兔肉胶原蛋白特性及评定方法研究

薛 山，贺稚非，李洪军

（西南大学食品科学学院，重庆 400716）

近年来，食品安全事件层出不穷，肉类卫生问题尤其令人堪忧。继而，兔肉及其制品作为一种“三低（低脂肪、低胆固醇、低热量），三高（高蛋白、高赖氨酸、高消化率）”的营养健康资源，日渐得到了众多消费者的信任与青睐[1]。作为动物结缔组织的主要物质基础，胶原蛋白（collagen）被称为“骨中之骨，肤中之肤，肉中之肉”，具有美容润肤、补钙健骨、明目护眼、增强免疫等多种功效。众所周知，在肉类的五大品质指标[2]（嫩度、多汁性、风味、肉色和系水力）中，嫩度是最重要的一个指标，而胶原蛋白作为“生命的支架”与兔肉品质，尤其是肉质嫩度的变化规律息息相关[3]。国内外文献显示，有关胶原蛋白特性的研究多集中于牛肉[4]、猪肉[5]、鸡肉[6]以及鱼类[7]等，而有关于兔肉胶原蛋白及其特性受不同因素影响的变化研究非常稀缺，本文将以兔肉胶原蛋白为研究对象，就其变化特性及评定方法进行重点论述，以期为兔肉肉质的评定、食用品质的提升及兔肉产业的发展提供理论基础。

1 胶原蛋白的结构及分类

1.1 结构

胶原蛋白（collagen）在动物的组织细胞中分布广泛，以哺乳动物和鸟类的结缔组织中最为丰富。典型的胶原蛋白分子是一条呈坚韧三螺旋纤维状结构的长链，由两条α1肽链和一条α2肽链组成。螺旋结构的3条长链既可以相同，也可以不同，每条肽链以（Gly-X-Y）n的重复序列形成左手螺旋，三条肽链以右手螺旋围绕中心轴线交错缠绕形成“绳索状”的超螺旋结构[8]，其中n约等于100～400，X残基多为脯氨酸，Y残基多为羟脯氨酸（HyPro）[9]。胶原纤维在不同组织中的排列方式不同（如表1所示），进而在生物系统中扮演各自不同的角色。

表1 胶原纤维在不同组织中的排列[8]Table 1 The arrangement of collagen fibers in different tissues

胶原蛋白中富含甘氨酸（约占总氨基酸的27%）、脯氨酸、赖氨酸以及HyPro，但缺乏色氨酸，故在营养上为不完全蛋白质。每条肽链是由3个氨基酸重复序列构成，而且其第3个氨基酸均是甘氨酸，另两个为随机排列的脯氨酸和HyPro，每条链约1400个氨基酸，其中HyPro的含量相对稳定，占胶原蛋白的13%～14%，并且HyPro残基还可通过形成分子内氢键稳定胶原蛋白分子。研究发现，在动物组织中，HyPro仅存在于胶原蛋白和弹性蛋白中，因而胶原蛋白的含量也常用HyPro的含量来表示[10-11]。

1.2 分类

胶原蛋白分为纤维状、非纤维状和纤丝状胶原蛋白3种，每一种又分为多个基因型，纤维状胶原蛋白有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ和Ⅺ型5种基因型[11]。目前，至少24种胶原蛋白已被鉴定，它们是集遗传、生化、免疫蛋白为一体的大家族[12]。

在肌肉组织中，Ⅰ和Ⅲ型的含量较为丰富，而IV（网格状）、V、VI、XII、XIV、XV和XIX型含量很低[13]。不同类型胶原蛋白中羟赖氨酸含量差别很大，其中以Ⅱ和Ⅳ型胶原蛋白中含量较高。与此同时，三股螺旋的热稳定性受到脯氨酸和羟脯氨酸的含量的密切影响，进而对肉的食用品质造成影响[14]。另外，链与链之间的交联作用，是影响胶原蛋白分子类型和特性的一个重要方面，Mccormick[15]认为交联的机制是由于核心蛋白聚糖/胶原蛋白复合物的介导作用，然而交联形成的调节机制仍尚不明了，亟待研究。

