線粒體對(duì)肉色及其穩(wěn)定性影響的研究進(jìn)展

吳 爽，羅 欣，毛衍偉，朱立賢，楊嘯吟，韓廣星，張一敏,*

肉色是評(píng)價(jià)生鮮肉品質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)，大多數(shù)消費(fèi)者把肉色作為判斷肉是否新鮮、衛(wèi)生的一個(gè)主要尺度，可以說(shuō)，肉色是影響消費(fèi)者購(gòu)買意愿的決定性因素。鮮亮的桃紅色是生鮮肉新鮮的指示標(biāo)志，任何不符合這些顏色表觀特征的肉會(huì)被認(rèn)為品質(zhì)差或已經(jīng)腐敗。表面變色的生鮮肉會(huì)被打折銷售或者加工成低價(jià)值的產(chǎn)品，甚至直接丟棄。據(jù)統(tǒng)計(jì)，美國(guó)肉類產(chǎn)業(yè)每年因?yàn)槿忸愖兩珕?wèn)題造成的經(jīng)濟(jì)損失超過(guò)10億 美元[1]。影響肉色及肉色穩(wěn)定性的因素很多，宰前因素包括：動(dòng)物的種類與品種、飼養(yǎng)方式和宰前管理方式等；宰后因素主要包括：肌肉類型、pH值、貯藏溫度、包裝方式、貯藏時(shí)間及肌肉自身的生化特性如脂質(zhì)氧化水平和線粒體活力等[2-3]。近40年來(lái)，很多學(xué)者對(duì)影響肉色及肉色穩(wěn)定性的因素進(jìn)行了廣泛的研究，也有不少學(xué)者對(duì)這些研究進(jìn)行了概述，但是鮮見關(guān)于線粒體與肉色及肉色穩(wěn)定性的總結(jié)報(bào)告或綜述性文獻(xiàn)。線粒體與肌紅蛋白的氧化還原狀態(tài)密切相關(guān)，它主要通過(guò)影響氧氣消耗和高鐵肌紅蛋白還原來(lái)影響肉色及其穩(wěn)定性。目前，部分學(xué)者研究了線粒體在肉色及肉色穩(wěn)定性中的作用，發(fā)現(xiàn)影響線粒體結(jié)構(gòu)和功能的因素也會(huì)影響肉色?；诖?，本文從線粒體的氧氣消耗、密度和效率與肉色的關(guān)系，影響線粒體結(jié)構(gòu)、功能的因素與肉色的關(guān)系等方面，對(duì)目前關(guān)于線粒體與肉色及其穩(wěn)定性關(guān)系的研究進(jìn)行綜述，概括線粒體對(duì)生鮮肉肉色及其穩(wěn)定性的直接影響和基于線粒體影響肉色及其穩(wěn)定性的因素，并重點(diǎn)闡述相關(guān)影響機(jī)理。這對(duì)于深入研究生鮮肉肉色與肉色穩(wěn)定性的關(guān)系，開發(fā)相應(yīng)的護(hù)色技術(shù)，具有重要意義。

1 肌紅蛋白與肉色

肉中的色素蛋白質(zhì)主要包括肌紅蛋白和血紅蛋白。動(dòng)物屠宰放血后，血紅蛋白大部分流失。因此，在放血良好的胴體中，肌紅蛋白是決定肌肉顏色的關(guān)鍵物質(zhì)[2]。

1.1 肌紅蛋白結(jié)構(gòu)

肌紅蛋白是一個(gè)單體血紅素蛋白，含有一個(gè)血紅素輔基和珠蛋白的一部分。珠蛋白鏈由8 條螺旋部分組成，形成一個(gè)圍繞著血紅素的盤旋結(jié)構(gòu)。珠蛋白鏈?zhǔn)寡t素具有水溶性，保護(hù)血紅素鐵免受外部環(huán)境/氧化作用的影響，進(jìn)而保持肌紅蛋白的功能。血紅素中的共軛雙鍵具有共振性質(zhì)，使肌紅蛋白有吸收可見光的能力，所以肌紅蛋白具有色素的功能。血紅素含有一個(gè)以還原態(tài)（亞鐵/Fe2+）或氧化態(tài)（鐵/Fe3+）存在的鐵離子，血紅素鐵的外部軌道可以接受6 個(gè)電子，因此可以形成6 個(gè)配位鍵。其中4 個(gè)配位鍵和血紅素卟啉環(huán)的吡咯氮結(jié)合，第5個(gè)和近端組氨酸（珠蛋白鏈的93位置）結(jié)合，連接血紅素和珠蛋白鏈。此外，還有一個(gè)組氨酸殘基（珠蛋白鏈64位置的遠(yuǎn)端組氨酸）在血紅素附近，但不與血紅素結(jié)合[3]。遠(yuǎn)端組氨酸-64通過(guò)影響疏水性血紅素空穴的空間關(guān)系影響顏色動(dòng)態(tài)。血紅素鐵的第6個(gè)位置會(huì)結(jié)合氧或其他小的配體，如一氧化氮或一氧化碳，形成不同形式的肌紅蛋白。因此血紅素輔基的第6位配體和鐵原子的價(jià)位是決定肉色的關(guān)鍵因素[4]。

