脂肪氧化誘導魚蛋白聚集變性研究進展

章銀良，安巧云，楊慧

（鄭州輕工業學院食品與生物工程學院，河南 鄭州 450002）

脂肪氧化誘導魚蛋白聚集變性研究進展

章銀良，安巧云，楊慧

（鄭州輕工業學院食品與生物工程學院，河南 鄭州 450002）

綜述魚脂肪氧化、魚蛋白質變性以及脂肪氧化對蛋白質影響等方面的研究進展。明確提出魚品質的下降的一個重要原因是由脂肪氧化誘導引起蛋白質劣變，下一步研究重點是探索脂肪氧化誘導蛋白質變性的機理。

脂肪氧化；蛋白質變性；氧化誘導；品質劣變；機理

我國有著豐富的漁業水域和生物水產資源，種類繁多。隨著現代科技的迅速發展，水產品加工技術不斷提高，水產品加工業在國民經濟中的地位日益上升，已經成為海洋經濟新的增長點。同時，水產品作為一種很重要的食物，使得大力開發海洋、增加淡水養殖，成為擴大食品源的重要途徑。我國漁業生產持續穩定并快速發展，水產品年產量占世界總產量的1/3以上[1]，已經連續16年位居世界第一。但是，由于魚類水分含量高、肌肉組織細嫩，所以易腐敗變質、不易保藏，失去食用價值，所以在產品保藏和加工中如何保證魚肌肉蛋白質結構完整和性質穩定是目前最為關注的理論和實際問題。本文主要對魚蛋白變性、魚脂肪氧化以及脂肪氧化對蛋白變性影響的研究現狀做綜述分析。以期為提高魚類加工品質提供一定技術保證。

1 魚蛋白變性的研究進展

1.1 魚體冷凍冷藏過程

冷凍貯藏是保持魚肉新鮮程度的一個重要的保藏手段。早在1861年，埃偌克·派珀就提出了利用冰和食鹽對易腐敗變質的食物進行凍結的保藏方法[2]。它的原理是在低溫條件下既有抑制微生物生長繁殖的作用，又能減緩魚肉中一些化學和酶的反應。然而在冷凍貯藏時間逐漸延長的情況下，肌肉蛋白的結構和化學性質也會隨之發生一系列的變化，在低溫儲藏過程中蛋白質冷凍變性現象是一個普遍存在的問題，所以魚肉蛋白質冷凍變性問題一直是水產品質量的研究重點[3]。就目前而言，對于魚蛋白的冷凍變性機理大家都普遍認可以下3種學說[4-7]。①蛋白質結合水的脫離學說。一般來說結合水較難結冰，但是當溫度很低時凍結率也會增高。首先冷凍過程是一個緩慢凍結的過程，會形成冰晶而導致水分子的重新排列分布，一部分結合水被凍結，即結合水脫離蛋白質。其次是解凍過程，本來與蛋白質結合的水不能返回到原來的位點，這樣水分子就游離出來而脫離了組織，也就是蛋白質失去了復水能力而發生了不可逆的變性。如Davies[8]等采用DSC來監測魚肌肉蛋白質在凍藏期間發生的變化。肌動蛋白轉變溫度（Td）下降意味著肌纖維蛋白質隨著冷凍時間延長，其變性程度增加，引起變性的原因主要是由于冷凍。②細胞液的濃縮學說。隨著凍結溫度的下降，由于冰晶的析出使細胞中未凍結的細胞液被濃縮，細胞中的有機溶劑和金屬鹽含量就相對增大，所以離子濃度增加，pH也會隨之變化而導致蛋白質鹽析變性。Oguni[9]等研究指出在0.6 mol/L KCl溶液中鯉魚肌球蛋白的Ca2+-ATPase活性會下降，冷凍變性加強，這都證實了該學說的推斷。③水與水合水的相互作用學說。蛋白質的高級結構是由分子間的氫鍵和分子內的非極性鍵共同維持的，這些鍵的分布又與蛋白質周圍的水分子關系密切。凍結時冰晶的析出會破壞蛋白質分子和周圍結合水的結合狀態，即影響了水與蛋白質的相互作用。從蛋白質的結構考慮可能會導致蛋白質分子內部一些舊鍵的斷裂和新鍵的結合，如氫鍵、離子鍵和二硫鍵等，從而改變蛋白質的內部結構使其變性。

