李立敏，成立新，高愛武*

1. 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院（呼和浩特 010018）；2. 內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院畜牧研究所（呼和浩特 010031）

肉糜在食品工業(yè)中的應(yīng)用越來越多，如火腿腸、烤腸、三文治、肉丸子等，由于其具有食用方便、營養(yǎng)價值高的特點深受消費者的喜愛。肉糜是經(jīng)絞碎和充分?jǐn)匕枞鈮K后形成的一種混合物，其主要由蛋白質(zhì)、脂肪顆粒、水、鹽和碳水化合物組成[1]。蛋白質(zhì)含量為肉糜產(chǎn)品質(zhì)量的29%～31%[2]，脂肪含量為肉糜產(chǎn)品質(zhì)量的20%～30%，這些脂肪通常被肉糜中10%～15%的蛋白質(zhì)固定，以保持肉糜的穩(wěn)定性[3]。在肉糜中，蛋白質(zhì)以3個不同狀態(tài)存在：蛋白質(zhì)基質(zhì)、蛋白質(zhì)水相和圍繞脂肪球的界面蛋白質(zhì)膜[4]。研究發(fā)現(xiàn)，部分肌球蛋白展開并附著在脂肪球表面，在疏水作用力、共價鍵和氫鍵等作用下與其他蛋白質(zhì)發(fā)生相互作用，最終在脂肪球表面產(chǎn)生具有黏性的高強(qiáng)度膜，從而使水油間界面張力、自由能下降，穩(wěn)定脂肪球[5]。蛋白質(zhì)與脂肪的結(jié)構(gòu)及理化性質(zhì)影響肉糜氧化穩(wěn)定性。

肉糜富含的脂肪和蛋白質(zhì)極易發(fā)生氧化反應(yīng)，在自由基、金屬離子、不飽和脂肪酸等促氧化因子作用下，可發(fā)生氨基酸殘基的氧化修飾、肽鏈主鏈的斷裂、蛋白交聯(lián)聚合物的形成和羰基衍生物的形成等一系列共價修飾作用，使蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化[6]。肉糜氧化會引起一系列不良反應(yīng)，使肉糜變色、變味以及營養(yǎng)物質(zhì)遭到破壞，甚至還會產(chǎn)生一些有害物質(zhì)如丙二醛、4-羥基壬烯醛等，有致畸致癌的風(fēng)險，對人體健康存在潛在的威脅[7]。在肉糜中添加抗氧化劑，如丁酸羥基茴香醚（BHA）、二丁基羥基甲苯（BHT）、沒食子酸丙酯（PG）等，延緩油脂和蛋白質(zhì)的氧化，延長肉糜產(chǎn)品貨架期。食品安全衛(wèi)生是人們關(guān)注的熱點，有研究表明大劑量BHA的攝入會導(dǎo)致老鼠前胃發(fā)生癌變，并與DNA的氧化損傷有關(guān)，BHT可以抑制人體呼吸酶，攝入量過多會引發(fā)癌癥和畸形[8]。因此，在食品研究中如何有效降低肉糜中蛋白質(zhì)和脂肪的氧化，以及有效減少肌原纖維蛋白氧化對肌肉品質(zhì)的影響，是目前食品工業(yè)中的研究熱點。因此，試驗對肉糜氧化穩(wěn)定性進(jìn)行綜述，簡明闡述脂肪和蛋白質(zhì)氧化機(jī)理及兩者的氧化關(guān)聯(lián)性，以及不同因素對肉糜穩(wěn)定性的影響。

