脂肪氧化誘導(dǎo)魚蛋白聚集變性研究進(jìn)展

章銀良，安巧云，楊慧

（鄭州輕工業(yè)學(xué)院食品與生物工程學(xué)院，河南 鄭州 450002）

脂肪氧化誘導(dǎo)魚蛋白聚集變性研究進(jìn)展

章銀良，安巧云，楊慧

（鄭州輕工業(yè)學(xué)院食品與生物工程學(xué)院，河南 鄭州 450002）

綜述魚脂肪氧化、魚蛋白質(zhì)變性以及脂肪氧化對(duì)蛋白質(zhì)影響等方面的研究進(jìn)展。明確提出魚品質(zhì)的下降的一個(gè)重要原因是由脂肪氧化誘導(dǎo)引起蛋白質(zhì)劣變，下一步研究重點(diǎn)是探索脂肪氧化誘導(dǎo)蛋白質(zhì)變性的機(jī)理。

脂肪氧化；蛋白質(zhì)變性；氧化誘導(dǎo)；品質(zhì)劣變；機(jī)理

我國有著豐富的漁業(yè)水域和生物水產(chǎn)資源，種類繁多。隨著現(xiàn)代科技的迅速發(fā)展，水產(chǎn)品加工技術(shù)不斷提高，水產(chǎn)品加工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中的地位日益上升，已經(jīng)成為海洋經(jīng)濟(jì)新的增長(zhǎng)點(diǎn)。同時(shí)，水產(chǎn)品作為一種很重要的食物，使得大力開發(fā)海洋、增加淡水養(yǎng)殖，成為擴(kuò)大食品源的重要途徑。我國漁業(yè)生產(chǎn)持續(xù)穩(wěn)定并快速發(fā)展，水產(chǎn)品年產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的1/3以上[1]，已經(jīng)連續(xù)16年位居世界第一。但是，由于魚類水分含量高、肌肉組織細(xì)嫩，所以易腐敗變質(zhì)、不易保藏，失去食用價(jià)值，所以在產(chǎn)品保藏和加工中如何保證魚肌肉蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)完整和性質(zhì)穩(wěn)定是目前最為關(guān)注的理論和實(shí)際問題。本文主要對(duì)魚蛋白變性、魚脂肪氧化以及脂肪氧化對(duì)蛋白變性影響的研究現(xiàn)狀做綜述分析。以期為提高魚類加工品質(zhì)提供一定技術(shù)保證。

1 魚蛋白變性的研究進(jìn)展

1.1 魚體冷凍冷藏過程

冷凍貯藏是保持魚肉新鮮程度的一個(gè)重要的保藏手段。早在1861年，埃偌克·派珀就提出了利用冰和食鹽對(duì)易腐敗變質(zhì)的食物進(jìn)行凍結(jié)的保藏方法[2]。它的原理是在低溫條件下既有抑制微生物生長(zhǎng)繁殖的作用，又能減緩魚肉中一些化學(xué)和酶的反應(yīng)。然而在冷凍貯藏時(shí)間逐漸延長(zhǎng)的情況下，肌肉蛋白的結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)也會(huì)隨之發(fā)生一系列的變化，在低溫儲(chǔ)藏過程中蛋白質(zhì)冷凍變性現(xiàn)象是一個(gè)普遍存在的問題，所以魚肉蛋白質(zhì)冷凍變性問題一直是水產(chǎn)品質(zhì)量的研究重點(diǎn)[3]。就目前而言，對(duì)于魚蛋白的冷凍變性機(jī)理大家都普遍認(rèn)可以下3種學(xué)說[4-7]。①蛋白質(zhì)結(jié)合水的脫離學(xué)說。一般來說結(jié)合水較難結(jié)冰，但是當(dāng)溫度很低時(shí)凍結(jié)率也會(huì)增高。首先冷凍過程是一個(gè)緩慢凍結(jié)的過程，會(huì)形成冰晶而導(dǎo)致水分子的重新排列分布，一部分結(jié)合水被凍結(jié)，即結(jié)合水脫離蛋白質(zhì)。其次是解凍過程，本來與蛋白質(zhì)結(jié)合的水不能返回到原來的位點(diǎn)，這樣水分子就游離出來而脫離了組織，也就是蛋白質(zhì)失去了復(fù)水能力而發(fā)生了不可逆的變性。如Davies[8]等采用DSC來監(jiān)測(cè)魚肌肉蛋白質(zhì)在凍藏期間發(fā)生的變化。肌動(dòng)蛋白轉(zhuǎn)變溫度（Td）下降意味著肌纖維蛋白質(zhì)隨著冷凍時(shí)間延長(zhǎng)，其變性程度增加，引起變性的原因主要是由于冷凍。②細(xì)胞液的濃縮學(xué)說。隨著凍結(jié)溫度的下降，由于冰晶的析出使細(xì)胞中未凍結(jié)的細(xì)胞液被濃縮，細(xì)胞中的有機(jī)溶劑和金屬鹽含量就相對(duì)增大，所以離子濃度增加，pH也會(huì)隨之變化而導(dǎo)致蛋白質(zhì)鹽析變性。Oguni[9]等研究指出在0.6 mol/L KCl溶液中鯉魚肌球蛋白的Ca2+-ATPase活性會(huì)下降，冷凍變性加強(qiáng)，這都證實(shí)了該學(xué)說的推斷。③水與水合水的相互作用學(xué)說。蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)是由分子間的氫鍵和分子內(nèi)的非極性鍵共同維持的，這些鍵的分布又與蛋白質(zhì)周圍的水分子關(guān)系密切。凍結(jié)時(shí)冰晶的析出會(huì)破壞蛋白質(zhì)分子和周圍結(jié)合水的結(jié)合狀態(tài)，即影響了水與蛋白質(zhì)的相互作用。從蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)考慮可能會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)分子內(nèi)部一些舊鍵的斷裂和新鍵的結(jié)合，如氫鍵、離子鍵和二硫鍵等，從而改變蛋白質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)使其變性。

