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肉类蛋白质消化性影响因素研究进展


肉类食品网 http://www.meat360.cn 2023/2/3 10:03:00 关注:442 评论: 我要投稿

摘  要:

肉类中蛋白质含量丰富,且含有人体必需氨基酸,氨基酸比例接近满足人体组织生长和健康维持的需要。肉类营养价值主要通过蛋白质含量和必需氨基酸模式进行评估,而肉类蛋白消化性的相关研究却被较少关注。蛋白质的消化性受蛋白质来源、肌肉纤维类型、蛋白氧化程度及加工工艺等多种因素影响,提高肉类蛋白质的消化性对于人体生长和健康维持至关重要,同时还能预防部分疾病。本文主要从外部因素与内部因素两方面对影响肉类蛋白质消化性的因素进行系统性总结和归类,概述目前影响肉类蛋白质消化性因素的研究现状,以期为肉类蛋白的加工利用提供指导与帮助。

关键词:肉类蛋白质;体外消化;消化性;影响因素;研究现状

蛋白质不仅具有提供人体必需氨基酸、参与物质组织代谢、增强抵抗力和提供能量等重要生理功能,还能够改善食品品质,在食品加工中发挥重要的功能性作用。而蛋白质的品质是衡量食物营养价值的常用指标,主要以蛋白质含量、氨基酸组成以及食物消化分解后产生的必需氨基酸数量与利用程度评定。其中,蛋白质的消化性是评价蛋白质营养价值的重要指标,反映了人类和动物对蛋白质分解和利用的程度。消化性越高,蛋白质越易被吸收和利用,而消化性过低则表明该蛋白质的生物利用度低。此外,有些蛋白质大量未消化时可能会进入盲肠和结肠,被肠道菌群发酵后产生有毒和诱变产物,从而对宿主身体健康产生不利影响。蛋白质种类不同,其消化性也截然不同。在大多数情况下,营养成分的释放和消化能力受食物基质影响的机制复杂,底物分子决定了可水解裂解位点暴露的数量,以及与消化酶作用的位点。通过蛋白质组学分析发现,各蛋白质之间的氨基酸组成存在较大差异。其中部分氨基酸对蛋白质的消化性具有关键作用,有研究指出,苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸、赖氨酸和精氨酸等氨基酸的含量决定了胃肠道中蛋白质的消化程度,而这些氨基酸是胃蛋白酶的目标裂解位点。

肉类食品在人类日常饮食中占据重要地位,它含有人体生长所需的重要营养素,不仅能够为人体提供生命活动所必需的氨基酸和能量,同时还参与能量代谢的调节过程。肉类蛋白质是人体摄入蛋白质的主要来源之一,易被人体消化吸收。其中,肉类食品中含有超过1 000种蛋白质,主要分为3种类型,即肌原纤维蛋白、肌浆蛋白和结缔组织蛋白。近年来,如何提高肉类食品的营养价值与可利用度是研究者关注的焦点,因此改善肉类蛋白质的消化性对肉类食品行业具有积极的推动意义。肉中多数蛋白质易于消化,但肌红蛋白和胶原蛋白等部分蛋白质的消化性相对较低,这是由于肌红蛋白本身与胃蛋白酶亲和力较弱,且具有一定的耐热性,即使在加热条件下也难以被消化;而胶原蛋白具有较为复杂且紧密的三级结构,因此难以被人体消化。目前,国内外多数研究已表明肉类蛋白质的消化性受多种因素影响,但缺乏系统性的总结与归纳,有关肉类蛋白质消化性的研究进展与现状鲜有报道,故本文针对肉类蛋白质消化性不同影响因素进行归纳与分类,以期为不同肉类蛋白质匹配适宜的消化途径,进一步促进肉类制品营养成分的吸收,改善不易被人体消化吸收肉类蛋白质的消化性,提高其食用价值,为今后探索与完善消化肉类蛋白质的有效技术提供借鉴与参考。

