線粒體對肉色及其穩定性影響的研究進展

吳 爽，羅 欣，毛衍偉，朱立賢，楊嘯吟，韓廣星，張一敏,*

肉色是評價生鮮肉品質的一個重要指標，大多數消費者把肉色作為判斷肉是否新鮮、衛生的一個主要尺度，可以說，肉色是影響消費者購買意愿的決定性因素。鮮亮的桃紅色是生鮮肉新鮮的指示標志，任何不符合這些顏色表觀特征的肉會被認為品質差或已經腐敗。表面變色的生鮮肉會被打折銷售或者加工成低價值的產品，甚至直接丟棄。據統計，美國肉類產業每年因為肉類變色問題造成的經濟損失超過10億 美元[1]。影響肉色及肉色穩定性的因素很多，宰前因素包括：動物的種類與品種、飼養方式和宰前管理方式等；宰后因素主要包括：肌肉類型、pH值、貯藏溫度、包裝方式、貯藏時間及肌肉自身的生化特性如脂質氧化水平和線粒體活力等[2-3]。近40年來，很多學者對影響肉色及肉色穩定性的因素進行了廣泛的研究，也有不少學者對這些研究進行了概述，但是鮮見關于線粒體與肉色及肉色穩定性的總結報告或綜述性文獻。線粒體與肌紅蛋白的氧化還原狀態密切相關，它主要通過影響氧氣消耗和高鐵肌紅蛋白還原來影響肉色及其穩定性。目前，部分學者研究了線粒體在肉色及肉色穩定性中的作用，發現影響線粒體結構和功能的因素也會影響肉色。基于此，本文從線粒體的氧氣消耗、密度和效率與肉色的關系，影響線粒體結構、功能的因素與肉色的關系等方面，對目前關于線粒體與肉色及其穩定性關系的研究進行綜述，概括線粒體對生鮮肉肉色及其穩定性的直接影響和基于線粒體影響肉色及其穩定性的因素，并重點闡述相關影響機理。這對于深入研究生鮮肉肉色與肉色穩定性的關系，開發相應的護色技術，具有重要意義。

1 肌紅蛋白與肉色

肉中的色素蛋白質主要包括肌紅蛋白和血紅蛋白。動物屠宰放血后，血紅蛋白大部分流失。因此，在放血良好的胴體中，肌紅蛋白是決定肌肉顏色的關鍵物質[2]。

1.1 肌紅蛋白結構

肌紅蛋白是一個單體血紅素蛋白，含有一個血紅素輔基和珠蛋白的一部分。珠蛋白鏈由8 條螺旋部分組成，形成一個圍繞著血紅素的盤旋結構。珠蛋白鏈使血紅素具有水溶性，保護血紅素鐵免受外部環境/氧化作用的影響，進而保持肌紅蛋白的功能。血紅素中的共軛雙鍵具有共振性質，使肌紅蛋白有吸收可見光的能力，所以肌紅蛋白具有色素的功能。血紅素含有一個以還原態（亞鐵/Fe2+）或氧化態（鐵/Fe3+）存在的鐵離子，血紅素鐵的外部軌道可以接受6 個電子，因此可以形成6 個配位鍵。其中4 個配位鍵和血紅素卟啉環的吡咯氮結合，第5個和近端組氨酸（珠蛋白鏈的93位置）結合，連接血紅素和珠蛋白鏈。此外，還有一個組氨酸殘基（珠蛋白鏈64位置的遠端組氨酸）在血紅素附近，但不與血紅素結合[3]。遠端組氨酸-64通過影響疏水性血紅素空穴的空間關系影響顏色動態。血紅素鐵的第6個位置會結合氧或其他小的配體，如一氧化氮或一氧化碳，形成不同形式的肌紅蛋白。因此血紅素輔基的第6位配體和鐵原子的價位是決定肉色的關鍵因素[4]。