1.2 肌紅蛋白氧化還原狀態(tài)與肉色

在不同包裝系統(tǒng)中貯藏和銷售的生鮮肉中，肌紅蛋白會(huì)以4 種氧化還原狀態(tài)中的一種形式存在，即脫氧肌紅蛋白、氧合肌紅蛋白、碳氧肌紅蛋白和高鐵肌紅蛋白[4]。其中脫氧肌紅蛋白、氧合肌紅蛋白和碳氧肌紅蛋白的血紅素鐵是亞鐵狀態(tài)。氧合肌紅蛋白和碳氧肌紅蛋白可以賦予鮮肉鮮亮的桃紅色，受到消費(fèi)者喜愛[1]。脫氧肌紅蛋白為紫紅色。在氧合肌紅蛋白和一氧化碳肌紅蛋白中，血紅素鐵的第6個(gè)配位鍵分別結(jié)合了氧氣和一氧化碳，而在脫氧肌紅蛋白中血紅素亞鐵沒(méi)有結(jié)合配體。3 種肌紅蛋白的血紅素亞鐵態(tài)被氧化為三價(jià)鐵會(huì)形成褐色的高鐵肌紅蛋白，而高鐵肌紅蛋白的形成導(dǎo)致了鮮肉的褐變。高鐵肌紅蛋白血紅素鐵的第6位配位鍵會(huì)結(jié)合一個(gè)水分子，失去結(jié)合氧的能力[3]。

2 線粒體與肌紅蛋白

線粒體是真核生物進(jìn)行氧化代謝的部位，是糖類、脂肪和氨基酸最終氧化釋放能量的場(chǎng)所。線粒體是雙膜結(jié)合的細(xì)胞器，由內(nèi)膜和外膜組成。外膜是磷脂雙層，完全包圍著細(xì)胞器，離子和小分子可以容易地通過(guò)外膜。線粒體內(nèi)膜上含有與電子傳遞鏈有關(guān)的復(fù)合體和蛋白質(zhì)，包括脂溶性電子載體蛋白如輔酶Q、細(xì)胞色素和Fe-S蛋白。線粒體內(nèi)膜上還存在三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）合成酶復(fù)合體和運(yùn)輸?shù)鞍踪|(zhì)。線粒體基質(zhì)中包含三羧酸循環(huán)酶（丙酮酸脫氫酶復(fù)合體、檸檬酸循環(huán)酶等）和線粒體2/3的總蛋白質(zhì)數(shù)量。線粒體負(fù)責(zé)的最終氧化的共同途徑是三羧酸循環(huán)與氧化磷酸化，分別對(duì)應(yīng)有氧呼吸的第二、三階段。在線粒體基質(zhì)中完成的三羧酸循環(huán)會(huì)產(chǎn)還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（reduced nicotinarnide adenine dinucleotide，NADH）和還原型黃素腺嘌呤二核苷酸（reduced flavin adenosine dinucleotide，F(xiàn)ADH2）等分子，而氧化磷酸化過(guò)程會(huì)利用這些物質(zhì)還原氧氣釋放能量合成ATP。在活體內(nèi)，肌紅蛋白會(huì)把氧氣運(yùn)輸給肌肉內(nèi)的線粒體[5]，進(jìn)行氧化代謝，為機(jī)體正常運(yùn)轉(zhuǎn)提供能量。在宰后肌肉中，線粒體會(huì)繼續(xù)進(jìn)行氧化代謝。在4 ℃條件下真空包裝貯藏60 d的肌肉仍然可以分離出完整的線粒體[6]。線粒體的功能與肌紅蛋白緊密相關(guān)[5]，在過(guò)去的10 年里，研究人員已經(jīng)廣泛地研究了線粒體對(duì)肉色穩(wěn)定性的作用。線粒體可以影響肌紅蛋白的氧化還原狀態(tài)，主要通過(guò)兩種機(jī)制：線粒體的氧氣消耗（降低氧分壓）和高鐵肌紅蛋白的還原[7]，因此線粒體可以影響肉色形成機(jī)理（氧合作用/不同肌紅蛋白相對(duì)比例）和肉色穩(wěn)定性（氧化作用）。

2.1 線粒體氧氣消耗和肉色

宰后肌肉中的線粒體會(huì)繼續(xù)保持活力并消耗氧氣，影響肌紅蛋白氧化還原狀態(tài)[8]。早期研究表明，肌肉組織氧氣消耗速率會(huì)顯著地影響高鐵肌紅蛋白的積累。氧氣消耗增加會(huì)促進(jìn)氧合肌紅蛋白脫氧變?yōu)槊撗跫〖t蛋白，而脫氧肌紅蛋白更容易氧化為高鐵肌紅蛋白，因此縮短產(chǎn)品貨架期。而且，肉色穩(wěn)定性差的肌肉氧氣消耗率較高[9]。但也有研究提出，較高的線粒體氧氣消耗會(huì)促進(jìn)無(wú)氧環(huán)境的形成，有利于高鐵肌紅蛋白的還原，進(jìn)而有利于保持良好的肉色穩(wěn)定性。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，線粒體和肌紅蛋白對(duì)氧氣的競(jìng)爭(zhēng)是影響肌肉形成亮紅色肉色的一個(gè)關(guān)鍵因素，決定了初始肉色。

