氧化反应对肌肉滴水损失的影响及抗氧化剂对其调控机制的研究进展

王 波，罗海玲

（中国农业大学动物科学技术学院，动物营养学国家重点实验室，北京 100193）

水分是肌肉组织的主要组成部分，含量约为75%。肌肉的储水能力通常用系水力进行评估，并通过测定滴水损失反映肌肉系水力。屠宰后，肌肉组织的生理状态发生改变，肌肉束缚水能力下降，肌肉内水分受到重力作用自然缓慢渗出造成的重量损失称为滴水损失。对生产者而言，滴水损失严重影响屠宰后肉品质以及加工后的产量；对消费者而言，滴水损失会影响消费者对肉产品的接受度。以羊肉为例，2017 年我国羊肉产量为468 万t（《中华人民共和国2017 年国民经济和社会发展统计公报》），羊肉均价按60 元/kg 计算，滴水损失每降低0.1%，就会造成高达约2.8 亿元的经济损失。滴水损失常发生在宰后的存储期，随存储时间延长而增加[1]。宰后肌肉不可避免地会发生氧化反应，并导致滴水损失增加，在存储期，所发生的氧化反应主要包括脂质氧化和蛋白氧化2类，且影响肉品质、感官特性以及安全性[2-5]。人工合成抗氧化剂或植物提取物类抗氧化剂均对肌肉的氧化反应有抑制作用，但由于人工合成抗氧化剂存在安全性和副作用等不确定因素，天然植物提取物类的抗氧化剂则因其绿色安全等特性越来越受到重视[6-7]。因此，通过天然植物提取物类抗氧化剂抑制脂质和蛋白氧化是一种值得探讨的降低滴水损失途径。本文对近年来通过植物提取物调控肌肉抗氧化能力进而影响滴水损失的研究进行综述，为进一步研究抗氧化剂调控氧化反应与滴水损失提供参考。

1 滴水损失的形成原因及影响因素

1.1 滴水损失成因 在肌肉中水分以自由水、结合水和不易流动水3 种形式存在。自由水主要存在于肌细胞外且能自由流动，约占总水分的10%～15%，这部分水在动物屠宰后快速流失。结合水（低于10%）通过静电引力作用和蛋白质分子表面紧密结合，屠宰后较难流失。不易流动水（约80%）主要以不易流动的形式存在于肌纤维中，这部分水是肌肉滴水损失的主要来源。在活体的肌肉组织中，肌原纤维蛋白在肌纤维中形成的网格结构为储存水分提供空间。而屠宰后，肌细胞由有氧呼吸转化为糖酵解过程，产生大量乳酸，造成pH 降低（从约7.0 降低到5.3～5.8）[8]；进而蛋白达到等电点，降低蛋白的静电作用，产生蛋白凝集现象，肌原纤维发生横向收缩，纤维蛋白空间结构被挤压，水分存储空间缩小，使得其中的水分渗出，形成滴水损失[9]。

1.2 影响滴水损失的因素 滴水损失是肉品质评价的重要组成部分，肉品质由遗传和环境因素共同调控[10]。肉品质的遗传力只有0.1～0.2[11]，因而仅通过遗传选择对肉品质进行调控是非常漫长的。日粮营养物质供给是环境因素的重要组成部分，通过日粮营养调控肉品质是一种快速有效的方法。有研究表明，日粮中能量[12]、蛋白[13]、脂肪[14]、氨基酸[15]、矿物质[16]、维生素[17]等以及肌肉静电荷、肌肉收缩、蛋白质降解以及钙蛋白酶系统等[18-19]均会引起宰后滴水损失的改变。此外，加工因素如冷却工艺、温度、包装等也会对滴水损失产生影响[20]。然而，无论是营养因素或加工因素均可能通过影响氧化反应调控滴水损失，进而影响肉品质，因此氧化反应对滴水损失的调控值得关注和研究。

2 氧化反应对滴水损失的影响

动物宰后机体发生一系列变化，主要包括血液和营养物质循环的停止，pH 下降，自身预防性抗氧化酶逐渐失效，清除Fe 的急性时相蛋白（Acute-Phase Proteins）（血浆铜蓝蛋白、转铁蛋白和结合珠蛋白）无法发挥活性，肌浆内质网丧失钙存储能力，钙依赖蛋白酶开始降解蛋白，膜脂氧化反应启动等[21]。这些变化引起脂质氧化和蛋白氧化反应的发生，并进一步影响了肌肉的滴水损失。

