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红色肉贮藏期间肌红蛋白与肉色变化研究进展

黄卉 孙申宇 魏涯 李来好 杨贤庆 郝淑贤 岑剑伟 赵永强 陈胜军 林织

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红色肉贮藏期间肌红蛋白与肉色变化研究进展

    作者简介: 黄 卉(1980—),女,博士,副研究员,从事水产品加工与质量安全研究。E-mail: huanghuigd@aliyun.com;
  • 中图分类号: TS 254.1

Research progress on color transformation of red meat during storage

  • CLC number: TS 254.1

  • 摘要: 肉色是肉类品质最直观的指标,其在贮藏期间的变化与品质的相关性是近年的研究热点。文章综述了肌红蛋白与肉色变化的关系及主要影响因素,以及线粒体通过影响肌红蛋白的存在形式对肉色的调控作用,旨在为贮藏过程中的肉色保鲜技术提供理论基础。
  • 表 1  贮藏期间肌红蛋白变化与肉色变化关系

    Table 1.  Relationship between changes in myoglobin and meat color during storage

    贮藏时期
    Storage period
    贮藏初期
    Early-storage
    贮藏中期
    Mid-storage
    贮藏后期
    Late-storage
    肌红蛋白形态 Myoglobin morphology DeoMb、OxyMb OxyMb、MetMb MetMb
    线粒体还原高铁肌红蛋白能力
    Mitochondrial ability to reduce methemoglobin
    肉色 Meat color 紫红色或鲜红色 鲜红色伴随褐变 褐色
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-09-20
  • 录用日期:  2020-01-16
  • 网络出版日期:  2020-02-21

红色肉贮藏期间肌红蛋白与肉色变化研究进展

    作者简介:黄 卉(1980—),女,博士,副研究员,从事水产品加工与质量安全研究。E-mail: huanghuigd@aliyun.com
  • 1. 中国水产科学研究院南海水产研究所/国家水产品加工技术研发中心/农业部水产品加工重点实验室/广东省渔业生态环境重点实验室,广东 广州 510300
  • 2. 上海海洋大学食品学院,上海 201306
  • 3. 广东顺欣海洋渔业集团有限公司,广东 阳江 529800

摘要: 肉色是肉类品质最直观的指标,其在贮藏期间的变化与品质的相关性是近年的研究热点。文章综述了肌红蛋白与肉色变化的关系及主要影响因素,以及线粒体通过影响肌红蛋白的存在形式对肉色的调控作用,旨在为贮藏过程中的肉色保鲜技术提供理论基础。

English Abstract

  • 中国肉类总产量居世界第一,2017年人均肉类占有量为61.7 kg,超过世界平均水平[1]。肉的颜色是消费者购买肉类产品时判断品质最直观,最敏感的指标,同时也是肉类产品货架期管理的重要指标。

    宰后红色肉呈色主要来自于体内的肌红蛋白。肌红蛋白一般有3种存在形式,脱氧肌红蛋白 (Deoxymyoglobin,DeoMb)、氧合肌红蛋白 (Oxymyoglobin,OxyMb)、高铁肌红蛋白 (Metmyoglobin,MetMb),这三者之间的比例决定了肉的颜色呈现[2]。刚被屠宰的肌肉中,肌红蛋白为还原态的DeoMb,显示为紫红色,而后在贮藏初期氧气充足,肌红蛋白转化为OxyMb,肉品表现为受消费者喜爱的鲜红色[3],随着贮藏时间的延长,肌红蛋白被氧化为褐色的MetMb,肉品发生褐变,会被消费者认为肉质已经腐败[4]。肌红蛋白的变化受到诸多因素的影响,如pH、温度、贮藏时间、致死方式、脂质的过氧化程度、氧分压、离子与化学物质等,这些因素主要通过改变高铁肌红蛋白还原酶活性和肌红蛋白结合氧能力等方式,影响肌红蛋白在不同形态间的转化[5]。线粒体的氧化还原作用是导致肉色变化的内在因素[6]。线粒体内的脯氨酸羟化酶和低氧诱导因子对肌红蛋白的表达具有正向调控作用,线粒体呼吸中间产物对MetMb的还原具有促进作用[7]。贮藏时间的延长会导致线粒体数量减少、结构受损及膜电位降低,从而使氧合肌红蛋白含量减少而导致肉色的改变[8]。高压处理、气调包装、添加剂等可以提高肉色稳定性。本文将阐述肌红蛋白的性质、呈色机理及影响因素,并对线粒体都肉色的调控作用进行讨论,旨在为贮藏过程中的肉色保鲜技术提供理论基础。