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肉类蛋白质消化性的测定

目前,主要通过体外蛋白质消化模拟和体内蛋白质消化实验两种方法对肉类蛋白消化性进行测定和分析。体外消化通过模拟人体消化环境,利用蛋白酶水解蛋白质。主要包括胃蛋白酶一步消化法、多酶一步消化法、人体活性胃液和十二指肠汁液一步消化法及胃蛋白酶和胰蛋白酶分步消化法等。其中胃蛋白酶一步消化法用酶单一;多酶一步消化法将胃蛋白酶与胰蛋白酶等多种酶混合直接进行水解,虽操作简单,但不能真实模拟人体从胃部到肠道的消化过程,水解氨基酸能力较弱,因此测得的蛋白质消化性结果较实际偏低;人体活性胃液和十二指肠汁液一步消化法运用人体活性胃液和肠液很好地模拟了人体消化,但消化液采集困难,且实验重现性差;而胃蛋白酶和胰蛋白酶分步消化法可以很好地模拟食物的人体消化过程,且实验重现性较好,因此目前研究大多采用此方法。

肉类蛋白质的消化性通常以消化率进行表征,蛋白质消化率是指人体从蛋白质中吸收的氮与摄入氮的比值,反映食物中蛋白质被消化酶分解吸收的程度。体外消化实验常用的消化率计算方法有pH降低法、pH恒定法、三氯乙酸(trichloroacetic acid,TCA)沉淀法、反相高效液相色谱(reversed-phase high performance liquid chromatography,RP-HPLC)法、十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳(sodium dodecyl sulphate-polyacrylamide gel electrophoresis,SDS-PAGE)法等。pH降低法是利用蛋白酶消化样品过程中蛋白质肽键被切断,释放氢离子,使消化样品混合液pH值降低,通过pH值的降低数值计算消化率;pH恒定法与pH降低法的区别在于,用0.1mol/L NaOH溶液持续滴定消化液,使pH值一直保持在8.0,最后以消耗的NaOH溶液体积计算消化率。因此pH恒定法较pH降低法测定结果更为准确。而TCA沉淀法是向消化液中加入TCA溶液,然后离心使未消化的蛋白质沉淀,测定其蛋白质含量。由于TCA沉淀蛋白质时,会导致胃蛋白酶和胰蛋白酶与样品共沉淀,因此会造成测定结果偏低。RP-HPLC法与SDS-PAGE法都可对消化产物进行定性分析,但操作复杂、耗时较长。

体内蛋白质消化实验目前主要通过动物体进行研究,如动物瘘管实验、大鼠实验等。其中大鼠粪氮平衡实验是最常用的消化率测定方法,其消化率根据是否考虑内源粪代谢氮因素,又可分为表观消化率和真消化率。如果不计粪代谢氮,测得的消化率为表观消化率,此法简单易行但所得结果较实际值偏低。蛋白质真消化率为向饲料中添加5%高消化性酪蛋白后再测定粪代谢氮所得消化率,此方法较为准确。体内法能较真实地反映食物的消化情况,但实验操作复杂、耗时长、费用高且易受外界环境影响,因此常作为一种验证方法;进行大规模食品评定时,常选用重复性好的体外消化模拟法。

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内部因素对肉类蛋白质消化性的影响

2.1  肉类来源对肉类蛋白质消化性的影响

不同肉类蛋白质在体内具有不同的消化性和新陈代谢,这与蛋白质的氨基酸组成有一定关系,不同种类肉中蛋白质含量和氨基酸分布不同,不同氨基酸的营养功能也有所差异。不同肉类蛋白质的组成及氨基酸成分见表1、2。早期研究认为,牛肉、羊肉和猪肉体内消化和代谢所需时间更长,蛋白质利用率相对较低,其次是家禽和鱼,它们的消化时间较短,因此蛋白利用率较高。体外消化模拟实验显示,牛肉、猪肉、鸡肉和鱼肉于70℃加热后经体外胃蛋白酶消化,蛋白的消化性差异显著;在胃蛋白酶水解过程中,鸡肉、猪肉和鱼肉的消化性均显著高于牛肉;而经胰蛋白酶进一步消化后,4种肉类蛋白的消化性无显著差异,这是由于猪肉、鸡肉和鱼肉中苯丙氨酸和酪氨酸含量高于牛肉,表明鸡肉、猪肉和鱼肉的蛋白质中存在更多的胃蛋白酶切割位点。同时,动物体内实验结果表明,饲喂鸡肉、牛肉、猪肉和鱼肉的大鼠血浆中总氨基酸浓度存在显著差异,而消化道中消化产物的氨基酸组成可能是小肠氨基酸吸收差异的主要原因。小鼠饲喂牛肉、猪肉、火鸡、大豆蛋白后,肝脏和血浆中的甘油三酯和低密度脂蛋白水平表现出一定差异,所有饲喂肉源蛋白小鼠的肝脏和血浆中甘油三酯和低密度脂蛋白含量均高于饲喂大豆蛋白小鼠。因此,还需进一步研究消化产物之间的差异及功能性多肽的体内活性以评估蛋白对人体的营养功能。