1 肉糜的氧化穩(wěn)定性

1.1 脂肪氧化機(jī)理

不飽和脂肪酸、蛋白質(zhì)、亞鐵血紅素鐵、金屬離子等肉糜中存在的氧化物質(zhì)，在加工過程中，分子氧和促氧物質(zhì)促進(jìn)氧化反應(yīng)的發(fā)生[9]。脂肪氧化的主要因素是不飽和游離脂肪酸的氧化，主要是油酸和亞油酸等，因其分子結(jié)構(gòu)含有C＝C雙鍵，性質(zhì)活潑，容易被氧化[10]。脂肪氧化大體上可分為酶促氧化和非酶氧化[9]，酶促脂肪氧化與肌肉中脂肪氧合酶（LOX）密不可分。多不飽和脂肪酸在LOX催化作用下以均裂或β-裂變方式形成氫過氧化合物，會影響肉糜的風(fēng)味，一方面該產(chǎn)物進(jìn)一步氧化可轉(zhuǎn)化為環(huán)氧酸，另一方面該產(chǎn)物分解后，可產(chǎn)生醛、酮等氧化產(chǎn)物。氫過氧化物作為隱含的反應(yīng)物，可誘使肉糜體系中蛋白質(zhì)和氨基酸等品質(zhì)劣變，降低肉糜的品質(zhì)[11]。

脂肪的非酶氧化主要包括自動氧化和光敏氧化。自動氧化促使肌肉中脂質(zhì)氧化的主要原因，該反應(yīng)是一種自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，主要分為鏈引發(fā)、鏈增殖和鏈終止3個階段[12]。鏈引發(fā)階段，在光照、氧氣的參與下，脂肪脫氫形成烷基自由基（R·）；鏈增殖期階段，烷基自由基（R·）與氧聚合產(chǎn)生過氧自由基（ROO·）；鏈終止階段，自由基間發(fā)生反應(yīng)形成過氧化物[13]。Kerler等[14]闡明在脂質(zhì)自動氧化初始階段熟牛肉內(nèi)部的變化不大，隨著鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的加速，熟牛肉腐敗速度加快，開始出現(xiàn)不良變化，比如產(chǎn)生哈喇味，這是由于脂類化合物與金屬離子反應(yīng)產(chǎn)生過氧化氫，接著又脫氫形成自由基，這些自由基可以催化鏈?zhǔn)椒磻?yīng)[15]。自動氧化初期脂質(zhì)氧產(chǎn)生非揮發(fā)性、無臭、穩(wěn)定性較差的氫過氧化物，但當(dāng)其分解后形成揮發(fā)性物質(zhì)，會產(chǎn)生讓人無法接受的味道[16]。通過脂肪氧化產(chǎn)生的過氧化物最終裂解成小分子的醛、醇、酮、酯和呋喃等有機(jī)化合物，造成肉糜顏色退化、質(zhì)地黏軟、風(fēng)味劣變[17]。在脂肪光敏氧化過程中，光敏劑可促使光線激發(fā)氧氣產(chǎn)生單線態(tài)氧，與不飽和脂肪酸上的雙鍵發(fā)生反應(yīng)，形成反式構(gòu)型的化合物[18]。肉糜中的光敏劑主要為鐵卟啉、肌紅蛋白和核黃素[19]。與親水環(huán)境相比，單線態(tài)氧可以在疏水性環(huán)境下存在更長時間，而且由于單線態(tài)氧具有較高的親電子性，與自動氧化相比，光氧化可促進(jìn)不飽和脂肪酸快速氧化[20]。

1.2 蛋白質(zhì)氧化機(jī)理

活性氧是引起肌肉中蛋白質(zhì)氧化的主要原因[21]。蛋白質(zhì)氧化指蛋白質(zhì)在自由基和其他氧化物的作用下，某些氨基酸殘基結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，使蛋白質(zhì)對氧化物的親和力提高，易發(fā)生水解、聚合和交聯(lián)的現(xiàn)象[22]。目前學(xué)者普遍認(rèn)為蛋白質(zhì)氧化是一種與脂肪氧化相似的自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。活性氧奪取氨基酸中一個氧原子，蛋白質(zhì)自由基在有氧條件下轉(zhuǎn)變?yōu)檫^氧化氫自由基，從另一個分子中奪取氧原子形成烷基過氧化物，進(jìn)一步反應(yīng)生成一個烷氧自由基和其羥基衍生物[23]。自由基攻擊蛋白質(zhì)的位置主要是氨基酸的側(cè)鏈和肽鏈骨架，這可能引起蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化，主要表現(xiàn)在羰基暴露、巰基損失及蛋白質(zhì)交聯(lián)[24]。