在封閉系統(tǒng)中，線粒體和亞線粒體的呼吸作用可以降低氧分壓，增強(qiáng)氧合肌紅蛋白向脫氧肌紅蛋白或高鐵肌紅蛋白的轉(zhuǎn)變過(guò)程，形成較暗的（紫紅）或褐色的肉色。而在開放系統(tǒng)中，氧氣消耗有同樣的作用[6]。Ramanathan等[10]也發(fā)現(xiàn)線粒體與氧合肌紅蛋白相互作用，會(huì)使氧合肌紅蛋白的亞鐵血紅素結(jié)合的氧氣轉(zhuǎn)移到線粒體上，使氧合肌紅蛋白轉(zhuǎn)變?yōu)槊撗跫〖t蛋白。線粒體氧氣消耗對(duì)氧氣的競(jìng)爭(zhēng)超過(guò)肌紅蛋白，就會(huì)導(dǎo)致脫氧肌紅蛋白形成，進(jìn)而形成較暗的肉色，在這種情況，肉的發(fā)色能力較差，也就不能形成典型的櫻桃紅色。通過(guò)以上機(jī)理的闡述，發(fā)現(xiàn)線粒體氧氣消耗的高低與肉色穩(wěn)定性之間并不是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系，較高的線粒體氧氣消耗都有可能導(dǎo)致較穩(wěn)定的肉色，考慮到線粒體是一個(gè)十分復(fù)雜的生化系統(tǒng)，不同條件下線粒體氧氣消耗如何影響肉色的穩(wěn)定性值得進(jìn)一步深入探究。

2.2 線粒體與高鐵肌紅蛋白還原能力

高鐵肌紅蛋白還原能力（metmygolobin reducing activity，MRA）是鮮肉在貯藏期間保持和延長(zhǎng)肉色穩(wěn)定性的一個(gè)重要的內(nèi)在特性。有研究表明，高鐵肌紅蛋白還原力主要依賴NADH（由脫氫酶產(chǎn)生）和電子（由線粒體產(chǎn)生），即高鐵肌紅蛋白還原途徑主要是依賴NADH和線粒體電子傳遞鏈調(diào)控的高鐵肌紅蛋白還原[11-12]。早期有學(xué)者提出線粒體可能參與高鐵肌紅蛋白的還原。他們發(fā)現(xiàn)添加NAD+到碎牛肉中可以再生NADH，促進(jìn)高鐵肌紅蛋白的還原，而添加魚藤酮（一種電子傳遞鏈復(fù)合體I抑制劑）可以抑制其還原；另外他們發(fā)現(xiàn)，在厭氧條件下也會(huì)增加高鐵肌紅蛋白還原。因此得出結(jié)論：線粒體在厭氧條件下可以把電子從NADH或琥珀酸鹽傳遞給氧，促進(jìn)高鐵肌紅蛋白還原，但他們沒(méi)有考慮到線粒體電子傳遞鏈可以直接還原高鐵肌紅蛋白[13]。Arihara等[14]發(fā)現(xiàn)高鐵肌紅蛋白還原酶主要在線粒體上，微粒體上很少。外膜細(xì)胞色素b5主要在線粒體上，而細(xì)胞色素b5在微粒體上，所以線粒體和微粒體一起控制完整的高鐵肌紅蛋白還原酶系，調(diào)節(jié)高鐵肌紅蛋白還原。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，三羧酸循環(huán)底物可以產(chǎn)生還原當(dāng)量NADH和FADH2，還原當(dāng)量通過(guò)三羧酸循環(huán)代謝產(chǎn)物在線粒體內(nèi)外膜之間傳遞，實(shí)現(xiàn)對(duì)高鐵肌紅蛋白的還原；因此線粒體可以通過(guò)調(diào)節(jié)高鐵肌紅蛋白還原，影響肌紅蛋白氧化還原狀態(tài)和肉色穩(wěn)定性[10]。

此外，為了闡述線粒體電子傳遞鏈上的電子可以直接還原高鐵肌紅蛋白，Tang Jiali等[7]在線粒體電子傳遞鏈調(diào)控高鐵肌紅蛋白還原的研究中，選用在三羧酸循環(huán)過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生NADH的琥珀酸鹽為底物，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)線粒體調(diào)節(jié)的高鐵肌紅蛋白還原是在低氧壓或電子在電子傳遞鏈上積累的條件下，通過(guò)細(xì)胞色素把可用電子傳遞給高鐵肌紅蛋白實(shí)現(xiàn)的。電子傳遞的具體途徑可能為：琥珀酸鹽→復(fù)合體II輔酶Q→復(fù)合體III→細(xì)胞色素c→外膜細(xì)胞色素b5→高鐵肌紅蛋白，但電子傳遞鏈調(diào)控的高鐵肌紅蛋白還原力會(huì)隨著pH值和溫度的降低而降低。研究還發(fā)現(xiàn)，宰后肌肉中電子在線粒體電子傳遞鏈上的反向傳遞也會(huì)影響NADH的形成和高鐵肌紅蛋白的還原，電子反向流入線粒體的復(fù)合體I會(huì)再生NADH，而NADH可以通過(guò)電子傳遞和酶途徑來(lái)還原高鐵肌紅蛋白[15]。