表1  肉类蛋白质的主要组成及相对含量    %

蛋白质 哺乳动物 禽肉 鱼肉
肌原纤维蛋白 49~55 60~55 65~75
肌浆蛋白 30~34 30~34 20~30
结缔组织蛋白 10~17 5~7 1~3

表2  不同肉类蛋白质的氨基酸组成及含量     g/100g粗蛋白

氨基酸 人体必需性 牛肉 猪肉 羊肉
异亮氨酸 必需 5.1 4.9 4.8
亮氨酸 必需 8.4 7.5 7.4
赖氨酸 必需 8.4 7.8 7.6
蛋氨酸 必需 2.3 2.5 2.3
半胱氨酸 必需 1.4 1.3 1.3
苯丙氨酸 必需 4.0 4.1 3.9
苏氨酸 必需 4.0 5.1 4.9
色氨酸 必需 1.1 1.4 1.3
缬氨酸 必需 5.7 5.0 5.0
精氨酸 新生儿必需 6.6 6.4 6.9
组氨酸 新生儿必需 2.9 3.2 2.7
丙氨酸 非必需 6.4 6.3 6.3
天冬氨酸 非必需 8.8 8.9 8.5
谷氨酸 非必需 14.4 14.5 14.4
甘氨酸 非必需 7.1 6.1 6.7
脯氨酸 非必需 5.4 4.6 4.8
丝氨酸 非必需 3.8 4.0 3.9
络氨酸 非必需 3.2 3.0 3.2

2.2  肌肉部位对肉类蛋白质消化性的影响

蛋白质组学研究表明,不同肌肉部位之间的蛋白质谱不同,并且各蛋白质之间的氨基酸组成也有所差异。体外消化研究表明,猪斜方肌、背最长肌和股二头肌的肌肉纤维类型不同,三者的蛋白质消化性也不同;经胃蛋白酶消化后,斜方肌的蛋白质消化性远低于背最长肌和股二头肌,而经胃蛋白酶和胰蛋白酶两步消化后,3个部位肉的蛋白质消化性均显著增加,背最长肌的消化性最强。不同的肌纤维组成可能是造成3个部位肉蛋白质消化性差异的主要原因。有研究发现,浅色肌肉中糖酵解IIB型肌纤维比例更高,而深色肌肉中I型和氧化性IIA型肌纤维的比例较高;肌纤维类型会影响糖酵解代谢、氧化代谢等。此外,深色肌肉中胶原蛋白含量高于浅色肌肉。相互作用分析结果进一步表明蛋白质消化性的差异主要与糖酵解和肌肉收缩相关,因此,肌纤维类型可能是造成蛋白质组成及其消化性差异的关键因素。将此结论应用到实际加工中,不同部位肉可通过选用适宜的切割形状和加工方式处理,以提高蛋白质的消化特性。