1.2 肌紅蛋白氧化還原狀態與肉色

在不同包裝系統中貯藏和銷售的生鮮肉中，肌紅蛋白會以4 種氧化還原狀態中的一種形式存在，即脫氧肌紅蛋白、氧合肌紅蛋白、碳氧肌紅蛋白和高鐵肌紅蛋白[4]。其中脫氧肌紅蛋白、氧合肌紅蛋白和碳氧肌紅蛋白的血紅素鐵是亞鐵狀態。氧合肌紅蛋白和碳氧肌紅蛋白可以賦予鮮肉鮮亮的桃紅色，受到消費者喜愛[1]。脫氧肌紅蛋白為紫紅色。在氧合肌紅蛋白和一氧化碳肌紅蛋白中，血紅素鐵的第6個配位鍵分別結合了氧氣和一氧化碳，而在脫氧肌紅蛋白中血紅素亞鐵沒有結合配體。3 種肌紅蛋白的血紅素亞鐵態被氧化為三價鐵會形成褐色的高鐵肌紅蛋白，而高鐵肌紅蛋白的形成導致了鮮肉的褐變。高鐵肌紅蛋白血紅素鐵的第6位配位鍵會結合一個水分子，失去結合氧的能力[3]。

2 線粒體與肌紅蛋白

線粒體是真核生物進行氧化代謝的部位，是糖類、脂肪和氨基酸最終氧化釋放能量的場所。線粒體是雙膜結合的細胞器，由內膜和外膜組成。外膜是磷脂雙層，完全包圍著細胞器，離子和小分子可以容易地通過外膜。線粒體內膜上含有與電子傳遞鏈有關的復合體和蛋白質，包括脂溶性電子載體蛋白如輔酶Q、細胞色素和Fe-S蛋白。線粒體內膜上還存在三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）合成酶復合體和運輸蛋白質。線粒體基質中包含三羧酸循環酶（丙酮酸脫氫酶復合體、檸檬酸循環酶等）和線粒體2/3的總蛋白質數量。線粒體負責的最終氧化的共同途徑是三羧酸循環與氧化磷酸化，分別對應有氧呼吸的第二、三階段。在線粒體基質中完成的三羧酸循環會產還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（reduced nicotinarnide adenine dinucleotide，NADH）和還原型黃素腺嘌呤二核苷酸（reduced flavin adenosine dinucleotide，FADH2）等分子，而氧化磷酸化過程會利用這些物質還原氧氣釋放能量合成ATP。在活體內，肌紅蛋白會把氧氣運輸給肌肉內的線粒體[5]，進行氧化代謝，為機體正常運轉提供能量。在宰后肌肉中，線粒體會繼續進行氧化代謝。在4 ℃條件下真空包裝貯藏60 d的肌肉仍然可以分離出完整的線粒體[6]。線粒體的功能與肌紅蛋白緊密相關[5]，在過去的10 年里，研究人員已經廣泛地研究了線粒體對肉色穩定性的作用。線粒體可以影響肌紅蛋白的氧化還原狀態，主要通過兩種機制：線粒體的氧氣消耗（降低氧分壓）和高鐵肌紅蛋白的還原[7]，因此線粒體可以影響肉色形成機理（氧合作用/不同肌紅蛋白相對比例）和肉色穩定性（氧化作用）。

2.1 線粒體氧氣消耗和肉色

宰后肌肉中的線粒體會繼續保持活力并消耗氧氣，影響肌紅蛋白氧化還原狀態[8]。早期研究表明，肌肉組織氧氣消耗速率會顯著地影響高鐵肌紅蛋白的積累。氧氣消耗增加會促進氧合肌紅蛋白脫氧變為脫氧肌紅蛋白，而脫氧肌紅蛋白更容易氧化為高鐵肌紅蛋白，因此縮短產品貨架期。而且，肉色穩定性差的肌肉氧氣消耗率較高[9]。但也有研究提出，較高的線粒體氧氣消耗會促進無氧環境的形成，有利于高鐵肌紅蛋白的還原，進而有利于保持良好的肉色穩定性。進一步研究發現，線粒體和肌紅蛋白對氧氣的競爭是影響肌肉形成亮紅色肉色的一個關鍵因素，決定了初始肉色。