    • 肌肉能够呈现红色的原因主要是色素,色素主要以肌红蛋白、血红蛋白和细胞色素的形式存在。在宰后完全放血的条件下,血红蛋白大量损失,肌红蛋白成为肉品显红色的主要原因,肌红蛋白含量越高,红肉色红度值越大[9]。肌红蛋白的化学状态影响着宰后肉类颜色,宰后贮藏期间肌红蛋白部分定位于线粒体外膜上,形成肌红蛋白-线粒体复合物为线粒体输氧,并且能够结合一氧化氮 (NO) 形成亚硝基红蛋白,保护细胞色素[10]。研究发现贮藏期间肉色的稳定性与肌红蛋白的氧化状态与氧化速率相关[11]。贮藏时间肌红蛋白与肉色变化关系见表1,贮藏前期肌红蛋白的形态以DeoMb和OxyMb为主,随着贮藏时间的延长,OxyMb被氧化为MetMb,由于MetMb积累而产生褐色是肉色变化的根本原因,肌肉中可以发生色素还原反应将MetMb还原生成OxyMb,从而抑制肉色的劣变[12]。研究表明这一还原反应主要是高铁肌红蛋白还原酶作用,该酶是烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 (NADH) 依赖型高铁肌红蛋白还原酶,通过线粒体电子呼吸链向MetMb提供电子促使其还原,起到促进肉色稳定的作用[13]

      贮藏时期
      Storage period
      贮藏初期
      Early-storage
      贮藏中期
      Mid-storage
      贮藏后期
      Late-storage
      肌红蛋白形态 Myoglobin morphology DeoMb、OxyMb OxyMb、MetMb MetMb
      线粒体还原高铁肌红蛋白能力
      Mitochondrial ability to reduce methemoglobin
      肉色 Meat color 紫红色或鲜红色 鲜红色伴随褐变 褐色

      表 1  贮藏期间肌红蛋白变化与肉色变化关系

      Table 1.  Relationship between changes in myoglobin and meat color during storage

    • 冷藏条件下肉产品中的酶活性降低,抑制了MetMb含量的增加速率,提高了肉色稳定性并延长货架期[14]。Wang等[15]研究低温和超低温贮藏对肉色的影响时,发现两种温度相比较,超低温贮藏可以降低MetMb的生成速率,从而提高贮藏期间的肉色稳定性。另外Nathdanai等[16]研究了低温冷冻过程中金枪鱼肌红蛋白的变化,在−20 ℃时鱼肉中OxyMb含量较高,肉色呈嫩红色,而在−90 ℃时,由于玻璃转化状态下,金枪鱼会形成较薄但较完整的蛋白质纤维结构,加速了氧化作用和肌红蛋白的转化,使金枪鱼显示出褐变后的微黄色。

    • 光照会促进肌红蛋白向高铁肌红蛋白转变,使肉色稳定性发生改变[17]。史智佳等[18]使用红、黄、蓝、绿4种单色LED灯光照射大目金枪鱼 (Thunnus obesus) 背部红色肉,发现肌红蛋白中的具有卟啉结构的血红素在光照条件下被激发并使基态氧生成单线态氧,促进了大目金枪鱼的脂质氧化和肌红蛋白氧化,使肉色稳定性降低。Jacek等[19]研究不同光照强度白色荧光灯对牛肉颜色变化的影响,光照强度为1 500 lx时,肉的颜色亮度变化最大,光照温度为3 000 k、光照强度为500 lx的白色荧光灯更有利于牛肉保持理想的色泽。任可[20]研究发现光照强度越高,红度值 (a*) 下降程度越大。当贮藏时间超过3 h,800 lx以上的光照强度都会加速肉色劣变,500 lx光照强度的LED灯对肉色影响最小。

