植物多酚调控肉蛋白氧化及在肉制品中应用研究进展

常海军，熊杰，周文斌，伯朝英

(重庆工商大学 环境与资源学院，重庆市特色农产品加工储运工程技术研究中心，重庆，400067)

随着国民GDP水平不断攀升，贴有“绿色、健康、营养”标签的食品逐渐成为大众青睐的消费对象，肉品行业及研究领域的发展也都致力于使用天然、健康、营养且无毒害的物质取代对人体存在潜在危害的化学合成物质。基于植物多酚抗氧化、抗菌、抗癌、防治心血管疾病且无毒无害、来源广泛等特性[1]，尤其是其抗氧化特性，成为肉品行业一大突破口，有望解决传统抗氧化剂给人体带来负面影响的技术难题，提升肉品质量和营养价值，促进肉品消费。

肌原纤维蛋白(myofibrillar pritein, MP)是肌肉中含量最高的蛋白，占肌肉总蛋白含量的55%～60%，是形成肌纤维的盐溶性结构蛋白群，主要包括肌球蛋白、肌动蛋白、原肌球蛋白、肌钙蛋白等[2]，这类蛋白质不仅参与肌肉收缩,影响肉的嫩度，还决定着肉制品热诱导凝胶三维网络的形成，对肉制品的流变学特性、保水性、乳化性、质构、感官等品质起着至关重要的作用[3]。植物多酚介导调控肌肉脂肪和蛋白质氧化效果显著，众所周知肉及肉制品脂肪含量较高，过多摄入会对人体心血管造成负担，因此，为改善肉品脂肪酸组成，有研究报道添加亚麻籽、姜黄等含多不饱和脂肪酸较多的物质作为动物饲料添加剂可有效改善肉品营养成分，降低心血管疾病发生概率，但不饱和脂肪酸极易被氧化，研究证明添加植物多酚介导可提高肉品脂质氧化稳定性[1, 4]。在前期植物多酚对抗肉品脂肪氧化研究基础上，直接添加各种植物多酚介导调控氧化应激MP，探究多酚类化合物对MP结构、氧化及凝胶特性影响是当今肉品领域的研究热点，从植物多酚与蛋白质相互作用、肌肉内部分子结构变化、蛋白质交联聚集状态等对MP凝胶特性影响进一步阐述植物多酚对肉品品质影响机制。本文主要综述植物多酚对MP氧化和凝胶特性影响及其在肉制品中的应用研究进展。

1 植物多酚的种类及特性

1.1 植物多酚种类

酚类化合物是植物的次生代谢产物，主要是苯丙氨酸或酪氨酸经过巨莽草酸途径和酮途径生成[5]，广泛存在于各种草本植物的根、茎、叶及花果中，对于植物的生长繁殖必不可少，可抵御植物病虫害。目前，大约10 000种不同的植物酚类衍生物已被分离和鉴定，其结构复杂，种类繁多，基本结构包括酚酸、醌(奈醌类和蒽醌类)、类黄酮(色酮类、黄酮类、儿茶素类、苯乙烯基色酮类)、木酚素、木质素和芪六类[6](图1)。其中，植物多酚类物质经分离鉴定后属于黄酮类化合物居多，根据杂环-α-鸟嘌呤、氟茚酮、异佛尔酮、氟哌嗪、查耳酮和花青素的氧化程度，可分为不同的亚类，如黄酮醇类、黄烷酮类、黄烷醇类、异黄酮类、二氢黄酮醇类、色酮类、香豆素类、山酮类、花青素类、单宁类等[7](表1)。

图1 植物中酚类化合物基本结构Fig.1 Basic structures of phenolic compounds in plants

表1 植物多酚类别及化合物的来源Table 1 The types and sources of plant polyphenols

1.2 植物多酚特性

鉴于植物多酚特殊的化学结构，其具有天然的抗氧化、抗菌、抗炎、抗过敏、抗肿瘤、抗癌、抗衰老、防治心血管疾病等生理特性，近年来在食品、医药、营养、生物化学等领域成为研究热点，并应用广泛[18]。