2.3 蛋白种类对肉类蛋白质消化性的影响

已知的肉源蛋白质有数千种,各蛋白质之间消化性存在很大差异。研究发现,在胃蛋白酶消化作用下,大部分肌浆蛋白质在反应后1min内降解,肌球蛋白在60min内被完全消化,但是原肌球蛋白很难被完全降解。原肌球蛋白是一种热稳定的水溶性过敏原,分子质量为35~38kDa,由两个相同的卷曲亚基组成,难以被消化,是甲壳类动物肌肉中主要的过敏原。肉中大部分蛋白水解产物来自肌原纤维蛋白,尤其是肌球蛋白,因此肌球蛋白更易被消化。肌红蛋白的芳香族氨基酸残基在蛋白内部,但胃蛋白酶更易于水解芳香族和其他疏水性氨基酸残基上的肽键,导致肌红蛋白与胃蛋白酶的亲和力较弱,虽然肌红蛋白易溶于水,但不易被胃蛋白酶消化。胶原蛋白的氨基酸组成中脯氨酸含量相对较高。通常含有脯氨酸的肽对消化酶的水解均具有抗性,故胶原蛋白具有一定的抗消化性。尽管胶原蛋白对胃蛋白酶亲和力较弱,但由于其独特的酸溶性,在酸性反应液中的溶解度较高,又有利于胃蛋白酶的水解。

肉类来源、肌肉部位及蛋白种类对肉类蛋白质消化性的影响如表3所示。

表3  肉类来源、肌肉部位及蛋白种类对肉类蛋白质消化性的影响

影响因素 消化性
肉类来源 鱼肉>禽肉>畜肉
肌肉部位 背最长肌>股二头肌>斜方肌
蛋白种类 肌球蛋白>胶原蛋白>肌红蛋白>原肌球蛋白

2.4  肌肉中其他组分对肉类蛋白质消化性的影响

2.4.1  脂肪氧化对肉类蛋白质消化性的影响

肉制品中蛋白质与不饱和脂肪酸大量共存,蛋白质在肉类加工中与脂肪交联氧化不可避免。据报道,脂肪氧化酶可使亚油酸氧化、蛋白质表面疏水性增加,造成蛋白质二级结构发生变化,其中α-螺旋含量减少,而β-转角含量增加。且脂肪的氧化会促使蛋白质发生氧化,且蛋白质氧化程度随脂肪氧化程度的升高而升高。更有研究进一步发现,当氧化亚油酸浓度低于3mmol/L时,肌原纤维蛋白的消化率和消化能力显著提高,主要原因是蛋白质表面疏水性增强。随着氧化亚油酸浓度的增加(5~10mmol/L),肌原纤维蛋白的游离氨基酸、总巯基、内源性色氨酸荧光强度、Zeta电位绝对值和蛋白溶解度显著降低,蛋白质交联和聚集增强,当蛋白氧化程度加剧时,肌原纤维蛋白的蒸煮损失显著增加,消化性也显著降低。

2.4.2  金属离子对肉类蛋白质消化性的影响

金属离子是一种常用于蛋白质的诱导剂,金属离子通过配位、螯合等相互作用与蛋白质分子结合,引起氨基酸残基周围化学环境发生变化,导致某些氨基酸残基发生化学位移,从而影响蛋白质分子结构及功能特性。一定浓度的金属离子与蛋白质结合后,可以增加蛋白质分子结构的稳定性,调节蛋白功能。随着离子强度的增加,分子间静电作用力减小,促进蛋白质聚集,同时金属离子促使蛋白质发生交联,分子展开,β-折叠含量增加。研究证实,金属离子与蛋白结合会降低蛋白溶液pH值,增加其电导率。在金属离子作用下,蛋白质结构发生不同程度变化,从而对蛋白质消化率产生影响。不同金属离子对蛋白质消化率影响不同,其中添加Zn2+的蛋白质比添加Ca2+和Mn2+的结构更松散,体外消化率更高。通过研究芹菜对鱼糜制品体外消化特性的影响发现,芹菜中的金属离子如Ca2+、Zn2+、Fe2+等所带正电荷会增强蛋白质间的静电排斥作用,促使蛋白质降解,增强胃蛋白酶的消化作用。