    • 红色肉内的脂质氧化与肌红蛋白氧化相互作用。脂质氧化可以产生自由的氧,而肌红蛋白作为肌肉内的活性氧清除剂,能够吸收自由基将OxyMb氧化成MetMb,被氧化成的正三价铁离子又能够促进脂质的氧化[21]。吴成帆[22]研究发现OxyMb生成MetMb的同时,会产生超氧阴离子,再与氢离子结合生成过氧化氢,会促进OxyMb和不饱和脂肪酸的氧化,促进脂质氧化。脂质氧化产生的醛酮类物质会与肌红蛋白反应,破坏OxyMb的结构,导致OxyMb血红素基团被氧化为MetMb。赵巧灵等[23]结合脂肪氧化和鱼肉色泽指标,观察蓝鳍金枪鱼 (T. thynnus) 赤身肉、中腹肉和大腹肉在低温冻藏条件 (−18 ℃) 下的变化情况,发现随冻藏时间的延长,肌肉脂肪氧化程度和MetMb含量越来越高且呈极显著正相关,肌肉脂肪含量越高褐变越明显。陈聘[12]探究了成熟过程中肉色变化的规律,宰后成熟期间的牛肉的亮度、红色度显著降低,色角值明显升高,OxyMb相对含量降低,MetMb含量增加,脂质氧化程度增加,抗氧化能力降低。说明脂质氧化与抗氧化能力都对肉色稳定性起到了关键性的影响。

    • 线粒体内膜上含有与电子传递链有关的复合体和蛋白质,包括脂溶性电子载体蛋白如辅酶Q、细胞色素和铁硫蛋白。线粒体的功能与肌红蛋白紧密相关,由于NADH的存在,MetMb可以被还原,这种高铁肌红蛋白还原酶大多存在于细胞色素中,少部分存在于线粒体内,并且线粒体对氧气消耗也可以影响MetMb的还原[24]。因此线粒体对肉色变化有极大的相关性。

    • 线粒体和肌红蛋白在肉色变化中起到了重要的作用,并且两者有很强的相关性,研究表明肌红蛋白可以促进线粒体吸收氧的能力[25]。宰后肉品中,线粒体耗氧量下降,OxyMb含量减少,而当线粒体密度越大时,线粒体对于氧气的竞争力大于肌红蛋白,线粒体对高铁肌红蛋白还原活性越高,肉色稳定性越好[26]

      Belskie等[27]研究表明,线粒体可以通过电子转运介导和高铁肌红蛋白还原酶2种途径还原MetMb。MetMb还原需要NADH和电子载体,而向线粒体中添加琥珀酸等物质,通过在复合物II进入电子传递链后向辅酶Q提供电子增加氧消耗,高铁肌红蛋白还原酶利用反向电子流产生的NADH,将MetMb还原,从而使肉色保持新鲜状态。线粒体可以通过逆向电子传递在死后产生NADH,这种NADH可以通过电子传递介导的途径和酶的途径被用来降低MetMb。Lanari等[28]研究线粒体浓度、耗氧量和肌红蛋白活性时,发现在颜色较差的肌肉中,线粒体浓度较高,而肌红蛋白含量较少。由此可以看出,肌肉中线粒体与肌红蛋白紧密相关,在肌肉中形成氧竞争关系,两者相互作用共同影响肉色变化的稳定性。

