氧化条件下茶多酚对猪肉肌原纤维蛋白理化和凝胶特性的影响

李 玲，季 慧，康大成，周 怡，郭燕云

（临沂大学生命科学学院，山东 临沂 276000）

肌原纤维蛋白是肉类中含量最高的重要蛋白质，占总蛋白的55%～60%，适宜的加工处理可以使其形成稳定的网络结构，从而赋予肉制品良好的凝胶特性和感官特性，也是人们日常生活中优质蛋白的主要来源[1-2]。然而，最近流行病学报道[3]过度食用腌制或加工红肉制品与心血管疾病和结肠癌存在一定联系，这可能与摄入的肉类食品在加工保藏和随后消化过程中蛋白质氧化程度提高有关，蛋白质氧化会影响产品的感官质量或加工特性，甚至影响消费者的健康安全[4]。蛋白质氧化会导致蛋白质侧链基团修饰，蛋白质大分子发生交联聚集等，进而引起蛋白质功能发生显著改变，如凝胶特性、持水性和乳化性等，从而影响肉制品的色泽、保水性和口感[5]。因此控制蛋白质氧化，提高蛋白质的凝胶性能是近年来急需解决的首要问题。

植物多酚来源于天然植物提取物，因其抗氧化活性高而被广泛应用于食品工业中。近年来酚类化合物应用到肉制品加工的研究较多，比如5%玫瑰提取物可以阻止牛肉饼中的蛋白质和脂质氧化[6]，500 mg/kg茶多酚可以降低肉糜制品中脂肪氧化硫代巴比妥酸反应物含量和蛋白质羰基含量，但是增加了肉糜凝胶的蒸煮损失，降低了肉糜中蛋白的巯基和二硫键含量[7]。低浓度绿茶提取物能保持肉蛋白结构和氧化稳定性，而高浓度绿茶提取物导致肉的持水力降低，质构变差[8]。低浓度绿原酸能有效抑制羰基的生成，适量绿原酸可抑制蛋白质的氧化[9]，低浓度绿原酸使肌原纤维蛋白结构展开，凝胶增强，高浓度绿原酸使蛋白质交联聚集，溶解度下降，凝胶被破坏[10]。茶多酚是肉制品加工中常用的抗氧化剂之一，主要由儿茶素类多酚组成。茶多酚能够结合自由基，保护蛋白质巯基免受自由基的攻击，阻止氧化引起的二硫键交联[7]，而多酚对蛋白质侧链结构的影响研究很少，关于多酚对蛋白质凝胶性能和持水性的研究有待继续探讨。

采用羟自由基模拟氧化体系，以茶多酚为抗氧化剂，研究多酚质量浓度对肌原纤维蛋白游离巯基、表面疏水性、二聚酪氨酸含量以及内源色氨酸荧光强度等蛋白质理化特性的影响，以及肌原纤维蛋白凝胶特性与多酚质量浓度的关系，阐明茶多酚对蛋白质氧化程度与凝胶水分分布之间的关系，为凝胶类肉制品的加工提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

猪背最长肌 南京苏果超市；茶多酚（纯度98%） 临沂鑫正实验器材有限公司；KCl、MgCl2、乙二醇双（2-氨基乙基醚）四乙酸（ethylene bis (oxyethylenenitrilo) tetraacetic acid，EGTA）、Na2HPO4、NaCl、NaOH、CuSO4、酒石酸钾钠、溴酚蓝（bromophenol blue，BPB）、FeCl3、抗坏血酸、H2O2、HCl、三羟甲基氨基甲烷（tris (hydroxymethyl) methyl aminomethane，Tris）、甘氨酸、乙二胺四乙酸二钠（ethylenediaminetetraacetic acid disodium salt，EDTA-2Na）、5,5’-二硫代双（2-硝基苯甲酸）（5,5’-dithiobis-(2-nitrobenzoic acid)，DTNB）、水溶性VE（Trolox）（均为分析纯） 国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

Allegra 25R高速冷冻离心机 美国Beckman公司；F-4600荧光分光光度计 日本日立公司；PQ001核磁共振分析仪 上海纽迈电子设备有限公司；H-S4数显恒温水浴锅 金坛市医疗仪器厂；优普UPW系列超纯水器成都超纯科技有限公司；Spectrum紫外-可见分光光度计上海光谱仪器有限公司；CR-400色差仪 柯尼卡美能达光学有限公司。

1.3 方法

1.3.1 肌原纤维蛋白的提取

参考Park[11]和Feng Xianchao[12]等方法并略作修改。取新鲜猪背最长肌，用刀剔除猪肉上多余的筋膜、脂肪后，将猪肉切成均匀的小块并用绞肉机搅碎后称质量，所得肉糜用于提取猪肉肌原纤维蛋白。称取50 g肉样，加4 倍体积pH 7.0缓冲液（0.1 mol/L KCl，2 mmol/L MgCl2，1 mmol/L EDTA，10 mmol/L Na2HPO4），匀浆离心，弃上清液，取沉淀重复上述步骤3 遍。沉淀再加入4 倍体积的0.1 mol/L NaCl洗液，匀浆离心，弃上清液，沉淀重复洗涤2 次，第3次加洗液匀浆后，用4 层纱布过滤以除去结缔组织等，最后用0.1 mol/L HCl溶液调pH值为6.2后离心去上清液，所得膏状物为肌原纤维蛋白。