1.2 魚肉加工過程

1.2.1 加熱處理

加熱是食品加工過程中的重要工藝，加熱過程可以起到抑制微生物活性的作用，同時(shí)可以賦予產(chǎn)品特有的風(fēng)味、色澤和組織結(jié)構(gòu)。對(duì)于魚制品而言，這些組織特性的變化主要取決于肌原纖維蛋白的熱變化。例如潘錦峰[10]等利用DSC、SDS-PAGE電泳研究了草魚肌原纖維蛋白在加熱時(shí)的變化，發(fā)現(xiàn)各項(xiàng)理化指標(biāo)都呈S型變化。他認(rèn)為熱變性的機(jī)理是當(dāng)加熱溫度小于45℃時(shí)，小部分蛋白質(zhì)分子首先發(fā)生構(gòu)象改變，造成分子間作用力的重排；隨著溫度的升高，水和蛋白質(zhì)分子間的作用力被破壞，蛋白質(zhì)分子發(fā)生開鏈，部分巰基暴露被氧化成二硫鍵；當(dāng)溫度達(dá)到蛋白的變性點(diǎn)時(shí)，蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)被完全破壞，相互進(jìn)行交聯(lián)發(fā)生聚集，形成大量新的二硫鍵。

1.2.2 腌制

腌制加工是有悠久歷史的保藏方法之一，一般指的是食鹽腌制，包括鹽漬和熟成兩部分。章銀良[11]研究了海鰻腌制加工中食鹽的滲透作用，采用熒光、傅里葉轉(zhuǎn)換紅外光譜等手段測(cè)定了腌制過程蛋白質(zhì)的特性變化。認(rèn)為鹽分的滲入導(dǎo)致肌動(dòng)球蛋白快速失水，使從非極性氨基酸轉(zhuǎn)移到水所需的自由能減少，從而使分子內(nèi)的疏水作用減少；當(dāng)食鹽達(dá)到一定濃度，會(huì)引起肌動(dòng)球蛋白的去極化，使蛋白質(zhì)分子內(nèi)的疏水性脂肪族暴露導(dǎo)致疏水性增加并破壞了原來的天然結(jié)構(gòu)狀態(tài)，從而由于肽鍵的盤繞或螺旋部分產(chǎn)生了構(gòu)象的變化。

1.2.3 干制

魚類的干制加工主要是利用外界條件脫去魚體中的水分，一般和低鹽腌制配合加工。吳平華[12]等利用草魚進(jìn)行了低鹽干制的加工實(shí)驗(yàn)，認(rèn)為對(duì)魚體進(jìn)行干燥處理時(shí)，大量的水分滲透出來，增強(qiáng)了細(xì)胞膜的通透性，細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)被破壞，導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性。

