《肉類研究》：華中農(nóng)大孫智達(dá)教授：芬頓反應(yīng)誘導(dǎo)的肉類蛋白質(zhì)氧化及干預(yù)研究進(jìn)展
《肉類研究》2023年37卷5期刊載了華中農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院的陳紫婷、陳夢婷、孫智達(dá)的論文《芬頓反應(yīng)誘導(dǎo)的肉類蛋白質(zhì)氧化及干預(yù)研究進(jìn)展》。該論文由：湖北省特色農(nóng)產(chǎn)品深加工關(guān)鍵技術(shù)裝備及產(chǎn)業(yè)化示范項(xiàng)目（-001-03）資助。
為了更好地闡明·OH對肉類的氧化影響機(jī)制，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院的陳紫婷、陳夢婷、孫智達(dá)對芬頓氧化體系作用下肉類蛋白氧化的最新研究進(jìn)展進(jìn)行闡述，并分析芬頓氧化對肉類蛋白結(jié)構(gòu)與功能的影響，同時，探討氧化對肉類品質(zhì)和營養(yǎng)價值的影響效果及預(yù)防方法，為肉制品抗氧化提供思路，為未來我國肉類加工提供理論支撐。
01
ROS介導(dǎo)的蛋白質(zhì)氧化
ROS是蛋白質(zhì)氧化的首要作用物質(zhì)，直接引發(fā)蛋白質(zhì)氧化的活性自由基包括ROS和活性氮等，它們通過奪取氫、供給氧、偶合及裂解等反應(yīng)途徑作用于蛋白質(zhì)的主肽鏈骨架或氨基酸側(cè)鏈，且?guī)缀跛邪被醾?cè)鏈都可以與自由基反應(yīng)。ROS不僅可直接引起蛋白質(zhì)氧化，還可先誘導(dǎo)脂質(zhì)氧化和非酶糖基化，并通過活性中間產(chǎn)物間接誘導(dǎo)蛋白質(zhì)氧化。
圖1為ROS（如由水的輻解或金屬催化裂解產(chǎn)生）誘導(dǎo)的蛋白質(zhì)氧化途徑。當(dāng)ROS作用于蛋白質(zhì)時，會從蛋白質(zhì)分子中提取氫原子以產(chǎn)生碳中心自由基（C·）（反應(yīng)c），并引發(fā)蛋白氧化鏈反應(yīng)，該自由基在氧氣存在下轉(zhuǎn)化為烷過氧自由基（RCOO·）（反應(yīng)d），隨后與Fe2＋反應(yīng)，或從另一蛋白質(zhì)分子中提取氫原子，或與質(zhì)子化形式的超氧化物自由基反應(yīng)，生成烷基氫過氧化物（COOH）（反應(yīng)f、g和h）。COOH進(jìn)一步與氫過氧自由基（HO2·）或還原形式的鐵（Fe2＋）進(jìn)一步反應(yīng)形成烷氧自由基（CO·）（反應(yīng)j和k）及其羥基衍生物（—COH）（反應(yīng)m和n）。然而，在沒有氧氣的情況下，2 個碳中心自由基可以相互反應(yīng)，生成碳-碳交聯(lián)衍生物（反應(yīng)e）。除這些途徑外，烷基過氧化物和烷基自由基衍生物可以通過二胺或α-酰胺化途徑進(jìn)行裂解反應(yīng)（反應(yīng)i和l）。根據(jù)目標(biāo)物和氧化劑的不同，蛋白質(zhì)氧化將通過多種機(jī)制進(jìn)行傳遞和終止，其后果包括巰基的丟失、蛋白質(zhì)羰基的形成、交聯(lián)的發(fā)生及芳香族氨基酸的修飾等。
02
芬頓體系氧化作用原理
在肉類食品中有3 個引發(fā)系統(tǒng)能夠引起蛋白質(zhì)氧化，包括芬頓系統(tǒng)、肌紅蛋白系統(tǒng)和脂質(zhì)氧化系統(tǒng)。特點(diǎn)為：1）芬頓系統(tǒng)，過渡金屬（Fe2＋、Cu2＋）與H2O2反應(yīng)可獲取高活性·OH；2）肌紅蛋白系統(tǒng)，高鐵肌紅蛋白與H2O2作用形成高鐵肌紅蛋白自由基；3）脂質(zhì)氧化系統(tǒng)，脂質(zhì)通過氧化衍生ROS自由基。這些自由基均可稱為蛋白氧化誘發(fā)劑。最常用的氧化劑模型系統(tǒng)是芬頓系統(tǒng)，之前的研究表明，與H2O2作用生成的肌紅蛋白自由基和脂質(zhì)衍生的氧化劑系統(tǒng)相比，羥自由基氧化系統(tǒng)（hydroxyl radical-generating system，HRGS）對肌原纖維蛋白（myofibrillar proteins，MP）的氧化影響最為強(qiáng)烈，包括交聯(lián)和聚集。
