氧化引起的肌肉蛋白質(zhì)功能性變化及其控制技術(shù)的研究進(jìn)展

陳洪生，孔保華*，刁靜靜，賀旺林，張瑞紅，薛 冰

氧化引起的肌肉蛋白質(zhì)功能性變化及其控制技術(shù)的研究進(jìn)展

陳洪生1,2，孔保華1,*，刁靜靜3，賀旺林2，張瑞紅2，薛 冰2

（1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150030；2.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江 大慶 163319；3.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué) 國家雜糧工程技術(shù)研究中心，黑龍江 大慶 163319）

蛋白氧化在肉類研究領(lǐng)域是一項(xiàng)嶄新的課題。大量研究表明，宰后和隨后的加工過程以及冷藏過程都會(huì)發(fā)生肌肉蛋白的氧化，但蛋白氧化對肉及肉制品影響的具體程度還不清楚。本文主要針對肉體系中蛋白氧化對蛋白功能性和肉品質(zhì)的影響進(jìn)行綜述，并總結(jié)天然植物提取物對肉蛋白氧化的控制作用，旨在為肉制品貯藏加工中蛋白質(zhì)氧化控制提供理論依據(jù)。

蛋白氧化；功能性；植物提取物

蛋白質(zhì)是肌肉組織中最重要的成分之一，在肌肉食品加工中起到至關(guān)重要的作用，對肉及肉制品的加工特性、營養(yǎng)特性和感官特性都有一定的影響[1]。肌肉蛋白質(zhì)很容易受到外界氧化條件的影響而發(fā)生氧化。利用活性氧（reactive oxygen species，ROS）引發(fā)肉蛋白氧化的研究發(fā)現(xiàn)，引起蛋白質(zhì)氧化的途徑主要有：金屬催化氧化（metal-catalyzed oxidation，MCO）、肌紅蛋白引發(fā)的氧化和脂質(zhì)氧化體系引發(fā)的氧化[2]，另外，光照、輻照、環(huán)境的pH值、溫度、水分活度以及一些促氧化因素的存在也會(huì)影響蛋白質(zhì)和氨基酸的氧化。肌肉蛋白發(fā)生氧化會(huì)使其天然的結(jié)構(gòu)和完整性發(fā)生變化，這些變化會(huì)影響肉的品質(zhì)，主要包括質(zhì)構(gòu)特性、顏色、風(fēng)味、保水性和生物功能性[3-7]。氧化會(huì)使蛋白發(fā)生許多物理、化學(xué)變化，包括氨基酸的破壞、蛋白消化性的降低、酶活性的喪失和溶解度的下降等[8]。鑒于這些功能性的變化，可以推斷肉蛋白的氧化可能會(huì)引起肉或肉制品品質(zhì)的劣變。

1 蛋白氧化對肉品質(zhì)和功能性的影響

自提出蛋白氧化以來，對肉體系中蛋白氧化的認(rèn)識一直深受學(xué)者們的關(guān)注[9]。肌肉蛋白的氧化，最初研究的是蛋白功能性的喪失，包括溶解度、黏度、凝膠性、乳化性和保水性的變化。Lund等[10]概括了肌肉食品發(fā)生蛋白氧化后帶來的問題，并且概括了其對質(zhì)構(gòu)特性和營養(yǎng)價(jià)值的消極影響。Xiong Youling[8]提出，氧化對肌肉蛋白功能性以及肉品質(zhì)產(chǎn)生影響，并指出蛋白分子之間和分子內(nèi)部會(huì)發(fā)生一些物理、化學(xué)反應(yīng)，從而影響其功能特性。

1.1對蛋白構(gòu)象和功能性的影響

肌原纖維蛋白（myo?brillar protein，MP）是肌肉中最豐富的蛋白質(zhì)，是肌纖維的重要組成部分，在肌肉收縮中起著重要的作用，占肌細(xì)胞體積的82%～87%，大約85%的水分保持在MP結(jié)構(gòu)中。保水性是肌肉重要的功能特性之一，決定鮮肉的品質(zhì)，并決定肉制品加工中許多工藝過程的合理性。MP中特定的氨基酸構(gòu)成和順序會(huì)影響它們的二級和三級結(jié)構(gòu)，由于蛋白的結(jié)構(gòu)決定功能性，所以，功能特性與氨基酸側(cè)鏈的分布有很高的相關(guān)性。當(dāng)肌肉食品周圍的環(huán)境為水相時(shí)，極性殘基就會(huì)暴露于水相，而非極性基團(tuán)被閉合于分子內(nèi)部，如賴氨酸和精氨酸，這些側(cè)鏈上的堿性氨基酸、極性殘基就會(huì)朝向外面的自由水，這些極性氨基酸側(cè)鏈也更易暴露，并接近金屬離子等氧化引發(fā)劑，從而對氧化反應(yīng)更加敏感。因此，MP中極性基團(tuán)與水之間的化學(xué)作用會(huì)影響和水相關(guān)的功能特性，主要包括凝膠性、乳化性和保水性。