2.3 線粒體密度和效率與肉色

有研究表明牛肉肉色穩(wěn)定性與線粒體含量和氧氣消耗率有關(guān)，肉色不穩(wěn)定型肌肉的線粒體密度和氧氣消耗率要相對(duì)高于肉色穩(wěn)定型肌肉[9]。后來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，在封閉系統(tǒng)中，線粒體密度越大，氧分壓降低越快，越有利于肌紅蛋白保持在脫氧肌紅蛋白狀態(tài)，但是線粒體的密度與高鐵肌紅蛋白的形成呈負(fù)相關(guān)。而在開放系統(tǒng)中，線粒體密度為0.5 mg/mL時(shí)，高鐵肌紅蛋白形成最多[6]。此外，有研究發(fā)現(xiàn)電子傳遞鏈上存在位點(diǎn)專一缺陷，而這一缺陷會(huì)導(dǎo)致呼氣期間電子傳遞鏈上的電子丟失，進(jìn)而導(dǎo)致線粒體效率降低。McKeith等[16]提出線粒體的效率影響牛肉肉色的穩(wěn)定性。在電子傳遞過(guò)程中，電子丟失會(huì)形成活性氧，活性氧可以被細(xì)胞還原。他們指出高鐵肌紅蛋白還原力的降低與電子丟失的增加有關(guān)，這是因?yàn)榛钚匝醣贿€原時(shí)會(huì)消耗NADH。

另一個(gè)機(jī)制認(rèn)為活性氧可能會(huì)對(duì)高鐵肌紅蛋白還原酶造成氧化損傷。因此，電子傳遞鏈中電子的丟失與高鐵肌紅蛋白還原力的降低有關(guān)，而還原力降低會(huì)降低牛肉顏色穩(wěn)定性。McKeith等[17]進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)黑切肉的電子丟失顯著高于正常肉，而且黑切肉中的線粒體豐度要高于正常肉，并與極限pH值成正比，而含有較高線粒體豐度的動(dòng)物具有較高的氧化能力。因此他們推測(cè)出含有大量低效率線粒體和較高氧化能力的動(dòng)物，在應(yīng)激反應(yīng)期間會(huì)消耗更多的糖原，進(jìn)而形成黑切肉。

3 影響線粒體功能的因素與肉色

研究表明在宰后肌肉中，線粒體會(huì)保持活力、繼續(xù)進(jìn)行氧氣消耗并影響肉色及其穩(wěn)定性。線粒體氧氣消耗會(huì)影響肌紅蛋白的氧化還原狀態(tài)和產(chǎn)生有利于高鐵肌紅蛋白還原的低氧環(huán)境。此外，高鐵肌紅蛋白還原的兩種途徑：線粒體電子傳遞鏈調(diào)控的高鐵肌紅蛋白還原和依賴NADH的高鐵肌紅蛋白還原酶都與線粒體緊密聯(lián)系。因此，影響線粒體功能的因素也會(huì)影響肉色及其穩(wěn)定性。

3.1 pH值和溫度

宰后肌肉pH值的下降速率會(huì)影響肌肉的生化反應(yīng)和結(jié)構(gòu)特征，pH值下降會(huì)使酶變性以及使線粒體結(jié)構(gòu)的完整性和功能特性受到破壞[18]，進(jìn)而影響肉色及其穩(wěn)定性。Ashmore等[19-20]對(duì)比了正常牛肉和DFD（dark，firm and dry）肉中的線粒體活力，發(fā)現(xiàn)在宰后0 h時(shí)正常肉和DFD肉的線粒體活力沒(méi)有任何差異，但宰后24 h后從DFD肉（pH 6.7）中分離的線粒體活力高于正常肉（pH 5.7）。因此推測(cè)出，DFD肉的顏色較暗是因?yàn)榫€粒體活力高、呼吸作用強(qiáng)，進(jìn)而導(dǎo)致氧合肌紅蛋白釋放結(jié)合的氧，轉(zhuǎn)變?yōu)槊撗跫〖t蛋白，呈現(xiàn)出脫氧肌紅蛋白的紫紅色。后來(lái)有學(xué)者指出pH值降低可以顯著地抑制線粒體代謝，隨著pH值的降低，線粒體復(fù)合體III和IV的氧氣消耗速率會(huì)顯著降低。他們還認(rèn)為依賴琥珀酸鹽的線粒體呼吸作用會(huì)影響氧合肌紅蛋白的氧化，但這一過(guò)程取決于pH值[6]。

