肉源脂質關聯下的蛋白質特征及其對風味控釋的研究進展

刁小琴，陳曉東，劉冠華，劉登勇*，關海寧*

（1.渤海大學 食品科學與工程學院，遼寧省食品安全重點實驗室，生鮮農產品貯藏加工及安全控制技術國家地方聯合工程研究中心，遼寧 錦州 121013；2.烹飪科學四川省高等學校重點實驗室，四川旅游學院，四川 成都 610100）

風味是激發消費者購買食品欲望的重要因素之一，特別對于肉制品而言，脂質與蛋白質的相互協同作用成為滋味與氣味產生的重要途徑[1]。研究表明，脂肪氧化的同時促進蛋白質氧化，二者同時氧化可以產生大量具有味覺活性的氨基酸、小肽、脂肪酸和香氣，是肉制品整體風味形成的主要原因[2]。另一方面，氧化程度對風味的優劣有一定的影響，適度的脂質氧化促進了蛋白質氧化，產生的脂肪酸與游離氨基酸和肽反應生成一些揮發性含氮物質，直接或間接地促成了肉制品獨特的風味[3]。張慢[4]在研究清燉型肉湯風味形成機制時發現，脂質的熱分解產物與氨基酸和滯留在脂肪間的少量蛋白質等發生非酶褐變，進而產生雜環化合物并發生交互作用，賦予肉制品良好的香味。此外，脂質氧化也會影響蛋白質及氨基酸的降解，氨基酸的Strecker 降解反應產生醛，豐富了揮發性化合物，使得肉制品風味更加醇厚[5]。

本文以肉源脂質-蛋白質相互作用下對風味控釋行徑為研究視角，概述肉源脂質對蛋白質結構的影響及二者在風味控釋中扮演的角色，同時總結風味產生路徑與影響因素，以期獲得油脂與蛋白質相互作用機理，了解影響二者結合的因素，有助于預測和控制油脂-蛋白質對風味的吸附釋放行為，為指導產品生產、提高產品質量提供參考。

1 肉源脂質關聯下的蛋白質結構變化

1.1 對蛋白質二級結構的影響

脂質氧化和蛋白質氧化之間存在級聯誘導機制，脂質氧化產生的氫過氧化物是誘導蛋白質氧化的啟動子[6]。蛋白質氧化破壞了氨基酸側鏈和肽之間的氫鍵，致使α-螺旋和β-折疊含量相繼發生變化，從而造成蛋白質二級結構發生較大程度的改變。Jiang 等[7]在探討脂質氧化影響肌原纖維蛋白凝膠持水能力變化的機制時發現，脂質氧化導致了肌原纖維蛋白的展開，促使了α-螺旋的破壞，并向β-折疊、β-轉角和無規則卷曲轉化，進而破壞了蛋白質的二級結構。Sun 等[8]以拉曼光譜表征脂質氧化下蛋白質二級結構的改變，結果表明，α-螺旋結構減少，β-折疊、β-轉角和無規卷曲結構呈現增加的趨勢。不飽和脂肪酸也會誘導鹽溶性蛋白質吸附特性的轉變，使蛋白質逐漸向界面轉移，更多的色氨酸殘基暴露，伴隨著蛋白質去折疊和疏水基團的暴露，改變了界面處蛋白質-脂肪之間的相互作用[9]。

此外，脂肪含量的高低也會影響蛋白質的二級結構。Pan 等[10]討論了凍融循環下不同脂肪添加量豬肉餅中肌原纖維蛋白的熱穩定性和結構變化。結果表明，重復的凍融循環下，隨著脂肪含量的增加，α-螺旋和β-折疊以及蛋白質的熱穩定性逐漸下降，而β-轉角和無規卷曲增加，蛋白質的二級結構被破壞。

脂肪的存在和化學變化會對蛋白質的α-螺旋和β-折疊產生影響，同時β-轉角和無規則卷曲的含量也會發生不同程度的改變。另一方面，脂質的氧化還會促進蛋白質氧化的速率和程度，極大地影響蛋白質的二級結構。