目前已經(jīng)在牛血清白蛋白和其他動(dòng)物蛋白中發(fā)現(xiàn)，有金屬離子存在的條件下，賴氨酸、精氨酸等氨基酸就會(huì)產(chǎn)生氧化應(yīng)激作用，蛋白羰基將通過氧化脫氨途徑，使可質(zhì)子化的氨基損失掉，最終使電荷分布發(fā)生變化。在劇烈氧化的條件下，α-氨基己二醛（α-aminoadipic，AAS）會(huì)發(fā)生另一個(gè)氧化分解反應(yīng)，產(chǎn)生一個(gè)羧基[2]，這種進(jìn)一步的變化會(huì)加劇肉蛋白電子分布的進(jìn)一步惡化，導(dǎo)致等電點(diǎn)的偏移。Stadtman等[11]研究氧化引起蛋白質(zhì)等電點(diǎn)改變時(shí)發(fā)現(xiàn)，這種偏移主要?dú)w因于堿性氨基酸的氧化修飾，使蛋白分子內(nèi)相互作用和蛋白-水相互作用之間發(fā)生平衡轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致蛋白溶解度下降，這有助于蛋白-蛋白相互作用，并最終發(fā)生蛋白變性。蛋白氧化引起的三級結(jié)構(gòu)的變化會(huì)導(dǎo)致蛋白結(jié)構(gòu)展開、表面疏水性增加，并形成聚集體，最后導(dǎo)致不可逆的變性[8]。另外，氧化比未氧化的蛋白更易發(fā)生熱變性和溶解度變差，并發(fā)現(xiàn)蛋白羰基在結(jié)構(gòu)和生化變化中起到相當(dāng)重要的作用[12]。因此，蛋白的氧化修飾顯著地影響其理化特性，從而改變了肌肉食品的凝膠性、乳化性、黏性和水合性[13]。

蛋白氧化產(chǎn)生的羰基也能通過交聯(lián)的方式來加速蛋白功能性的喪失。氧化蛋白質(zhì)的分子內(nèi)和分子間的交聯(lián)也會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變化，進(jìn)而使功能性喪失[8]。交聯(lián)有助于蛋白聚集體的形成和穩(wěn)定，并可使肌纖維收縮。另外MP的一些功能特性依賴于蛋白之間的聯(lián)系，氧化導(dǎo)致的聚合和大量聚集體的產(chǎn)生，可對肌肉食品產(chǎn)生明顯的消極作用。對肌肉食品的研究發(fā)現(xiàn)，二硫鍵和二酪氨酸的形成是肌肉食品中蛋白交聯(lián)的主要形式[10]，Liu Zelong等[14]認(rèn)為，相鄰氨基酸的帶有氨基和蛋白羰基的聚集，是交聯(lián)發(fā)生的另一個(gè)機(jī)制，但這類反應(yīng)的確切機(jī)制還不清楚。Estévez[2]概括了AAS和γ-谷氨酸半醛（γ-glutamic semialdehydes，GGS）兩種醛在肉類體系中發(fā)生的交聯(lián)和可能對肉功能性帶來消極的影響。研究表明，豬肉冷藏初期就會(huì)產(chǎn)生AAS和GGS，冷藏過程中AAS和GGS含量逐漸增加，隨著兩類醛含量的增加，肉的保水性明顯下降。另外，蛋白氧化對持水性（water holding capacity，WHC）的消極影響也可能影響具體的加工過程，如鹽水注射、腌肉、烹調(diào)過程，以及多汁性等具體的食用品質(zhì)（圖1）。

圖1 蛋白氧化對肉與肉制品品質(zhì)和感官特性的影響[[22]]Fig.1 Plausible mechanisms by which protein oxidation could affect technological and sensory traits of meat and meat products according to the existing literature[2]

但是，有一些研究發(fā)現(xiàn)，在肉加工過程中，溫和氧化和特定蛋白羰基的產(chǎn)生，可能對MP的凝膠性和乳化活性有改善作用[8]，這一結(jié)論已經(jīng)被成功地應(yīng)用在改進(jìn)肉糜類產(chǎn)品的組織特性上[15]。Xiong Youling[8]設(shè)想，MP緩慢地或者說溫和地氧化，能夠通過羰氨縮合形成交聯(lián)，從而改善凝膠的穩(wěn)定性和流變學(xué)特性，相反，劇烈地氧化產(chǎn)生大量的、混亂的聚合現(xiàn)象，這將導(dǎo)致功能特性的劣變。

1.2對蛋白溶解性的影響

肉及肉制品的水分含量很高（高水分活度），肌原纖維蛋白氧化會(huì)引起蛋白質(zhì)之間的交聯(lián)，進(jìn)而形成低聚物、多聚物，最終形成肉眼可見的聚集體，如圖2所示。因此，經(jīng)常將蛋白溶解性的降低，作為肌肉蛋白遭受氧化破壞的標(biāo)記。從熱力學(xué)角度上看，蛋白溶解性的降低是化學(xué)平衡移動(dòng)的結(jié)果，即蛋白分子內(nèi)相互作用和蛋白-水相互作用的平衡移動(dòng)，蛋白氧化促進(jìn)了蛋白分子間相互作用，而減弱了蛋白-水的相互作用，從而使蛋白質(zhì)有序的三級結(jié)構(gòu)受到破壞。在自由基攻擊下，蛋白之間交聯(lián)的形成，除了造成表面疏水性增加外，也是蛋白溶解性降低的主要原因，也就是氧化引起蛋白交聯(lián)，包括共價(jià)鍵和非共價(jià)鍵交聯(lián)。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)蛋白-蛋白之間通過與丙二醛發(fā)生相互作用，是肉和肉制品中蛋白溶解性降低的主要原因。

