補充的是，盡管前面從物理、化學、超高壓和天然酶活性調節物質4個方面介紹了動物水產自溶調控研究，但有時為了增強調控的效率，上面的措施可結合應用，如將紫外線和梯度溫度結合使用從而提高了從蝦頭中回收蛋白質的效率。而為了更好地采取措施加強調控，有關調控機理的研究也已開展，如研究發現細胞程序性凋亡與紫外線誘導的海參的自溶相關。

5 結語

動物水產普遍發生的自溶一方面會降低水產品的品質和營養，并使產品易受微生物影響而腐爛；另一方面可用于從低值或水產廢棄品中獲取有用、高值產品。因此，可結合實際需要加以調控。目前，研究較多的調控技術包括機械處理、溫度控制、脫水、輻照技術、超高壓處理、添加劑應用。這些技術的研究極大地增強了調控自溶的理論基礎，提高了動物水產經濟價值。但是，目前大多研究關注點僅限于自溶酶活性變化，而忽略產品內部其他成分對各種處理效果的影響。因此，為了能更有效地利用調控自溶的方法，需要在進行動物水產內源蛋白酶的酶學基礎研究時，進一步加強各技術處理下自溶程度改變機理的研究。

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