自由基在攻擊氨基酸的側(cè)鏈時，側(cè)鏈的結(jié)構(gòu)會發(fā)生改變。蛋白質(zhì)氧化所引起的最直接的變化是氨基酸殘基側(cè)鏈的修飾。所有的氨基酸側(cè)鏈均可能發(fā)生氧化修飾現(xiàn)象，不同氨基酸的氧化敏感性有差異[25]。含硫氨基酸、半胱氨酸和甲硫氨酸具有最高的氧化敏感性。具有活性基團(tuán)側(cè)鏈的其他氨基酸也極易發(fā)生氧化修飾反應(yīng)，如芳香族和脂肪族氨基酸側(cè)鏈的羥基化、蛋氨酸的亞砜化以及堿性氨基酸脫去氨基產(chǎn)生羰基化合物[26]。蛋白質(zhì)氧化顯著性指標(biāo)之一是羰基化合物的生成，羰基基團(tuán)主要是由氧化機(jī)制導(dǎo)入[27]，4種反應(yīng)產(chǎn)生可羰基物質(zhì)，即氨基酸側(cè)鏈的氧化，肽骨架的斷裂和還原糖反應(yīng)，結(jié)合非蛋白羰基化合物[28]。蛋白質(zhì)中羰基基團(tuán)生成的主要反應(yīng)是脫氨反應(yīng)。精氨酸、賴氨酸、脯氨酸和蘇氨酸等側(cè)鏈殘基發(fā)生氧化，可生成羰基化合物。自由基對氨基酸側(cè)鏈進(jìn)行攻擊時，有可能與鄰近的其他蛋白質(zhì)中具有活性氨基酸殘基發(fā)生交聯(lián)現(xiàn)象。氫鍵對于蛋白質(zhì)聚合物的產(chǎn)生起到不可忽視的作用[29]。同時，羥自由基破壞蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)，使氨基酸側(cè)鏈斷裂形成羰基。半胱氨酸中的—SH被氧化生成二硫鍵，酪氨酸被氧化生成二酪氨酸，導(dǎo)致蛋白質(zhì)發(fā)生交聯(lián)[27]。肌肉蛋白質(zhì)主要分成三類，分別為肌原纖維蛋白質(zhì)、肌漿蛋白質(zhì)、基質(zhì)蛋白質(zhì)，肌原纖維蛋白占肌肉蛋白總量的50%～55%，是肉糜中最關(guān)鍵的蛋白質(zhì)，對肉類加工有重要影響[30]。肌原纖維蛋白是由肌球蛋白、肌動蛋白、肌動球蛋白和調(diào)節(jié)蛋白原肌球蛋白、肌鈣蛋白等組成的復(fù)合物[31]。肌球蛋白在肌原纖維蛋白含量為50%～55%，其分子中大概有40個巰基，而這些巰基易被氧化形成二硫鍵，從而降低分子中總巰基含量[32]。