圖2 不同氧化時(shí)間下MP聚集狀態(tài)的直觀圖Fig.2 Effect of different oxidation time on the solubility of MP

肌球蛋白是肌原纖維結(jié)構(gòu)中最為豐富的蛋白質(zhì)，對氧化非常敏感，尤其對ROS更為敏感。在雞肉中，肌球蛋白極易被脂自由基氧化，形成大量的、不溶的聚合物，尤其是肌球蛋白的兩個(gè)重鏈和輕鏈的消失，要比肌動(dòng)蛋白和原肌球蛋白更加顯著。Bj?rntorp等[16]利用脂質(zhì)的氫過氧化物體系研究魚肌原纖維蛋白氧化，得出了類似的結(jié)論，并發(fā)現(xiàn)亞油酸氫過氧化物能夠?qū)≡w維結(jié)構(gòu)產(chǎn)生高度的破壞作用，引起肌球蛋白A帶的變性和沉淀，從而降低提取率。每克肉中1.5μmol氫過氧化物氧化2.5 h，蛋白質(zhì)的溶解性下降90%[16]?；痣u肌原纖維蛋白在鐵離子/抗壞血酸或銅/抗壞血酸的氧化體系中氧化6 h，溶解性降低32%～36%[17]。在冷藏條件下貯藏5 d后，用氧化脂肪催化牛心肌蛋白氧化，會(huì)使溶解性降低20%[18]。許多研究還發(fā)現(xiàn)，蛋白的不溶性和沉淀直接與游離脂肪酸的不飽和度有關(guān)（雙鍵的數(shù)量）。

另外，與肌原纖維蛋白類似，肌漿蛋白對氧化也是高度敏感的，尤其是肌紅蛋白容易受脂自由基攻擊而變性，導(dǎo)致溶解性下降。Nakhost等[19]從凍干的牛肉肌紅蛋白-甲基亞油酸乳化體系中，分離出許多共價(jià)結(jié)合的聚合物和一些蛋白質(zhì)片斷（分子斷裂形成），發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)溶解性的降低，與蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生氧化的程度緊密相關(guān)。

1.3對蛋白營養(yǎng)價(jià)值的影響

近年來，蛋白氧化對營養(yǎng)和健康的潛在危害已經(jīng)逐漸被重視起來，但目前對該領(lǐng)域的研究仍然很有限[10]。前人曾研究了乳蛋白必需氨基酸的氧化變化，以及氧化衍生物的生物利用率，發(fā)現(xiàn)蛋白氧化后必需氨基酸受到破壞，且氧化蛋白的生物利用率降低（圖3）。

肉類蛋白能夠提供大量的、優(yōu)質(zhì)的且生物利用率很高的氨基酸，但肉蛋白的氧化致使一些氨基酸損失，并使大量的氨基酸側(cè)鏈結(jié)構(gòu)發(fā)生變化[20]。由于蛋白氧化引起了不可逆的必需氨基酸（賴氨酸、精氨酸和蘇氨酸）的氧化修飾，所以，蛋白氨基酸損失是蛋白氧化對食品蛋白營養(yǎng)破壞的一個(gè)直接結(jié)果。但是，肉蛋白氧化到什么程度才會(huì)對食用肉產(chǎn)生顯著的影響還尚待研究。

圖3 蛋白氧化對肉與肉制品營養(yǎng)價(jià)值的影響[[22]]Fig.3 Plausible mechanisms by which protein carbonylation could affect nutritional value of meat and meat products according to the existing literature[2]

除了必需氨基酸的損失之外，氧化對蛋白消化率的影響也會(huì)降低其營養(yǎng)價(jià)值。據(jù)Grune等[21]報(bào)道，溫和的氧化引起蛋白結(jié)構(gòu)的變化較小，并有助于蛋白酶對蛋白質(zhì)的識別，從而增加蛋白對水解的敏感性，但劇烈的氧化會(huì)引起蛋白聚集體的形成，和某些氨基酸側(cè)鏈的氧化分解，這會(huì)改變酶的識別位點(diǎn)，從而使蛋白水解敏感性下降，這兩種現(xiàn)象已經(jīng)在肉類模擬體系中得到證實(shí)。最近的研究還證實(shí)，MP劇烈的氧化修飾會(huì)導(dǎo)致蛋白對蛋白酶敏感性下降，從而降低蛋白的消化率。例如，木瓜蛋白酶水解的化學(xué)鍵包括精氨酸和賴氨酸，氧化會(huì)引起精氨酸和賴氨酸的羰基化，從而使MP對木瓜蛋白酶敏感性降低。因此，與木瓜蛋白酶具有相同水解模式的胰蛋白酶活性也會(huì)受MP氧化的影響[22]。另外，通過羰氨縮合促使交聯(lián)和聚集體形成，也會(huì)影響MP的消化率（圖3），而蛋白聚合導(dǎo)致的氨基酸消化率降低會(huì)對人體健康產(chǎn)生不良影響。但吸收氧化蛋白對人體健康的確切影響目前還不清楚。

