袁 凱，張 龍，谷東陳，吳 娜，陶寧萍，王錫昌,*，李鈺金，劉遠平

（1.上海海洋大學食品學院，上海 201306；2.榮成泰祥食品股份有限公司，山東 威海 264309）

在過去的十幾年間，關于肉制品中蛋白質氧化的相關研究引起了國內外廣泛關注。這些研究主要集中于蛋白質氧化對食品加工和食用品質的影響及其對人體健康的危害方面[1]。

肉制品中的蛋白質氧化可直接由活性物質誘導發(fā)生。此類活性誘導物質主要包括一些含有氮氧元素的化學自由基或非自由基基團[2]。其中自由基誘導物包括羥自由基（·OH）、超氧陰離子自由基（·）、過氧化自由基（HO2·）、一氧化氮自由基（NO·）等；非自由基誘導物包括過氧化氫（H2O2）、單重態(tài)氧（1O2）、亞硝酸根（）、次氯酸（HClO）和臭氧（O3）等[2-3]?；钚哉T導物質的產生因素分為外部因素（X射線、γ射線、化學物質等）和內部因素（內源酶、肌紅蛋白金屬催化酶系、生物代謝等）[2,4]。此類物質造成蛋白質結構改變或破壞，主要包括氨基酸側鏈的修飾、蛋白質多肽骨架斷裂、蛋白分子間發(fā)生聚合等，從而導致蛋白質理化性質發(fā)生改變，進而影響肉品的加工特性、營養(yǎng)價值和食用風味[5]，甚至可能危害消費者的身體健康[6]。

1 肉品中蛋白質氧化的機理

蛋白質氧化是蛋白質直接或間接受活性誘導物質誘導所發(fā)生的一種共價鍵修飾變化。按誘導物分類，反應類型包括自由基誘導反應和非自由基誘導反應。按修飾作用分類，反應類型包括直接誘導反應和間接誘導反應[3]。

1.1 直接誘導氧化反應

自由基誘導物均含有一個孤電子，表現(xiàn)出強反應活性，它們通過奪氫、偶合、加氧及裂解等反應方式直接作用于蛋白質分子[7]。自由基誘導物進攻蛋白質分子主要有3 個作用位點：主肽鏈骨架、脂肪族氨基酸側鏈基團、芳香族氨基酸側鏈基團[8]。自由基主要通過單電子還原、奪氫、加氧的方式將肽主鏈上的中心碳基團轉化為烷過氧自由基（COO·）和烷氧自由基（CO·），進而通過α-酰胺化或二酰胺途徑造成肽主鏈斷裂或形成交聯(lián)物；脂肪族氨基酸側鏈基團則易直接被氧化成羰基化合物；芳香族氨基酸側鏈基團受自由基攻擊后，所得反應產物通過加氫和偶合反應轉化為芳香衍生物和芳香自由基[5,9-12]。

1.2 間接誘導氧化反應

脂質過氧化反應和非酶糖基化反應能間接誘導蛋白質發(fā)生氧化[9]，肉品加工及貯藏過程中脂質過氧化不可避免，脂質過氧化反應過程中產生大量中間產物，如COO·、CO·、活性羰基化合物和氫過氧化物等。COO·和CO·作用于肽主鏈和氨基酸側鏈基團；活性羰基化合物與蛋白質側鏈基團作用形成共價交聯(lián)物[13]；氫過氧化物與蛋白質通過ε-氨基途徑形成酰胺加合物。脂質過氧化反應中產生的活性醛誘導蛋白質氧化變性能力最強，此類醛主要為α、β-不飽和醛類（4-羥基-2-壬烯醛、丙烯醛、丙二醛）[14]。其中活性最強的丙二醛與蛋白質直接發(fā)生Micheal加成反應，或與蛋白質發(fā)生氨基反應生成席伏堿[15-16]。

此外，非酶糖基化反應能間接誘導蛋白質發(fā)生氧化，該反應機理尚不明確，已知此類反應促使蛋白質之間形成交聯(lián)，更多的理論解釋需進一步研究。

圖1 肉制品中自由基誘導蛋白質氧化途徑Fig.1 Free radical-mediated pathway of protein oxidation in meat