·OH是一種天然的強(qiáng)氧化劑?！H在生物系統(tǒng)中通過氧化代謝自然形成，同時會形成超氧自由基，其作為不需要的副產(chǎn)物可以被超氧化物歧化酶去除，產(chǎn)物H2O2則被過氧化氫酶催化，或者在金屬離子的存在下發(fā)生芬頓反應(yīng)生成·OH。在所有產(chǎn)生·OH的途徑中，由于反應(yīng)的選擇性，脈沖輻射分解是最重要的途徑，它也是研究抗氧化劑與·OH之間反應(yīng)原理以及測定其反應(yīng)速率最權(quán)威的方法，但是其缺點(diǎn)是需要復(fù)雜的儀器和成本較高。相比來說，芬頓反應(yīng)是用于產(chǎn)生·OH來測定抗氧化活性的最重要的化學(xué)反應(yīng)（式（3））。
1931年提出了經(jīng)典的自由基機(jī)制。自發(fā)表以來，關(guān)于反應(yīng)機(jī)制的討論一直都有爭論。Bray等提出了一種產(chǎn)生鐵氧基（FeO2＋）的非自由基機(jī)制，其中鐵處于氧化態(tài)＋4價（式（4））。這種離子非?；顫姡苋菀籽趸渌衔铩４蠖鄶?shù)證據(jù)表明·OH是主要破壞物質(zhì)，但在·OH形成的過程中可能會產(chǎn)生其他ROS。因此，他們將經(jīng)典的芬頓反應(yīng)進(jìn)行了拓展（式（5））。
使用分光光度法和甲基黃作為反應(yīng)底物證實(shí)了這一假設(shè)。他們發(fā)現(xiàn)·OH和一些其他氧化物質(zhì)（如高價鐵）都在芬頓反應(yīng)中形成，并且產(chǎn)物的組成及比例取決于反應(yīng)的pH值。使用5,5-二甲基-1-吡咯烷N-氧化物作為芬頓反應(yīng)和紫外線光解產(chǎn)生的·OH的自旋捕獲探針獲得了類似的結(jié)果。
芬頓反應(yīng)的產(chǎn)物也可用于測定·OH清除活性。例如，使用FeCl2和H2O2作為反應(yīng)物，進(jìn)行經(jīng)典的芬頓反應(yīng)（式（1））。該反應(yīng)可以通過螯合劑（如乙二胺四乙酸（ethylenedinitrilotetraacetic acid，EDTA）或二亞乙基三胺五乙酸）的存在修飾反應(yīng)。EDTA也被用作脫氧核糖損傷測定中的螯合劑，用于測定·OH清除活性。研究表明，當(dāng)去掉EDTA時，反應(yīng)變得具有“位點(diǎn)特異性”，因?yàn)殍F離子與脫氧核糖體分子結(jié)合，造成“現(xiàn)場”損傷。這種修飾后來被用于鑒定不同化合物螯合金屬離子的能力，以減少·OH的產(chǎn)生。除Fe2＋外，F(xiàn)e3＋還可用于生成·OH。Fe3＋必須首先被還原，然后才能進(jìn)行芬頓反應(yīng)（式（1））。使用抗壞血酸鹽后，會形成循環(huán)（式（6））。
從反應(yīng)混合物中去掉H2O2，但“鐵自氧化”的過程仍會產(chǎn)生·OH。Chen Jiwu等提出的反應(yīng)機(jī)理如式（7）～（8）所示。
式（8）中形成的H2O2隨后經(jīng)歷芬頓反應(yīng)（式（2））。
研究發(fā)現(xiàn)，其他金屬（銅或鈷）也可以發(fā)生芬頓反應(yīng)，當(dāng)銅以銅離子（Cu2＋）形式添加到芬頓反應(yīng)混合物中時，由于芬頓反應(yīng)總是以較低的氧化態(tài)（Cu＋）開始反應(yīng)，故它會以與反應(yīng)式（6）中Fe3＋類似的方式被還原。