1.4對肉與肉制品感官特性的影響

1.4.1對組織結(jié)構(gòu)的影響

近年來，有許多關(guān)于蛋白氧化對鮮肉和肉制品多汁性、嫩度和硬度等組織特性影響的報(bào)道[10]。早期的研究集中在氧化肌肉蛋白對蛋白酶敏感性的影響上，這會(huì)影響成熟期間牛肉的嫩度[9]。Rowe等[23]發(fā)現(xiàn)總蛋白羰基與牛肉的剪切力值顯著相關(guān)。大量研究也已經(jīng)證明，蛋白氧化降低了牛肉的嫩度，但蛋白羰基和肉嫩度之間的確切機(jī)制還不清楚。目前來看，蛋白氧化對肉嫩度的影響，主要包括兩個(gè)方面：1）降低了成熟期間肉蛋白水解能力。主要體現(xiàn)在：MP的氧化轉(zhuǎn)變降低了蛋白水解的敏感性[24]；由于μ-鈣蛋白酶和m-鈣蛋白酶的活性部位包含組氨酸和半胱氨酸殘基，這些基團(tuán)的氧化可能致使酶失活。由圖1可知，蛋白交聯(lián)將加強(qiáng)肌原纖維蛋白的結(jié)構(gòu)，致使肌肉組織變硬。2）通過二硫鍵引發(fā)蛋白交聯(lián)，蛋白氧化可產(chǎn)生大量的蛋白交聯(lián)進(jìn)而使嫩度下降。但蛋白交聯(lián)度具體達(dá)到什么程度才會(huì)顯著影響肉的嫩度，目前還不清楚。

在肉制品中，蛋白氧化與產(chǎn)品組織狀態(tài)改變之間的關(guān)系也已有報(bào)道，例如，法蘭克福香腸和乳化肉餅等產(chǎn)品的硬度和蛋白氧化程度之間存在顯著的相關(guān)性。Fuentes等[25]在研究高靜水壓力對干腌肉嫩度和多汁性的影響時(shí)，得到了相同的結(jié)果，并發(fā)現(xiàn)氧化產(chǎn)生的影響是由于引起了蛋白的交聯(lián)而造成的。

1.4.2對風(fēng)味的影響

氨基酸的Strecker降解是美拉德反應(yīng)中產(chǎn)生風(fēng)味最重要的反應(yīng)之一，包括氧化脫氨和游離氨基酸的脫羧。某些二烯烴和烯酮等來源于脂質(zhì)過氧化作用的醛，能夠促進(jìn)氨基酸的氧化分解，并且通過Strecker反應(yīng)產(chǎn)生相應(yīng)的Strecker醛[26]。Estévez[2]認(rèn)為，AAS和GGS這類羰基能夠影響亮氨酸和異亮氨酸Strecker醛的形成。發(fā)現(xiàn)AAS和GGS的醛基部分能與亮氨酸和異亮氨酸等游離氨基酸發(fā)生反應(yīng)，形成Schiff堿結(jié)構(gòu)，并且最終產(chǎn)生相應(yīng)的Strecker醛。研究還發(fā)現(xiàn)AAS比GGS反應(yīng)活性更強(qiáng)，并且半醛促進(jìn)Strecker醛形成的活性受羰基部分和介質(zhì)pH值的影響，所以，蛋白降解產(chǎn)生的游離氨基酸和游離氧化的氨基酸，將成為肉類體系中Strecker醛的來源，進(jìn)而會(huì)影響風(fēng)味（圖1）。

盡管在食品體系中AAS和GGS對游離氨基酸Strecker降解的影響尚不明確，但作為風(fēng)味物質(zhì)的來源，這些蛋白半醛會(huì)起到相當(dāng)重要的作用，尤其像干腌肉制品等需成熟的產(chǎn)品。Armenteros等[27]報(bào)道了干腌肉制品中AAS和GGS的含量顯著高于其他肌肉食品。Strecker醛是干腌肉的常見成分，是產(chǎn)品風(fēng)味產(chǎn)生的主要物質(zhì)，在肉制品成熟期間，高比例的蛋白分解、蛋白氧化反應(yīng)和Strecker醛的形成是同時(shí)發(fā)生的，說明蛋白半醛會(huì)受其相鄰氨基酸反應(yīng)形成Strecker醛的影響。