1.2.4 熏制

熏制是利用木材不完全燃燒時(shí)產(chǎn)生的揮發(fā)性物質(zhì)對(duì)魚體進(jìn)行加工的過程，目的是使魚體脫水，同時(shí)賦予其特有的風(fēng)味并以此延長(zhǎng)保質(zhì)期。Sigurgisladotti S[13]等研究了熏制過程中大西洋鮭魚的變化，其硬度明顯增加，主要是因?yàn)榧≡w維蛋白由于脫水而收縮造成。

綜上所述，無論是冷凍過程的3個(gè)學(xué)說還是不同加工過程中蛋白質(zhì)的變性機(jī)理，都認(rèn)為其變性的根本原因是水分子的缺失。

2 脂肪氧化的研究進(jìn)展

2.1 應(yīng)用抗氧化劑抑制氧化

在食品保藏中常常添加一些化學(xué)抗氧化劑，如TBHQ、VC、VE、PG等來延緩或阻止氧氣導(dǎo)致的脂肪氧化作用?？寡趸瘎┑淖饔檬强梢韵葼?zhēng)奪空氣中的氧氣進(jìn)行反應(yīng)，例如與氧化的中間產(chǎn)物結(jié)合、金屬螯合作用等從而避免了食物氧化。從二十世紀(jì)初開始人們就使用合成抗氧化劑，雖然較為經(jīng)濟(jì)，但是有些本身有一定的毒性。

2.2 提取天然活性成分抑制氧化

天然提取物具有無毒、高效的抗氧化、抑菌和保健功能的優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注，例如茶多酚、紅辣椒提取物、竹葉抗氧化物（AOB）、靈芝肽、黃酮等。劉焱[14]等研究了在淡水魚糜中添加天然抗氧化劑茶多酚，發(fā)現(xiàn)其酸價(jià)、過氧化值都明顯下降。茶多酚具有滅活自由基的功能，可以和氧化過程產(chǎn)生的自由基（-R·RO·ROO·）反應(yīng)，生成較穩(wěn)定的酯基自由基，從而終止鏈?zhǔn)椒磻?yīng)起到抑制氧化的作用。

2.3 物理方法抑制氧化

物理方法包括輻照（如X-射線、γ-射線、紫外射線或高速電子束等電離產(chǎn)生的高能射線）、臭氧、微波以及結(jié)合真空包裝、低溫、氣調(diào)儲(chǔ)藏等手段來保藏食品。由于物理方法處理的肉品衛(wèi)生質(zhì)量較高，而越來越受到人們的關(guān)注。輻照會(huì)提高自由基的生成速度從而引發(fā)自由基的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，所以保藏效果跟輻照劑量以及時(shí)間都有關(guān)系。例如梁飛[15]等利用低劑量輻照研究了冷鮮肉的保藏，得出結(jié)論為1 KGy的輻照處理效果較優(yōu)，既達(dá)到了保鮮的目的又不會(huì)加速脂肪氧化的程度。姚周麟[16]等利用電子束冷殺菌對(duì)魷魚絲進(jìn)行保藏，其POV值增加程度較小，菌落總數(shù)也有大幅度減少。

3 脂類氧化產(chǎn)物對(duì)魚蛋白質(zhì)影響的研究進(jìn)展

Pigott G[17]曾經(jīng)提到冷凍過程中魚肌肉蛋白質(zhì)的變性與其新鮮度、水分含量、凍藏溫度、pH、氧化三甲胺還原產(chǎn)生的二甲胺和甲醛、脂肪氧化等因素都有關(guān)系。脂類氧化生成的氫過氧化物質(zhì)能使含硫蛋白質(zhì)發(fā)生氧化，造成食品營養(yǎng)成分的大量流失。脂類氧化產(chǎn)物與蛋白質(zhì)之間會(huì)以共價(jià)鍵結(jié)合，一些食品和飼料中的脂類在氧化后，發(fā)生蛋白質(zhì)-脂類的共價(jià)相互作用，例如冷凍或干制魚、魚粉和油料種子。所以在魚類的貯藏和加工過程中引起魚質(zhì)量明顯下降的一個(gè)重要卻被忽略的因素是脂肪氧化。