還有多種方法可以用來測定·OH清除活性。例如使用細(xì)胞培養(yǎng)物測定。通過酵母培養(yǎng)物中加入抗壞血酸、H2O2和CuSO4反應(yīng)生成·OH。使用RAW264.7巨噬細(xì)胞樣細(xì)胞系，該細(xì)胞系被脂多糖激活并產(chǎn)生超氧陰離子自由基（2。這2 個反應(yīng)隨后形成·OH（式（9））。這種由過渡金屬誘導(dǎo)催化的反應(yīng)通常被稱為“超氧化物輔助（或驅(qū)動）芬頓反應(yīng)”。
使用大鼠肝微粒體研究抗氧化劑對·OH誘導(dǎo)的脂質(zhì)過氧化的影響，還原型輔酶Ⅱ（nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADPH）生成系統(tǒng)用于生成·OH、煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADP）、葡萄糖-6-磷酸、MgCl2和葡萄糖-6-磷酸脫氫酶。NADPH隨后參與與微粒體獲得的細(xì)胞色素P-450的反應(yīng)。肝微粒體中形成了各種ROS，其中H2O2參與了芬頓反應(yīng)和·OH的生成。
03
芬頓反應(yīng)下肉類蛋白質(zhì)的氧化
由于蛋白質(zhì)具有許多不同的獨(dú)特生物學(xué)功能，對蛋白質(zhì)的氧化修飾會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)、功能及肉類品質(zhì)的變化。在不同組成的芬頓反應(yīng)中，蛋白質(zhì)對·OH氧化（H2O2濃度為0～20 mmol/L）表現(xiàn)出高敏感性。但是相對于MP，純化的肌球蛋白對·OH不敏感，可能是由于肌球蛋白在S1和S2區(qū)域更容易交聯(lián)產(chǎn)生生物聚合物和蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)，這對乳化型凝膠肉制品的質(zhì)地和穩(wěn)定性至關(guān)重要。通過向不同濃度的·OH體系中加入MP，發(fā)現(xiàn)鯉魚蛋白氧化對·OH非常敏感，MP中羰基含量增加且疏水性增加，蛋白質(zhì)功能特性（表面疏水性、水結(jié)合能力、彈性）降低。而在加入不同濃度的H2O2后發(fā)現(xiàn)溫和蛋白質(zhì)氧化（冷凍貯藏和·OH）可以促進(jìn)蛋白質(zhì)凝膠性質(zhì)。盡管·OH的加入有望促進(jìn)蛋白的交聯(lián)，但需要進(jìn)一步的研究來確定肉類的氧化狀態(tài)是否可以作為提高肉類質(zhì)量的有利條件。目前研究的芬頓體系下對蛋白質(zhì)的氧化主要體現(xiàn)在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)、功能及肉類品質(zhì)的變化上，在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)方面涉及到氨基酸側(cè)鏈的修飾、蛋白質(zhì)的交聯(lián)及游離氨基酸的變化。功能上則是對蛋白質(zhì)的凝膠性、持水力等產(chǎn)生影響。蛋白質(zhì)的功能特性改變導(dǎo)致肉類品質(zhì)相應(yīng)改變，而且肉類嫩度也會在·OH的作用下降低，肌紅蛋白氧化后變成褐色的高鐵肌紅蛋白，導(dǎo)致肉色劣變。
對蛋白結(jié)構(gòu)的影響