在封閉系統中，線粒體和亞線粒體的呼吸作用可以降低氧分壓，增強氧合肌紅蛋白向脫氧肌紅蛋白或高鐵肌紅蛋白的轉變過程，形成較暗的（紫紅）或褐色的肉色。而在開放系統中，氧氣消耗有同樣的作用[6]。Ramanathan等[10]也發現線粒體與氧合肌紅蛋白相互作用，會使氧合肌紅蛋白的亞鐵血紅素結合的氧氣轉移到線粒體上，使氧合肌紅蛋白轉變為脫氧肌紅蛋白。線粒體氧氣消耗對氧氣的競爭超過肌紅蛋白，就會導致脫氧肌紅蛋白形成，進而形成較暗的肉色，在這種情況，肉的發色能力較差，也就不能形成典型的櫻桃紅色。通過以上機理的闡述，發現線粒體氧氣消耗的高低與肉色穩定性之間并不是簡單的線性關系，較高的線粒體氧氣消耗都有可能導致較穩定的肉色，考慮到線粒體是一個十分復雜的生化系統，不同條件下線粒體氧氣消耗如何影響肉色的穩定性值得進一步深入探究。

2.2 線粒體與高鐵肌紅蛋白還原能力

高鐵肌紅蛋白還原能力（metmygolobin reducing activity，MRA）是鮮肉在貯藏期間保持和延長肉色穩定性的一個重要的內在特性。有研究表明，高鐵肌紅蛋白還原力主要依賴NADH（由脫氫酶產生）和電子（由線粒體產生），即高鐵肌紅蛋白還原途徑主要是依賴NADH和線粒體電子傳遞鏈調控的高鐵肌紅蛋白還原[11-12]。早期有學者提出線粒體可能參與高鐵肌紅蛋白的還原。他們發現添加NAD+到碎牛肉中可以再生NADH，促進高鐵肌紅蛋白的還原，而添加魚藤酮（一種電子傳遞鏈復合體I抑制劑）可以抑制其還原；另外他們發現，在厭氧條件下也會增加高鐵肌紅蛋白還原。因此得出結論：線粒體在厭氧條件下可以把電子從NADH或琥珀酸鹽傳遞給氧，促進高鐵肌紅蛋白還原，但他們沒有考慮到線粒體電子傳遞鏈可以直接還原高鐵肌紅蛋白[13]。Arihara等[14]發現高鐵肌紅蛋白還原酶主要在線粒體上，微粒體上很少。外膜細胞色素b5主要在線粒體上，而細胞色素b5在微粒體上，所以線粒體和微粒體一起控制完整的高鐵肌紅蛋白還原酶系，調節高鐵肌紅蛋白還原。進一步研究發現，三羧酸循環底物可以產生還原當量NADH和FADH2，還原當量通過三羧酸循環代謝產物在線粒體內外膜之間傳遞，實現對高鐵肌紅蛋白的還原；因此線粒體可以通過調節高鐵肌紅蛋白還原，影響肌紅蛋白氧化還原狀態和肉色穩定性[10]。

此外，為了闡述線粒體電子傳遞鏈上的電子可以直接還原高鐵肌紅蛋白，Tang Jiali等[7]在線粒體電子傳遞鏈調控高鐵肌紅蛋白還原的研究中，選用在三羧酸循環過程中不會產生NADH的琥珀酸鹽為底物，經過實驗發現線粒體調節的高鐵肌紅蛋白還原是在低氧壓或電子在電子傳遞鏈上積累的條件下，通過細胞色素把可用電子傳遞給高鐵肌紅蛋白實現的。電子傳遞的具體途徑可能為：琥珀酸鹽→復合體II輔酶Q→復合體III→細胞色素c→外膜細胞色素b5→高鐵肌紅蛋白，但電子傳遞鏈調控的高鐵肌紅蛋白還原力會隨著pH值和溫度的降低而降低。研究還發現，宰后肌肉中電子在線粒體電子傳遞鏈上的反向傳遞也會影響NADH的形成和高鐵肌紅蛋白的還原，電子反向流入線粒體的復合體I會再生NADH，而NADH可以通過電子傳遞和酶途徑來還原高鐵肌紅蛋白[15]。