在pH 5.6時(shí)，線粒體氧氣消耗會(huì)促進(jìn)脫氧肌紅蛋白形成，然后快速地氧化為高鐵肌紅蛋白；而在pH 7.2時(shí)，它會(huì)增加氧合肌紅蛋白向脫氧肌紅蛋白的轉(zhuǎn)變[6]。此外，Tang Jiali等[7]發(fā)現(xiàn)線粒體電子傳遞鏈調(diào)控的高鐵肌紅蛋白還原力也會(huì)隨著pH值的降低而降低，在pH 7.2、37 ℃時(shí)還原力最大，所以他們認(rèn)為在宰后肌肉中這種途徑的高鐵肌紅蛋白還原雖然存在但作用很小。溫度可以影響線粒體的活力和高鐵肌紅蛋白還原酶活力，相比于高溫，低溫和低pH值可以降低線粒體活力并增加氧氣溶解度，使肌紅蛋白易與氧氣發(fā)生氧合作用，進(jìn)而可以更好地發(fā)色[3,21]。Tang Jiali等[6]發(fā)現(xiàn)隨著溫度降低，脫氧肌紅蛋白相對(duì)含量降低，這表明線粒體電子傳遞鏈調(diào)控的高鐵肌紅蛋白還原力降低（4 ℃＜25 ℃＜37 ℃）。

3.2 貯藏（成熟）時(shí)間

隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，線粒體結(jié)構(gòu)和活力會(huì)發(fā)生改變。Tang Jiali等[6]指出宰后2 h的肌肉中的線粒體會(huì)保持完整的結(jié)構(gòu)，但延長(zhǎng)貯藏時(shí)間會(huì)導(dǎo)致線粒體結(jié)構(gòu)膨脹、破壞，進(jìn)而降低線粒體的活力。曹錦軒[22]也指出隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，骨骼肌細(xì)胞線粒體結(jié)構(gòu)的完整性以及功能會(huì)遭到不同程度的破壞。因此，在宰后貯藏過(guò)程中，細(xì)胞的呼吸功能和線粒體電子傳遞鏈可能會(huì)受到嚴(yán)重的破壞。線粒體產(chǎn)生的NADH、高鐵肌紅蛋白還原酶和線粒體氧氣消耗過(guò)程相結(jié)合可以通過(guò)細(xì)胞色素把可用電子傳遞給高鐵肌紅蛋白，進(jìn)而促進(jìn)高鐵肌紅蛋白還原。所以，線粒體活力的降低可以影響肉色穩(wěn)定性和肉色初始強(qiáng)度。牛肉發(fā)色時(shí)，脫氧肌紅蛋白發(fā)生氧合作用形成氧合肌紅蛋白，這一過(guò)程在一定程度上取決于氧氣滲透的深度、速率以及氧擴(kuò)散與肌肉組織氧氣消耗之間對(duì)氧的競(jìng)爭(zhēng)[23]。

有研究發(fā)現(xiàn)，延長(zhǎng)成熟時(shí)間，牛肉氧氣消耗速率降低。Mancini等[23]也指出延長(zhǎng)貯藏時(shí)間會(huì)降低線粒體氧氣消耗進(jìn)而增加初始肉色強(qiáng)度，但會(huì)降低線粒體調(diào)控的高鐵肌紅蛋白還原力，進(jìn)而降低肉色穩(wěn)定性。Lindahl等[24]在對(duì)豬腰肉發(fā)色和肉色穩(wěn)定性的研究中發(fā)現(xiàn)在真空條件下，延長(zhǎng)貯藏時(shí)間（幾周以上），肉發(fā)色速率更快，形成的顏色更明顯、氧合肌紅蛋白層更厚。Wyrwisz等[21]在真空包裝成熟對(duì)牛半膜肌顏色和發(fā)色能力的研究中，得出與上述研究同樣的結(jié)論，這說(shuō)明延長(zhǎng)貯藏時(shí)間可能會(huì)限制線粒體酶活力。然而，有研究者發(fā)現(xiàn)宰后60 d的肌肉分離出的線粒體仍有消耗氧氣的能力，但比宰后早期分離出的線粒體消耗氧氣能力低很多。在宰后60 d的組織中添加適當(dāng)?shù)牡孜铮ㄈ珑晁猁}）可以刺激組織消耗氧氣。他們認(rèn)為貯藏時(shí)間對(duì)肉色的影響來(lái)源于代謝底物的缺乏而不是特定酶的缺乏或酶活力低，因?yàn)樗麄儼l(fā)現(xiàn)許多酶包括電子傳遞鏈酶在貯藏4 周后仍保持活力，而主要的代謝底物濃度卻很低[6]。