1.2 魚肉加工過程

1.2.1 加熱處理

加熱是食品加工過程中的重要工藝，加熱過程可以起到抑制微生物活性的作用，同時可以賦予產品特有的風味、色澤和組織結構。對于魚制品而言，這些組織特性的變化主要取決于肌原纖維蛋白的熱變化。例如潘錦峰[10]等利用DSC、SDS-PAGE電泳研究了草魚肌原纖維蛋白在加熱時的變化，發現各項理化指標都呈S型變化。他認為熱變性的機理是當加熱溫度小于45℃時，小部分蛋白質分子首先發生構象改變，造成分子間作用力的重排；隨著溫度的升高，水和蛋白質分子間的作用力被破壞，蛋白質分子發生開鏈，部分巰基暴露被氧化成二硫鍵；當溫度達到蛋白的變性點時，蛋白質分子的結構被完全破壞，相互進行交聯發生聚集，形成大量新的二硫鍵。

1.2.2 腌制

腌制加工是有悠久歷史的保藏方法之一，一般指的是食鹽腌制，包括鹽漬和熟成兩部分。章銀良[11]研究了海鰻腌制加工中食鹽的滲透作用，采用熒光、傅里葉轉換紅外光譜等手段測定了腌制過程蛋白質的特性變化。認為鹽分的滲入導致肌動球蛋白快速失水，使從非極性氨基酸轉移到水所需的自由能減少，從而使分子內的疏水作用減少；當食鹽達到一定濃度，會引起肌動球蛋白的去極化，使蛋白質分子內的疏水性脂肪族暴露導致疏水性增加并破壞了原來的天然結構狀態，從而由于肽鍵的盤繞或螺旋部分產生了構象的變化。

1.2.3 干制

魚類的干制加工主要是利用外界條件脫去魚體中的水分，一般和低鹽腌制配合加工。吳平華[12]等利用草魚進行了低鹽干制的加工實驗，認為對魚體進行干燥處理時，大量的水分滲透出來，增強了細胞膜的通透性，細胞膜結構被破壞，導致蛋白質變性。

1.2.4 熏制

熏制是利用木材不完全燃燒時產生的揮發性物質對魚體進行加工的過程，目的是使魚體脫水，同時賦予其特有的風味并以此延長保質期。Sigurgisladotti S[13]等研究了熏制過程中大西洋鮭魚的變化，其硬度明顯增加，主要是因為肌原纖維蛋白由于脫水而收縮造成。

綜上所述，無論是冷凍過程的3個學說還是不同加工過程中蛋白質的變性機理，都認為其變性的根本原因是水分子的缺失。

2 脂肪氧化的研究進展

2.1 應用抗氧化劑抑制氧化

在食品保藏中常常添加一些化學抗氧化劑，如TBHQ、VC、VE、PG等來延緩或阻止氧氣導致的脂肪氧化作用。抗氧化劑的作用是可以先爭奪空氣中的氧氣進行反應，例如與氧化的中間產物結合、金屬螯合作用等從而避免了食物氧化。從二十世紀初開始人們就使用合成抗氧化劑，雖然較為經濟，但是有些本身有一定的毒性。

2.2 提取天然活性成分抑制氧化

天然提取物具有無毒、高效的抗氧化、抑菌和保健功能的優點而備受關注，例如茶多酚、紅辣椒提取物、竹葉抗氧化物（AOB）、靈芝肽、黃酮等。劉焱[14]等研究了在淡水魚糜中添加天然抗氧化劑茶多酚，發現其酸價、過氧化值都明顯下降。茶多酚具有滅活自由基的功能，可以和氧化過程產生的自由基（-R·RO·ROO·）反應，生成較穩定的酯基自由基，從而終止鏈式反應起到抑制氧化的作用。