綜上所述，蛋白質氧化反應類型多樣，發(fā)生機理也十分復雜。圖1為金屬離子誘導蛋白質氧化的鏈式反應機制。首先活性氧（reactive oxygen species，ROS）（金屬離子催化產生）奪取蛋白質分子上一個氫原子，產生一個碳中心自由基（C·）（反應過程c），C·有氧條件下被修飾成COO·（反應過程d）。COO·易與Fe2+發(fā)生氧化還原反應（反應過程f），或奪取一個外部氫原子（反應過程g），亦或被質子化的超氧化自由基攻擊（反應過程h），最終都形成烷基過氧化物（COOH）。COOH與過氧化自由基（HO2·）均能與Fe2+反應生成CO·和羥基衍生物（C O H）（反應過程m和n）[2,5]。有氧條件下，兩個C·與彼此間通過形成碳碳鏈（C—C）生成交聯(lián)衍生物（反應過程e）。COOH和烷基自由基衍生物均能通過α-酰胺化或者二酰胺途徑發(fā)生裂解（反應過程i）[5]，生成蛋白質片段。

蛋白質氧化的其他發(fā)生機理與圖1中金屬離子誘導氧化類似，由于氧化劑和氧化作用位點的不同，其鏈式反應過程各異。

2 蛋白質氧化評估指標

2.1 羰基含量

蛋白質羰基含量被廣泛應用于評估蛋白質的氧化程度[3]。在鏈式反應過程中，多個途徑生產羰基，途徑及其反應機制分別如表1和圖2所示。

表1 蛋白質氧化過程中的羰基產生途徑Table1 Pathways for carbonyl production in protein oxidation

能直接被氧化的脂肪族氨基酸主要包括精氨酸（Arg）、賴氨酸（Lys）、蘇氨酸（Thr）、脯氨酸（Pro）等[17]；COOH、CO·通過α-酰胺化途徑導致多肽骨架鏈β-斷裂；脂質氧化中產生的不飽和醛與蛋白質發(fā)生Micheal加成，參與反應的蛋白質基團主要包括組氨酸、咪唑、胱氨酸巰基、賴氨酸側鏈殘基[9,18-19]；還原糖及其氧化產物與賴氨酸反應生成活性羰基衍生物[4]（圖2）。

圖2 在加工肉中蛋白質氧化過程中羰基基團的產生機制[20]Fig.2 Mechanisms for the generation of carbonyl groups caused by protein oxidation in processed meat[20]

羰基含量測定的常用方法包括熒光素胺法、免疫雜交法、熒光素肼法、硼氫化鈉法、酶聯(lián)免疫法、2,4-二硝基苯肼（2,4-dinitrophenylhydrazine，DNPH）比色法[21-23]。其中DNPH比色法被認為是最簡便的測定方法，其原理是羰基基團與DNPH反應生產成棕紅色的2,4-二硝基苯腙沉淀，經鹽酸胍溶解后在370 nm波長處有吸收，利用苯類腙的吸附系數(shù)為21 000 L/（mol·cm），計算蛋白質中羰基含量/（nmol/mg）[24]。盡管，DNPH比色法經典有效，但測定易受反應殘留的DNPH干擾，測量結果往往偏高，若將吸收波長從370 nm提高到450 nm，能有效避免其干擾[25]。此外，反應中得到的沉淀顏色并不唯一，沉淀顏色可能與被檢蛋白質的結構有關，含有不共軛雙鍵醛、酮的蛋白質分子與DNPH產生黃色沉淀，含有碳碳雙鍵較多或芳環(huán)共軛的分子與其反應得到紅色沉淀。

2.2 巰基含量

蛋白質氧化會造成巰基含量減少，因此巰基含量可作為檢測蛋白質氧化程度的指標。在蛋白質分子中，半胱氨酸和蛋氨酸均含有硫原子，且對ROS十分敏感，易被氧化生成二硫鍵。其中半胱氨酸形成磺酸、亞磺酸、次磺酸[26-27]。蛋氨酸的氧化產物主要是形成亞砜和砜[28]。Ellman法是目前公認的測定蛋白質中游離巰基和二硫鍵含量最快速、簡捷的方法。利用5,5-二硫基（2-雙硝基苯甲酸）（5,5-dithio-bis-(2-nitrobenzoic acid)，DTNB）與游離的巰基反應生成黃色物質2-硝基-5-巰基苯甲酸（2-nitro-5-mercaptobenzoic acid，TNB），采用分光度計法測定TNB含量。DTNB作為一種衍生劑與游離的巰基反應生成二硫鍵，并釋放出一個硫離子。由于蛋白質巰基和所產生的TNB物質的量之比為1∶1，通過在412 nm波長處測定吸光度計算得到的TNB含量即是蛋白質巰基含量[29]。