3.3 脂質(zhì)氧化

脂質(zhì)氧化是牛肉宰后貯藏或成熟過(guò)程中引發(fā)肉色劣變的主要原因。脂質(zhì)氧化反應(yīng)產(chǎn)生了多種自由基，并生成復(fù)雜的氧化產(chǎn)物，例如醛類化合物、酮類化合物以及環(huán)氧化合物，其中以壬醛、丙二醛、4-羥基-2-壬烯醛（4-hydroxy-2-nonenal，HNE）、己烯醛等醛式產(chǎn)物為主[25]。脂質(zhì)氧化產(chǎn)物一方面可以直接與肌紅蛋白作用，促進(jìn)肌紅蛋白氧化為高鐵肌紅蛋白；另一方面它可以通過(guò)響線粒體的完整性來(lái)影響肉色變化。此外，線粒體膜上50%的脂肪為多不飽和脂肪，易發(fā)生脂質(zhì)氧化[8]。脂質(zhì)氧化產(chǎn)物丙二醛可以通過(guò)與氨基酸殘基反應(yīng)修改蛋白質(zhì)，與氨基反應(yīng)和核苷形成加成物，導(dǎo)致突變[26]。Long Jiangang等[27]在研究中發(fā)現(xiàn)脂質(zhì)氧化次級(jí)產(chǎn)物丙二醛能鈍化線粒體中復(fù)合物I、復(fù)合物II及酮戊二酸脫氫酶、琥珀酸脫氫酶、蘋果酸脫氫酶的活力，造成線粒體電子呼吸鏈生物氧化功能紊亂，這說(shuō)明丙二醛通過(guò)影響線粒體氧氣消耗和電子傳遞鏈以及三羧酸循環(huán)過(guò)程，來(lái)影響肉色及其穩(wěn)定性。陳騁等[28-29]指出脂質(zhì)氧化產(chǎn)物丙二醛、己醛和壬醛能引起線粒體發(fā)生腫脹、變形、膜通透性顯著增大等不可逆損傷（即線粒體結(jié)構(gòu)損傷）而導(dǎo)致其生物功能紊亂，并且可以抑制電子傳遞鏈調(diào)控的高鐵肌紅蛋白還原過(guò)程，而且丙二醛還可以抑制線粒體中依賴NADH的高鐵肌紅蛋白還原酶活力。

ω-6多不飽和脂肪酸氧化可以產(chǎn)生一種α、β不飽和醛-HNE，它可以通過(guò)與組氨酸、半胱氨酸和賴氨酸殘基反應(yīng)來(lái)抑制酶活和改變蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)[30]。很多研究表明，HNE可以抑制線粒體呼吸（抑制NADH調(diào)控的線粒體呼吸和復(fù)合體I、II的呼吸以及降低復(fù)合體II、III的活力）和有選擇性地抑制線粒體基質(zhì)中一些酶的活力（酮戊二酸脫氫酶和琥珀酸脫氫酶）[31-34]。Long Jiangang等[27]在研究中也曾列出HNE和丙烯醛對(duì)線粒體的影響。從這些研究中發(fā)現(xiàn)HNE和丙烯醛可以抑制線粒體的功能，例如線粒體的呼吸作用、電子傳遞和一些基質(zhì)酶的活力等。研究還發(fā)現(xiàn)HNE可以結(jié)合細(xì)胞色素c和細(xì)胞色素c氧化酶，而細(xì)胞色素c可以在輔酶細(xì)胞色素c氧化還原酶（復(fù)合體III）和細(xì)胞色素c氧化酶（復(fù)合體IV）之間傳遞電子，細(xì)胞色素c氧化酶能夠催化電子從細(xì)胞色素c傳遞給氧[35]，這說(shuō)明HNE可以抑制線粒體氧氣消耗和線粒體電子傳遞鏈調(diào)控的高鐵肌紅蛋白還原，進(jìn)而影響肉色及其穩(wěn)定性。

丙烯醛比丙二醛和HNE的親電子能力更強(qiáng)，與硫醇和氨基反應(yīng)更強(qiáng)烈，對(duì)哺乳動(dòng)物細(xì)胞器有非常高的毒性[26]。Picklo等[36]發(fā)現(xiàn)丙烯醛會(huì)抑制線粒體第3階段呼吸作用和抗氧化劑谷胱甘肽，但不會(huì)降低復(fù)合體I～V的活力，也不會(huì)改變線粒體鈣傳遞的活力和細(xì)胞色素c的釋放。后來(lái)的研究也發(fā)現(xiàn)丙二醛可以劑量依賴性抑制NADH和琥珀酸鹽調(diào)控的線粒體呼吸鏈、改變線粒體膜的通透性、選擇性地抑制線粒體復(fù)合體I、II的酶活力、琥珀酸脫氫酶和α-戊二酮酸脫氫酶活力，但對(duì)線粒體復(fù)合體III、IV、V和蘋果酸脫氫酶無(wú)影響[337]。因此，脂質(zhì)氧化產(chǎn)物會(huì)通過(guò)影響線粒體的功能而影響氧氣消耗和MRA，進(jìn)而影響肉色及其穩(wěn)定性。

3.4 三羧酸循環(huán)中間代謝物與肉色

在線粒體內(nèi)的三羧酸循環(huán)過(guò)程中，一些中間代謝物可以為氧氣消耗代謝途徑和鐵血紅素還原為亞鐵血紅素過(guò)程提供能量。早期就有學(xué)者發(fā)現(xiàn)肉貯藏4 周后，許多酶（包括電子傳遞鏈中的酶）仍保持活力，而主要的代謝底物的濃度很低。這說(shuō)明貯藏過(guò)程中代謝底物的缺乏是限制肌肉組織代謝的因素，而完整肌肉組織中的特定酶系的酶活力并不是限制因素[6]。宰后肌肉中的許多生化過(guò)程會(huì)競(jìng)爭(zhēng)性消耗NADH，而NADH的再生會(huì)提高高鐵肌紅蛋白還原，進(jìn)而提高肉色貨架期。有研究表明添加糖酵解或三羧酸循環(huán)中間產(chǎn)物到碎牛肉中可以產(chǎn)生NADH，進(jìn)而增加高鐵肌紅蛋白還原程度[38]。從內(nèi)在作用來(lái)說(shuō)，宰后肌肉中添加三羧酸循環(huán)中間代謝產(chǎn)物，例如乳酸鹽、蘋果酸、琥珀酸鹽和丙酮酸，會(huì)刺激肌肉再生NADH的過(guò)程，而NADH可以提高高鐵肌紅蛋白還原和改善肉色穩(wěn)定性[39]。因此，把三羧酸循環(huán)中間物作為NADH再生的底物已經(jīng)廣受關(guān)注，但這些中間產(chǎn)物的效力在很大程度上取決于宰后線粒體的功能[1]。