2 植物多酚对MP的介导调控

植物多酚作为一种天然生物活性物质，其抗氧化特性与抑菌特性可用于动物肉的抗氧化和防腐保鲜，改善肉的品质特性，延长肉品货架期。然而，肌原纤维蛋白是肌肉中最重要的功能成分，其结构与性质的变化直接导致肉制品物化性质和感官品质的变化[5]。植物多酚可与MP相互作用，分为非共价相互作用(离子键、氢键和疏水相互作用)和共价相互作用。直接研究植物多酚与MP的相互作用，可从蛋白质氧化程度及凝胶特性的变化来进一步分析阐明植物多酚对MP的介导调控机理，对肉品行业的发展至关重要。

2.1 植物多酚对MP氧化应激影响

2.1.1 蛋白氧化机制

脂肪与蛋白是影响肉制品品质最重要的2种营养素，易发生氧化反应。目前脂肪和蛋白质氧化机制已被大量研究阐明，两者氧化机制类似，均为一个自由基链式反应过程，但蛋白氧化途径更为复杂，产生的氧化产物种类更多(图2)[1]。在肉品加工过程中活性氧、活性氮和氧化应激二级产物均能引发蛋白质氧化，其中活性氧自由基中的羟自由基(·OH)氧化能力最强，最易引发蛋白氧化[12]。活性氧易伴随着金属催化或辐射裂解产生，首先，活性氧夺取蛋白PH上的1个氢原子使其变成碳中心蛋白自由基P·(反应a)；P·与O2结合可进一步转化成POO·(反应b), POO·可从另一个蛋白分子上夺取1个氢原子转变成POOH (反应c)；形成的POOH可与HO2·或者还原态的金属离子(Mn+)反应生成烷氧自由基PO·(反应d和e)；PO·也可与HO2·或Mn+反应生成相应的羟基衍生物POH(反应f和g)[5]。

a-PH+HO·→P·+H2O;b-P·+O2→POO·;c-POO·+PH→POOH+P·;d-POOH+HO2·→PO·+O2+H2O; e-POOH+Mn+→PO·+HO-+M(n+1)+;f-PO·+HO2·→POH+O2;g-PO·+H++Mn+→POH+M(n+1)+图2 自由基介导的蛋白质氧化途径Fig.2 Protein oxidation pathways mediated by free radicals

2.1.2 蛋白氧化对肉制品影响

蛋白氧化对MP功能特性的改变是影响肉和肉制品品质的主要因素。在肉及肉制品中蛋白质氧化引起的蛋白质水解酶的敏感性增强、消化酶敏感性改变、蛋白质分子间共价交联(可促进凝胶化和乳化的可溶性聚合物或不溶性聚合物的产生)、蛋白质空间构象变化(氨基酸侧链修饰、肽链骨架断裂破碎)、甚至产生有毒有害物质等现象会进一步影响肉及肉制品的品质、风味、颜色和营养价值[12]。现已有研究表明，蛋白质羰基化会改变肌原纤维蛋白的带电性质，破坏蛋白质分子的相互作用和蛋白质与水分子的相互作用，导致溶解性降低[21]，表面疏水性增强，肌钙蛋白酶水解活性降低，从而导致肌肉嫩度和保水性降低[12]。此外，加工肉类蛋白质氧化对人类健康影响也备受关注。肉类蛋白质氧化会导致氨基酸侧链改变和蛋白质交联及裂解造成的必需氨基酸损失、消化率和生物利用率降低等不利于人体健康的现象[1]。事实上，蛋白质氧化对肉及肉制品的影响并不总是负面的，这与氧化程度有关，适度氧化有利于提高肌肉蛋白功能特性(如凝胶性)[22]。