2.3 線粒體密度和效率與肉色

有研究表明牛肉肉色穩定性與線粒體含量和氧氣消耗率有關，肉色不穩定型肌肉的線粒體密度和氧氣消耗率要相對高于肉色穩定型肌肉[9]。后來研究發現，在封閉系統中，線粒體密度越大，氧分壓降低越快，越有利于肌紅蛋白保持在脫氧肌紅蛋白狀態，但是線粒體的密度與高鐵肌紅蛋白的形成呈負相關。而在開放系統中，線粒體密度為0.5 mg/mL時，高鐵肌紅蛋白形成最多[6]。此外，有研究發現電子傳遞鏈上存在位點專一缺陷，而這一缺陷會導致呼氣期間電子傳遞鏈上的電子丟失，進而導致線粒體效率降低。McKeith等[16]提出線粒體的效率影響牛肉肉色的穩定性。在電子傳遞過程中，電子丟失會形成活性氧，活性氧可以被細胞還原。他們指出高鐵肌紅蛋白還原力的降低與電子丟失的增加有關，這是因為活性氧被還原時會消耗NADH。

另一個機制認為活性氧可能會對高鐵肌紅蛋白還原酶造成氧化損傷。因此，電子傳遞鏈中電子的丟失與高鐵肌紅蛋白還原力的降低有關，而還原力降低會降低牛肉顏色穩定性。McKeith等[17]進一步研究發現黑切肉的電子丟失顯著高于正常肉，而且黑切肉中的線粒體豐度要高于正常肉，并與極限pH值成正比，而含有較高線粒體豐度的動物具有較高的氧化能力。因此他們推測出含有大量低效率線粒體和較高氧化能力的動物，在應激反應期間會消耗更多的糖原，進而形成黑切肉。

3 影響線粒體功能的因素與肉色

研究表明在宰后肌肉中，線粒體會保持活力、繼續進行氧氣消耗并影響肉色及其穩定性。線粒體氧氣消耗會影響肌紅蛋白的氧化還原狀態和產生有利于高鐵肌紅蛋白還原的低氧環境。此外，高鐵肌紅蛋白還原的兩種途徑：線粒體電子傳遞鏈調控的高鐵肌紅蛋白還原和依賴NADH的高鐵肌紅蛋白還原酶都與線粒體緊密聯系。因此，影響線粒體功能的因素也會影響肉色及其穩定性。

3.1 pH值和溫度

宰后肌肉pH值的下降速率會影響肌肉的生化反應和結構特征，pH值下降會使酶變性以及使線粒體結構的完整性和功能特性受到破壞[18]，進而影響肉色及其穩定性。Ashmore等[19-20]對比了正常牛肉和DFD（dark，firm and dry）肉中的線粒體活力，發現在宰后0 h時正常肉和DFD肉的線粒體活力沒有任何差異，但宰后24 h后從DFD肉（pH 6.7）中分離的線粒體活力高于正常肉（pH 5.7）。因此推測出，DFD肉的顏色較暗是因為線粒體活力高、呼吸作用強，進而導致氧合肌紅蛋白釋放結合的氧，轉變為脫氧肌紅蛋白，呈現出脫氧肌紅蛋白的紫紅色。后來有學者指出pH值降低可以顯著地抑制線粒體代謝，隨著pH值的降低，線粒體復合體III和IV的氧氣消耗速率會顯著降低。他們還認為依賴琥珀酸鹽的線粒體呼吸作用會影響氧合肌紅蛋白的氧化，但這一過程取決于pH值[6]。