1.2 對蛋白質三級結構的影響

氧化脂質的存在促進了蛋白質和色氨酸殘基的氧化降解，改變了蛋白質的三級結構[11]進而導致其天然熒光喪失。Wang 等[12]發現氧化亞油酸的存在加劇了蛋白質氧化，并引發肌原纖維蛋白（myofibrillar protein，MP）三級結構的破壞，使色氨酸熒光強度顯著降低。此外，較高的脂質含量對蛋白質羰基化的程度有顯著影響，脂質引起蛋白質羰基化的可能原因是脂質自由基和其他活性氧自由基（reactive oxygen species，ROS）從氧化脂質轉移到了蛋白質中，并且脂質氧化產物與蛋白質的色氨酸殘基反應形成穩定的化合物，導致熒光強度降低，進而說明其三級結構發生了變化[13]。Hashim等[14]對漆樹果實提取物抑制牛肉餅在冷藏過程中蛋白質和脂肪氧化的研究中發現，脂質氧化應激產生的副產物或ROS 與蛋白質的直接或間接作用引起蛋白質的共價修飾，導致必需氨基酸丟失，從而影響蛋白質的三級結構。Lai 等[15]研究了牛肉的肌紅蛋白氧化和脂質氧化情況，試驗中發現脂質氧化產生多種活性氧，促使肌紅蛋白更容易被氧化。

此外有研究發現，脂質氧化生成的小分子醛對蛋白質具有促氧化作用，由羰基殘基和氨基形成的席夫堿引起的肽鏈聚集致使蛋白質三級結構發生改變[16]。Zhang 等[17]研究了氧化對肌原纖維蛋白結構和生成凝膠理化性質的影響，結果表明隨著貯藏環境氧氣的增加，氧化反應加劇，脂質氧化產物中的過氧自由基和丙二醛會引起蛋白質的羰基化，從而改變蛋白質的三級結構。

油脂的添加不僅影響到肉制品的風味，還會使與其發生交互作用的蛋白質二級結構發生改變；另一方面，油脂氧化會促使蛋白質氧化，進而改變色氨酸熒光強度以及必需氨基酸的丟失，其氧化產物還會加劇蛋白質氧化進一步羰基化，引起肽鏈聚集，對蛋白質的三級結構起到不同程度的影響，其整體的影響路徑如圖1 所示。

圖1 油脂對蛋白質二、三級結構影響的路徑Fig.1 Influence of lipids on the secondary and tertiary structures of proteins

2 肉源脂質與蛋白質關聯下的風味控釋

肉制品風味的產生往往是脂質與蛋白質相互作用的結果。脂質氧化產生的醛、醇等揮發性物質可與蛋白質載體結合，且脂質與蛋白質的相互作用能增強蛋白質載體對醇、酮等風味物質的吸附能力，為揮發性風味物質的釋放提供了優越的微環境；另一方面脂質氧化系統及其氧化產物會誘導蛋白質氧化，促使蛋白質降解成肽段，進一步形成游離氨基酸與呈味氨基酸。而不飽和脂肪酸氧化產生的醇類和酮類可以與特定氨基酸殘基共價結合，同時因氧化裂解產生的線性醛和支鏈醛通過Strecker 降解途徑，使得氨基酸氧化脫氨和脫羧。

此外，丙二醛可通過羰胺縮合與蛋白質結合；含硫化合物與蛋白質形成共價結合；脂質氧化的初級和次級氧化產物可能會進一步與蛋白質中的親核基團發生反應，同時提供許多活性羰基物質，從而從多種途徑影響肉制品風味的釋放。脂質與蛋白質互為作用下風味釋放的途徑如圖2 所示。

圖2 油脂-蛋白質互為作用下風味釋放的途徑Fig.2 Pathway of flavor release under lipid-protein interaction

2.1 載體修飾下的吸附釋放行徑

蛋白質在供給風味的同時，也承擔著風味載體的作用，蛋白質的合適修飾方式將會提高揮發性風味物質的保留，進而調控釋放形式。Kang 等[18]發現，經高壓超聲修飾后的蛋白質表面疏水性增加，能顯著提升蛋白質結合醛類、醇類和酮類風味的能力，從而有效提升風味的吸附作用。Han 等[19]發現，經微波修飾后的蛋白質疏水性變大，巰基結合位點暴露增多，由脂質氧化產生的2-戊酮、2-庚酮等酮類風味化合物與蛋白質載體結合增強，提高了風味的吸附行為。也有研究者發現，經過結構修飾的小麥蛋白，能更好地為低飽和脂肪酸風味物質創造合適的微環境，從而有效地將風味物質保留并延緩其釋放過程[20]。有研究者對脂肪氧化酶的空間構象、柔性/剛性等結構進行適當修飾，發現結構修飾能顯著降低脂肪氧化酶水平以減輕脂質過氧化作用，進而有效減少腥味、異味的釋放[21]。此外，脂質過氧化產物丙二醛可對蛋白質進行氧化修飾，減少蛋白質與己醛、壬醛等風味化合物的疏水相互作用，這將延緩甚至阻礙風味的結合與釋放[22]。由此可見，蛋白質-風味結合能力受載體修飾的影響較大，直觀地體現在風味的保留與釋放速率方面。