2.1.3 植物多酚抗MP氧化机制

众多研究表明植物多酚对蛋白氧化抑制机理与脂质一样，都是基于植物多酚能够清除各种活性氧自由基。由于酚类化合物含有的邻羟基(—OH)是良好的氢供体，贡献的氢原子可快速与蛋白质自由基结合形成更稳定的物质，从而减慢或终止蛋白氧化自由基链式反应，酚类化合物还具有鳌合金属离子及分解过氧化物的能力，抑制金属离子对氧化反应的催化，从而终止反应[12]；在酶促氧化体系中，多酚可以通过疏水相互作用及氢键与促氧化酶结合，抑制酶活终止反应[5]。此外，植物多酚在体内可增强超氧化物歧化酶、过氧化氢酶等抗氧化酶活性，保护细胞免受氧化损伤，此外，植物多酚与蛋白质交联物的抗氧化活性增强[23]。

2.2 植物多酚-蛋白互作及其对蛋白分子间的相互作用

氧化条件下多酚与MPs相互作用可能过程如图3所示[24]，蛋白质与多酚的相互作用可以分为共价作用和非共价作用，其中非共价作用可逆，其作用力主要包括疏水相互作用、氢键、静电相互作用、范德华力以及π键[1]。共价作用主要是源于多酚的氧化和亲核加成过程，其作用力是共价键且反应不可逆。疏水相互作用被认为是蛋白质与多酚非共价相互作用最主要的驱动力，氢键次之。疏水相互作用主要表现在蛋白质脂肪族、芳香族氨基酸与多酚的苯环之间[25]。氢键的形成主要是通过多酚中的氢原子与蛋白质中的电负性离子如N、O或S结合。不可逆性结合则包括了共价键和离子键的结合[24]。在氧化还原过程中，作为抗氧化剂，酚类物质作为电子供体或氢原子可以被氧化为相应的醌或半醌类物质，其中，醌类物质可以促进蛋白质中的巯基向二硫键转化，或者与某些蛋白质侧链氨基酸的亲核基团如—SH、—NH2等反应而共价结合(图4)[26]。

图3 氧化条件下多酚与蛋白相互作用可能过程Fig.3 Possible interaction process between polyphenols and protein under oxidation conditions

图4 氧化诱导蛋白交联及巯-醌加合物形成Fig.4 Oxidation induced protein crosslinking and the formation of thiol-quinone adducts

目前关于植物多酚与蛋白非共价相互作用的研究主要集中于血清蛋白、植物蛋白及乳蛋白等方面，吕艳芳等[27]采用光谱法和分子对接技术研究阿魏酸与牛血清白蛋白(bovine albumin,BSA)的相互作用，发现阿魏酸主要靠氢键和范德华力与BSA自发形成稳定的复合物。唐瑜婉[28]研究了不同pH、CaCl2浓度下阿魏酸与玉米醇溶蛋白相互作用，结果发现玉米醇溶蛋白与阿魏酸之间发生了相互作用，并引起了玉米醇溶蛋白构象发生改变，阿魏酸与玉米醇溶蛋白的荧光猝灭方式是分子间形成不发荧光的复合物产生的静态猝灭。雷选等[29]对阿魏酸和酪蛋白的相互作用机制进行了研究，发现阿魏酸能淬灭酪蛋白的内源荧光，淬灭方式为静态淬灭，阿魏酸与酪蛋白作用的驱动力为疏水作用和氢键，使酪蛋白的二级结构发生了变化。针对植物多酚与肉蛋白非共价相互作用的研究非常有限，机理也并不明确。JONGBERG等[26]研究发现4-甲基儿茶酚与肉蛋白—SH共价结合形成了巯-醌加合物，从而导致—SH含量降低；TANG等[4]采用超高效液相色谱-线性离子阱-串联静电轨道阱高分辨质谱和基质辅助激光解析/电离飞行时间质谱分析技术研究了氧化迷迭香酸与SH的加合物，并发现其在肌球蛋白上可形成1个结合位点(Cys949)。

2.3 植物多酚对MP凝胶特性影响

肌原纤维蛋白凝胶是在加热过程中，随着温度的升高，MP结构展开、聚集，而后形成具有黏弹性的三维网络结构[5]。植物多酚的介导会影响蛋白质分子间共价键交联，对凝胶保水性、流变学特性、弹性模量、凝胶强度等凝胶特性产生影响，从而影响蛋白凝胶性能。现已有相关研究表明，多酚类物质对MP凝胶性能影响与其浓度有关，适量浓度多酚可促进蛋白质结构适当展开、二硫键及其他共价键生成，从而有利于凝胶网络形成；相反，高浓度多酚会促进巯基-醌和氨基-醌加合物生成，进一步降低巯基和氨基数量，导致蛋白结构过度展开、交联及聚集体的过度形成、溶解度大幅度降低，从而破坏MP凝胶性能。