3.4.1 乳酸鹽

在鮮肉加工過(guò)程中，乳酸及其鹽類的主要作用是抑菌。另外，它可以通過(guò)減小表面的肉色變化來(lái)提高肉色貨架期。最近10 年的研究已經(jīng)證明乳酸鹽可以改善整塊牛肉和碎牛肉肉色穩(wěn)定性。在活體內(nèi)，乳酸鹽在進(jìn)入線粒體時(shí)可以被線粒體乳酸脫氫酶氧化為丙酮酸，并產(chǎn)生NADH，NADH可以進(jìn)入電子傳遞鏈或用于氧氣消耗，而丙酮酸通過(guò)三羧酸循環(huán)和電子傳遞鏈被氧化。Kim等[40]發(fā)現(xiàn)注射L-乳酸鹽會(huì)降低牛背最長(zhǎng)肌和腰大肌的褐變，并增加其a*值。此外，相比于對(duì)照組，注射乳酸鉀的西冷牛排的顏色較暗但肉色穩(wěn)定性更好[41]；Ramanathan等[42]也發(fā)現(xiàn)了相同的結(jié)果。

關(guān)于乳酸鹽調(diào)控肉色穩(wěn)定性的機(jī)制主要有兩方面：乳酸鹽和肌紅蛋白直接相互作用；通過(guò)酶系和細(xì)胞間接作用于肌紅蛋白。Kim等[43]提出乳酸鹽可以增加乳酸脫氫酶的活力，而乳酸鹽會(huì)在乳酸脫氫酶的作用下產(chǎn)生NADH，NADH可以用來(lái)還原高鐵肌紅蛋白，所以乳酸鹽間接地對(duì)肉色穩(wěn)定性起作用。Ramanathan等[10]在從牛心肌分離出的線粒體中添加乳酸鹽-乳酸脫氫酶-NAD發(fā)現(xiàn)可以使肉色變暗。這是由于乳酸鹽可以作為線粒體呼吸的底物，線粒體呼吸作用對(duì)氧的競(jìng)爭(zhēng)力超過(guò)肌紅蛋白與氧的結(jié)合力，進(jìn)而使肉色保持為脫氧肌紅蛋白的顏色。除此之外，牛心肌線粒體添加乳酸鹽可以通過(guò)乳酸脫氫酶產(chǎn)生NADH，NADH可以用來(lái)還原高鐵肌紅蛋白。同時(shí)，Kim等[44]認(rèn)為乳酸鹽是通過(guò)提供抗氧化力、高鐵肌紅蛋白還原力和增加NADH濃度來(lái)提高肉色穩(wěn)定性的。

Mancini等[45]提出乳酸鹽可以直接與肌紅蛋白作用來(lái)改善肉色穩(wěn)定性，乳酸鹽可能通過(guò)兩種機(jī)制來(lái)改變肌紅蛋白的功能：乳酸鹽可以通過(guò)物理作用阻止氧氣與血紅素相互作用；乳酸鹽還可以誘導(dǎo)肌紅蛋白的三級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化進(jìn)而改變氧氣與肌紅蛋白的結(jié)合途徑。因此添加乳酸鹽會(huì)抑制肌紅蛋白的氧化，顯著降低高鐵肌紅蛋白的形成，并且在一定濃度（100～200 mmol/L）范圍內(nèi)會(huì)隨著乳酸鹽濃度增加高鐵肌紅蛋白含量顯著降低。而進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，乳酸鹽和肌紅蛋白不會(huì)形成加合物，乳酸鹽可以改善肉色穩(wěn)定性不是因?yàn)槿樗猁}可以與肌紅蛋白直接相互作用，而是乳酸鹽具有抗氧化性以及其可以通過(guò)線粒體調(diào)節(jié)生化機(jī)制過(guò)程[46-47]。

3.4.2 琥珀酸鹽

Tang Jiali等[6-7]在研究中發(fā)現(xiàn)添加琥珀酸鹽（直接參與電子傳遞鏈的復(fù)合體II的反應(yīng)）到分離的線粒體中可以增加氧氣消耗，而氧氣消耗會(huì)降低氧分壓，進(jìn)而產(chǎn)生有利于可用電子從細(xì)胞色素c傳遞給高鐵肌紅蛋白的環(huán)境，提高線粒體電子傳遞鏈調(diào)控的高鐵肌紅蛋白還原。有研究表明琥珀酸鹽會(huì)提高真空包裝、有氧包裝和高氧包裝條件下的牛背最長(zhǎng)肌的肉色穩(wěn)定性[48]。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)琥珀酸鹽會(huì)增加碎牛肉的pH值和高鐵肌紅蛋白還原力，降低脂肪氧化和肉糜早期的褐變，但是不會(huì)增加肉糜的紅度[49]。最近的研究也發(fā)現(xiàn)，琥珀酸鹽可以有效地促進(jìn)真空包裝碎牛肉中脫氧肌紅蛋白的形成，而在高氧包裝條件下，琥珀酸鹽-丙酮酸結(jié)合有利于高鐵肌紅蛋白形成[38]。從上述的研究可知，琥珀酸鹽對(duì)整塊肌肉的影響較大。