2 植物提取物對蛋白氧化的調(diào)控作用

2.1植物提取物在肉制品中的應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，最有效且實(shí)用的預(yù)防氧化和品質(zhì)劣變的方法就是直接在肉制品中添加抗氧化劑。常用的抗氧化劑包括天然的和合成的抗氧化劑，與合成抗氧化劑相比，天然抗氧化劑由于具有安全性和健康特性而占有巨大的優(yōu)勢。從植物中提取的物質(zhì)，如水果、蔬菜、草藥、香料和它們的組分都是很好的天然抗氧化劑來源，由于這些植物提取物能夠作為還原劑、自由基終止劑、金屬螯合劑和單線態(tài)氧猝滅劑，因此可以終止氧化反應(yīng)[28]。

許多植物提取物已經(jīng)被成功地應(yīng)用在控制肉制品的脂質(zhì)氧化中[29]，例如，茶葉、迷迭香、丁香、鼠尾草和牛至，抑制熟肉制品中脂質(zhì)氧化能力與合成抗氧化劑一致[30]。Formanek等[31]研究迷迭香提取物對輻照碎牛肉抗氧化作用中發(fā)現(xiàn)，迷迭香提取物能夠抑制脂質(zhì)氧化，并能延緩顏色變化。Yoo等[32]在檢測17種中草藥時(shí)發(fā)現(xiàn)一些草藥提取物具有較高的1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH）自由基清除能力，增強(qiáng)了細(xì)胞的生存能力，抑制了H2O2誘發(fā)的氧化應(yīng)激，并且增強(qiáng)了超氧化物歧化酶和過氧化氫酶的活性。

植物提取物中含有的多酚類具有很好的抑制脂肪氧化的作用，但在食品蛋白氧化中，多酚作為抗氧化劑的作用還很少報(bào)道。已有的研究主要包括迷迭香提取物[33]、橄欖葉提取物[34]、油菜籽、松樹皮的酚類化合物[35]對肉類蛋白氧化的控制作用。Mercier等[36]發(fā)現(xiàn)喂食VE火雞的肌肉中，蛋白羰基的形成有所下降。Viljanen等[37]發(fā)現(xiàn)在脂質(zhì)體中，漿果多酚對脂質(zhì)和蛋白質(zhì)的氧化，均具有抑制作用。近年來，水果提取物也被添加到肌肉食品中，用來延緩脂質(zhì)和蛋白氧化，并抑制產(chǎn)品褪色，這些提取物包括石榴汁多酚類[38]，白葡萄提取物[39]和草莓提取物、犬薔薇、山楂、楊梅和黑莓[40]。

2.2植物提取物控制蛋白氧化的復(fù)雜性

最近的研究發(fā)現(xiàn)，作為氧化反應(yīng)抑制劑的香辛料或植物提取物的應(yīng)用具有一定的復(fù)雜性[41]。K?hk?nen等[41]認(rèn)為，植物多酚對食品體系氧化穩(wěn)定性的影響是很難確定的，因?yàn)樗苎趸瘲l件、體系的脂質(zhì)特性、生育酚類的存在和其他一些活性物質(zhì)產(chǎn)生的抗氧化或促氧化作用的影響。Viljanen等[37]在研究乳清蛋白-卵磷脂體系中發(fā)現(xiàn)，漿果多酚抑制了蛋白羰基的形成，并減少了色氨酸的損失。然而，在另一個(gè)以漿果為原料富含多酚和漿果碎片研究中，發(fā)現(xiàn)漿果在一定程度上有促氧化作用，相反，漿果碎片表現(xiàn)出抗氧化作用，這表明不同多酚化合物的混合可能產(chǎn)生促氧化作用[42]。

Jongberg等[43]在研究綠茶提取物和迷迭香提取物對波洛尼亞香腸中肉蛋白氧化中發(fā)現(xiàn)，兩種提取物，尤其是綠茶提取物，在巰基氧化生成二硫鍵中有促氧化作用。酚類反應(yīng)與氧還原成活性氧系列是偶聯(lián)的，如：過氧化氫和羥自由基均能夠引起脂質(zhì)和蛋白質(zhì)的氧化損傷[44]。迷迭香提取物中的酚類物質(zhì)主要是二萜類的鼠尾草酸和鼠尾草酚。Fujimoto等[45]在一個(gè)模型體系中證實(shí)了鼠尾草酸能夠保護(hù)巰基氧化，相反，鼠尾草酚則促進(jìn)二硫鍵形成，有趣的是，他們也證實(shí)了兒茶素和它的異構(gòu)體——表兒茶素，是綠茶提取物中主要的多酚化合物。如圖4所示，在酚到醌的起始氧化后，便可與N-苯甲酰半胱氨酸甲酯結(jié)合，生成單、二和三巰基加成物。巰基-醌加成物的形成，可能解釋添加綠茶提取物到波洛尼亞香腸中，發(fā)生性質(zhì)不同的巰基損失的原因，見圖4反應(yīng)1（兒茶素和蛋白巰基間的反應(yīng)）。與兒茶素不同，鼠尾草酸和鼠尾草酚不能與巰基形成加合物[45]，這解釋了對照組香腸添加迷迭香提取物后，巰基并未發(fā)生變化的原因（圖5）。