多酚类物质对MP凝胶特性调控效果与其浓度息息相关。表没食子儿茶素没食子酸酯(epigallocatechin gallate,EGCG)或没食子酸(gallic acid,GA)在Feton氧化体系诱导或丙二醛氧化诱导或经大豆油乳化的MP中对MP凝胶性能影响都表现出高度一致性，低浓度EGCG(50～200 mg/L)或GA(6、30 μmol/g)促进MP氧化稳定性和凝胶网络稳定性，然而高浓度EGCG(500～1 000 mg/L)或GA(50、150 μmol/g)与MP反应形成较多的巯基-醌和氨基-醌加合物从而阻碍二硫键、羰基-NH2等共价键的形成，不利于凝胶网络的形成，造成凝胶蒸煮损失大、凝胶保水性差、凝胶弹性和强度下降[30]。CAO等[31]在氧化应激MP中同样发现绿原酸的存在会促进氧化引发的α-螺旋构象和MP三级结构的丢失，高浓度绿原酸(150 μmol/g)会破坏MP的凝胶性能，低中浓度绿原酸(6、30 μmol/g)添加并不影响MP凝胶得率。JIA等[32]发现氧化应激MP凝胶特性随着儿茶素浓度升高而恶化，凝胶强度和保水性逐渐下降，较高浓度儿茶素(50、100、200 μmol/g)下的凝胶微观结构更加疏松多孔、蛋白胶束聚集、失去典型流变曲线。同样，含大量儿茶素类的茶多酚对氧化应激MP凝胶特性影响效果与EGCG和儿茶素均一致[16]。

此外，盐离子浓度对EGCG介导的蛋白凝胶特性也会产生影响，高浓度盐离子浓度(0.6 mol/L NaCl)会增加MP改性，加剧由MP和EGCG交互作用引起的蛋白暴露，增加内部结构损害程度，导致凝胶质量差[33]。适宜的盐离子浓度与多酚类物质可产生协同增效作用，对MP凝胶特性产生积极影响。CAO等[22]发现添加焦磷酸盐和儿茶素对氧化应激下MP凝胶特性具有协同增效作用，提高了MP氧化稳定性、凝胶能力和凝胶结构完整性。

多酚与蛋白质相互作用易形成加合物从而对蛋白质结构及凝胶特性产生影响。TANG等[34]运用三联飞行时间质谱技术鉴定了氧化应激下肌原纤维蛋白凝胶模型与迷迭香酸(rosmarinic acid,RosA)加合位点，发现与半胱氨酸相比，赖氨酸和精氨酸与迷迭香酸具有更高的加合量与反应效率，碱性氨基酸在加合反应中发挥重要作用。此外，根据迷迭香酸与MP加合位点研究基础，TANG等[35]还发现迷迭香酸的介导会显著减少蛋白质α-螺旋和β-折叠，同时增加β-转角和无规则卷曲，在低浓度的RosA (0.05、0.25 mmol/L)下，均形成了RosA-cys和Arg/His-RosA-cys加合物，对蛋白凝胶性能有积极影响，迷迭香酸浓度较高(1.25 mmol/L)时，RosA-cys成为主要加合物，阻断MP上的巯基形成二硫键，降低持水能力，通过破坏蛋白凝胶化而减弱凝胶强度。

3 植物多酚在肉及肉制品中的应用研究进展

近年来，有关植物多酚的研究及应用的报道持续不断，尤其是其较强的抗氧化特性广泛得到关注。基于对传统合成抗氧化剂安全性的担忧，富含多酚的植物提取物质作为天然健康抗氧化剂取代丁基羟基茴香醚、二丁基羟基甲苯、没食子酸丙酯、叔丁基对苯二酚等传统合成抗氧化剂成为食品行业一大发展趋势[12]。植物多酚应用于肉类工业主要是基于其抗氧化特性，提高肌肉脂肪及蛋白质氧化稳定性，有利于提高肉及肉制品的感官特性与营养价值，目前主要通过3种途径进行应用：