2 几种因素对兔肉胶原蛋白特性的影响

2.1 兔品种

兔有肉用、皮用、皮肉兼用以及毛用之分，全世界约有兔品种60余种。当前我国应用较广泛的肉用和皮肉兼用兔品种有：中国家兔、巨型兔、大白兔、喜马拉雅兔等[16]。Pla等[17]报道，兔里脊肉的嫩度受品种和基因的影响要大于屠宰体重。鉴于兔肉嫩度与胶原蛋白含量和基因型有密切关系[18]，可以推断兔肉胶原蛋白的变化将同样受兔的产地与品种的影响。国内的相关研究较少，国外文献查阅的结果如表2所示。

此外，Ariño等[22]运用线性选择法研究证实了兔肉基因型变化对肉嫩度的影响作用，且认为兔肉中的胶原蛋白的溶解性较西门塔尔×鲁西黄牛（19.0%）[4]、日本和牛（19.0%～28.0%）[23]、杜洛克×（长白猪×约克夏）（12.3%）[5]和蛋鸡（25.7%）[24]等其他物种高，约达60%。同时，兔的性别对胶原蛋白的含量可能存在影响，但是对可溶和不可溶胶原蛋白的比例影响不大。

2.2 兔生长时期

有关不同畜禽随不同生长时期肌内胶原蛋白（IMC）交联变化的研究已有报道，但是鲜见针对于兔肉骨骼肌胶原蛋白的研究[25]。Corino等[19]实验表明，兔的年龄对其IMC的含量、交联度（用羟基赖氨酸吡啶酚（HLP）含量表示）、胶原蛋白成熟度（HLP/IMC）影响显著，年龄最大兔子（104d）的上述指标均为最大值，当新西兰白兔生长期达90d时（意大利标准屠宰年龄），其腰部最长肌的IMF含量与交联程度显著增高。人们常习惯性的认为，胶原蛋白的结构与动物的年龄相关性较大，而年龄越小的动物肉质越嫩。然而，Pla等[17]和Xiccato等[26]研究均发现，屠宰年龄越小的兔并非肉质嫩度越大。

此外，Gondret等[27]研究了不同屠宰年龄（11周～18周）对兔肉腰部最长肌化学和感官特性的影响。实验证实，随着兔子屠宰年龄的增长，其肌内脂肪含量从1.3%上升为2.2%，水分含量从74.0%下降到69.3%，肌内脂肪含量与肉的嫩度成正相关。肌内脂肪的含量不仅能够直接影响肉质的风味和多汁性，还能够间接地影响肉的嫩度。Hocquette等[28]和Prieto等[29]都证实，肌内脂肪能够分离和稀释肌束膜胶原纤维，抑制胶原蛋白纤维的聚集成束，并且通过瓦解肌内结缔组织的结构，提高肌肉组分之间的易破坏性，从而降低肉的韧性。由此可以大胆推断，兔肉胶原蛋白的含量及交联特性与不同生长阶段中肌内脂肪的含量密切相关，屠宰时应把脂肪含量作为其中的一个指标。

2.3 兔肌肉部位

Szkucik等[30]比较了兔不同部位（肩、背、大腿）肌肉的化学组成，研究发现兔背部肌肉的烹调价值最高，其胶原蛋白和脂肪含量均最低，蛋白质含量最高，且蛋白质的有效率最大。Tǎrnǎuceanu等[21]研究比利时巨兔和野兔不同部位肌肉中胶原蛋白的含量（如表3所示），比较不同品种和部位的胶原蛋白含量，巨兔（雄性）BF的最高（4.278g/100g新鲜肌肉），而巨兔（雌性）的肋间肌肉最低（2.530g/100g新鲜肌肉）。

目前，有关兔不同部位肉质的研究多集中于腰部最长肌[19-20，31]和背部最长阔肌[32]。有些报道虽仅报道了对质地（硬度、多汁、咀嚼）的影响，但鉴于嫩度、韧性等指标与胶原蛋白的相关性，初步认定胶原蛋白的变化同样受兔生长部位的影响。