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外部因素对肉类蛋白质消化性的影响

3.1  成熟与冷冻-成熟对肉类蛋白质消化性的影响

宰后成熟是提高肉嫩度、风味,增加肉类蛋白质营养价值的重要工序。在成熟过程中,肉蛋白质生理特性和结构的变化会对肉的功能特性和蛋白质消化性产生一定影响。蛋白水解能够促使肌原纤维蛋白断裂,从而改善肉的嫩度,同时蛋白质降解与其结构完整性的丧失、分子质量的减小有关,并显著影响蛋白质的消化能力;因此,肉的成熟通常能够改善蛋白质消化性。研究发现,在整个成熟期间,宰后鲜牛肉和成熟牛肉的总羰基含量无明显变化,成熟过程中肌原纤维蛋白发生降解,进而提高牛肉蛋白质消化性。成熟过程中肌原纤维蛋白的降解主要归因于内源性蛋白酶的作用,例如钙蛋白酶、蛋白酶体、溶酶体、组织蛋白酶和Caspase-3。内源性蛋白酶能够降解肌原纤维蛋白,破坏肉蛋白质结构完整性,增加消化蛋白酶的底物利用率,提升蛋白质消化速率。

冷冻保藏是延长肉类和肉类产品保质期的常规方法。冷冻过程中温度降低导致冰晶形成,增加肌肉中未冷结水中的溶质浓度,这可能会改变肌肉的理化性质。肌肉中冰晶的形成和高离子强度会使肌原纤维蛋白变性。

与传统的鲜肉成熟相比,宰后鲜肉经冷冻再成熟更能提高肉类蛋白质的消化性,这是由于组织蛋白酶B活性增加进而促进蛋白质降解,肌钙蛋白-T的降解抑制肌动蛋白和肌球蛋白的相互作用,从而提高其消化性。此外,先冷冻再成熟与仅成熟的蛋白质基团均随着成熟时间的延长而损失二硫键,二硫键对维持蛋白质结构稳定具有重要作用,二硫键的损失表明蛋白质结构完整性被破坏,蛋白水解的敏感性增加,提高了样品的可消化性。结合经济效益考虑,宰后鲜肉的先冷冻再成熟更适合于生产加工肉制品,从而有效改善肉类蛋白质的消化性,提高肉品附加值。

3.2  蛋白质氧化对肉类蛋白质消化性的影响

目前,影响肉类蛋白质消化性的主要非蛋白物质包括:脂肪氧化、金属离子、多酚类物质、膳食纤维等。而蛋白质氧化主要是指活性物质直接诱导蛋白质氧化,或与氧化反应产物间接反应引起的共价修饰。肉含有多种内源性氧化引发剂或氧化催化剂,如血红素铁、过渡金属离子和氧化酶。此外,肉类在加工和贮存过程中可能会加剧氧化降解。适当的氧化可以改善肉制品的质地、色泽、风味,同时使蛋白质更易被消化,而过度氧化则会引起肉制品品质下降,导致蛋白质变性和沉淀,降低蛋白质的溶解度和消化性。蛋白质氧化过程中涉及的自由基链反应在消化过程中会发生进一步传递。在牛肉和猪肉的贮存和消化过程中均发生不同程度的氧化降解,且牛肉比猪肉的氧化程度更高,氧化后肉样消化物中的游离氨基数量较未氧化降低,表明蛋白质氧化会减少肉类消化过程中的蛋白水解。蛋白质氧化对肉类消化性的影响取决于氧化程度和所应用的体外消化条件,温和的氧化条件可促进蛋白质部分展开,使蛋白质与消化酶的接触位点增多,提高消化性,而过度的蛋白氧化促使蛋白聚合,从而削弱酶的消化可及性,降低蛋白的酶敏感性。