2.3 物理方法抑制氧化

物理方法包括輻照（如X-射線、γ-射線、紫外射線或高速電子束等電離產生的高能射線）、臭氧、微波以及結合真空包裝、低溫、氣調儲藏等手段來保藏食品。由于物理方法處理的肉品衛生質量較高，而越來越受到人們的關注。輻照會提高自由基的生成速度從而引發自由基的鏈式反應，所以保藏效果跟輻照劑量以及時間都有關系。例如梁飛[15]等利用低劑量輻照研究了冷鮮肉的保藏，得出結論為1 KGy的輻照處理效果較優，既達到了保鮮的目的又不會加速脂肪氧化的程度。姚周麟[16]等利用電子束冷殺菌對魷魚絲進行保藏，其POV值增加程度較小，菌落總數也有大幅度減少。

3 脂類氧化產物對魚蛋白質影響的研究進展

Pigott G[17]曾經提到冷凍過程中魚肌肉蛋白質的變性與其新鮮度、水分含量、凍藏溫度、pH、氧化三甲胺還原產生的二甲胺和甲醛、脂肪氧化等因素都有關系。脂類氧化生成的氫過氧化物質能使含硫蛋白質發生氧化，造成食品營養成分的大量流失。脂類氧化產物與蛋白質之間會以共價鍵結合，一些食品和飼料中的脂類在氧化后，發生蛋白質-脂類的共價相互作用，例如冷凍或干制魚、魚粉和油料種子。所以在魚類的貯藏和加工過程中引起魚質量明顯下降的一個重要卻被忽略的因素是脂肪氧化。

脂類的過氧化產物與蛋白質的共價結合和脂類誘導的蛋白質聚合反應可能包括2種機理：自由基反應和羰氨反應[18]。

3.1 自由基反應

氫過氧化物（也就是脂質過氧化初級產物）的裂解產生脂質自由基，脂質自由基通過抽氫反應充當引發劑使蛋白質分子變成自由基，蛋白質自由基又引發聚合式鏈反應，最終導致蛋白質的聚合。例如氫過氧化物的氧-氧鍵斷裂產生烷氧自由基會與蛋白質作用生成蛋白質自由基，蛋白質自由基再交聯，誘發蛋白質的聚合。

脂肪氧化產生的自由基會很快消失，可以用電子自旋共振光譜（electron spin resonance，ESR）來檢測，并且這是可以直接檢測的唯一方法。ESR的優點是直接對樣品就可以測定，而不需要對樣品進行復雜的處理；樣品檢測后不會受到破壞，不會對樣品自身反應產生干擾；對同一樣品可以反復進行測量。它的作用是追蹤反應過程中順磁粒子的形成、消失、再生和轉移，從而探測到反應的機制和動態過程。Saeed S[19]等在研究魚肉脂肪-蛋白質體系的報道中指出脂肪氧化大大縮短了許多品種冷凍魚的貨架期，特別是脂肪含量多的魚類易產生惡臭味而不利于消費。他們用電子自旋共振證明了冷凍儲存的脂肪氧化產品會使魚的組織蛋白變硬，聚集。此外，還損失了一些氨基酸，如半胱氨酸、賴氨酸、組氨酸和蛋氨酸，以及損害其他色素蛋白質，如細胞色素C和血紅蛋白。

3.2 羰氨反應

羰氨反應指的是脂質氧化的次生產物（醛類或者酮類化合物）的羰基可與蛋白質分子的氨基等側鏈基團發生反應導致多肽鏈的鏈內交聯和鏈間交聯[20-21]。第一，肽主鏈的氧化斷裂和一些氨基酸側鏈基團的氧化都能生成羰基衍生物[22]。對氧化最為敏感的氨基酸是雜環族氨基酸，其次是芳香族氨基酸，最后是具有硫基基團的氨基酸。從結構上看，這些氨基酸殘基側鏈基團的-OH、-SH、-NH或-NH2中的氫原子容易被抽去，所以色氨酸、組氨酸、脯氨酸、賴氨酸、半胱氨酸、甲硫氨酸以及酪氨酸易于被氧化。例如Kikugawa等[23]曾報道，亞油酸氫過氧化物與色氨酸反應24 h后，色氨酸的殘基總量減少18%。第二，次生產物小分子醛、酮等，發生醛化引起相鄰蛋白質分子間的交聯。如脂質過氧化物的分解產物丙二醛能與蛋白質中賴氨酸的ε-NH2反應生成希夫堿，使大分子交聯。