2.4 兔肉加热条件

胶原蛋白是影响肉类品质的重要成分，其变化受烹调条件影响显著[33]。Combes等[20]运用Warner-Bratzler嫩度测定法比较了不同加热温度（50～90℃）和时间（10～120min）对兔腰部最长肌胶原蛋白的含量及溶解性进行了研究，结果发现兔肉在两个温度段，即原料初温至50℃和65～80℃时，随着温度的上升，肉韧性增大，而在50～60℃范围内，肉的韧性随温度增高而降低，这可能是由于此时胶原蛋白卷曲结构的逐渐丧失、胶原纤维收缩及其溶解性增高的热变性效应。从实验数据上看，烹调温度并未影响总胶原蛋白的含量，这表明肉中的胶原蛋白热变性分子并没有随烹调损失而流失，但是胶原蛋白的溶解性受温度影响显著，77℃烹调1h后的胶原蛋白的溶解率较高，当80～90℃时，总胶原蛋白的溶解率低于生肉。Lepetit[34-35]研究证实，肉遇冷/热收缩后韧性将增加，这与胶原蛋白的含量和交联度的关系密切，同时韧性的大小受烹调的温度影响显著。当温度高于60℃时，冷缩肉的韧性取决于肌原纤维和胶原蛋白的组成、含量、热稳定性以及烹调温度[36]。Lepetit[13]随后从理论上就胶原蛋白对肉韧性的影响原理进行了分析，他指出在加热过程中，结缔组织最大的变化就在于准结晶线性结构的胶原蛋白转变为随机状，单位体积内胶原蛋白交联链的数量将对胶原蛋白纤维和原纤维无定形区的力学性能造成影响，并且结晶与非结晶状态在胶原纤维和原纤维中的比例应当纳入引起胶原组织力学性能变化的原因。

表2 不同品种兔肉胶原蛋白的含量比较Table 2 Comparison of collagen content from different varieties of rabbit

表3 比利时巨兔和野兔不同部位胶原蛋白含量比较[21]Table 3 Comparison of collagen content between different parts of Belgian Giant rabbits and hares

2.5 兔膳食

Corino等[19]研究了含亚油酸（CLA）膳食对兔肉IMC的影响，结果表明CLA的摄入对胶原蛋白的变化影响显著，胶原蛋白的含量为14.33～15.43μg/mg冻干肌肉组织，当喂食0.25%葵花籽油和0.25%CLA时IMF达最大值。有研究称，板栗丹宁膳食[37]、薄荷类植物芡欧鼠尾草（Salvia hispanica L.）膳食[32]以及兔子胎儿和哺乳期间营养的供给[38]对兔肉组成及品质都有着长远的影响。此外，兔子的膳食（如共轭亚油酸、VE、DHA、ω-3脂肪酸、n-3脂肪酸和硒等）[39]，以及肉品加工过程中功能性成分（如植物蛋白、纤维、草药和香辛料和益生菌等）的添加等有助于改善肉质的组成和理化特性[40]，但其与胶原蛋白的变化规律和作用机理还有待探究。

2.6 兔生长率

Pascual等[3]研究了以生长率选择兔子对其肉质、胶原蛋白以及感官特性的影响，从线性的选择结果来看，以生长率为选择，已达商业重量兔子肉质成熟度的下降并不能对其胶原蛋白含量造成影响，胶原蛋白溶解性的增高，也未必会对兔肉质地造成影响。Hernández等[41]，Ariño等[22，42]和Pascual等[43]采用了线性选择法就兔产仔和生长率对兔肉品质进行了研究，但研究未明确指出胶原蛋白的变化。

2.7 其他

Gondret等认为耐力训练和自发运动对兔肌肉纤维和胶原蛋白会造成影响[12]。Archile-Contreras等[44]报道，氧化应激能够减少肌内纤维细胞新胶原蛋白的合成，致使胶原蛋白溶解性的下降，使得肉的韧性增加。因而，VC、VE等抗氧化物质作为功能添加剂在肉类中食品中的应用不可忽视。

3 兔肉胶原蛋白的评定方法

目前，近红外光谱（NMR）、红外（IR）、可见光以及紫外线（包括荧光）等光谱分析方法在实验室和工厂车间肉品的安全评估与品质控制方面广泛应用[45]。其中，NMR法敏感度高、快捷、简便，可对样品进行无损检测，并且能够同时评估和测定肉的多项属性，具有较大的应用前景[29]。目前，国内尚未有兔肉胶原蛋白的专题报道，大多仅集中于其他畜禽产品含量、提取及溶解性等浅层次的研究，对畜禽肉类（尤其是牛肉）的嫩度评定较多，而运用光谱法、成像技术、介质法及核磁共振深入到微观结构的成果也较为罕见，且细化到胶原蛋白分子特性的报道较少。兔肉胶原蛋白评定方法的研究与综述也相当欠缺。表4例举了几种方法可用于兔肉胶原蛋白的评定。