3.3  加热对肉类蛋白质消化性的影响

早期研究发现,加热会促进动物肌肉蛋白质氧化并增加肌原纤维蛋白表面疏水性,进而引起蛋白聚集并减少蛋白吸收,使蛋白质的消化性发生改变。不同的热处理温度对肉蛋白质的降解和消化性有一定影响。热处理后蛋白质的体外消化性比热处理前高,且随着加热终点温度的升高,蛋白质的消化性呈现先升高后降低的趋势。产生这种现象的原因主要是热处理使肉中蛋白质变性,如分子间氢键、二硫键部分断裂,蛋白质的延伸和重组等,内部致密结构被破坏,导致与胃蛋白酶相互作用的内部位点暴露,使蛋白质更易于与胃蛋白酶结合,从而提高了蛋白质的消化性。而过度热处理后蛋白质的修饰程度过高,很难被消化酶降解,从而导致蛋白质的消化性降低。此外,有研究控制不同加热温度对猪肉进行体外模拟消化,结果表明不同加热温度会影响猪肉蛋白的体外消化过程,尤其是胃蛋白酶的消化。加热会改变消化后肽段长度和数量,随着温度升高,蛋白条带灰度减弱,大分子肽段减少,加热后消化产物的分子质量也明显小于未加热。通过研究热处理对不同蛋白质消化的影响发现,肌球蛋白经加热处理后,其消化速率明显高于对照组,肌红蛋白的消化速率略高于对照组,而胶原蛋白的消化速率低于对照组;在进一步研究中发现,加热后肌球蛋白与胃蛋白酶亲和力增大,易于被水解,且中等程度加热时酶解效果最优,同时加热也有利于增强肌红蛋白与胃蛋白酶的亲和力,而胶原蛋白与胃蛋白酶结合的亲和力降低。

3.4  新型加工技术对肉类蛋白质消化性的影响

3.4.1  脉冲电场对肉类蛋白质消化性的影响

脉冲电场处理能改变肉的微观结构以及包括蛋白质在内的生物大分子之间的相互作用。近年来,有报道指出脉冲电场通过破坏某些化学基团的离子化或静电相互作用引起蛋白质二级(β-折叠和α-螺旋被破坏)和三级结构改变。由于蛋白水解酶的敏感性很大程度取决于蛋白质结构特征,脉冲电场处理可能会使消化蛋白酶的水解位点暴露,因此,脉冲电场预处理能够一定程度改变胃肠道蛋白酶对蛋白质的消化性。有研究表明,脉冲电场处理可提高蛋清蛋白对胃肠道消化的敏感性,而不会引起严重的蛋白聚集,并显著提高肉中蛋白质的消化性以及可溶性蛋白和游离氨基酸的利用率;脉冲电场处理对鹿背最长肌的体外模拟消化也有积极促进作用。此外,考虑到脉冲电场会引起肉类细胞膜渗透性增强,因此其可能会影响消化过程中肉类中矿物质的释放,且不会损害矿物质的可及性。综上,利用脉冲电场技术能够有效提高肉类蛋白质的消化性,进一步提高加工肉制品的食用性与营养价值。

3.4.2  超声波对肉类蛋白质消化性的影响

近年来,超声波在肉类工业中的应用引起了极大关注。超声处理通过改变氢键、疏水相互作用和蛋白质分子构象从而改善肉类的功能特性,包括溶解性、保水能力、胶凝、乳化性、起泡性、黏度和流变特性。研究表明,超声处理能提高蛋白质表面疏水性、溶解度和活性巯基含量,但会造成浊度、总巯基含量、α-螺旋含量、色氨酸和酪氨酸残基荧光强度降低。超声波处理后肉的肠道消化性显著提高,小于1kDa的肽数量增加,可见,适当的超声处理能有效促进肉类蛋白的消化性。水产品中的原肌球蛋白结构稳定,并具一定耐热性,研磨和常规加工方法均无法破坏其结构,而超声结合蒸煮能促进原肌球蛋白的消化,降低甲壳类动物的致敏性。

3.4.3  高压对肉类蛋白质消化性的影响

高压处理是一种非热加工技术,在肉类加工中有诸多应用,例如嫩化、降盐、改善品质,高压加工也可用于改善蛋白质的消化性。目前,高压技术在肉制品加工应用中的压力参数范围一般为200~600MPa,处理时间不长于20min。高压处理在不影响营养成分和产品风味基础上,通过改变肉制品中的大分子结构(如蛋白质)改善食品的功能和营养特性,进而影响蛋白质的消化性。在肌肉蛋白中,肌原纤维蛋白对高压处理较为敏感,高压处理能够修饰肌肉蛋白的非共价键并诱导其三级甚至二级结构发生变化。高压处理后蛋白质的变性程度取决于施加的压力水平和蛋白种类。据报道,高压处理可破坏静电相互作用并激发巯基-二硫键交换反应,促使蛋白质分解和展开,不同蛋白质的消化性会随其二级结构的变化而改变。因此,适度高压处理引起的蛋白质结构变化可促进胃肠道消化过程中蛋白质的消化性。