在pH 5.6時，線粒體氧氣消耗會促進脫氧肌紅蛋白形成，然后快速地氧化為高鐵肌紅蛋白；而在pH 7.2時，它會增加氧合肌紅蛋白向脫氧肌紅蛋白的轉變[6]。此外，Tang Jiali等[7]發現線粒體電子傳遞鏈調控的高鐵肌紅蛋白還原力也會隨著pH值的降低而降低，在pH 7.2、37 ℃時還原力最大，所以他們認為在宰后肌肉中這種途徑的高鐵肌紅蛋白還原雖然存在但作用很小。溫度可以影響線粒體的活力和高鐵肌紅蛋白還原酶活力，相比于高溫，低溫和低pH值可以降低線粒體活力并增加氧氣溶解度，使肌紅蛋白易與氧氣發生氧合作用，進而可以更好地發色[3,21]。Tang Jiali等[6]發現隨著溫度降低，脫氧肌紅蛋白相對含量降低，這表明線粒體電子傳遞鏈調控的高鐵肌紅蛋白還原力降低（4 ℃＜25 ℃＜37 ℃）。

3.2 貯藏（成熟）時間

隨著貯藏時間的延長，線粒體結構和活力會發生改變。Tang Jiali等[6]指出宰后2 h的肌肉中的線粒體會保持完整的結構，但延長貯藏時間會導致線粒體結構膨脹、破壞，進而降低線粒體的活力。曹錦軒[22]也指出隨著貯藏時間的延長，骨骼肌細胞線粒體結構的完整性以及功能會遭到不同程度的破壞。因此，在宰后貯藏過程中，細胞的呼吸功能和線粒體電子傳遞鏈可能會受到嚴重的破壞。線粒體產生的NADH、高鐵肌紅蛋白還原酶和線粒體氧氣消耗過程相結合可以通過細胞色素把可用電子傳遞給高鐵肌紅蛋白，進而促進高鐵肌紅蛋白還原。所以，線粒體活力的降低可以影響肉色穩定性和肉色初始強度。牛肉發色時，脫氧肌紅蛋白發生氧合作用形成氧合肌紅蛋白，這一過程在一定程度上取決于氧氣滲透的深度、速率以及氧擴散與肌肉組織氧氣消耗之間對氧的競爭[23]。

有研究發現，延長成熟時間，牛肉氧氣消耗速率降低。Mancini等[23]也指出延長貯藏時間會降低線粒體氧氣消耗進而增加初始肉色強度，但會降低線粒體調控的高鐵肌紅蛋白還原力，進而降低肉色穩定性。Lindahl等[24]在對豬腰肉發色和肉色穩定性的研究中發現在真空條件下，延長貯藏時間（幾周以上），肉發色速率更快，形成的顏色更明顯、氧合肌紅蛋白層更厚。Wyrwisz等[21]在真空包裝成熟對牛半膜肌顏色和發色能力的研究中，得出與上述研究同樣的結論，這說明延長貯藏時間可能會限制線粒體酶活力。然而，有研究者發現宰后60 d的肌肉分離出的線粒體仍有消耗氧氣的能力，但比宰后早期分離出的線粒體消耗氧氣能力低很多。在宰后60 d的組織中添加適當的底物（如琥珀酸鹽）可以刺激組織消耗氧氣。他們認為貯藏時間對肉色的影響來源于代謝底物的缺乏而不是特定酶的缺乏或酶活力低，因為他們發現許多酶包括電子傳遞鏈酶在貯藏4 周后仍保持活力，而主要的代謝底物濃度卻很低[6]。

3.3 脂質氧化

脂質氧化是牛肉宰后貯藏或成熟過程中引發肉色劣變的主要原因。脂質氧化反應產生了多種自由基，并生成復雜的氧化產物，例如醛類化合物、酮類化合物以及環氧化合物，其中以壬醛、丙二醛、4-羥基-2-壬烯醛（4-hydroxy-2-nonenal，HNE）、己烯醛等醛式產物為主[25]。脂質氧化產物一方面可以直接與肌紅蛋白作用，促進肌紅蛋白氧化為高鐵肌紅蛋白；另一方面它可以通過響線粒體的完整性來影響肉色變化。此外，線粒體膜上50%的脂肪為多不飽和脂肪，易發生脂質氧化[8]。脂質氧化產物丙二醛可以通過與氨基酸殘基反應修改蛋白質，與氨基反應和核苷形成加成物，導致突變[26]。Long Jiangang等[27]在研究中發現脂質氧化次級產物丙二醛能鈍化線粒體中復合物I、復合物II及酮戊二酸脫氫酶、琥珀酸脫氫酶、蘋果酸脫氫酶的活力，造成線粒體電子呼吸鏈生物氧化功能紊亂，這說明丙二醛通過影響線粒體氧氣消耗和電子傳遞鏈以及三羧酸循環過程，來影響肉色及其穩定性。陳騁等[28-29]指出脂質氧化產物丙二醛、己醛和壬醛能引起線粒體發生腫脹、變形、膜通透性顯著增大等不可逆損傷（即線粒體結構損傷）而導致其生物功能紊亂，并且可以抑制電子傳遞鏈調控的高鐵肌紅蛋白還原過程，而且丙二醛還可以抑制線粒體中依賴NADH的高鐵肌紅蛋白還原酶活力。