蛋白質(zhì)氧化往往引起氨基酸側(cè)鏈反應(yīng)，如產(chǎn)生活性羰基，引起巰基丟失和形成二硫鍵。蛋白質(zhì)羰基的變化被廣泛用于評估蛋白質(zhì)氧化，通常采用2,4-二硝基苯肼（2,4-dinitrophenylhydrazine，DNPH）反應(yīng)進(jìn)行評估。羰基可與DNPH反應(yīng)生成DNPH衍生物，然后通過分光光度法測定生成的腙的量進(jìn)行量化。羰基化合物的產(chǎn)生是氧化蛋白質(zhì)最常見的變化。生成蛋白質(zhì)羰基的4 條主要途徑包括：1）直接氧化賴氨酸、蘇氨酸、精氨酸和脯氨酸的側(cè)鏈；2）還原糖存在下的非酶糖基化；3）通過α-酰胺化途徑或通過谷氨酰側(cè)鏈的氧化裂解肽主鏈；4）共價結(jié)合非蛋白質(zhì)羰基化合物，如4-羥基-2-壬醛或丙二醛。在這4 種途徑中，敏感氨基酸側(cè)鏈的直接氧化已被證明為蛋白質(zhì)羰基化的主要途徑，也是對蛋白質(zhì)直接氧化攻擊的最有效來源。
蛋白質(zhì)氧化也會造成巰基的丟失。蛋白質(zhì)內(nèi)巰基的含量十分豐富，其主要是多肽中半胱氨酸殘基上的巰基基團(tuán)。巰基和二硫鍵是蛋白質(zhì)中反應(yīng)活性最高的2 種基團(tuán)，蛋白質(zhì)中的游離巰基包括2 種，一種是包埋在疏水基團(tuán)內(nèi)的巰基，另一種是蛋白質(zhì)表面的巰基。巰基基團(tuán)（—SH）與Ellman試劑反應(yīng)會生成在412 nm波長處有最大吸收峰的黃色物質(zhì)，常用于比色法測定生物樣品中巰基的含量。某些有機(jī)化合物（尿素和鹽酸胍）的高濃度水溶液（4～8 mol/L）可以導(dǎo)致蛋白質(zhì)分子氫鍵的斷裂，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)被破壞，從而導(dǎo)致蛋白質(zhì)發(fā)生不同程度的變性。這些有機(jī)化合物的水溶液還可以增大疏水氨基酸殘基在水溶液中的溶解度，降低疏水相互作用，從而使包埋于疏水基團(tuán)內(nèi)部的巰基暴露，因此可以通過加入尿素或鹽酸胍測定總巰基含量。目前針對巰基檢測熒光探針的各種方法，原理是利用其特異性小分子只與巰基反應(yīng)，而與其他基團(tuán)在相應(yīng)的條件下不會發(fā)生反應(yīng)。
蛋白質(zhì)交聯(lián)
蛋白質(zhì)的氧化也可使蛋白質(zhì)產(chǎn)生交聯(lián)。蛋白質(zhì)交聯(lián)的產(chǎn)生有以下3 種原因：1）缺氧情況下，氧化后蛋白質(zhì)主鏈形成的以碳為中心的自由基相互作用，在蛋白質(zhì)分子內(nèi)部和分子間產(chǎn)生交聯(lián)；2）巰基和酪氨酸殘基氧化及亞硝基化會分別產(chǎn)生二硫鍵和二酪氨酸鍵，二硫鍵是導(dǎo)致蛋白質(zhì)交聯(lián)的主要原因之一，二酪氨酸鍵既可以在分子內(nèi)成鍵也可以在分子間成鍵，其中分子間成鍵是蛋白質(zhì)聚合的原因之一，這是聚合導(dǎo)致的蛋白質(zhì)交聯(lián)；3）蛋白質(zhì)賴氨酸氨基與氧化產(chǎn)生的羰基衍生物反應(yīng)也能導(dǎo)致蛋白質(zhì)交聯(lián)。氧化產(chǎn)生的羰基也會在蛋白質(zhì)內(nèi)部或不同蛋白質(zhì)之間與賴氨酸的氨基反應(yīng)。豬肉的肌原纖維蛋白在芬頓系統(tǒng)或高價鐵催化氧化系統(tǒng)中處理后，二硫鍵的形成導(dǎo)致肌球蛋白交聯(lián)位點(diǎn)發(fā)生改變，從頭部轉(zhuǎn)移至尾部。肌球蛋白重鏈的交聯(lián)位點(diǎn)通過二硫鍵位于肌球蛋白輕鏈中，而在雞肉肌原纖維暴露于·OH產(chǎn)生系統(tǒng)后，在肌球蛋白重鏈中未發(fā)現(xiàn)交聯(lián)。
游離氨基酸