3.4.4  流体冲击波对肉类蛋白质消化性的影响

流体动力冲击波是一种新型技术,其利用水下两个电极(电液)之间高压放电产生的机械高压脉冲,产生高达1GPa的水下压力,也可通过引爆少量高能炸药(电爆)产生这种在介质中以毫秒为单位传播的冲击波。流体冲击波最近已作为一种嫩化鲜肉的新方法被批量或大范围使用,且效果显著。在水下以连续方式放电产生冲击波是一种廉价、安全且可重复的方式,可通过肌肉传播机械压力脉冲,从而产生“断裂效应”,破坏肌肉结构。流体冲击波处理也可以破坏肌肉细胞的完整性和内膜胶原纤维网络。流体冲击波处理改变了肌纤维蛋白二级结构,使α-螺旋含量减少,β-折叠含量增加,从而促进其消化,同时不会改变结缔组织蛋白的二级结构。然而,这种方法具有一些技术缺点,例如爆炸材料残留物的化学污染以及包装的大面积损坏,还需进一步改善以提高该技术适用性。

3.4.5  微波对肉类蛋白质消化性的影响

微波加热(2 450MHz和915MHz)属于电介质处理,已在食品行业中得到广泛应用。蛋白质和肽具有较高的介电常数,微波处理会改变它们的活性与结构特性,进而影响其消化特性。近年来,微波处理作为一种新兴热处理技术已被用于降低鸡蛋、杏仁以及鱼类的过敏性。在125℃下高温微波处理15min后,SDS-PAGE分析表明原肌球蛋白的条带灰度随加工温度的升高和持续时间的延长而降低;扫描电子显微镜观察发现与未处理样品相比,微波处理样品中有更多的微孔,原肌球蛋白消化性显著增加,致敏性显著降低,最高可降低75%,总抗氧化能力提高了2倍。

通过以上研究可知,多数物理加工技术处理对肉类蛋白质消化性有一定促进作用,然而如何进一步提高物理加工技术在实际生产中的应用是今后食品行业还需解决的难题。表4总结了不同物理加工技术对蛋白质消化性的影响。

表4  新型加工技术对肉类蛋白质消化性的影响

处理技术 对蛋白质消化性的作用 肉类蛋白质 商业可用性
脉冲电场 促进 牛肉、鹿肉蛋白 用于液体食品和饮料
高压 促进或抑制 牛肉、猪肉、贝类蛋白 适用于肉类加工
超声 促进 牛肉、蟹类蛋白 适用于肉类加工
水动力冲击波 促进 牛肉蛋白 无法适用于商业生产

3.5  外源添加物对肉类蛋白质消化性的影响

3.5.1  多酚对肉类蛋白消化性的影响

通常,将富含多酚的水果和蔬菜与肉类蛋白质一起食用时,多酚类物质会与蛋白质产生相互作用,影响蛋白质的结构和功能特性。一些研究表明,多酚可以改变蛋白质的二级结构,从而改变蛋白质的消化功能;另一方面,蛋白质也会增加或降低酚类物质的抗氧化活性。酚类化合物与食源性蛋白质之间的相互作用分为共价和非共价相互作用。体外研究表明,这些相互作用主要是非共价疏水相互作用,随后可通过氢键稳定。有学者研究葡萄籽原花青素(grape seed proanthocyanidins,GSP)与肉源蛋白(来自猪、鸡和鱼)之间的相互作用,以及GSP对蛋白结构、抗氧化能力和生物利用度的影响发现,GSP可以与这3种蛋白质相互作用。GSP通过氢键和范德华力与猪肉和鱼肉蛋白结合,而通过疏水相互作用与鸡肉蛋白结合。GSP能够破坏蛋白质二级结构,影响其溶解度,同时蛋白质降低了GSP的抗氧化能力并影响GSP的生物利用度,从而造成蛋白质的消化性发生变化;而多酚对蛋白质的水解有一定的抑制力,复合物的形成抑制了消化酶对蛋白质的水解。此外,研究表明消化酶与多酚的相互作用降低了其催化活性,进而降低了蛋白质的消化性,该结论可为饮食中多酚和蛋白质的摄入以及多酚蛋白质复合物的发展提供了理论指导。