圖4 植物提取物中酚介導(dǎo)的蛋白聚合機(jī)理[[4433]]Fig.4 Mechanism for phenol-mediated protein polymerization in meat products with added plant extracts[[4433]]

圖5 鼠尾草酸和鼠尾草酚的化學(xué)結(jié)構(gòu)[[4433]]Fig.5 Chemical structures of carnosic acid and carnosol[43]

如圖4所示，兒茶素的鄰苯二酚部分（B環(huán)）可能在3個(gè)不同的位置被巰基取代（a、b、c）[46]，巰基的再生能夠使鄰苯二酚再被氧化一次，并參與第二個(gè)親核攻擊（圖4反應(yīng)2），F(xiàn)ujimoto等[45]用甲基二氫咖啡鹽作為黃酮類化合物的模型，證實(shí)了巰基的加成最初發(fā)生在5’位上，然后是2’位，最后在黃酮類化合物B環(huán)的6’位。從這個(gè)意義上講，二巰基或三巰基加成物的形成是由于酚類氧化介導(dǎo)而產(chǎn)生的蛋白聚合。這些機(jī)制解釋了兩種截然不同的蛋白巰基損失，也解釋了添加綠茶提取物后，波洛尼亞香腸中肌球蛋白重鏈（myosin heavy chain，MHC）和肌動(dòng)蛋白發(fā)生了顯著聚合的原因。如圖5所示，鼠尾草酸和鼠尾草酚只含有一個(gè)巰基結(jié)合位點(diǎn)，一旦發(fā)生結(jié)合就不能與其他的蛋白巰基相結(jié)合，因此，基于這些機(jī)理，添加迷迭香香腸的蛋白就不會(huì)發(fā)生聚合。

Jongberg等[39]發(fā)現(xiàn)這種蛋白與酚的共價(jià)結(jié)合，可被硼氫化合物還原，還原產(chǎn)物是蛋白結(jié)合丙氨酸殘基和一個(gè)游離的硫代苯酚（圖4反應(yīng)2），這解釋了還原后的MHC和肌動(dòng)蛋白可以完全恢復(fù)的原因。在現(xiàn)有的研究報(bào)道中，關(guān)于巰基損失和蛋白聚合的增加，是由于酚添加的促氧化作用，還是由于巰基醌加合物的形成，還不能確定。

因此，就目前對肌肉蛋白質(zhì)氧化研究的現(xiàn)狀來看，還沒有形成對其氧化控制的具體的、成熟的技術(shù)，只是對抗氧化效果較好的植物提取物（當(dāng)前最流行的天然抗氧化劑）進(jìn)行了一定的研究，探索其抗氧化效果，以便為后續(xù)形成具體的、成熟的控制氧化技術(shù)提供理論依據(jù)。

3 結(jié) 語

肉中蛋白的氧化變化主要包括蛋白側(cè)鏈基團(tuán)和次級結(jié)構(gòu)/四級結(jié)構(gòu)的改變，氧化修飾會(huì)引起蛋白功能性的變化，這會(huì)引起蛋白凝膠形成能力、肉的結(jié)合能力、乳化能力、溶解性、黏度和持水能力的變化。通過對蛋白氧化機(jī)理的了解，可以采取一些方法來控制蛋白修飾的程度和類型，以此取得較好的蛋白功能性。植物提取物作為天然的脂質(zhì)抗氧化劑，已被廣泛地應(yīng)用，但其對蛋白氧化的調(diào)控還是一個(gè)新興的領(lǐng)域，由于植物提取物對蛋白氧化的影響具有一定的復(fù)雜性，所以需要更深入地了解其作用機(jī)制，以達(dá)到其對蛋白功能性的合適調(diào)節(jié)，總之，利用植物提取物對蛋白氧化進(jìn)行調(diào)控，以提高肌肉食品品質(zhì)和功能性的研究方興未艾。

[1] LAWRIE R A. Meat Science[M]. 6th ed. Cambridge: Woodhead Publishing, 1998: 48-67.

[2] EST?VEZ M. Protein carbonyls in meat systems: a review[J]. Meat Science, 2011, 89: 259-279.

[3] KEMP C M, SENSKY P L, BARDSLEY R G, et al. Tenderness-an enzymatic view[J]. Meat Science, 2010, 84(2): 248-256.

[4] KAZEMI S, NGADI M O, GARI?PY C. Protein denaturation in porklongissimusmuscle of different quality groups[J]. Food and Bioprocess Technology, 2011, 4(1): 102-106.

[5] TOLDR? F. Proteolysis and lipolysis in ?avour development of drycured meat products[J]. Meat Science, 1998, 49(Suppl 1): 101-110.

[6] van LAACK R L, LIU C H, SMITH M O, et al. Characteristics of pale, soft, exudative broiler breast meat[J]. Poultry Science, 2000, 79(7): 1057-1061.

[7] AHHMED A M, MUGURUMA M A. A review of meat protein hydrolysates and hypertension[J]. Meat Science, 2010, 86(1): 110-118.

[8] XIONG Youling. Protein oxidation and implications for muscle foods quality[M]. New York: Wiley, 2000: 85-111.