2.1 脂质氧化对滴水损失的影响 除微生物变化之外，脂质氧化是最先对肉品质产生影响的反应过程[22]。屠宰后，脂质氧化起始于细胞中膜结构磷脂双分子层中的多不饱和脂肪酸，脂质发生氧化反应不仅会对肌肉的纹理、风味、肉色、营养价值以及安全性造成负面影响[23]，而且可以影响肌原纤维蛋白的保水能力，使肌肉的系水力降低[24]。因而，细胞膜和细胞器膜上的不饱和脂肪酸、脂蛋白等物质对维持肌细胞的结构具有重要作用，一旦破坏引起肌纤维结构和通透性改变，不利于水分存储。完整的细胞膜能够一定程度减缓氧化反应的发生，防止或抑制自由基产生，从而降低滴水损失[25]。任何破坏细胞膜完整性的操作（如剔骨、分割等）均会促进组织产生自由基，使得不饱和脂肪酸的氧化作用加强，细胞膜结构状态改变[26]。因而，脂质氧化通过影响肌原纤维的保水能力及细胞膜的完整性，增加肌肉滴水损失。通常用硫代巴比妥酸反应物（Thiobarbituric Acid-Reactive Substances，TBARS）评价脂质氧化的程度。研究证实，滴水损失与TBARS 含量呈正相关，且随肌肉脂质氧化程度上升而增加[24]。

2.2 蛋白氧化对滴水损失的影响 除水分外，蛋白质是肌肉中含量最高的物质，也是细胞骨架的主要组成成分，对维持肌细胞的空间结构有重要作用。蛋白质氧化是指蛋白质发生共价修饰，主要包括由活性氧直接引起的修饰和由氧化应激的次级产物间接作用产生修饰。其中，碱性氨基酸氧化后产生羰基，并与游离的氨基反应产生酰胺键[27]。半胱氨酸的巯基会随着氧化反应而产生二硫键[28]。特异性蛋白侧链或肽骨架发生共价修饰导致蛋白特性发生改变，包括断裂、聚合、溶解度下降、功能丧失以及低敏感蛋白酶解性等。羰基化合物含量通常用来评价蛋白质氧化的程度[29]。屠宰后，随储存时间延长，肌肉中羰基含量逐渐增加，蛋白质的氧化程度上升。研究表明，滴水损失与肌肉中羰基含量呈正相关，与巯基含量呈负相关[24]。因而，蛋白质发生氧化反应不利于宰后肌肉水分的保存[30]。也有研究显示，蛋白质中酸性氨基酸侧链氨基的丢失可以导致电子重新分配并改变肌原纤维蛋白的等电点，最终降低肌肉系水力[31]。虽然目前已经发现氧化反应影响肌原纤维蛋白（原肌球蛋白、肌球蛋白、肌原蛋白、肌动球蛋白等）的修饰或构象，但目前关于肌原纤维蛋白的修饰和结构变化与肌肉滴水损失之间的关系尚不十分明确[32]。不同的肌原纤维蛋白在维持肌细胞构象中起着不同的作用，因而，氧化反应引起不同肌原纤维蛋白改变时，最终引起滴水损失改变的过程也有所差异。其中肌球蛋白具有ATP 酶活性，可以通过促进ATP 的水解为肌肉收缩供能[33]，发生氧化反应时可以引起肌球蛋白磷酸化，磷酸化修饰后的肌球蛋白能够提高其ATP 酶活性，进而加强肌肉收缩，增加滴水损失[34]。氧化反应影响肌纤维结构，造成肌原纤维断裂，肌原纤维断裂主要发生在Z 线附近，并且Z 线附近的肌纤维蛋白（肌线蛋白、纽蛋白等）降解可以为水分的存储提供空间，增加水分存储能力，进而降低滴水损失[35-36]。

3 抗氧化剂调控滴水损失的机制

抗氧化剂主要通过抑制自由基的产生或阻断自由基的传递延缓自氧化过程，从而发挥其抗氧化的作用。主要作用方式包括：①清除引发过氧化反应的物质；②螯合金属离子，阻断活性物质产生或脂质过氧化物分解；③抑制超氧阴离子，阻止过氧化物的生成；④破坏自氧化链的进行；⑤降低局部氧含量[37]。常见抗氧化剂主要包括黄酮类、多酚类、类胡萝卜素类以及生育酚，这些抗氧化剂可以抑制金属离子引起的氧化反应，清除自由基，从而发挥着还原剂的功效[38]。从结构上看，黄酮类和多酚类结构类似，类胡萝卜素和生育酚结构相近。本团队前期研究结果证实甘草提取物（Licorice Extract，黄酮类）[39]和维生素E（Vitamin E，生育酚）[17]等都可降低羊肉滴水损失。不同类型抗氧化剂的作用途径和效果存在一定差异。