3.5.2  膳食纤维对肉类蛋白质消化性的影响

膳食纤维是一类多糖,不能被胃肠道消化,但具有重要的生理作用。不溶性膳食纤维(insoluble dietary fiber,IDF)由纤维素、木质素和半纤维素组成,由于其结构独特,具有良好的吸附胆固醇、胆酸钠和亚硝酸盐能力。可溶性膳食纤维(soluble dietary fiber,SDF)包含多种可溶性多糖(例如果胶),并具有出色的抗氧化能力。因此膳食纤维常被用作天然食品添加剂,以改善肉糜功能。向肉糜中添加从小麦麸皮中提取的膳食纤维,随着IDF和SDF添加量的增加,肉糜中蛋白质的消化性逐渐降低,其中SDF(添加量2%~8%)的抑制作用明显强于IDF;SDF对肉糜消化性的影响主要归因于其黏度和溶胀能力,高黏度和高溶胀体积使SDF在酶和肉糜之间形成屏障膜,从而减小了肉糜与消化酶接触的几率;而IDF通过提升食物通过肠道的速度,缩短食物通过肠道的时间,从而缩短蛋白质的消化时间。在肉糜中添加燕麦β-葡聚糖后,随着燕麦β-葡聚糖含量的增加(0~4%),蛋白质的消化率逐渐下降。而近期研究发现,将少量芹菜加入鱼肉香肠中(膳食纤维相对含量约0.3%)能显著提高香肠蛋白的消化率。这是由于香肠中膳食纤维含量低,其黏度对消化率的影响极小,加入少量的膳食纤维会改变蛋白质的二级结构,使β-折叠含量增加,蛋白双螺旋结构展开,分子内部疏水基团暴露,利于胃蛋白酶的结合。膳食纤维的消化抑制作用使其成为理想的肉糜改性添加剂,例如延缓葡萄糖的吸收、降低胆固醇水平、增加粪便的体积和减少热量等。

非蛋白物质对肉类蛋白质消化性的影响如表5所示。

表5  非蛋白物质对肉类蛋白质消化性的影响

影响因素 对蛋白质消化性的作用
脂肪氧化 促进
金属离子 促进
多酚 抑制
膳食纤维 含量小于1%时促进消化,含量大于2%时抑制消化

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结  语

 

为满足人类对肉类营养与健康日益增长的需求,在研究肉类本身蛋白质含量和种类的同时,还应深入探索蛋白质的消化利用率以及生产加工对其消化产生的影响。肉源蛋白质的消化受动物种类、肌肉类型、非蛋白组分和加工方式等多种因素的影响。主要通过蛋白质结构的改变影响其消化率。适当的加热、氧化、高压、脉冲电场、超声、微波等处理会使蛋白质结构松散,暴露出更多的酶作用位点,从而提高其消化性;但过度的加热、氧化、高压等处理及添加过量的膳食纤维等外源添加物会引起蛋白质聚集,导致消化性降低,因此可通过适宜的途径促进肉类蛋白的消化。

目前,国内针对肉类蛋白质消化性的研究尚不全面,主要集中在消化率方面,对相关肉类蛋白质消化性的影响因素缺少系统性总结与归类,本文针对肉类蛋白质消化性影响因素的研究现状与趋势进行阐述与归纳,为提高肉类蛋白的利用率提供理论参考。然而,如何有效提高肉类蛋白消化,还需加强理论与技术成果转化力度,从而推进肉类食品的健康生产与加工,为畜牧业与肉品加工业良性发展提供借鉴。此外,蛋白酶解生物活性肽的提取及有效利用也成为今后肉类产业研究的热点。


文章来源:中国肉类机械网     文章作者:祝超智,陈画等     文章编辑:一米优讯     
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