自由基攻擊蛋白質(zhì)分子的機(jī)制會導(dǎo)致蛋白質(zhì)交聯(lián)、蛋白質(zhì)裂解和/或氨基酸側(cè)鏈的修飾，每個反應(yīng)都會產(chǎn)生特定的氧化衍生物。盡管所有氨基酸都可以被活性氧修飾，但由于半胱氨酸、蛋氨酸中硫基的反應(yīng)敏感性較高，所以最容易發(fā)生氧化變化。半胱氨酸的單電子氧化或雙電子氧化可以形成類似的終產(chǎn)物。半胱氨酸與自由基氧化劑的單電子氧化可產(chǎn)生硫基，其有2 個主要途徑：與其他硫醇/硫醇鹽反應(yīng)生成二硫化物，或與O2反應(yīng)生成過氧化硫基。半胱氨酸和氧化劑之間的雙電子氧化可導(dǎo)致亞磺酸和磺酸的形成。這些物質(zhì)不穩(wěn)定，可通過水解反應(yīng)生成含氧酸，或通過與另一個硫醇基反應(yīng)生成二硫鍵。類似地，蛋氨酸殘基很容易被各種氧化劑氧化，蛋氨酸氧化的主要產(chǎn)物是亞砜，它可以進(jìn)一步氧化為砜。蛋氨酸亞砜可被蛋氨酸亞砜還原酶、巰基乙醇、二硫蘇糖醇等還原試劑還原為蛋氨酸。與這2 個氨基酸相比，其他氨基酸氧化需要更加嚴(yán)格的條件。對于芳香族氨基酸，包括組氨酸、苯丙氨酸、色氨酸和酪氨酸，主要反應(yīng)是芳香族氨基酸殘基的添加。蛋白質(zhì)的氧化導(dǎo)致各種氧化衍生物的產(chǎn)生。蛋白質(zhì)的主要氧化修飾發(fā)生在氨基酸側(cè)鏈上，包括硫醇氧化、芳香羥基化和羰基的形成。
對蛋白功能特性的影響
MP的功能特性是影響肉和肉制品品質(zhì)的主要因素。研究證明，蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與其功能特性緊密相關(guān)，因此肌肉蛋白的氧化通常會伴隨著蛋白質(zhì)溶解度以及凝膠性、乳化性及保水性等功能特性的改變，從而影響肉的嫩度、多汁性以及蛋白質(zhì)的保水性等功能。蛋白質(zhì)中的氨基酸經(jīng)氧化后，其側(cè)鏈基團(tuán)的改變會導(dǎo)致蛋白肽鏈一級結(jié)構(gòu)的變化，而羰基、共價鍵的形成及肽鏈的斷裂等會進(jìn)一步改變蛋白質(zhì)構(gòu)象，并導(dǎo)致蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的變化，隨之蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)及四級結(jié)構(gòu)也會發(fā)生相應(yīng)的改變。從營養(yǎng)學(xué)角度分析，蛋白的氧化會導(dǎo)致必需氨基酸的損失，同時蛋白結(jié)構(gòu)經(jīng)氧化導(dǎo)致的分解或重聚均會影響蛋白質(zhì)的消化性以及肉制品的營養(yǎng)價值，近年來，蛋白質(zhì)氧化對肉制品風(fēng)味的影響也逐漸引起人們的，如通過氧化途徑形成的蛋白羰基及席夫堿可能會影響風(fēng)味的形成，盡管如此，總結(jié)近年來的研究可以發(fā)現(xiàn)，蛋白質(zhì)氧化并不一定總是導(dǎo)致蛋白質(zhì)加工性能及相應(yīng)功能特性的下降，適度的蛋白質(zhì)氧化甚至可以改善或提高肌肉蛋白的功能特性。在4 ℃與FeCl3/抗壞血酸鹽/H2O2孵育后，豬背最長肌顯示出較低的持水能力。持水能力和產(chǎn)物產(chǎn)量的變化與蛋白羰基含量的增加以及肌原纖維和肌漿蛋白之間的交聯(lián)一致。持水能力降低可能是由于氧化肌肉樣品中相鄰纖維之間的細(xì)胞外空間擴(kuò)大。然而，蛋白質(zhì)氧化也會對蛋白質(zhì)功能產(chǎn)生負(fù)面影響。當(dāng)暴露于3 種不同的氧化體系（螯合的3 價鐵、H2O2和抗壞血酸）時，切碎的鱈魚肌肉顯示出更好的凝膠化和乳化特性，蛋白氧化后形成的凝膠剪切力和硬度分別增加70%和20%。在牛心制成的肉糜中，3 種水洗處理相比，抗氧化劑洗滌（沒食子酸丙酯和α-生育酚）后的肌肉蛋白凝膠形成能力降低，蛋白質(zhì)羰基含量升高。由于蛋白質(zhì)氧化而增加的凝膠形成能力可能與多肽之間及蛋白質(zhì)之間交聯(lián)的形成有關(guān)，這些交聯(lián)可以降低凝膠網(wǎng)絡(luò)的遷移率并穩(wěn)定凝膠基質(zhì)內(nèi)的其他非共價鍵。