3.1 甘草提取物对滴水损失的调控 甘草提取物中的植物活性成分主要包括三萜类、多糖类以及黄酮类化合物。其中，主要发挥抗氧化功能的成分为甘草黄酮。体外试验结果表明，随着甘草提取物浓度提高，其清除苯基-2-三硝基苯肼（α, α-Diphenyl-β-Picrylhydrazyl，DPPH）和2，2´-二氮-双（3-乙基苯并噻唑-6-磺酸）（2, 2´-Azino-Bis-3ethyl-Benzthiazoline-6-Sulfonic Acid，ABTS）自由基的能力显著提高，且作用效果呈现剂量依赖效应[40]。体内试验发现，日粮中添加甘草提取物显著提高肌肉过氧化氢酶（Catalase，CAT）和谷胱甘肽过氧化物酶（Glutathione Peroxidase，GPx）酶活，进而加强清除氧化阴离子自由基能力，提高肌肉的抗氧化性能[40]。在成熟期，抗氧化酶逐渐失活，非酶抗氧化剂如黄酮、维生素E 和谷胱甘肽（Glutathione，GSH）含量也随着日粮中添加适宜水平甘草提取物而升高。这与黄酮通过提供氢离子将GSH 从氧化状态转化成还原态有关[41-42]。且黄酮可以降低肌肉中TBARS 和活性氧簇（Reactive Oxygen Species，ROS）水平，抑制脂质氧化反应。因而，黄酮可以通过提高肌肉抗氧化酶浓度和抑制脂质氧化来降低肌肉滴水损失。此外，甘草提取物提高了宰后肌肉中钙蛋白酶酶活，促进肌肉蛋白质的水解；且钙蛋白酶活性与滴水损失呈负相关，钙蛋白酶活性提高，降低了滴水损失[40]。钙蛋白酶主要分布在Z 线附近，钙蛋白酶活性增加，促进了Z 线附近的肌线间蛋白降解（肌线间蛋白含量与滴水损失呈正相关[43]），肌线间蛋白的降解为水分存贮提供了空间，从而降低滴水损失[40]。关于其他细胞骨架蛋白（如纽蛋白、踝蛋白、肌动蛋白等）对滴水损失的调控作用目前尚不明确，有待进一步研究。

3.2 维生素E 对滴水损失的调控 维生素E 是一种脂溶性维生素，其抗氧化功能对保护脂蛋白、多不饱和脂肪酸、细胞膜和细胞器膜完整性具有重要作用[44]。其发挥抗氧化作用的主要方式为清除自由基，维持细胞膜完整性[45]。本团队前期研究表明，羊肉中总抗氧化能力（Total Antioxidant Capacity，T-AOC）、超氧化物歧化酶（Superoxide Dismutase，SOD）、GPx 和CAT活性随着日粮中添加维生素E（200、400 mg/kg）而显著提高，同时肌肉中维生素E 含量也显著提高[20]。Kazeem 等[24]研究指出，滴水损失与肌肉中维生素E含量呈显著负相关。因而，日粮中添加维生素E 可以通过增加肌肉抗氧化酶活性及维生素E 含量，提高肌肉抗氧化能力，从而降低滴水损失。进一步研究发现，肌肉中TBARS 和羰基含量显著下降，表明屠宰后脂质和蛋白质氧化反应均受到日粮中添加维生素E 的抑制，减缓肌肉的氧化反应，减小滴水损失[17]。

α- 生育酚是维生素E 的一种主要活性形式，是人类和动物机体必须的营养素。由于其苯环上的酚羟基具有很高活性，可以快速与过氧化自由基产生反应，而降低过氧化自由基与其他分子的反应；α-生育酚可带走氧化脂肪酸过程中的氧化自由基，阻断进一步的自由基反应，且自身转化为相对稳定的自由基。因而，α-生育酚具有较强的抗氧化性能。

本团队通过蛋白组分析发现，α- 生育酚可以通过多种途径综合作用调控宰后滴水损失：①上调抗氧化酶（NDUFS7 等）表达量，抑制自由基传递，增强抗氧化性能；②上调参与机体的代谢酶（SUCLA2、SUCLG2、ALDH1A1、PSMA3 等），一方面增加机体ATP 的产生，为加快电子清除供能，另一方面通过蛋白酶体途径促进肌纤维蛋白的降解，抑制滴水损失；③上调钙通道相关蛋白（CACNB1），增强钙蛋白酶活性，减少滴水损失；④下调结构蛋白（如TPM3、TNNC1、MYL2、MYL4 等）参与肌肉收缩通路，一方面减少肌球蛋白的凝聚，另一方面结构蛋白的下调为水分贮存提供空间，从而抑制存贮期滴水损失[20]。

4 展 望

脂质氧化反应和蛋白质氧化反应均通过提高肌肉的滴水损失降低了肉品质，造成巨大经济损失。通过日粮中添加抗氧化剂有利于增强宰后肌肉的抗氧化性能，抑制或减缓氧化反应发生。抗氧化剂主要通过影响宰后肌肉抗氧化酶、脂质氧化和蛋白质氧化、钙蛋白酶以及蛋白降解等方式调控宰后滴水损失。但肌细胞骨架蛋白和肌原纤维蛋白成分降解对滴水损失的影响有待进一步研究，从而完善滴水损失的调控机制，为更合理地调控滴水损失，进而改善肉品质，提供理论指导。