1.3 脂肪和蛋白質(zhì)的氧化相關(guān)性

脂肪氧化與蛋白質(zhì)氧化之間具有相關(guān)性，并且任意一種物質(zhì)氧化生成的物質(zhì)都會促使另一種物質(zhì)的氧化[33]，脂肪氧化會形成大量自由基，蛋白質(zhì)受到這些自由基的攻擊后，導(dǎo)致氧化變性，結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，影響其功能特性[34]。Marianne等[35]也證實由脂肪氧化形成的自由基和過氧化物可促使蛋白質(zhì)的氧化。蛋白質(zhì)分子中的氫離子被脂肪氧化所產(chǎn)生的羥自由基奪取，導(dǎo)致蛋白質(zhì)進(jìn)行類似于脂肪氧化的自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，但是其反應(yīng)過程和產(chǎn)物更為復(fù)雜[36]。于海等[37]研究證實在蛋白質(zhì)氧化過程中所產(chǎn)生羰基類化合物的含量，與脂肪氧化的初級和次級產(chǎn)物均有較好的關(guān)聯(lián)性，而游離硫醇基的含量與脂肪氧化初級產(chǎn)物之間沒有顯著的關(guān)聯(lián)性，卻和脂肪氧化次級產(chǎn)物中揮發(fā)性醛呈顯出顯著負(fù)相關(guān)，結(jié)果證實脂肪氧化所產(chǎn)生的次級產(chǎn)物揮發(fā)性醛類物質(zhì)會促使蛋白質(zhì)中游離硫醇基的損耗。在自由基作用下，可能會產(chǎn)生脂質(zhì)過氧化的反應(yīng)、二硫鍵的生成、酪氨酸側(cè)鏈的硝基化和氨基酸的羰基化等氧化修飾現(xiàn)象[27]。

2 肉糜的氧化穩(wěn)定性的影響因素

2.1 脂肪

蛋白質(zhì)氧化可受到脂肪氧化促使而發(fā)生，并且其程度會伴隨脂肪氧化程度的升高而升高；脂肪氧化可促使蛋白質(zhì)的表面疏水性相應(yīng)地改變，其會隨著脂肪氧化程度的升高而逐漸升高[24]。章銀良等[9]發(fā)現(xiàn)在牛血清蛋白中添加脂肪氧化酶可使亞油酸發(fā)生氧形成過氧化物質(zhì)，并且雜環(huán)族氨基酸變性，表明蛋白質(zhì)可能發(fā)生變性，分子內(nèi)的化學(xué)鍵被破壞，結(jié)構(gòu)被拉伸，使埋藏在蛋白質(zhì)分子內(nèi)的某些氨基酸殘基露出來，添加脂肪氧化酶可使蛋白質(zhì)表面疏水性增加，游離巰基和總巰基下降，蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化，如比較規(guī)則的α-螺旋由40.87%減少至3.7%，而β-轉(zhuǎn)角由40.69%增加到80.72%，在脂肪氧化酶作用下，亞油酸發(fā)生氧化，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)顯著的變化，說明脂肪氧化顯著影響蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)。對氧化修飾敏感度最高的氨基酸之一為半胱氨酸，通過巰基含量表明肌原纖維蛋白質(zhì)半胱氨酸的氧化狀態(tài)，隨著脂肪被氧化，氨基酸側(cè)鏈修飾使肽鍵斷裂，羰基含量升高，巰基含量下降。梁慧等[38]研究發(fā)現(xiàn)雞肉糜肌原纖維蛋白-脂肪模擬體系在0～4 ℃貯藏，隨著脂肪氧化時間的延長，肌肉蛋白質(zhì)中羰基含量和表面疏水性不斷升高，總巰基含量逐漸降低，這說明氧化的脂肪促使蛋白質(zhì)變性，導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)改變。于海等[37]以中式香腸為研究對象，進(jìn)行不同的抗氧化劑、包裝、溫度和光照條件的處理，建立中式香腸的脂肪氧化模型，發(fā)現(xiàn)抑制脂肪氧化可有效降低羰基類物質(zhì)和游離硫醇基含量，這可能是脂肪氧化所產(chǎn)生的次級產(chǎn)物揮發(fā)性醛類物質(zhì)所導(dǎo)致。劉焱等[39]發(fā)現(xiàn)將氧化6 h的魚油添加到草魚肌原纖維蛋白中，結(jié)果表明氧化魚油使得肌原纖維蛋白懸浮液中巰基降低，表面疏水性升高，蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)中肽鏈卷曲變化，說明氧化后的魚油可加速蛋白質(zhì)變性。