蛋白質(zhì)氧化也可誘導(dǎo)蛋白質(zhì)聚合和聚集，從而改變其消化率，并對肌肉食品的營養(yǎng)價值產(chǎn)生負(fù)面影響。蛋白質(zhì)氧化可以改變蛋白質(zhì)內(nèi)的分子間和分子內(nèi)相互作用，從而影響它們的構(gòu)象。由于三級結(jié)構(gòu)的變化，這些變化通常可以增加蛋白質(zhì)的表面疏水性。此外，蛋白質(zhì)氧化與二聚體、三聚體和多聚體的形成，以及其他相互間和內(nèi)部的交聯(lián)有關(guān)，這樣的結(jié)果可以進(jìn)一步導(dǎo)致蛋白質(zhì)聚集，從而影響肉的品質(zhì)。
對肉類品質(zhì)的影響
動物屠宰后，維持自身抗氧化防御系統(tǒng)的能力大大降低，自由基不斷在體內(nèi)積累，氧化應(yīng)激水平增加，從而導(dǎo)致蛋白質(zhì)氧化，影響蛋白質(zhì)的特性，包括蛋白質(zhì)交聯(lián)、溶解度的變化，進(jìn)而引起肉的嫩度、持水性、色澤等品質(zhì)的變化。蛋白質(zhì)對肉類品質(zhì)的影響機(jī)制見圖2。
蛋白質(zhì)氧化對肉制品嫩度的作用有兩方面：一是減少蛋白質(zhì)在氧化過程中的水解，這種機(jī)制可能是蛋白質(zhì)氧化過程中參與肉類嫩化的蛋白水解酶的失活和蛋白氧化導(dǎo)致蛋白水解敏感性降低，由于μ-鈣蛋白酶和m-鈣蛋白酶在其活性位點(diǎn)同時含有組氨酸和含巰基的半胱氨酸殘基，此類基團(tuán)的氧化降解可能導(dǎo)致酶失活；二是通過二硫鍵和誘導(dǎo)蛋白交聯(lián)來影響肉的嫩度，蛋白質(zhì)交聯(lián)將增強(qiáng)肌原纖維結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致肌肉組織的韌性增加。并且肉的功能特性直接影響其質(zhì)地、風(fēng)味、嫩度等食用品質(zhì)。肌肉中含有極不穩(wěn)定的肌紅蛋白，包括氧合肌紅蛋白、高鐵肌紅蛋白及脫氧肌紅蛋白，肌紅蛋白含量和比例決定肌肉的顏色。高鐵肌紅蛋白與蛋白氧化密切相關(guān)。在低氧條件下，脫氧肌紅蛋白和氧合肌紅蛋白都容易被氧化為褐色的高鐵肌紅蛋白，而高鐵肌紅蛋白還原酶可以持續(xù)地將高鐵肌紅蛋白還原，保持肉顏色的穩(wěn)定性，在高氧濃度（70%～80%）條件下，使肉表面的肌紅蛋白氧合為鮮紅的氧合肌紅蛋白，有利于改善肉色，在鮮肉的包裝中被廣泛應(yīng)用。蛋白質(zhì)氧化主要通過以下幾種途徑對肉中蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價值產(chǎn)生影響：一方面，蛋白質(zhì)氧化會產(chǎn)生羰基化、亞硝基化、羥基化等氨基酸側(cè)鏈修飾，造成必需氨基酸的損失；另一方面，蛋白質(zhì)之間的交聯(lián)聚合反應(yīng)會使蛋白質(zhì)對消化酶的敏感性降低，造成蛋白質(zhì)消化率下降；最后，高水平的氧化還會導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性沉淀，蛋白質(zhì)的溶解度及生物利用度降低，從而使肉類蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價值降低。此外，蛋白質(zhì)片段化還會造成α-酰胺化，產(chǎn)生二酰胺，使肉的食用安全性降低，甚至?xí)黾尤梭w細(xì)胞毒性和致突變性，危害人體健康。研究發(fā)現(xiàn)，蛋白質(zhì)氧化過程中，對氧化敏感的氨基酸受到氧化修飾，使氨基酸的生物利用度降低，引起蛋白質(zhì)聚集，導(dǎo)致消化率下降，從而降低肉的營養(yǎng)價值，但輕度水平的氧化可使蛋白質(zhì)更易被相應(yīng)的蛋白酶消化。