1.3.2 羟自由基氧化体系的构建

参考Xiong Youling等[13]的方法构建羟自由基氧化体系。首先用20 mmol/L磷酸盐缓冲溶液（pH 7.0）将肌原纤维蛋白稀释为50 mg/mL，配制10 mg/mL茶多酚溶液，根据预实验确定本研究中茶多酚质量浓度梯度。在溶解后的蛋白质溶液中依次加入FeCl3、抗坏血酸、H2O2溶液用来构建羟自由基的模拟氧化体系，并且整个体系最终含有以下成分：40 mg/mL猪肉肌原纤维蛋白、0.01 mmol/L的FeCl3、0.1 mmol/L的VC和10 mmol/L H2O2，其中茶多酚质量浓度分别为0、0.02、0.2、1 mg/mL。在4 ℃恒温操作间氧化12 h后，用1 mmol/L Trolox/EDTA终止氧化反应，即为氧化后的猪肉肌原纤维蛋白，贮藏于0～4 ℃，2 d内用完。以未加茶多酚和氧化剂的蛋白溶液作为空白对照组。

1.3.3 物理化学性能的测定

游离巯基含量采用DTNB法[14]进行测定：将样品用不含尿素的TGB（0.086 mol/L Tris，0.09 mol/L甘氨酸，4 mmol/L EDTA，pH 8.0）缓冲溶液稀释至1 mg/mL，吸取1.5 mL，加入15 µL Ellman试剂（DTNB），振荡1 h，使之充分反应，离心（12 000×g，10 min）后取上清液，在412 nm波长处测定吸光度。

疏水性测定采用溴酚蓝结合法进行：参照Chelh等[15]描述的方法将肌原纤维蛋白用20 mmol磷酸盐缓冲溶液稀释为5 mg/mL的蛋白溶液。取1 mL加入0.2 mL的1 mg/mL溴酚蓝溶液，充分混匀，离心取上清液，测定595 nm波长处的吸光度。

二聚酪氨酸含量参考Davies等[16]方法：利用酶标仪测定吸光度，激发波长325 nm，发射波长420 nm，狭缝宽度10 nm，灵敏度2。最终二聚酪氨酸含量用荧光强度表示。

内源色氨酸荧光强度的变化通过F-4600荧光分光光度仪进行检测：用15 mmol/L PIPES缓冲液（含0.6 mol/L NaCl，pH 6.25）将样品稀释为蛋白质量浓度0.1 mg/mL，吸取0.1 mL置于石英比色皿中，室温条件下于283 nm波长处激发，记录300～400 nm波长范围的发射光谱供后续分析。激发和发射狭缝宽度均设置为5 nm，电压为700 V。

1.3.4 热诱导凝胶的制备及性能测定

将氧化后的猪肉肌原纤维蛋白质量浓度调至40 mg/mL后，在80 ℃水浴30 min，制得凝胶，用于测定其蒸煮得率、白度、保水性及凝胶水分分布分析。

1.3.4.1 蒸煮得率

蛋白凝胶称量后，80 ℃水浴30 min，冷却至室温，将凝胶倒置于滤纸上，用滤纸吸干水分，然后称量凝胶质量。蒸煮得率以蒸煮后质量与蒸煮前质量的比值计算。

1.3.4.2 凝胶白度

用色差仪测定蛋白凝胶的色差值，其中亮度值L*、红度值a*、黄度值b*。仪器经零点白板校正后进行样品测定，每组测定3 次，取平均值。按式（1）计算白度值W：

1.3.4.3 凝胶保水性（water holding capacity，WHC）

用离心法测定凝胶WHC，将制备好的蛋白凝胶准确称其质量后，于4 ℃ 、6 000×g离心15 min，记录离心前后离心管的质量以及空管质量。按式（2）计算WHC：

式中：m为空管质量/g；m1为离心前离心管与凝胶的质量/g；m2为离心后离心管与凝胶的质量/g。

1.3.4.4 凝胶水分分布

低场核磁数据测量参考Han Minyi[17]和Ji Hui[18]等的方法进行。测定条件：质子共振频率为22.6 MHz，测量温度为32 ℃。将大约1.0 g样品放入直径15 mm核磁管中，随后立即放入PQ001核磁共振成像仪中进行分析。采用Carr-Purcell-Meiboom-Gill（CPMG）序列测定样品弛豫时间T2值。不同弛豫时间各峰面积分别记为P21、P22和P23。

1.4 数据处理

所有实验重复进行3 次，每次重新提取肌原纤维蛋白。用SPSS 18.0统计软件进行单因素方差分析和Duncan’s进行多重比较，结果表示为。

2 结果与分析

2.1 茶多酚对猪肉肌原纤维蛋白性能的影响

2.1.1 茶多酚对猪肉肌原纤维蛋白中游离巯基含量的影响

图1 茶多酚对氧化体系中肌原纤维蛋白游离巯基含量的变化Fig.1 Effect of tea polyphenols on free sulfydryl content of myof i brillar protein under oxidative conditions