2.3 蛋白質的裂解與交聯(lián)聚合程度

蛋白質氧化往往會導致蛋白質分子發(fā)生裂解或交聯(lián)聚合變化。蛋白質分子發(fā)生氧化變性后生成的COOH和烷基自由基衍生物能通過α-酰胺化途徑或二酰胺途徑導致肽鏈骨架斷裂，形成碎片。另外蛋白質上谷氨酸和天冬氨酸的殘基氧化可以導致的肽鍵裂解形成N-末端碎片[1]。通過4-氨基丁酸法可檢出的這些碎片中的2-吡咯烷酮衍生物，但這種斷裂的機理尚不清楚[30]。

蛋白質氧化也能造成分子聚合。鏈式反應初期生成的C·在氧不足的情況下相互結合。而巰基和酪氨酸殘基的氧化或者亞硝基化能分別形成二硫鍵和雙酪氨酸鍵，促使蛋白質內部或分子間發(fā)生交聯(lián)聚合。測定二酪氨酸的含量能明確氧化反應后蛋白質的交聯(lián)聚合程度，而十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳（sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis，SDS-PAGE）能夠依據(jù)分子質量大小分離并富集各種蛋白質分子，在電泳圖譜上比較實驗組和對照組（標準蛋白）條帶間的差異，判別是否存在斷裂、交聯(lián)聚合反應，并依據(jù)條帶灰度定量計算反應程度[31]。

2.4 其他

除以上3 項指標外，可用來評價蛋白質氧化程度的指標還有許多，如蛋白質表面疏水性、蛋氨酸含量、席伏堿含量、游離氨基含量等，但這些指標不具有廣泛性和普遍性，且評價結果受原料肉種類、檢測儀器的制約。相比較之下，蛋白質羰基含量、巰基含量、裂解與聚合程度這3 個指標的測定是更簡單、實用的研究方法。

3 影響肉品加工中蛋白質氧化的原因及其控制方法

3.1 原料

3.1.1 高鐵肌紅蛋白

肉品中含有化學性質極不穩(wěn)定的肌紅蛋白，并以3 種形式（脫氧肌紅蛋白、氧合肌紅蛋白、高鐵肌紅蛋白）存在肌肉中[32]，其中高鐵肌紅蛋白含量與脂質氧化和蛋白質氧化作用緊密相關。動物死后，高鐵肌紅蛋白還原酶被耗盡后，高鐵肌紅蛋白無法按正常代謝途徑被還原為脫氧肌紅蛋白，逐漸積累增多。高鐵肌紅蛋白（含F(xiàn)e3+）積累增多并與H2O2反應促使自由基向肌球蛋白間傳遞、擴散、氧化。高鐵肌紅蛋白含量積累越高，氧化速率越快[33]。肉的品種和部位影響高鐵肌紅蛋白含量，進而影響蛋白質氧化變性程度，通常畜禽類肉中的高鐵肌紅蛋白含量最高，其次是水產品紅肉，白肉的含量最低。徐坤華等[34]研究藍鰭金槍魚不同部位肌肉在不同貯藏條件下的高鐵肌紅蛋白的積累情況，在-18 ℃和-30 ℃條件貯藏，肌肉中的高鐵肌紅蛋白在100 d內迅速大量積累，在低于-50 ℃的條件下，各部位的高鐵肌紅蛋白增速緩慢。

各種原料肉在實際加工中都不可避免與氧氣接觸，造成氧合肌紅蛋白大量轉化高鐵肌紅蛋白，例如在絞肉或者斬拌工藝中，肌肉組織破碎，蛋白質與氧氣接觸的表面積增加，同時肉品內部中含氧量急劇增加，加劇了蛋白質氧化反應，控制加工工藝參數(shù)是常用的控制蛋白質氧化的方法，例如采取低速、低溫、低氧的肉破碎條件。嚴玉玲等[35]研究了中紅外-熱風干燥和單一熱風干燥技術對牛肉干中肌紅蛋白、氧合肌紅蛋白和高鐵肌紅蛋白含量的影響，發(fā)現(xiàn)中紅外-熱風干燥處理后的牛肉中高鐵肌紅蛋白含量顯著低于傳統(tǒng)熱風干燥，且中紅外-熱風干燥能有效維持肉品的色澤。