3.1 作为动物养殖饲料添加剂改善肉品质

将富含多酚的植物或植物提取物添加于动物日粮会改变肌肉中饱和脂肪酸与不饱和脂肪酸比例、改善动物肠道健康、提高肉品脂肪及蛋白质氧化稳定性。LI等[23]研究发现将含有大量没食子酸和绿原酸的桉叶提取物混于日粮饲喂鸡可提高其体内总超氧化物歧化酶活性、过氧化氢酶活性和谷胱甘肽含量并降低丙二醛含量，保护细胞氧化损伤，降低饱和脂肪酸含量，对肉质产生积极影响并提高鸡肉营养价值。MARTINI等[36]研究发现添加亚麻籽和天然提取物(葡萄皮和牛至)饲养的猪肉氧化稳定性，与对照组相比，脂质氢过氧化物含量和硫代巴比妥酸反应物值分别减少16%和35%。KONÉ等[37]研究发现将洋葱提取物作为饲料添加剂可提高兔肉的抑菌性能，有效抑制总嗜氧嗜温菌、假定假单胞菌和肠杆菌数量。LUCIANO等[38]发现饲喂含红三叶草的羊肉中维生素E含量较对照组降低了，对鲜肉氧化稳定性无影响，但改善了蒸煮肉及经氧化体系处理后肌肉匀浆的氧化稳定性。PERNA等[39]发现添加含大量花青素的花椰菜粉于家兔日粮中对肉品汁液流失、蒸煮损失和氧化稳定性均有显著促进作用，且降低肌内脂肪的饱和脂肪酸和多不饱和脂肪酸比例，提高维生素A和维生素E含量。ROSSI等[40]发现以褐藻和植物多酚混合物作为饲料添加剂即可降低兔肉胆固醇含量和提高维生素A与维生素E含量，还能提高肉品氧化稳定性。SALAMI等[41]发现以含大量多酚的刺棘蓟粉作为饲料添加剂对羊肉中脂肪酸组成无影响，但在经氧化诱导肌肉匀浆中表现出较强的抗脂质氧化活性。QWELE等[42]发现辣根叶具有超强清除ABTS阳离子自由基和DPPH自由基的能力，且以辣根叶作为饲料添加剂饲养产出的羊肉中总酚含量较高[(10.62±0.27) mg单宁酸当量E/g]，可增强体内抗氧化酶活性，提高肉品脂质抗氧化能力，改善肉质。

3.2 作为抗氧化剂或抑菌剂直接添加到肉及肉制品中

将植物多酚或含有多酚的植物添加于动物饲料中研究其对动物生长性能、抗氧化活性及肉品感官特性影响的实验周期较长，直接将植物多酚作为天然抗氧化剂添加于肉品更加快捷有效，同样可影响肌肉脂肪及蛋白质氧化，有利于提高肉品氧化稳定性，获得优质品相。