2.2 共價關系下的控釋機理

蛋白質-風味相互作用的機制不僅限于自身載體，還受共價關系的影響。不良風味物質如醛類、不飽和脂肪酸氧化產生的酮類和醇類可以與蛋白質中的特定氨基酸殘基共價結合，進而改變食品的風味特征[23]。脂肪氧化產生的風味分子可以通過共價鍵與蛋白質的側鏈相互作用，包括醛-賴氨酸殘基側鏈的氨基以及含硫化合物與蛋白質的結合，這些相互作用是不可逆的，通常伴隨著不良風味的吸附與釋放[24]。Anantharamkrishnan 等[25]探究不同官能團類別的風味化合物與β-乳球蛋白之間的共價結合時發現，β-乳球蛋白與醛、硫醇和含官能團的呋喃之間形成了共價結合，吸附揮發性化合物并難以使其釋放，最終影響食物風味的揮發甚至使其喪失。Zheng 等[26]評估了脂質氧化系統對肌原纖維蛋白氧化程度的影響，他們指出丙二醛可以通過羰胺縮合反應與蛋白質結合形成共價交聯，促使蛋白質結合并釋放不良風味。Gu 等[27]對腥味物質與蛋白質的結合行為進行了熱力學分析，在研究過程中發現，脂質氧化產物4-羥基-2-壬醛和丙烯醛直接與蛋白質共價結合，使蛋白質發生交聯、聚集等結構變化，最終增強了對不良風味的吸附。

此外，油脂自身或其氧化產物生成的風味物質不僅可以與蛋白質載體吸附結合，還能與蛋白質共價交聯，這些行為都影響著風味的吸附與釋放，其交聯吸附途徑如圖3 所示。

圖3 油脂-蛋白質共價結合與載體吸附路徑Fig.3 Covalent binding of lipid-protein and adsorption path of carrier

2.3 結構牽引下的釋放行為

構象的變化會影響蛋白質對風味化合物的結合與釋放。Lou 等[28]研究了酮的吸附強弱與蛋白質結構變化的關系，結果發現，脂肪氧化能促進蛋白質二級結構的展開與疏水基團的增加，疏水相互作用的增強能確保蛋白質吸附更多的酮并影響風味釋放的速率。美拉德反應產物吡嗪主要結合在牛血清白蛋白的酪氨酸和色氨酸位點上，脂肪氧化下蛋白質構象的變化使得結合位點暴露，隨著這種結構牽引下結合位點的暴露，風味的結合與釋放的趨勢則越發強烈[29]。Xue 等[30]研究了異味與肌球蛋白之間的動態結合特性，結果發現，隨著肌球蛋白頭部結構展開活性基團暴露，氨基酸殘基的結構波動和柔性逐漸變大，導致蛋白質與脂質氧化產生的醛類等異味結合度提高。除此之外，由高強度超聲加速脂質氧化產生的自由基造成蛋白質結構被改變與破壞，影響了氨基酸結構的完整性與結合位點的暴露，最終改變了蛋白質對產品風味結合與吸附的能力，風味釋放的速率也隨之改變[31]。由此可見，脂肪參與下蛋白質構象的改變，使之風味物質在結構牽引的驅使下，其釋放的形式與速率會隨之發生改變。

2.4 界面吸附釋放行為

在蛋白質乳化體系中，油水界面對風味物質的結合吸附性能對于風味的釋放也具有一定的影響。Zhou等[32]研究超聲波處理對蛋白質水解和風味形成的影響時發現，由于熱超聲促進了肉中脂肪、蛋白質向肉湯中轉移，進而加強了蛋白質在油水界面的吸附，致使蛋白質對油滴的香氣結合能力增強，風味更佳。Duppeti等[33]在研究加工方法對蝦蛋白質結構和風味吸附特性時發現，低溫熱處理增加了蛋白質表面疏水性，改變了油水界面的吸附效果，從而避免了油滴的聚結和絮凝，強化了揮發性香氣的保留與釋放。Yang 等[34]發現，適當的壓力能夠形成穩定性良好的小脂肪球，促使親水核和極性殘基之間的相互作用更加密切，使得油水界面的吸附效果增強，進而展現出對風味更有力的吸附。此外，脂肪酸飽和度影響下的蛋白質構象也會對油水界面吸附特性產生影響。Han 等[9]就推測出由于不飽和脂肪酸的存在，非極性環境轉變為極性環境，從而改變色氨酸殘基的微環境并誘導更多色氨酸殘基暴露，促進了油水界面處蛋白質-脂肪之間的疏水相互作用，提升了風味的吸附與釋放。