研究發(fā)現(xiàn)，蛋白質(zhì)氧化造成的羰基化會導(dǎo)致賴氨酸、蘇氨酸和精氨酸等必需氨基酸的不可逆修飾，從而造成必需氨基酸的損失。一般認(rèn)為，鈣蛋白酶系統(tǒng)負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)宰后肌肉中蛋白質(zhì)的降解，并且與宰后貯藏期間的肉嫩度和持水量有關(guān)，鈣蛋白酶系統(tǒng)由m-鈣蛋白酶和μ-鈣蛋白酶及其抑制劑鈣蛋白酶抑制劑組成。鈣蛋白酶在鈣的存在下自溶，這種自溶表明它們在宰后的肌肉蛋白水解后被激活。由于m-鈣蛋白酶和μ-鈣蛋白酶均為半胱氨酸蛋白酶，氧化可能會調(diào)節(jié)它們的蛋白水解活性，從而影響鮮肉質(zhì)量。進(jìn)一步確定氧化對純化的m-鈣蛋白酶和μ-鈣蛋白酶活性的影響以及μ-鈣蛋白酶和鈣蛋白酶抑制劑之間的相互作用。結(jié)果表明：μ-鈣蛋白酶和m-鈣蛋白酶的蛋白質(zhì)水解活性在不同pH值（6.0、6.5、7.5）條件下被H2O2誘導(dǎo)的氧化所抑制，H2O2在pH 6.5和7.5條件下降低了鈣蛋白酶抑制劑對鈣蛋白酶活性的抑制效果，并允許μ-鈣蛋白酶在鈣蛋白酶抑制劑存在下降解蛋白。這些研究強(qiáng)有力地表明蛋白質(zhì)氧化通過介導(dǎo)鈣蛋白酶的自溶和蛋白水解活性影響鮮肉品質(zhì)。
04
蛋白質(zhì)氧化的干預(yù)和抑制
在工業(yè)生產(chǎn)中，通常使用抗氧化劑來減少蛋白質(zhì)氧化。添加合成抗氧化劑是工業(yè)中常用的一種保持肉品品質(zhì)的方法。人工合成抗氧化劑的毒副作用較大，對人體的器官（肝、脾、肺）均有負(fù)面影響，由于天然抗氧化劑與合成抗氧化劑相比具有潛在的健康益處，天然抗氧化劑的需求正在增加。天然抗氧化劑廣泛分布于植物、動物組織和微生物中。大多數(shù)天然抗氧化劑都是從植物中獲得的。在肉和肉制品中添加多酚或天然提取物是減少蛋白氧化和變質(zhì)的一種有效方法。研究表明，天然抗氧化劑能有效增加蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性，白藜蘆醇在魚油中能使蛋白質(zhì)消化率顯著增加，白藜蘆醇的摻入顯著增強(qiáng)了魚油在氧化應(yīng)激下的穩(wěn)定性。在冷卻豬肉中加入500 mg/kg皮燕麥多酚提取物，發(fā)現(xiàn)添加皮燕麥多酚可以在一定程度上減少羰基的形成和防止巰基在冷藏過程中的丟失，有效延緩MP氧化，多酚通過與MP共價交聯(lián)結(jié)合阻礙了氧化劑的作用部位，或者有效清除了活性氧自由基，阻斷蛋白質(zhì)羰基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，抑制羰基的形成。將桑葚多酚加入肉制品中，發(fā)現(xiàn)桑葚多酚可以顯著延緩羰基的形成，通過增強(qiáng)的離子鍵和弱化的氫鍵、疏水鍵和二硫鍵來提高蛋白質(zhì)穩(wěn)定性。還有研究認(rèn)為，添加天然抗氧化劑還能有效改善冷凍肉制品質(zhì)量，通過抑制蛋白質(zhì)羰基的積累有效延緩蛋白質(zhì)的氧化，從而減緩冷凍肉類品質(zhì)的降低。除抗氧化特性外，大多數(shù)天然抗氧化劑在肉類中的應(yīng)用是多功能的，它們在肉類加工和貯藏過程中不僅起到抗氧化作用，還有抑菌防腐、促進(jìn)有益微生物生長等作用，檸檬草可以提高日本鵪鶉體內(nèi)乳酸菌的濃度。百里香醇是百里香的主要成分之一，含量高達(dá)40%～80%，有助于抗菌和抗氧化活性。應(yīng)用百里香精油改良劑抑制了熏馬肉香腸中有害微生物（腸桿菌科）的生長。因此，這種單萜烯衍生物已被用作食品和醫(yī)藥用途的防腐劑、抗氧化劑和抗菌劑。