[9] MARTINAUD A, MERCIER Y, MARINOVA P, et al. Comparison of oxidative processes on myo?brillar proteins from beef during maturation and by different model oxidation systems[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 1997, 45(7): 2481-2487.

[10] LUND M N, HEINONEN M, BARON C P, et al. Protein oxidation in muscle foods: a review[J]. Molecular Nutrition and Food Research, 2011, 55(1): 83-95.

[11] STADTMAN E R, OLIVER C N. Metal-catalyzed oxidation of proteins. Physiological consequences[J]. Journal of Biological Chemistry, 1991, 266(4): 2005-2008.

[12] PARK D, XIONG Youling, ALDETON A L. Concentration effects of hydroxyl radical oxidizing systems on biochemical properties of porcine muscle myo?brillar protein[J]. Food Chemistry, 2006, 101(3): 1239-1246.

[13] BERTRAM H C, KRISTENSEN M, BARON C P, et al. Does oxidation affect the water functionality of myo?brillar proteins?[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2007, 55(6): 2342-2348.

[14] LIU Zelong, XIONG Youling, CHEN Jie. Protein oxidation enhances hydration but suppresses water-holding capacity in porcine longissimus muscle[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2010, 58(19): 10697-10704.

[15] LANTTO R, PUOLANNE E, KALKKINEN N, et al. Enzyme-aided modi?cation of chicken-breast myo?bril proteins: effect of laccase and transglu-taminase on gelation and thermal stability[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2005, 53(23): 9231-9237.

[16] BJ?RNTORP P, LILJEMARK A, ANGERVALL L. Fatty acid composition of lipids of serum and aorta in the chicken on different diets[J]. Journal of Atherosclerosis Research, 1963, 3: 72-79.

[17] DECKER E A, XIONG Youling, CALVERT J T, et al. Chemical, physical, and functional-properties of oxidized turkey white muscle myo?brillar proteins[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 1993, 41(12): 186-189.

[18] WAN Liping, XIONG Youling, DECKER E A. Inhibition of oxidation during washing improves the functionality of bovine cardiac myofibrillar protein[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 1993, 41(12): 2267-2271.

[19] NAKHOST Z, KAREL M, KRUKONIS V J. Non-conventional approaches to food processing in CELSS. I-algal proteins; characterization and process optimization[J]. Advances in Space Research, 1987, 7(4): 29-38.

[20] PARK D, XIONG Youling. Oxidative modi?cation of amino acids in porcine myo?brillar protein isolates exposed to three oxidizing systems[J]. Food Chemistry, 2007, 103(2): 607-616.

[21] GRUNE T, JUNG T, MERKER K, et al. Decreased proteolysis caused by protein aggregation, inclusion bodies, plaques, lipofuscin, ceroid, and‘a(chǎn)ggresomes’during oxidative stress, aging and disease[J]. The International Journal of Biochemistry & Cell Biology, 2004, 36(12): 2519-2530.

[22] SANT?-LHOUTELLIER V, AUBRY L, GATELLIER P. Effect of oxidation onin vitrodigestibility of skeletal muscle myo?brillar proteins[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2007, 55(13): 5343-5348.

[23] ROWE L J, MADDOCK K R, LONERGAN S M, et al. In?uence of early postmortemprotein oxidation on beef quality[J]. Journal of Animal Science, 2004, 82: 785-793.

[24] HUFF-LONERGAN E, ZHANG Wanhang, LONERGAN S M. Biochemistry of postmortem muscle: lessons on mechanisms of meat tenderization[J]. Meat Science, 2010, 86(1): 184-195.

[25] FUENTES V, VENTANAS J, MORCUENDE D, et al. Lipid and protein oxidation and sensory properties of vacuum-packaged drycured ham subjected to high hydrostatic pressure[J]. Meat Science, 2010, 85(3): 506-514.

[26] ZAMORA R, HIDALGO F J. Coordinate contribution of lipid oxidation and Maillard reaction to the nonenzymatic food browning[J]. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 2005, 45(1): 49-59.

[27] ARMENTEROS M, HEINONEN M, OLLILLAINEN V, et al. Analysis of protein carbonyls in meat products by using the DNPH method, ?uorescence spectroscopy and liquid chromatographyelectrospray ionization-mass spectrometry (LC-ESI-MS)[J]. Meat Science, 2009, 83(1): 104-112.

[28] KONG Baohua, ZHANG Huiyun, XIONG Youling. Antioxidant activity of spice extracts in a liposome system and in cooked pork patties and the possible mode of action[J]. Meat Science, 2010, 85(4): 772-778.

[29] EST?VEZ, CAVA R. Lipid and protein oxidation, release of iron from heme molecule and colour deterioration during refrigerated storage of liver p?té[J]. Meat Science, 2004, 68(4): 551-558.

[30] TANG S, KERRY J P, SHEEDAN D, et al. Antioxidative effect of added tea catechins on susceptibility of cooked red meat, poultry and fish patties to lipid oxidation[J]. Food Research International, 2001, 34(8): 651-657.