JONGBERG等[43]研究发现将绿茶提取物(总酚类化合物含量为500 mg/L)和迷迭香提取物(总酚类化合物含量为400 mg/L)分别添加于经紫外照射氧化的猪肉中制作香肠，绿茶和迷迭香提取物可降低硫代巴比妥酸值和蛋白羰基含量，但蛋白巯基损失增加。FAN等[44]发现添加茶多酚可有效抑制整个贮藏期内香肠脂肪氧化，然而添加高浓度茶多酚有破坏香肠质构、提高蒸煮损失趋势。曹云刚[5]验证了甘草提取物较强清除自由基能力，并发现甘草提取物与磷酸复合盐单独添加于肉饼中均具有降低脂肪和蛋白质氧化功效，二者配合添加于肉饼具有协同增效作用。BELLÉS等[45]发现在绿茶提取物和香芹酚浓度达到300 mg/L时可有效抑制羊肉汉堡脂质氧化，而且香芹酚还可延缓羊肉颜色变化及抑制微生物生长，此外这两类多酚物质对羊肉汉堡气味风味会产生影响。NOWAK等[46]将含有酚酸和类黄酮(表没食子儿茶素、槲皮素甙和山奈酚的苷)的酸樱桃叶和黑加仑叶提取物添加于猪肉肠中，冷藏14和28 d均能显著降低丙二醛含量，抗氧化作用显著，但28 d后，香肠颜色变化显著。LEE等[47]使用葡萄果渣粉(含有槲皮素、杨梅素、儿茶素和表儿茶素)腌制猪肉里脊发现葡萄果渣粉的腌制降低了猪肉里脊的硫代巴比妥酸值、挥发性盐基氮和总微生物数，提高了猪肉里脊贮藏稳定性。

3.3 作为包装材料增效剂应用于肉制品包装

植物多酚是制作抗氧化活性包装的优良活性物质，可将植物多酚涂抹于聚合物表面或通过一些技术手段(铸造或挤压工艺)将其与聚合物紧密混合共同形成膜基质，应用于肉品包装可有效控制脂肪和蛋白质氧化，抑制微生物生长，延长肉品货架期[48]。

BUSOLO等[49]对白藜芦醇和二丁基羟基甲苯的抗氧化活性进行对照，白藜芦醇具有较高的热稳定性和较强的抗氧化活性，并且将白藜芦醇与聚乙烯混合制备的活性线性低密度聚乙烯复合材料不仅具有较强的抗氧化活性，还具有较强的抗菌活性，有效延长红肉保质期。BOLUMAR等[50]比较了真空包装、迷迭香活性包装和氧清除剂包装3种包装对经高压处理后的肉在贮藏过程中脂质氧化的抑制效果，研究发现迷迭香活性包装是限制高压诱导脂质氧化的最佳方法。YANG等[51]发现将3种茶提取物(绿茶、乌龙茶和红茶)分别与酒糟蛋白膜混合制成的活性包装应用于猪肉，均可抑制贮藏过程中脂质氧化，且绿茶提取物含有较高的总酚，其抗脂质氧化效果最佳。BORZI等[48]使用吸附工艺将聚酰胺薄膜浸泡在含有5%绿茶提取物的醇溶液中24 h，制成的活性包装具有良好的抗氧化活性，应用于鲜肉包装可将保质期从6 d延长至23 d。因此，植物多酚作为包装材料增效剂也是一种抵抗肉品氧化、保护肉品特性和延长肉品保质期的重要技术手段。

4 结语

植物多酚作为一种天然活性物质，广泛存在于各类瓜果、蔬菜及草本植物中，经过成熟的提取分离技术可获得纯度较高的多酚类物质，由于酚类物质特殊的化学结构，其清除自由基的能力极强，因此其抗氧化能力尤其突出，应用于肉品抗氧化效果显著。此外，植物多酚的抗菌、营养、安全等特性也是应用于肉品的几大优势。目前，肉品领域主要通过3种途径将植物多酚加以应用：(1)作为饲料添加剂;(2)作为食品添加剂;(3)作为包装材料增效剂，均能有效提高肉品氧化稳定性，对肉品品质特性产生积极影响，延长肉品货架期。

目前已有大量研究阐明植物多酚介导调控肉品脂肪和蛋白质氧化机制、植物多酚与蛋白质相互作用机制以及植物多酚对肌原纤维蛋白凝胶特性产生的影响，且从微观的蛋白质构象、凝胶特性变化到宏观的肉品中的应用均表明植物多酚可作为一种优良的天然抗氧化剂，在肉品行业具有广泛的应用前景。为提高植物多酚在肉品行业中的潜在应用，还需进一步验证高剂量植物多酚的生物安全性，可通过动物和人体试验研究添加植物多酚后对肉品消化率以及体内吸收情况的影响，确定最适体内吸收的添加量并制定明确详细的添加策略，推进植物多酚的实际应用，发挥植物多酚最大的价值。