    • 线粒体和肌红蛋白对氧气的竞争是影响肌肉形成亮红色肉色的一个关键因素。宰后的肌肉中线粒体依然能够进行呼吸作用,线粒体氧气消耗量大于肌红蛋白氧气消耗量时,肌肉中的肌红蛋白由于无法得到足够的氧气,大部分转化为脱氧肌红蛋白,而使肉品显示深红色[29]。Mckeith等[30]将不同颜色深度的暗色牛肉胴体与对照胴体进行比较,发现肉品颜色深度与线粒体浓度有关,线粒体浓度越高,线粒体呼吸速率越大,肌红蛋白中脱氧肌红蛋白含量越高,肉色保持深红色,肉色稳定性越好。另外,有研究表明线粒体能够影响牛肉肉色的稳定性,线粒体电子传递链过程中电子丢失会形成活性氧,活性氧被细胞还原时,NADH会被消耗,肉色的稳定性提高[31]。线粒体代谢是肉色变化的内在机制之一。

      目前已经通过蛋白质组学对肉色变进行了研究,发现了线粒体蛋白质变化机理与肉色之间的相互关系。杨啸吟等[32]利用蛋白质组学研究高氧气调包装对牛排肉色稳定性的影响,发现在储藏期间共有20个明显差异蛋白,其中15个与肉色变化有关,他们主要是糖酵解途径和能量代谢过程中的相关酶,这些酶类随贮藏时间的延长表达量降低,烟酰胺腺嘌呤二核苷酸和还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸减少,从而使肉色稳定性降低。刘维[33]利用线粒体蛋白质组学发现线粒体代谢和牛肉肉色变化之间有着不可分割的关系,牛肉贮藏期间显著性差异蛋白有16个,其中热休克蛋白能够保护细胞,控制线粒体内的脂质氧化,降低肌红蛋白的氧化程度。王磊[34]同样发现在肉色变化中的热休克蛋白变化,也发现抗氧化蛋白和其他酶类,这些差异蛋白可能参与了调节宰后肉品细胞中的氧化过程,使肉色发生变化。Gao等[35]在贮藏1~5 d的羊肉中共鉴定出11个差异蛋白,包括代谢酶类、结合前蛋白、伴侣蛋白和抗氧化蛋白。这些蛋白质与a值、线粒体呼吸速率、MetMb减少和组织耗氧速率表现出正相关,推测蛋白质组可能会影响死后的新陈代谢,从而保护肌肉不变色。邬威[36]通过双向电泳结合串联质谱的蛋白质组学技术,同样发现了11种蛋白与肉色变化相关。通过上述实验内容,随着贮藏时间的延长,分析线粒体蛋白质组学差异,在宰后的肌肉中发现了多种与线粒体能量代谢相关的酶类和抗氧化酶,主要参与糖酵解过程和三羧酸循环代谢途径,这些酶类通过催化与之对应的有机化合物来影响糖酵解代谢速率和三羧酸循环代谢,能够调控NADH的产生,增加高铁肌红蛋白的还原,提高肉色的稳定性。

    • 高压技术处理食品时,压力也会对肉类中的酶活性产生影响,从而导致肉制品颜色改变。冯哲等[37]研究表明,当温度和压力上升时,猪红色肉色亮度值 (L*) 和色差值 (△E) 增加,a*值减少,猪肉由鲜红色变成灰白色,而无压力存在时,仅仅改变温度对肌红蛋白,对DeoMb、OxyMb和MetMb的含量无显著影响。高压对肉色的稳定性和肌红蛋白的氧化程度表现出了较强的作用。黄甜等[38]研究压强对猪肉色泽稳定性的影响,发现黄度值 (b*)、L*和△E受压力影响最为显著,将处理条件控制在350 MPa,40 ℃,能够使猪肉色泽稳定性较高,两者的结论不谋而合。在牛肉中也有相似的研究结果。Gupta等[39]通过高压处理牛肉,观察肌红蛋白和肉色变化,发现高压处理组与対照组相比,肌红蛋白更容易处在OxyMb的状态,肉色的稳定性也得到提高。