ω-6多不飽和脂肪酸氧化可以產生一種α、β不飽和醛-HNE，它可以通過與組氨酸、半胱氨酸和賴氨酸殘基反應來抑制酶活和改變蛋白質結構[30]。很多研究表明，HNE可以抑制線粒體呼吸（抑制NADH調控的線粒體呼吸和復合體I、II的呼吸以及降低復合體II、III的活力）和有選擇性地抑制線粒體基質中一些酶的活力（酮戊二酸脫氫酶和琥珀酸脫氫酶）[31-34]。Long Jiangang等[27]在研究中也曾列出HNE和丙烯醛對線粒體的影響。從這些研究中發現HNE和丙烯醛可以抑制線粒體的功能，例如線粒體的呼吸作用、電子傳遞和一些基質酶的活力等。研究還發現HNE可以結合細胞色素c和細胞色素c氧化酶，而細胞色素c可以在輔酶細胞色素c氧化還原酶（復合體III）和細胞色素c氧化酶（復合體IV）之間傳遞電子，細胞色素c氧化酶能夠催化電子從細胞色素c傳遞給氧[35]，這說明HNE可以抑制線粒體氧氣消耗和線粒體電子傳遞鏈調控的高鐵肌紅蛋白還原，進而影響肉色及其穩定性。

丙烯醛比丙二醛和HNE的親電子能力更強，與硫醇和氨基反應更強烈，對哺乳動物細胞器有非常高的毒性[26]。Picklo等[36]發現丙烯醛會抑制線粒體第3階段呼吸作用和抗氧化劑谷胱甘肽，但不會降低復合體I～V的活力，也不會改變線粒體鈣傳遞的活力和細胞色素c的釋放。后來的研究也發現丙二醛可以劑量依賴性抑制NADH和琥珀酸鹽調控的線粒體呼吸鏈、改變線粒體膜的通透性、選擇性地抑制線粒體復合體I、II的酶活力、琥珀酸脫氫酶和α-戊二酮酸脫氫酶活力，但對線粒體復合體III、IV、V和蘋果酸脫氫酶無影響[337]。因此，脂質氧化產物會通過影響線粒體的功能而影響氧氣消耗和MRA，進而影響肉色及其穩定性。

3.4 三羧酸循環中間代謝物與肉色

在線粒體內的三羧酸循環過程中，一些中間代謝物可以為氧氣消耗代謝途徑和鐵血紅素還原為亞鐵血紅素過程提供能量。早期就有學者發現肉貯藏4 周后，許多酶（包括電子傳遞鏈中的酶）仍保持活力，而主要的代謝底物的濃度很低。這說明貯藏過程中代謝底物的缺乏是限制肌肉組織代謝的因素，而完整肌肉組織中的特定酶系的酶活力并不是限制因素[6]。宰后肌肉中的許多生化過程會競爭性消耗NADH，而NADH的再生會提高高鐵肌紅蛋白還原，進而提高肉色貨架期。有研究表明添加糖酵解或三羧酸循環中間產物到碎牛肉中可以產生NADH，進而增加高鐵肌紅蛋白還原程度[38]。從內在作用來說，宰后肌肉中添加三羧酸循環中間代謝產物，例如乳酸鹽、蘋果酸、琥珀酸鹽和丙酮酸，會刺激肌肉再生NADH的過程，而NADH可以提高高鐵肌紅蛋白還原和改善肉色穩定性[39]。因此，把三羧酸循環中間物作為NADH再生的底物已經廣受關注，但這些中間產物的效力在很大程度上取決于宰后線粒體的功能[1]。