脂類的過氧化產(chǎn)物與蛋白質(zhì)的共價(jià)結(jié)合和脂類誘導(dǎo)的蛋白質(zhì)聚合反應(yīng)可能包括2種機(jī)理：自由基反應(yīng)和羰氨反應(yīng)[18]。

3.1 自由基反應(yīng)

氫過氧化物（也就是脂質(zhì)過氧化初級(jí)產(chǎn)物）的裂解產(chǎn)生脂質(zhì)自由基，脂質(zhì)自由基通過抽氫反應(yīng)充當(dāng)引發(fā)劑使蛋白質(zhì)分子變成自由基，蛋白質(zhì)自由基又引發(fā)聚合式鏈反應(yīng)，最終導(dǎo)致蛋白質(zhì)的聚合。例如氫過氧化物的氧-氧鍵斷裂產(chǎn)生烷氧自由基會(huì)與蛋白質(zhì)作用生成蛋白質(zhì)自由基，蛋白質(zhì)自由基再交聯(lián)，誘發(fā)蛋白質(zhì)的聚合。

脂肪氧化產(chǎn)生的自由基會(huì)很快消失，可以用電子自旋共振光譜（electron spin resonance，ESR）來檢測(cè)，并且這是可以直接檢測(cè)的唯一方法。ESR的優(yōu)點(diǎn)是直接對(duì)樣品就可以測(cè)定，而不需要對(duì)樣品進(jìn)行復(fù)雜的處理；樣品檢測(cè)后不會(huì)受到破壞，不會(huì)對(duì)樣品自身反應(yīng)產(chǎn)生干擾；對(duì)同一樣品可以反復(fù)進(jìn)行測(cè)量。它的作用是追蹤反應(yīng)過程中順磁粒子的形成、消失、再生和轉(zhuǎn)移，從而探測(cè)到反應(yīng)的機(jī)制和動(dòng)態(tài)過程。Saeed S[19]等在研究魚肉脂肪-蛋白質(zhì)體系的報(bào)道中指出脂肪氧化大大縮短了許多品種冷凍魚的貨架期，特別是脂肪含量多的魚類易產(chǎn)生惡臭味而不利于消費(fèi)。他們用電子自旋共振證明了冷凍儲(chǔ)存的脂肪氧化產(chǎn)品會(huì)使魚的組織蛋白變硬，聚集。此外，還損失了一些氨基酸，如半胱氨酸、賴氨酸、組氨酸和蛋氨酸，以及損害其他色素蛋白質(zhì)，如細(xì)胞色素C和血紅蛋白。

3.2 羰氨反應(yīng)

羰氨反應(yīng)指的是脂質(zhì)氧化的次生產(chǎn)物（醛類或者酮類化合物）的羰基可與蛋白質(zhì)分子的氨基等側(cè)鏈基團(tuán)發(fā)生反應(yīng)導(dǎo)致多肽鏈的鏈內(nèi)交聯(lián)和鏈間交聯(lián)[20-21]。第一，肽主鏈的氧化斷裂和一些氨基酸側(cè)鏈基團(tuán)的氧化都能生成羰基衍生物[22]。對(duì)氧化最為敏感的氨基酸是雜環(huán)族氨基酸，其次是芳香族氨基酸，最后是具有硫基基團(tuán)的氨基酸。從結(jié)構(gòu)上看，這些氨基酸殘基側(cè)鏈基團(tuán)的-OH、-SH、-NH或-NH2中的氫原子容易被抽去，所以色氨酸、組氨酸、脯氨酸、賴氨酸、半胱氨酸、甲硫氨酸以及酪氨酸易于被氧化。例如Kikugawa等[23]曾報(bào)道，亞油酸氫過氧化物與色氨酸反應(yīng)24 h后，色氨酸的殘基總量減少18%。第二，次生產(chǎn)物小分子醛、酮等，發(fā)生醛化引起相鄰蛋白質(zhì)分子間的交聯(lián)。如脂質(zhì)過氧化物的分解產(chǎn)物丙二醛能與蛋白質(zhì)中賴氨酸的ε-NH2反應(yīng)生成希夫堿，使大分子交聯(lián)。

3.3 蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的重排

參與上述兩大反應(yīng)（脂質(zhì)自由基和脂質(zhì)過氧化的醛類產(chǎn)物反應(yīng)）的蛋白質(zhì)，進(jìn)一步通過氫鍵、疏水相互作用和二硫鍵等的作用進(jìn)行重排，形成高分子的蛋白質(zhì)聚合物。