2.2 蛋白質(zhì)

肉糜體系中，蛋白質(zhì)氧化可以與任意一種的氧化促進(jìn)因子相關(guān)。趙冰等[24]發(fā)現(xiàn)蛋白氧化改變其二級結(jié)構(gòu)，使α-螺旋和β-折疊的相對含量減少，向不規(guī)則的β-轉(zhuǎn)角和無規(guī)則卷曲轉(zhuǎn)變，蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)遭到破壞。郭麗萍[34]發(fā)現(xiàn)氧氣與肌紅蛋白氧化生成高鐵肌紅蛋白形成過程中的中間產(chǎn)物醛、酮等可能進(jìn)一步對不飽和脂肪酸的氧化起到促進(jìn)作用，特別是形成的陰陽離子會快速使其分解為過氧化氫復(fù)合物和過渡態(tài)肌紅蛋白，從而促使脂肪發(fā)生氧化，色素降解，形成原卟啉和血紅素，它們也具有催化脂肪氧化的作用。乳清蛋白質(zhì)水解物——乳清多肽有強(qiáng)抗氧化作用，可消除自由基或者阻止自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的發(fā)生，并且因其具有較好的成膜性和黏性，可在蛋白質(zhì)分子表面上產(chǎn)生一層緊密的膜，從而抑制蛋白質(zhì)的氧化。阮仕艷等[40]證實在生豬肉糜中加入乳清抗氧化肽，能有效延緩肌原纖維蛋白氧化的速度，改善肌原纖維蛋白的功能品質(zhì)。彭新顏等[41]研究表明乳清多肽能夠使在冷藏過程中豬肉糜的過氧化值、羰基含量及巰基含量的損耗減少，延緩脂肪及蛋白質(zhì)氧化反應(yīng)的速率，保護(hù)肉糜凝膠品質(zhì)。張慧蕓等[42]在將熟豬肉糜中加入豬皮膠原蛋白肽，發(fā)現(xiàn)在貯藏期間豬皮膠原蛋白肽可有效延緩脂肪氧化發(fā)生，并能較好地保持鮮紅的色澤。

2.3 溫度

溫度可影響蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)及功能特性。隨著溫度的改變，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，蛋白質(zhì)分子變性、分解或聚集，從而影響肉糜氧化穩(wěn)定性等[43]。α-螺旋和β-折疊是構(gòu)成蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的重要部分，加熱使α-螺旋含量減少，β-折疊含量升高加，α-螺旋含量減少說明蛋白質(zhì)分子展開程度增加，β-折疊含量增加代表蛋白質(zhì)分子間聚集程度增加[44]，表面疏水性先升高，隨后在高溫條件下稍微降低到穩(wěn)定，表明氨基酸殘基側(cè)鏈改變，疏水基團(tuán)顯露出來，羰基化合物生成[43]。馬漢軍等[45]對牛肉進(jìn)行高壓和熱結(jié)合處理，對牛肉的氧化穩(wěn)定性進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)熱處理、高壓處理或者兩者相結(jié)合處理，都會加速牛肉氧化的過程。在高溫高壓下會導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性，特別是色素蛋白發(fā)生變性，將鐵元素釋放出來，促進(jìn)脂質(zhì)發(fā)生氧化。郭麗萍[34]研究發(fā)現(xiàn)隨著溫度和壓力的增加，蛋白質(zhì)分子中巰基含量極顯著降低（p＜0.01），相對應(yīng)地二硫鍵含量極顯著升高，羰基含量及疏水性極顯著增加，硫代巴比妥酸值、過氧化值及酸價都表現(xiàn)出單峰型升高，表明豬肉蛋白質(zhì)和脂肪氧化變質(zhì)，同時溶酶體中的酶被大量釋放出來，加快蛋白質(zhì)水解速率，使游離氨基酸的含量提高，豬肉的色澤和口感產(chǎn)生不良反應(yīng)。