2.5 外界干預下的風味釋放調節

2.5.1 氧化裂解對風味釋放的調節影響

油脂自身及氧化副產物對蛋白質具有一定影響。研究發現，脂質衍生的活性氧能誘導肌原纖維蛋白中度氧化，同時脂質氧化將提供許多活性羰基物質，致使蛋白質發生結構的變化，最終導致風味劣化[7]。Zheng等[35]指出初級和次級脂質氧化產物可能會進一步與蛋白質中的親核基團發生反應，誘導蛋白質氧化形成不良風味。對于肌原纖維蛋白，丙二醛可促進蛋白質羰基化和色氨酸熒光的喪失，使肉制品香味變差，加速了不良風味的產生與釋放[36]。Hematyar 等[37]探究了脂肪與蛋白質氧化的關系，發現催化脂質氧化產物的醛通過加快蛋白質-脂質交聯聚集，促進蛋白質進一步氧化，影響肉制品的風味和質地。

2.5.2 鹽對氧化行為的調節影響

鹽含量能夠間接影響脂肪與蛋白質的氧化，從而使風味的釋放產生微妙的變化。當NaCl 含量增加時，離子強度的增加造成氧氣溶解度的降低，減弱了蛋白質受脂肪氧化的影響程度，抑制了不良風味的產生[38]。Du 等[39]通過試驗也證明了適量NaCl 可抑制脂肪氧化進而減少蛋白質氧化，進一步維護及改善食品風味。此外，研究表明用KCl 部分替代NaCl 不僅可以顯著改善豬肌原纖維蛋白的物理化學特性，還可以改變脂質關聯下蛋白質的氧化特征，避免不良風味化合物的大量形成與釋放[40]。

由此可知，造成脂質關聯下蛋白質特性改變的主要因素還是源于二者的氧化行為，而誘發氧化的途徑又是多方面的，因此，準確辨析風味形成路徑是解析其風味控釋的重要環節。

3 外源因素下脂肪-蛋白質相互關聯對風味的影響

3.1 加工工藝因素的影響

肉制品的加工方式會不同程度地影響到脂肪或者蛋白質的氧化，在形成風味物質的同時對風味本身以及釋放的形式產生一定的調節。有研究表明，腌制工藝帶來的適度氧化在一定程度上會降低脂質氧化產物對蛋白質的進一步催化氧化，但會使蛋白質結構變得較為疏松并展現較多的載體吸附位點[41]，更好地吸附不飽和脂肪酸氧化形成的糠醛和壬醛等揮發性的風味物質。Li 等[42]研究證實，微波熱工藝能夠促使牦牛肉中的脂質氧化生成過氧自由基并釋放醇、醛、酮等小分子，自由基誘導蛋白質構象變化，結構向無序狀態漸變，活性巰基含量提高表面疏水性增大，增大了對酮、短鏈醛等風味化合物的吸附，改善了牦牛肉的風味。與蒸煮相比，烘烤與油炸工藝能夠較大程度地干預脂肪-蛋白質之間對于特征風味的調節。Rasinska 等[43]在研究不同烹調方法對兔肉脂肪氧化和揮發性成分變化的影響時發現，烘烤與油炸工藝直接導致二者的氧化進程劇烈、結構變化顯著，從而減少了己醛、2，4-癸二烯醛等優良醛類與載體蛋白質的結合與釋放，弱化了兔肉本身特征風味的形成。此外，Zhan 等[44]利用真空蒸煮研究揮發性化合物的變化，他們指出真空蒸煮工藝能有效阻止脂質氧化反應，進而降低了蛋白質深層次氧化與降解，確保了結合位點的保留和對不飽和醇的結合，對比普通蒸煮減少了腥味和金屬味的形成并呈現蘑菇味的鮮香氣。