一些工藝如漂洗處理能減少肉品加工過程中高鐵肌紅蛋白的積累。在此工藝操作中，大部分水溶性的血紅色素蛋白被去除，原料肉中高鐵肌紅蛋白含量基數(shù)大量減少，因此能有效控制高鐵肌紅蛋白的積累。Eymard等[36]對金槍魚碎肉進行漂洗處理，隨后低溫貯藏，結果表明隨漂洗次數(shù)增多，低溫貯藏過程中蛋白質氧化速率減慢且氧化程度降低。

目前鮮有關于高鐵肌紅蛋白對蛋白質氧化變性直接影響的研究，相關研究集中于高鐵肌紅蛋白的含量與肉品色澤的相關性及不同加工方式的處理對肉品中高鐵肌紅蛋白積累的影響，故研究高鐵肌紅蛋白含量對蛋白質氧化的直接影響有實際意義。

3.1.2 脂肪

原料肉尤其水產品肉中含有大量多不飽和脂肪酸，如二十二碳六烯酸（docosahexenoic acid，DHA）、二十碳五烯酸（eicosapentenoic acid，EPA）、花生四烯酸（arachidonic acid，ARA）等，反芻動物和白肉動物肉中不飽和脂肪酸含量低[37]。脂肪酸發(fā)生氧化反應，產生大量活性中間產物，能直接參與或間接加速蛋白質氧化。黃莉等[38]研究脂肪添加量對冷凍水餃肉餡肌原纖維蛋白氧化的影響，發(fā)現(xiàn)隨著脂肪添加量的增加，水餃肉餡中肌原纖維蛋白中羰基含量顯著增加。SDS-PAGE圖顯示貯藏過程中肌球蛋白重鏈和肌動蛋白的含量下降，肌球蛋白輕鏈在貯藏180 d后消失，蛋白質交聯(lián)聚合現(xiàn)象明顯。在肉品加工中，脂肪的氧化持續(xù)發(fā)生，抑制脂肪氧化在一定程度上能夠抑制蛋白質的氧化。在食品中添加抗壞血酸或多酚類等抗氧化劑，或者盡量除去原料肉中的脂肪可以控制脂肪氧化。例如在魚糜加工過程中，可通過增加漂洗次數(shù)和增大料液比減少脂肪含量，從而達到控制氧化的目的。

3.1.3 金屬離子

溫度或氧氣濃度等條件的變化會刺激血紅素鐵向非血紅素鐵轉變[39]。在H2O2存在的條件下，非血紅素鐵和其他過渡金屬離子可催化蛋白質氧化和脂類氧化，其中Fe3+和H2O2參與的氧化反應為費頓反應。分子氧存在時，肉（如魚肉）組織中的Fe3+和Cu2+可以對肌肉蛋白質進行催化氧化作用。這些過渡金屬引發(fā)的氧化通常作用于堿性氨基酸（如組氨酸、精氨酸、賴氨酸）和含硫氨基酸（半胱氨酸和蛋氨酸），可導致組氨酸轉變?yōu)樘於彼峄蛱於０罚彼徂D變?yōu)楣劝彼岷挺?谷氨半醛，賴氨酸可能轉變?yōu)?-氨基半醛[40]。

為抑制金屬離子的促氧化作用，最常見的加工方式是添加一些抗氧化劑，如兒茶素、蘆丁等天然提取物。此類添加物作用的可能機制包括兩方面：一是作為金屬螯合劑使非血紅素鐵的促氧化能力失活；另外，可清除費頓反應產生的·OH或其他自由基[41]。

3.2 外源添加物

肉制品工業(yè)的發(fā)展離不開添加劑的使用，添加劑種類豐富，包括防腐劑、抗氧化劑、護色劑、增香劑、乳化劑、水分保持劑、增稠劑等。在肉質品加工及貯藏過程中，為增強肉品的加工或風味品質，往往加入一些添加物如食鹽（NaCl）、多聚磷酸鹽、亞硝酸鹽、多酚化合物、香辛料、天然抗氧化物質等，不同添加物對蛋白氧化產生不同影響。