其中，生物物理方法——可见光谱分析（包括近紫外和近红外法）以及CIE L*、a*、b*色彩空间法作用一种客观性强且无破坏性的技术常用于结缔组织的表征，如Xia等[53]用该方法测定了牛肉肌小节的长度和胶原蛋白的含量，Swatland等[54]根据嫩度与结缔组织的关系用该法筛选结缔组织低温下糊化的动物。鉴于具有良好排列的生物组织均具有荧光各向异性，胶原蛋白的各向异性会随着加热等外界条件的改变而变化，荧光技术不容忽视，据报道其现已成功用于冷缩牛肉中胶原蛋白的测定[55]。另外，有不少学者选用免疫酶学法测定猪和禽类中胶原蛋白的结构和类型[51]，Nakamura等[56]利用共聚焦激光扫描显微镜甚至鉴定出了肌束膜和肌内膜中胶原蛋白及蛋白免疫组化分型结构。

此外，近年来Sircol胶原蛋白实验法（SCA）作为一种简便的比色法，日渐在细胞与组织培养的胶原蛋白的定量中大显身手[57]。SCA是基于氨基酸与一种名为SR（Sirius red）选择性组织化学显色剂结合的原理[58]，它能够精准定量复杂蛋白质溶液中胶原蛋白质的含量[9]。

随着评定技术的发展，考虑到肌原纤维结构的天然差异性，生物物理的测定方法倍受重视。它不仅可以对肉质组成直接进行测定，还能够利用一个或多个生物物理测定结果与肉组成属性之间的相关关系进行计算。这些计算以及主要相关生物物理属性的建模能够很好地对肉质属性的认识，从而更好地提高肉类食用品质。

表4 兔肉胶原蛋白的评定方法Table 4 Evaluation method of rabbit collagen

4 存在的问题及展望

兔肉是一种“三高，三低”的优良食材，加工方式多样、美味而营养，使其受到了越来越多消费者的青睐。其中，胶原蛋白作为肉类中结缔组织的成分，其含量、交联度以及溶解性与肉的嫩度、韧性等食用和感官品质紧密相关。随着对兔肉加工特性研究的不断深入，肉中美容成分胶原蛋白的变化特性也得到了广泛关注，但研究仍有局限性，可归结为以下几个问题：a.研究表明，不同兔品种、生长时期、生长部位、加工条件、膳食、及生长率等因素将对胶原蛋白的含量及结构特性造成或大或小的影响，但是因素之间的相互作用的研究较少，故在实际生产加工中，原料的选择仍缺乏系统性，建议建立相应的数据库，以满足不同加工方式的兔肉产品对品种、部位、屠宰年龄的不同需求；b.一些学者试图探究肉品质与肌内胶原蛋白特性（含量、交联度、溶解度等）之间的变化规律及作用机制，但得出的结论颇具争议，故肉制品生产链中各个相关因素与胶原蛋白直接或间接的影响研究还有待完善，相关机理的研究仍需进一步探索；c.肌肉的组成成分复杂，食物的风味与理化特性是多种因素共同作用的结果，故兔肉胶原蛋白特性与肌内脂肪、脂肪酸组成、酶类、糖蛋白、肽类等物质的相互作用有待深入探究；d.目前，较之畜禽肉类的研究，兔肉的相关报道还非常欠缺，而从分子生物学上研究兔肉胶原蛋白的组成更需要后续突破，随之，如何将畜禽肉类的评定方法成功推广于兔肉及其胶原蛋白特性的测定，以及如何选用和开发新型的检测技术手段来评定兔肉及胶原蛋白品质都值得专业人士思考。此外，随着人们对食品的安全、营养以及风味品质需求的不断提高，运用决策树分析（DTA）和线性判别分析（LDA）等程序完善兔肉的可追溯体系，不仅能够确保人们的饮食安全，还可以使得不同来源兔肉及其胶原蛋白、胶原肽等特性的研究更具系统性和实用性。

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