因此，不同的加工工藝會有效地改變脂肪與蛋白質之間的作用關聯，從而對揮發性風味化合物形成與釋放產生較大的影響，適度加工條件下的脂質氧化、蛋白質氧化和降解會形成對食品風味良好的導向機制。

3.2 預處理方式的影響

3.2.1 超聲處理

超聲的機械效應與空化作用不僅能促進營養成分的遷移，同時對樣品的結構也會造成一定的影響。Qi等[45]在研究雞湯體系下脂肪香氣的結合行為時發現，超聲作用下結構蛋白質中疏水基團的解聚和暴露，使得表面蛋白質負載量和電位絕對值增加，雞湯乳化能力提升的同時疏水性風味組分與油滴的結合位點減少，導致香氣釋放增加。De 等[46]研究了超聲對發酵干香腸中蛋白質水解及揮發性化合物形成的影響，結果表明超聲產生的空化會導致活性氧的產生，促進脂質-蛋白質的氧化水平，并且隨著蛋白質結構的展開疏水基團與結合位點暴露增多，與脂質氧化產生的醛、酮和醇等風味化合物結合增強，促進了發酵香腸的香氣。現有研究還發現，在超聲產生的空化效應下，水分子被分解產生具有強氧化特性的羥基自由基，其可以促進肉蛋白質和脂質化學變化的發生，蛋白質疏水殘基的暴露及其相互作用形成更加均勻規則的網絡結構，游離脂肪酸氧化生成的2-戊酮、1，2-丙二醇等揮發性化合物與網絡結構結合增強，賦予產品特殊風味[47]。此外，Han 等[48]發現，熱超聲改變了蛋白質的構象使其結構展開并暴露出嵌在蛋白質中的疏水性氨基酸，較高的表面疏水性有利于脂肪酸的穩定性，提高湯的乳化性，加大了蛋白質在油水界面的吸附，蛋白質與揮發性風味物質建立了新的組合，從而增強了湯的風味。

3.2.2 高壓處理

高壓處理能夠改變脂肪球的形態與蛋白質的結構特征，從而改變二者與風味的結合途徑，進而呈現出調節風味變化的現象。Yang 等[49]研究發現，高壓作用下的脂肪球會變小，且蛋白質網絡結構被改變，此時由脂質產生的醛、酮、醇類揮發性物質能夠更好地與蛋白質結合，有利于良好風味的形成。除此之外，高壓處理能適當增強脂肪氧化和蛋白質降解，導致暴露更多埋藏的氨基酸基團，例如酪氨酸殘基以及一些芳香族殘基，與脂質氧化生成的醛、烷、醇、酮、酯和其他揮發性化合物相結合，利于良好風味的吸附與釋放[50]。Yang 等[51]在研究高壓處理對醬鹵肉風味物質的影響變化時也得出同樣的結論，高壓導致了蛋白質更多結合位點暴露，直接增加了己醛、2-甲基-3-辛酮和1-己醇等揮發性物質的量。此外，高壓條件下蛋白質三級（疏水和離子相互作用）結構中的非共價相互作用減弱，提升了蛋白質水解水平，親脂性氨基酸亮氨酸和異亮氨酸的含量上升，不飽和脂肪酸氧化裂解產物戊醛、庚醛和壬醛含量減少與蛋白質結合程度降低，在這一機制的驅動下，火腿的風味和口感會得到進一步的改善[52]。

因此，不同的工藝方式與預處理方法確實能夠改變風味在脂肪-蛋白質中的形成與駐留方式，而這種方式不僅僅是單純的生成因素上的影響，更多的調節效應往往源于分子基團的暴露與結合位點的改變。

4 結論

肉品本身成分的變化是形成風味最為主要的因素，然而成分之間相互關聯，甚至作用也成為調節風味不可忽視的環節。其中在復雜的肉源體系下，脂質對蛋白質結構的調節與影響，會促使其二級、三級結構的改變，從而形成了風味可能吸附與釋放的路徑。在此基礎上，實質性的機理會發生于載體的修飾、二者的共價關系、結構的牽引、界面吸附特征以及外源的化學誘導以及加工處理的條件，因此在研究肉源脂質下風味控釋的過程中，較多的研究熱點指向了風味與成分之間結合位點的變化、分子鍵能的改變等內在形成，這也為預測與控制脂質-蛋白質對風味的釋放行為提供了鮮明的方向，為指導產品生產、品質提升以及風味駐留提供了參考價值。