其中NaCl的添加對蛋白質氧化的影響尤其重要，高濃度的鹽分破壞細胞膜的完整結構，使得胞內脂質和蛋白質能與活性誘導物質自由接觸，高濃度的NaCl能夠降低肉中抗氧化酶活性，NaCl也能促進高鐵肌紅蛋白的積累[41]。Liu Zaiqun等[42]研究發(fā)現(xiàn)高濃度的NaCl（0.6 mol/L）直接影響蛋白質的結構和溶解度，該濃度的NaCl直接破壞肌原纖維蛋白之間的靜電斥力，使得蛋白質分子結構疏松，易受活性基團的攻擊。因此在腌制等加工過程中，須避免不均勻的操作方式造成局部鹽含量過高，加速蛋白質氧化變性。

多聚磷酸鹽是肉制品加工中常用的品質改良劑，能夠增強肉制品的保水性，提高成品率[43]。添加的磷酸鹽同時具有封閉金屬陽離子、減緩蛋白質及脂質氧化的作用[44]。陸玉芹[45]研究焦磷酸鹽和多聚磷酸鹽處理對冰溫貯藏過程中羅非魚肉的蛋白質、脂質氧化及其品質的影響，發(fā)現(xiàn)質量分數(shù)3%的焦磷酸鈉處理可明顯延緩蛋白質中二硫鍵含量的升髙，并減緩蛋白質表面疏水性的升高，抑制蛋白氧化，同時保證魚片較好的品質。

亞硝酸鹽除作為發(fā)色劑外，還具有抑菌和增加肉制品食用風味的作用。它能通過與不飽和脂肪酸反應穩(wěn)定脂質組成；螯合微量元素阻止金屬離子催化氧化作用；配位中心鐵原子，與血紅素形成穩(wěn)定的化合物；抑制脂質降解產生的中間過氧化物[46]。Vossen等[47]曾指出亞硝酸的抗氧化作用歸因于其轉化產物NO，NO通過螯合鐵元素，打破自由基鏈反應。李晨伊[48]研究亞硝酸鹽對西式火腿肌原纖維蛋白氧化的影響，發(fā)現(xiàn)亞硝酸鹽所具備的抗氧化性隨其添加量增多而提高，主要表現(xiàn)在亞硝酸鹽能抑制羰基和二聚酪氨酸的形成，從而阻止肌原纖維蛋白的變性。

多酚類化合物是較好的脂質和蛋白質抗氧化劑，其抗氧化機理主要通過猝滅自由基劑或螯合金屬離子等方式阻斷鏈式反應。張慧蕓等[49]研究發(fā)現(xiàn)質量分數(shù)0.05%鞣酸和0.25%沒食子酸可顯著抑制蛋白中羰基和二聚酪氨酸的積累，同時提高肌原纖維蛋白的最大熱變性溫度和凝膠保水性。Jongberg等[50]通過研究白葡萄提取物對牛心肉糜氧化的抑制效果，驗證了白葡萄多酚提取物可通過同蛋白質結合占據(jù)巰基反應位點，阻止蛋白質間巰基相互結合，避免蛋白質因氧化產生交聯(lián)聚合反應。

其他類添加物對蛋白質氧化變性的影響各異，同時與添加量密切相關。如作為抗氧化添加物廣泛使用的抗壞血酸，其用量不同會對蛋白質氧化造成不同影響。抗壞血酸濃度為0.1～0.2 mmol/L時，能夠促進金屬離子與蛋白質之間發(fā)生氧化還原循環(huán)，產生更多的·OH，促進蛋白質的氧化；當濃度大于2 mmol/L才能發(fā)揮其抗氧化作用[51]。

3.3 加工及保藏方式

肉制品的加工方式多樣，如漂洗、過濾、絞肉、碾壓、擂潰、發(fā)酵、煙熏、加熱、輻照等，各種加工方式都可能引起蛋白質的氧化。例如加工過程中高強度機械作用可能導致原料肉局部溫度過高、帶入氧化誘導因子、增大蛋白質與氧氣接觸的表面積、造成水分活度過高等情況都可能加速蛋白質氧化速率[52]。