3.3 蛋白質分子結構的重排

參與上述兩大反應（脂質自由基和脂質過氧化的醛類產物反應）的蛋白質，進一步通過氫鍵、疏水相互作用和二硫鍵等的作用進行重排，形成高分子的蛋白質聚合物。

許多種魚類的肌原纖維蛋白，特別是肌球蛋白在不同的加工和貯藏過程中與不同種類的脂肪或脂肪過氧化產物發生反應而發生變性[24]。在蛋白質表面，脂肪酸有表面活性劑的作用，引起疏水相互作用導致蛋白質鏈的展開，進而暴露內部基團用于反應。

綜合以上3種反應，蛋白質與脂質、脂質過氧化物或游離脂肪酸等相結合，蛋白質變性直接影響蛋白質的溶解度。蛋白質溶解度的下降又進一步影響蛋白質的多種功能性質，包括起泡能力和泡沫穩定性、乳化能力和乳化穩定性、膠凝能力、水化能力、增黏性能、保油保水能力等，使得魚的口感變差，組織結構韌性增加[25]，導致魚制品的品質大大降低，風味劣變。

到2010年為止，從文獻報道中來看關于脂肪氧化誘導對魚蛋白質聚集的研究報道還十分缺乏。江南大學的黃友如研究了由脂肪氧合酶催化亞油酸誘導大豆蛋白聚集的機理。通過建立由亞油酸、脂肪氧合酶和低脂質含量的大豆蛋白所組成的模擬反應體系，應用化學分析、電泳、凝膠色譜和激光光散射等方法研究了反應后大豆蛋白的聚集情況[26]。英國薩里大學Howell N K等研究了酶氧化活性對魚品質影響；抗氧化劑和冷凍保護劑對冷凍魚蛋白質變性和質構的影響以及采用電子自旋共振（ESR）研究了游離自由基在魚中的脂肪－蛋白質相互反應等[27-28]。他們在研究魚肉品質在儲存過程中劣化這一現象時發現，魚油中多不飽和脂肪酸氧化產生的自由基是問題的關鍵，其原因是魚肉中的肌球蛋白在自由基作用下發生了聚集，最終使得蛋白質的水化及凝膠性能下降。因此可以推斷魚類脂肪氧化是引起蛋白質聚集的重要原因。

4 結論

筆者曾研究了魚在腌制過程中食鹽、海藻糖對蛋白質結構和性能的影響，探索了腌制加工過程中的脂肪氧化和游離脂肪酸的變化，研究認為它們兩者之間存在相當的關聯。因此有必要通過脂肪氧化誘導對魚蛋白質結構和性質的影響的研究，探明魚蛋白質聚集機理。研究成果將為探索魚加工中脂肪氧化對產品品質影響，提高水產品加工的內在質量，闡明我國水產品加工品質較低，高附加值產品缺乏的本質影響機制，對于促進我國水產品加工業的發展具有重要的現實意義。

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Progress of Denaturation of Fish Protein Induced by Lipid Oxidation

ZHANG Yin－liang，AN Qiao－yun，YANG Hui
（School of Food and Biological Engineering，Zhengzhou University of Light Industry，Zhengzhou 450002，Henan，China）

Progress of fish fat oxidation，fish protein denaturation and protein effected by fat oxidation was summarized.Protein deterioration induced by fat oxidation is an important factor of fish quality decreased.The next research should focus on the mechanism of protein deterioration induced by fat oxidation.

lipid oxidation ；protein denaturation；oxidation induction；quality deterioration；mechanism

章銀良（1963—），男（漢），教授，博士，主要研究方向：食品化學與質量安全。

2011-02-11