許多種魚類的肌原纖維蛋白，特別是肌球蛋白在不同的加工和貯藏過程中與不同種類的脂肪或脂肪過氧化產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)而發(fā)生變性[24]。在蛋白質(zhì)表面，脂肪酸有表面活性劑的作用，引起疏水相互作用導(dǎo)致蛋白質(zhì)鏈的展開，進(jìn)而暴露內(nèi)部基團(tuán)用于反應(yīng)。

綜合以上3種反應(yīng)，蛋白質(zhì)與脂質(zhì)、脂質(zhì)過氧化物或游離脂肪酸等相結(jié)合，蛋白質(zhì)變性直接影響蛋白質(zhì)的溶解度。蛋白質(zhì)溶解度的下降又進(jìn)一步影響蛋白質(zhì)的多種功能性質(zhì)，包括起泡能力和泡沫穩(wěn)定性、乳化能力和乳化穩(wěn)定性、膠凝能力、水化能力、增黏性能、保油保水能力等，使得魚的口感變差，組織結(jié)構(gòu)韌性增加[25]，導(dǎo)致魚制品的品質(zhì)大大降低，風(fēng)味劣變。

到2010年為止，從文獻(xiàn)報(bào)道中來看關(guān)于脂肪氧化誘導(dǎo)對(duì)魚蛋白質(zhì)聚集的研究報(bào)道還十分缺乏。江南大學(xué)的黃友如研究了由脂肪氧合酶催化亞油酸誘導(dǎo)大豆蛋白聚集的機(jī)理。通過建立由亞油酸、脂肪氧合酶和低脂質(zhì)含量的大豆蛋白所組成的模擬反應(yīng)體系，應(yīng)用化學(xué)分析、電泳、凝膠色譜和激光光散射等方法研究了反應(yīng)后大豆蛋白的聚集情況[26]。英國薩里大學(xué)Howell N K等研究了酶氧化活性對(duì)魚品質(zhì)影響；抗氧化劑和冷凍保護(hù)劑對(duì)冷凍魚蛋白質(zhì)變性和質(zhì)構(gòu)的影響以及采用電子自旋共振（ESR）研究了游離自由基在魚中的脂肪－蛋白質(zhì)相互反應(yīng)等[27-28]。他們?cè)谘芯眶~肉品質(zhì)在儲(chǔ)存過程中劣化這一現(xiàn)象時(shí)發(fā)現(xiàn)，魚油中多不飽和脂肪酸氧化產(chǎn)生的自由基是問題的關(guān)鍵，其原因是魚肉中的肌球蛋白在自由基作用下發(fā)生了聚集，最終使得蛋白質(zhì)的水化及凝膠性能下降。因此可以推斷魚類脂肪氧化是引起蛋白質(zhì)聚集的重要原因。

4 結(jié)論

筆者曾研究了魚在腌制過程中食鹽、海藻糖對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和性能的影響，探索了腌制加工過程中的脂肪氧化和游離脂肪酸的變化，研究認(rèn)為它們兩者之間存在相當(dāng)?shù)年P(guān)聯(lián)。因此有必要通過脂肪氧化誘導(dǎo)對(duì)魚蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的影響的研究，探明魚蛋白質(zhì)聚集機(jī)理。研究成果將為探索魚加工中脂肪氧化對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)影響，提高水產(chǎn)品加工的內(nèi)在質(zhì)量，闡明我國水產(chǎn)品加工品質(zhì)較低，高附加值產(chǎn)品缺乏的本質(zhì)影響機(jī)制，對(duì)于促進(jìn)我國水產(chǎn)品加工業(yè)的發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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Progress of Denaturation of Fish Protein Induced by Lipid Oxidation

ZHANG Yin－liang，AN Qiao－yun，YANG Hui
（School of Food and Biological Engineering，Zhengzhou University of Light Industry，Zhengzhou 450002，Henan，China）

Progress of fish fat oxidation，fish protein denaturation and protein effected by fat oxidation was summarized.Protein deterioration induced by fat oxidation is an important factor of fish quality decreased.The next research should focus on the mechanism of protein deterioration induced by fat oxidation.

lipid oxidation ；protein denaturation；oxidation induction；quality deterioration；mechanism

章銀良（1963—），男（漢），教授，博士，主要研究方向：食品化學(xué)與質(zhì)量安全。

2011-02-11