    • 鲜肉主要有3层色素层,表层的OxyMb在低氧气含量下会随着氧气含量的逐渐增加有利于形成稳定的OxyMb。气调包装常用的气体有氧气 (O2)、氮气 (N2) 以及二氧化碳 (CO2)。在低氧气浓度下会促进褐色的MetMb形成,随着氧气浓度增加,红色肉表面会维持鲜红色,提高肉色稳定性[40]。而升高含氧量会促进脂质氧化,同样会影响肉色变化[41]。马骋等[42]探究在不同含氧气调包装方式对牦牛肉肉色稳定性的影响,结果表明,与真空包装组相比,含氧气调包装组更利于良好肉色的形成。O2体积分数为60%的气调包装组中牦牛肉的肉色稳定性最好。不仅在畜类肉色变化中发现了气调对肉色变化的作用,在水产品中也有相似的作用。刘梦等[43]研究金枪鱼在不同气体比例条件下品质变化,发现适当提高O2比例可以有效抑制MetMb的形成,使金枪鱼的a*下降速度减缓;适当提高CO2比例可以抑制金枪鱼需氧微生物的繁殖,延缓金枪鱼解冻时L*下降,提高金枪鱼红色肉在贮藏期间的色泽稳定性。高海[44]用不同的CO2和O2气体浓度包装三文鱼,发现三文鱼色差变小,肉色稳定性提高,能够很好的保持三文鱼肉的色泽。

    • 琥珀酸能够抑制线粒体的过氧化作用,从而减少过氧化导致的线粒体损害,线粒体内MetMb的还原。Gao等[45]用线粒体培养MetMb,向其中加入琥珀酸和NADH,发现经琥珀酸处理后的样品,MetMb含量下降了69%,并且添加了琥珀酸的真空包装牛肉背长肌的肉色稳定性更高。杨红菊等[46]向牛肉糜中添加琥珀酸,适量浓度的琥珀酸可以降低MetMb的含量,对稳定和维持肉色具有良好的作用。

    • 已有研究表明乳酸盐主要是通过其所在的乳酸-乳酸脱氢酶体系,促进NADH的产生,提高MetMb的还原效率,从而提高肉色的稳定性[47]。刘金鑫[48]向牛最长背肌中注射乳酸钙冷藏期间L*和a*值的下降速度明显降低,证明乳酸钙能够提高肉色稳定性。张玉斌等[49]向牦牛肉糜中添加3种不同的乳酸盐 (乳酸钙、乳酸钾、乳酸钠),发现3组处理样品的MetMb含量的上升都受到了抑制,其中0.3%乳酸钙效果最好,能够明显地稳定和保持肉色。

    • 其他具有护色效果的化学物质,主要是通过清除自由基,螯合金属离子和还原能力而起到抗氧化的作用以及催化糖酵解过程生成NADH,还原MetMb,发挥稳定肉色的作用。例如苏晓琴等[50]研究表明异抗坏血酸钠、茶多酚、迷迭香酸和鼠尾草酸可以降低肌红蛋白氧化程度,提高肉色稳定性。辛建增等[51]发现甘油醛-3-磷酸同样能够提高降低MetMb含量,提高羊肉肉色稳定性。刘金鑫等[52]证明草氨酸钠可以通过抑制乳酸脱氢酶的活性,使NADH的浓度和MetMb活性降低,从而维持肉色稳定性。刘策[53]通过向日料中添加苜蓿皂苷能够使羊肉呈现纯正且稳定的红色,降低肌肉中深褐色髙铁肌红蛋白的比例。综上,可能还有更多的化学物质可以保持肉色的稳定性有待于发现。步婷婷等[54]用杨梅多酚浸泡金枪鱼肉,能明显抑制MetMb的形成,延缓色泽衰败,提高金枪鱼肉色的稳定性。李圣艳等[55]使用壳聚糖作为保鲜剂对三文鱼品质变化研究发现,壳聚糖能够提高三文鱼肉色稳定性,使三文鱼在贮藏期间色泽变化变化较小。

    • 肉色越来越受到消费者和研究人员的关注,通过研究肉色变化的内在机制,有针对性地采取措施控制肉色的变化,提高肉色的稳定性,可改善肉制品的销售状况。此外,在肉色变化研究领域,酶系统的作用还有待进一步研究;肌红蛋白在特定条件下的存在形式,如碳氧肌红蛋白、氮氧肌红蛋白、硝基高铁肌红蛋白等,以及对肉色的影响,还需要进一步研究。

参考文献 (55)

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