[31] FORMANEK Z, LYNCH A, GALVIN K, et al. Combined effects of irradiation and the use of natural antioxidants on the shelf-life stability of overwrapped minced beef[J]. Meat Science, 2003, 63(4): 433-440.

[32] YOO K M, LEE C H, LEE H, et al. Relative antioxidant and cytoprotective activities of common herbs[J]. Food Chemistry, 2008, 106(3): 929-936.

[33] LUND M N, HVIID M S, SKIBSTED L H. The combined effect of antioxidants and modified atmosphere packaging on protein and lipid oxidation inv beef patties during chill storage[J]. Meat Science, 2007, 76(2): 226-233.

[34] HAYES J E, STEPANYAN V, ALLEN P, et al. The effect of lutein, sesamol, ellagic acid and olive leaf extract on lipid oxidation and oxymyoglobin oxidation in bovine and porcine muscle model systems[J]. Meat Science, 2009, 83(2): 201-208.

[35] VUORELA S, SALMINEN H, M?KEL? M, et al. Effect of plant phenolics on protein and lipid oxidation in cooked pork meat patties[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2005, 53(22): 8492-8497.

[36] MERCIER Y, GATELLIER P, VIAU M, et al. Effect of dietary fat and vitamin E on colour stability and lipid and protein oxidation in turkey meat during storage[J]. Meat Science, 1998, 48(3/4): 301-318.

[37] VILJANEN K, KIVIKARI R, HEINONEN M. Protein-lipid interactions during liposome oxidation with added anthocyanin and other phenolic compounds[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2004, 52(5): 1104-1111.

[38] VAITHIYANATHAN S, NAVEENA B M, MUTHUKUMAR M, et al. Effect of dipping in pomegranate (Punica granatum) fruit juice phenolic solution on the shelf life of chicken meat under refrigerated storage (4℃)[J]. Meat Science, 2011, 88(3): 409-414.

[39] JONGBERG S, SKOV S H, TORNGREN M A, et al. Effect of white grape extract and modified atmosphere packaging on lipid and protein oxidation in chill stored beef patties[J]. Food Chemistry, 2011, 128(2): 276-283.

[40] GANH?O R, MORCUENDE D, EST?VEZ M. Protein oxidation in emulsified cooked burger patties with added fruit extracts: influence on colour and texture deterioration during chill storage[J]. Meat Science, 2010, 85(3): 402-409.

[41] K?HK?NEN M P, HOPIA A I, VUORELA H J, et al. Antioxidant activity of plant extracts containing phenolic compounds[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 1999, 47(10): 3954-3962.

[42] VILJANEN K, KYLLI P, KIVIKARI R, et al. Inhibition of protein and lipid oxidation in liposomes by berry phenolics[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2004, 52(24): 7419-7424.

[43] JONGBERG S, TORNGREN M A, GUNVIG A, et al. Effect of green tea or rosemary extract on protein oxidation in Bologna type sausages prepared from oxidatively stressed pork[J]. Meat Science, 2013, 93(3): 538-546.

[44] ZHOU L, ELIAS R J. Investigating the hydrogen peroxide quenching capacity of proteins in polyphenol-rich foods[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2011, 59(16): 8915-8922.

[45] FUJIMOTO A, MASUDA T. Chemical interaction between polyphenols and a cysteinyl thiol under radical oxidation conditions[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2012, 60(20): 5142-5151.

[46] NIKOLANTONAKI M, JOURDES M, SHINODA K, et al. Identification of adducts between an odoriferous volatile thiol and oxidized grape phenolic compounds: kinetic study of adduct formation under chemical and enzymatic oxidation conditions[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2012, 60(10): 2647-2656.

Functionality Changes in Muscle Proteins Induced by Oxidation and Control Technologies: a Review

CHEN Hongsheng1,2, KONG Baohua1,*, DIAO Jingjing3, HE Wanglin2, ZHANG Ruihong2, XUEBing2
(1. College of Food Science, Northeast Agricultural University, Harbin 150030, China; 2. College of Food Science, Heilongjiang Bayi Agricultural University, Daqing 163319, China; 3. National Coarse Cereals Engineering Research Center, Heilongjiang Bayi Agricultural University, Daqing 163319, China)

Protein oxidation is an innovative topic in meat science. Many studies have investigated the occurrence ofprotein oxidation right after slaughter and during subsequent processing and cold storage of meat. However, the signi?canceof protein oxidation in meat systems is still poorly understood. The present paper reviews the current knowledge on themechanisms and consequences of protein oxidation in meat systems and summarizes the antioxidant function of plantextracts aiming to provide a theoretical basis for further investigations on this research topic of considerable interest.

protein oxidation; functional property; plant extracts

TS251.1

1002-6630（2015）11-0215-06

10.7506/spkx1002-6630-201511041

2014-11-15

國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（31471599）；黑龍江省教育廳科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目（12541574）

陳洪生（1979—），男，講師，博士研究生，研究方向?yàn)樾螽a(chǎn)品加工。E-mail：hsch0608@163.com

*通信作者：孔保華（1963—），女，教授，博士，研究方向?yàn)樾螽a(chǎn)品加工。E-mail：kongbh@163.com