制作中式香腸過程中，切片和研磨破碎肌肉組織，可能增大蛋白質分子與氧氣接觸的表面積，暴露出更多的氧化反應位點，導致蛋白質羰基大量生成[53]。在組織破碎過程中應控制斬拌速率，因為速率過低，不利于細胞內蛋白質析出，影響后續(xù)加工；而速率過高，會增大蛋白質的氧化程度。干法陳化（風干武昌魚的制作方式）是一種在可控溫濕度條件下，不包裝的原料肉通過放置進行發(fā)酵處理，此過程中蛋白質的氧化程度增強，有助于肉制品形成獨特的食用風味和增強產品食用品質。但此工藝中，蛋白質易發(fā)生水解，其水解產物會干擾氧化程度的結果，因此需要嚴格控制肉品的水分活度。Gatellier等[54]研究發(fā)現(xiàn)溫度為123～207 ℃、熱處理時間為120～300 s的條件能夠造成牛肉蛋白質羰基大量生成，這表明瞬時的高溫處理能促進蛋白質氧化，這一發(fā)現(xiàn)為肉制品的促氧化加工工藝研究提供了理論參考。

包裝方式和貯藏條件也對蛋白質氧化變性有重要影響。就冷鮮肉而言，包裝方式影響蛋白質品質，間接決定產品的營養(yǎng)風味和貨架期。例如高氧氣調包裝會促進牛肉中脂質和肌紅蛋白氧化，最終導致牛肉肉色顯著退色，品質下降。Lund等[55]通過凝膠電泳等實驗發(fā)現(xiàn)不同包裝方式影響豬背肉的肌球蛋白重鏈發(fā)生不同程度降解，并能夠造成蛋白質總巰基含量顯著下降。高氧氣調易造成蛋白質發(fā)生氧化損傷，同時導致蛋白質水解，進而對肉制品的嫩度、色澤、滋味造成負作用[56-58]。Kim等[59]發(fā)現(xiàn)當包裝條件中氧氣體積分數(shù)高于70%時，風干羊肉的蛋白質發(fā)生顯著的交聯(lián)作用，同時加工后的風干羊肉所需剪切力增加，品質急劇下降。而過低的氧氣包裝，則會促進肌肉無氧代謝，大量的乳酸積累會降低肌肉內部的pH值，降低抗氧化酶活性，促進蛋白質氧化。

針對不同原料，控制貯藏溫度和凍融次數(shù)也是貯藏技術的關鍵，選擇最佳溫度可避免肉品發(fā)生嚴重冷凍損傷，從而達到保持肉品品質的目的。市場流通中加工肉品難以避免經歷反復凍融，溫度的波動會刺激產生活性自由基誘導蛋白質氧化，其原因可能是肌肉內多次形成冰晶，導致肌肉細胞結構破壞，溶酶體酶和促氧化物質釋放，進而促進蛋白質氧化。因此，控制貯藏時間，避免冷鏈中斷，對降低貯藏過程中蛋白質氧化變性程度至關重要[60-62]。

4 結 語

近十幾年來，肉品中蛋白質氧化逐漸成為研究關注熱點。絕大多數(shù)研究集中于不同促氧化體系、氧化評價體系的建立和蛋白質氧化對肉品食用品質的影響上。雖然對蛋白氧化規(guī)律有一定程度的認識，但不同條件下蛋白質氧化發(fā)生的具體機制還較為模糊，導致無法選擇準確的指標檢測加工及貯藏過程中蛋白質氧化過程。針對肉制品加工工藝中影響蛋白質氧化的關鍵因素的研究尚少，無法為工業(yè)中蛋白質氧化的控制提供直接理論依據(jù)。在食品和臨床醫(yī)學領域上關于蛋白質氧化的研究傾向其負作用，對其益作用的研究極少。因此將蛋白質氧化結合到實際環(huán)境中，選取合適的檢測指標，細化蛋白質氧化規(guī)律，建立具體環(huán)境中蛋白質氧化的評價體系，從而控制蛋白質氧化，對食品加工具有重要的指導意義。另外，關于蛋白質的氧化機理、氧化程度測定方法及實際加工過程中控制利用技術還需要更深入的研究。

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