3.4.3 丙酮酸

Mohan等[50]研究了丙酮酸、蘋果酸和乳酸鹽的不同結(jié)合對(duì)牛背最長(zhǎng)肌、半膜肌和腰大肌勻漿中高鐵肌紅蛋白形成的影響。結(jié)果表明丙酮酸、蘋果酸和乳酸鹽（單獨(dú)或相互結(jié)合）可以穩(wěn)定肌肉勻漿的L*、a*和b*值以及肌紅蛋白氧化還原形式，可以有效地延長(zhǎng)肉色貨架期，但它們的作用效力與肌肉類型有關(guān)。此外，Ramanathan等[51]在模擬系統(tǒng)中研究丙酮酸對(duì)線粒體氧氣消耗和高鐵肌紅蛋白還原的作用，發(fā)現(xiàn)丙酮酸通過(guò)三羧酸循環(huán)產(chǎn)生還原當(dāng)量NADH，NADH進(jìn)入電子傳遞鏈增加氧氣消耗或者用于線粒體調(diào)控的高鐵肌紅蛋白還原。然而，Bjelanovic等[38]在代謝底物對(duì)包裝碎牛肉中肌紅蛋白氧化還原形式影響的研究中指出丙酮酸是助氧化劑，會(huì)引起高鐵肌紅蛋白形成，關(guān)于丙酮酸對(duì)線粒體MRA的影響還有待進(jìn)一步探究。

3.4.4 蘋果酸

Mohan等[50]研究了蘋果酸、乳酸鹽和丙酮酸對(duì)3種類型肌肉勻漿中肌紅蛋白氧化還原狀態(tài)的影響，發(fā)現(xiàn)蘋果酸可以降低肌肉勻漿中高鐵肌紅蛋白的形成，并在牛背最長(zhǎng)肌和腰大肌勻漿中最有效。隨后，Mohan等[52]進(jìn)一步研究了蘋果酸降低高鐵肌紅蛋白形成的機(jī)制，發(fā)現(xiàn)在牛肉線粒體和細(xì)胞質(zhì)分離物中添加蘋果酸可以增加高鐵肌紅蛋白還原，并且他們認(rèn)為蘋果酸和乳酸鹽相結(jié)合可以再生NADH，實(shí)現(xiàn)宰后肌肉中高鐵肌紅蛋白的還原，因此提高肉色穩(wěn)定性。而最近的研究發(fā)現(xiàn)，在真空包裝條件下，谷氨酸鹽-蘋果酸代替琥珀酸鹽會(huì)增加碎牛肉中高鐵肌紅蛋白的形成；而在高氧包裝條件下，谷氨酸鹽-蘋果酸則有利于碎牛肉中氧合肌紅蛋白形成，進(jìn)而受到消費(fèi)者的喜愛[38]，其深層次的機(jī)理目前尚不明確。

4 結(jié) 語(yǔ)

肉色是影響消費(fèi)者對(duì)生鮮肉新鮮程度、衛(wèi)生狀況認(rèn)可度的一個(gè)主要特性，這一特性受宰后肌肉多個(gè)生化過(guò)程的影響。近十幾年來(lái)，線粒體對(duì)肉色的影響越來(lái)越受關(guān)注，很多研究表明在線粒體中進(jìn)行的生化過(guò)程、能量代謝以及其包含的酶類與肉色密切相關(guān)。概括來(lái)講關(guān)于線粒體與肉色關(guān)系的研究主要集中在：以線粒體氧氣消耗和高鐵肌紅蛋白還原力為基礎(chǔ)，把線粒體活力與貯藏時(shí)間、不同極限pH值牛肉、不同類型肌肉、脂質(zhì)氧化相結(jié)合，研究線粒體在肉色中的作用；同時(shí)，三羧酸循環(huán)中間產(chǎn)物對(duì)肉色的影響機(jī)制也得到了廣泛研究。這些研究主要是從生化過(guò)程水平上闡述了線粒體在肉色中所起的作用。近20 年來(lái)，蛋白質(zhì)組學(xué)作為一門識(shí)別研究蛋白質(zhì)功能結(jié)構(gòu)的技術(shù)手段，正被肉品研究領(lǐng)域所關(guān)注，由于線粒體對(duì)肉色及肉色穩(wěn)定性的影響涉及到大量的中間產(chǎn)物和代謝酶類，因此采用組學(xué)手段對(duì)特定時(shí)間和環(huán)境條件下肉品線粒體中所有蛋白質(zhì)表達(dá)進(jìn)行定性與定量研究，能夠更全面、系統(tǒng)地解釋線粒體與肉色之間的關(guān)系。基于線粒體蛋白質(zhì)組學(xué)的研究，將會(huì)成為肉色科學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)新熱點(diǎn)。