3.4.1 乳酸鹽

在鮮肉加工過程中，乳酸及其鹽類的主要作用是抑菌。另外，它可以通過減小表面的肉色變化來提高肉色貨架期。最近10 年的研究已經證明乳酸鹽可以改善整塊牛肉和碎牛肉肉色穩定性。在活體內，乳酸鹽在進入線粒體時可以被線粒體乳酸脫氫酶氧化為丙酮酸，并產生NADH，NADH可以進入電子傳遞鏈或用于氧氣消耗，而丙酮酸通過三羧酸循環和電子傳遞鏈被氧化。Kim等[40]發現注射L-乳酸鹽會降低牛背最長肌和腰大肌的褐變，并增加其a*值。此外，相比于對照組，注射乳酸鉀的西冷牛排的顏色較暗但肉色穩定性更好[41]；Ramanathan等[42]也發現了相同的結果。

關于乳酸鹽調控肉色穩定性的機制主要有兩方面：乳酸鹽和肌紅蛋白直接相互作用；通過酶系和細胞間接作用于肌紅蛋白。Kim等[43]提出乳酸鹽可以增加乳酸脫氫酶的活力，而乳酸鹽會在乳酸脫氫酶的作用下產生NADH，NADH可以用來還原高鐵肌紅蛋白，所以乳酸鹽間接地對肉色穩定性起作用。Ramanathan等[10]在從牛心肌分離出的線粒體中添加乳酸鹽-乳酸脫氫酶-NAD發現可以使肉色變暗。這是由于乳酸鹽可以作為線粒體呼吸的底物，線粒體呼吸作用對氧的競爭力超過肌紅蛋白與氧的結合力，進而使肉色保持為脫氧肌紅蛋白的顏色。除此之外，牛心肌線粒體添加乳酸鹽可以通過乳酸脫氫酶產生NADH，NADH可以用來還原高鐵肌紅蛋白。同時，Kim等[44]認為乳酸鹽是通過提供抗氧化力、高鐵肌紅蛋白還原力和增加NADH濃度來提高肉色穩定性的。

Mancini等[45]提出乳酸鹽可以直接與肌紅蛋白作用來改善肉色穩定性，乳酸鹽可能通過兩種機制來改變肌紅蛋白的功能：乳酸鹽可以通過物理作用阻止氧氣與血紅素相互作用；乳酸鹽還可以誘導肌紅蛋白的三級結構發生變化進而改變氧氣與肌紅蛋白的結合途徑。因此添加乳酸鹽會抑制肌紅蛋白的氧化，顯著降低高鐵肌紅蛋白的形成，并且在一定濃度（100～200 mmol/L）范圍內會隨著乳酸鹽濃度增加高鐵肌紅蛋白含量顯著降低。而進一步研究發現，乳酸鹽和肌紅蛋白不會形成加合物，乳酸鹽可以改善肉色穩定性不是因為乳酸鹽可以與肌紅蛋白直接相互作用，而是乳酸鹽具有抗氧化性以及其可以通過線粒體調節生化機制過程[46-47]。

3.4.2 琥珀酸鹽

Tang Jiali等[6-7]在研究中發現添加琥珀酸鹽（直接參與電子傳遞鏈的復合體II的反應）到分離的線粒體中可以增加氧氣消耗，而氧氣消耗會降低氧分壓，進而產生有利于可用電子從細胞色素c傳遞給高鐵肌紅蛋白的環境，提高線粒體電子傳遞鏈調控的高鐵肌紅蛋白還原。有研究表明琥珀酸鹽會提高真空包裝、有氧包裝和高氧包裝條件下的牛背最長肌的肉色穩定性[48]。進一步研究發現琥珀酸鹽會增加碎牛肉的pH值和高鐵肌紅蛋白還原力，降低脂肪氧化和肉糜早期的褐變，但是不會增加肉糜的紅度[49]。最近的研究也發現，琥珀酸鹽可以有效地促進真空包裝碎牛肉中脫氧肌紅蛋白的形成，而在高氧包裝條件下，琥珀酸鹽-丙酮酸結合有利于高鐵肌紅蛋白形成[38]。從上述的研究可知，琥珀酸鹽對整塊肌肉的影響較大。