與合成抗氧化劑相比，天然提取物可能更容易被消費(fèi)者和監(jiān)管機(jī)構(gòu)接受，也更有利于人體健康。因此這些天然抗氧化劑可以用作肉類中的多功能添加劑，盡管已經(jīng)有很多天然抗氧化劑廣泛應(yīng)用于食品中，但仍有必要研究在肉制品中使用此類天然提取物的安全性和可接受性。
05
結(jié) 語
蛋白氧化的機(jī)制尚不完全明晰，在芬頓體系中研究蛋白氧化能讓蛋白氧化機(jī)理研究更加深入。總體來說，蛋白質(zhì)氧化弊大于利。因此，在肉的生產(chǎn)和加工過程中，應(yīng)盡量減少自由基對蛋白質(zhì)氧化的作用，從而減少對肉品質(zhì)造成的負(fù)面影響。然而，關(guān)于蛋白質(zhì)氧化對肉品質(zhì)影響的機(jī)制及蛋白質(zhì)氧化作用機(jī)制的研究依然是一個巨大的挑戰(zhàn)。隨著對蛋白質(zhì)氧化研究的深入，降低活性自由基的影響，或者考慮如何利用而不是單純抑制，可作為未來研究的重點(diǎn)。此外，關(guān)于氧化后肉制品加工后的品質(zhì)也值得進(jìn)一步研究。
引文格式：
通信作者介紹
孫智達(dá)，致公黨員，教授，博士生導(dǎo)師。從事天然產(chǎn)物化學(xué)、食品安全的研究與教學(xué)工作。先后承擔(dān)和參加過國家自然科學(xué)基金，863、省、部級重點(diǎn)科技攻關(guān)及橫向項(xiàng)目10余項(xiàng)，通過成果驗(yàn)收1 項(xiàng)，其中"蓮科植物中原花青素的綠色提取技術(shù)及高附加值產(chǎn)品的開發(fā)"獲2007年度教育部科技進(jìn)步一等獎，排名第二。在J. Agri. Food Chem.、Food Chem.及《農(nóng)業(yè)工程學(xué)報》、《食品科學(xué)》和《中國糧油學(xué)報》及其他科學(xué)期刊發(fā)表相關(guān)論文50余篇。作為參編者在科學(xué)出版社出版《食品化學(xué)》，中國農(nóng)業(yè)出版社出版《食品分析及感官評定》、《儀器分析》專著3 部。獲國家發(fā)明專利8 項(xiàng)。
專輯約稿
“肉品質(zhì)量安全與檢測技術(shù)”｜專輯主編張巖研究員
“肉品品質(zhì)變化及其機(jī)制機(jī)理研究”｜專輯主編臧明伍教授級高級工程師
“肉類微生物多樣性與肉制品風(fēng)味分析”｜專輯主編徐寶才教授
“肉品及其副產(chǎn)物加工及高值化利用”｜專輯主編王道營研究員
新刊啟動 Food Science of Animal Products《動物源食品科學(xué)》（英文），歡迎投稿
Food Science of Animal Products（ISSN: 2958-4124, e-ISSN : 2958-3780）是一本國際同行評議、開放獲取的期刊，由北京食品科學(xué)研究院、中國肉類食品綜合研究中心主辦，中國食品雜志社《食品科學(xué)》編輯團(tuán)隊(duì)運(yùn)營，屬于食品科學(xué)與技術(shù)學(xué)科，旨在報道動物源食品領(lǐng)域最新研究成果，涉及肉、水產(chǎn)、乳、蛋、動物內(nèi)臟、食用昆蟲等原料，研究內(nèi)容包括食物原料品質(zhì)、加工特性，營養(yǎng)成分、活性物質(zhì)與人類健康的關(guān)系，產(chǎn)品風(fēng)味及感官特性，加工或烹飪中有害物質(zhì)的控制，產(chǎn)品保鮮、貯藏與包裝，微生物及發(fā)酵，非法藥物殘留及食品安全檢測，真實(shí)性鑒別，細(xì)胞培育肉，法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)等。
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