為了延長產(chǎn)品的儲存期，低溫冷凍是常用的貯藏方式。低溫凍藏能有效抑制微生物的生長和繁殖，抑制酶的活性，然而在冷凍過程中脂肪及蛋白質(zhì)也會發(fā)生氧化變質(zhì)現(xiàn)象。冷凍可使河蟹體內(nèi)大部分水分凍結(jié)為冰晶，細(xì)胞介質(zhì)中離子濃度升高，誘導(dǎo)脂肪和蛋白質(zhì)發(fā)生氧化反應(yīng)。同時肉糜在長期冷凍處理中，溫度的波動會導(dǎo)致產(chǎn)品多次解凍、凍結(jié)，從而造成機(jī)械損傷，肌肉的結(jié)構(gòu)遭到破壞[46]，釋放出游離鐵等促氧化劑，游離鐵可能與氧化階段中的電子傳輸有關(guān)[47]，從而促使脂肪的氧化。同時，也可能導(dǎo)致一些抑制脂肪氧化的抗氧化酶類變性，其活性降低甚至喪失，脂肪氧化反應(yīng)受到抑制[21]。劉小莉等[46]研究表明冷凍時間的增加，導(dǎo)致蟹黃蛋白的總巰基含量降低，而表面疏水性、過氧化值、丙二醛含量升高，說明低溫條件下蛋白質(zhì)和脂肪也會發(fā)生氧化反應(yīng)。李靖等[48]發(fā)現(xiàn)豬背最長肌蛋白質(zhì)在冷凍時間增加后，使埋藏于肌球蛋白、肌動蛋白內(nèi)部的巰基暴露，形成二硫鍵，表明冷凍期間肌原纖維蛋白質(zhì)依然被氧化。

2.4 pH

pH可影響蛋白質(zhì)中氨基酸側(cè)鏈電荷的分布情況，使蛋白質(zhì)分子間相互作用改變，對蛋白質(zhì)間的非共價鍵作用力和結(jié)構(gòu)起作用[49]。pH的變化會影響肉糜體系中脂肪及蛋白質(zhì)氧化穩(wěn)定性，在低pH條件下氧合血紅蛋白轉(zhuǎn)化成脫氧血紅蛋白，導(dǎo)致血紅蛋白的自動氧化加強(qiáng)，從而促進(jìn)脂肪氧化[50]。pH也會影響豬肉肌紅蛋白的氧化，并且氧化程度隨著pH的降低而增強(qiáng)。在高pH條件下可降低肌紅蛋白對氧的親和性，使氧合肌紅蛋白更容易自動氧化成高鐵肌紅蛋白，有利于蛋白質(zhì)穩(wěn)定[51]。許鵬[52]證實將賴氨酸（Lys）、精氨酸（Arg）添加到乳化香腸中使其過氧化值、羰基含量減少，造成這種現(xiàn)象的原因是Lys、Arg為堿性氨基酸，可抑制鐵離子的釋放，削弱鐵離子的促氧化能力，提高蛋白質(zhì)及脂肪的氧化穩(wěn)定性，同時二者的添加提高香腸pH，從而抑制香腸氧化。

3 結(jié)語

脂肪和蛋白質(zhì)氧化是肉糜氧化劣變的主要原因，兩者的氧化過程均比較復(fù)雜，兩者之間具有相關(guān)性，而且兩者可以相互促進(jìn)彼此發(fā)生氧化反應(yīng)。為了延長肉糜產(chǎn)品的貨架期，提高肉糜的品質(zhì)，有必要了解肉糜體系中氧化穩(wěn)定性的影響因素。目前對肉糜體系氧化穩(wěn)定性的機(jī)理尚不明確，仍需進(jìn)一步進(jìn)行研究。在肉糜在加工和貯藏過程中，蛋白質(zhì)化學(xué)結(jié)構(gòu)和功能品質(zhì)因氧化誘導(dǎo)而發(fā)生的變化仍需深入研究。