3.4.3 丙酮酸

Mohan等[50]研究了丙酮酸、蘋果酸和乳酸鹽的不同結合對牛背最長肌、半膜肌和腰大肌勻漿中高鐵肌紅蛋白形成的影響。結果表明丙酮酸、蘋果酸和乳酸鹽（單獨或相互結合）可以穩定肌肉勻漿的L*、a*和b*值以及肌紅蛋白氧化還原形式，可以有效地延長肉色貨架期，但它們的作用效力與肌肉類型有關。此外，Ramanathan等[51]在模擬系統中研究丙酮酸對線粒體氧氣消耗和高鐵肌紅蛋白還原的作用，發現丙酮酸通過三羧酸循環產生還原當量NADH，NADH進入電子傳遞鏈增加氧氣消耗或者用于線粒體調控的高鐵肌紅蛋白還原。然而，Bjelanovic等[38]在代謝底物對包裝碎牛肉中肌紅蛋白氧化還原形式影響的研究中指出丙酮酸是助氧化劑，會引起高鐵肌紅蛋白形成，關于丙酮酸對線粒體MRA的影響還有待進一步探究。

3.4.4 蘋果酸

Mohan等[50]研究了蘋果酸、乳酸鹽和丙酮酸對3種類型肌肉勻漿中肌紅蛋白氧化還原狀態的影響，發現蘋果酸可以降低肌肉勻漿中高鐵肌紅蛋白的形成，并在牛背最長肌和腰大肌勻漿中最有效。隨后，Mohan等[52]進一步研究了蘋果酸降低高鐵肌紅蛋白形成的機制，發現在牛肉線粒體和細胞質分離物中添加蘋果酸可以增加高鐵肌紅蛋白還原，并且他們認為蘋果酸和乳酸鹽相結合可以再生NADH，實現宰后肌肉中高鐵肌紅蛋白的還原，因此提高肉色穩定性。而最近的研究發現，在真空包裝條件下，谷氨酸鹽-蘋果酸代替琥珀酸鹽會增加碎牛肉中高鐵肌紅蛋白的形成；而在高氧包裝條件下，谷氨酸鹽-蘋果酸則有利于碎牛肉中氧合肌紅蛋白形成，進而受到消費者的喜愛[38]，其深層次的機理目前尚不明確。

4 結 語

肉色是影響消費者對生鮮肉新鮮程度、衛生狀況認可度的一個主要特性，這一特性受宰后肌肉多個生化過程的影響。近十幾年來，線粒體對肉色的影響越來越受關注，很多研究表明在線粒體中進行的生化過程、能量代謝以及其包含的酶類與肉色密切相關。概括來講關于線粒體與肉色關系的研究主要集中在：以線粒體氧氣消耗和高鐵肌紅蛋白還原力為基礎，把線粒體活力與貯藏時間、不同極限pH值牛肉、不同類型肌肉、脂質氧化相結合，研究線粒體在肉色中的作用；同時，三羧酸循環中間產物對肉色的影響機制也得到了廣泛研究。這些研究主要是從生化過程水平上闡述了線粒體在肉色中所起的作用。近20 年來，蛋白質組學作為一門識別研究蛋白質功能結構的技術手段，正被肉品研究領域所關注，由于線粒體對肉色及肉色穩定性的影響涉及到大量的中間產物和代謝酶類，因此采用組學手段對特定時間和環境條件下肉品線粒體中所有蛋白質表達進行定性與定量研究，能夠更全面、系統地解釋線粒體與肉色之間的關系。基于線粒體蛋白質組學的研究，將會成為肉色科學領域的一個新熱點。