从图1可以看出，空白对照组的游离巯基含量最高，而未添加茶多酚的氧化处理组游离巯基含量明显低于空白对照组，两组差异显著（P＜0.05），说明氧化处理后游离巯基被氧化成二硫键，游离巯基含量降低，巯基氧化被认为是蛋白质氧化最初的反应之一[12]。胡忠良等[19]研究发现随着氧化剂浓度的增加，游离巯基和总巯基含量降低，与本研究结果一致。此外，蛋白质的氧化变性形成蛋白质聚集体，会覆盖一些巯基，使能够检测到的游离巯基数量减少，也可能导致巯基含量下降[20]。在羟自由基氧化条件下，0.02、0.2、1.0 mg/mL茶多酚组的游离巯基含量显著高于0 mg/mL茶多酚组（P＜0.05），并且游离巯基含量依次为1.0 mg/mL组＞0.2 mg/mL组＞0.02 mg/mL组，随着茶多酚质量浓度的增加，猪肉肌原纤维蛋白中游离巯基含量呈上升的趋势。茶多酚质量浓度为1.0 mg/mL时，样品蛋白的游离巯基含量和空白对照组差异不显著（P＞0.05）。茶多酚有效抑制了羟自由基对蛋白质侧链的氧化，在茶多酚添加量为0～1 mg/mL时，随着质量浓度的增加，游离巯基含量升高，说明茶多酚对氧化体系中肌原纤维蛋白侧链基团具有保护作用。

2.1.2 茶多酚对猪肉肌原纤维蛋白表面疏水性的影响

由图2可知，氧化未添加茶多酚组的疏水性显著高于空白对照组（P＜0.05），说明氧化后表面疏水性增加，有更多的疏水性氨基酸暴露在分子表面，导致蛋白构象发生变化，或者蛋白质间发生聚集和交联等反应[21]。

图2 茶多酚对氧化体系中肌原纤维蛋白表面疏水性的影响Fig.2 Effect of tea polyphenols on surface hydrophobicity of myof i brillar protein under oxidative conditions

添加茶多酚后，表面疏水性随茶多酚质量浓度的增加而降低，1 mg/mL组显著低于空白对照组（P＜0.05）。而有研究表明，在肌原纤维蛋白中添加不同量的绿原酸，表面疏水性持续增加[9]。产生这种差异的原因可能是茶多酚与绿原酸的结构不同，茶多酚中主要是黄烷醇类的儿茶素和表儿茶素，B环上都有3’,4’,5’-邻三羟基，通常邻位羟基越多，抗氧化活性越强；而绿原酸是咖啡酸与奎尼酸生成的缩酚酸，其对DPPH和ABTS自由基的清除能力显著小于茶多酚的黄烷醇类[22]。因此茶多酚的抗氧化能力强于绿原酸，其结合羟自由基的能力强。另外，可能是由于茶多酚与蛋白发生疏水相互作用，从而降低了溴酚蓝与蛋白表面疏水基团的结合，疏水性降低，茶多酚起到很好地稳定蛋白质结构的作用。

2.1.3 茶多酚对猪肉肌原纤维蛋白二聚酪氨酸含量的影响

图3 茶多酚对氧化体系中肌原纤维蛋白二聚酪氨酸含量的影响Fig.3 Effect of tea polyphenols on dityrosine content of myof i brillar protein under oxidative conditions

由图3可知，氧化未加茶多酚组的二聚酪氨酸含量显著高于空白对照组（P＜0.05）。说明酪氨酸对羟自由基很敏感，易被氧化发生聚合反应而生成二聚酪氨酸，是蛋白质氧化程度检测的指标之一。有研究2 种自由基氧化大黄鱼肌原纤维蛋白时均发现，随氧化剂浓度的升高，二聚酪氨酸含量显著增加[23]，这与本研究结果相一致。羟自由基氧化后，蛋白质通过共价和非共价相互作用形成蛋白聚合物，氨基酸侧链受到自由基的攻击，与其他活性氨基酸残基发生共价交联，从而形成了聚合物。

随着茶多酚添加量的增加，二聚酪氨酸含量降低。其中0.02 mg/mL茶多酚组与0 mg/mL茶多酚组差异不显著（P＞0.05），可能是因为茶多酚的添加量过低，没有足够多的酚羟基结合羟自由基。而茶多酚为0.2、1.0 mg/mL组中二聚酪氨酸含量显著低于茶多酚为0 mg/mL的氧化组（P＜0.05）。说明茶多酚具有明显的抗氧化作用，抑制蛋白质侧链氨基酸的聚合作用，降低了二聚酪氨酸的含量。而当茶多酚添加量为1.0 mg/mL时，二聚酪氨酸含量还要低于空白对照组，其原因可能是茶多酚的添加对蛋白质侧链氨基酸保护作用，导致氨基酸被包埋，荧光强度降低。这与本研究中1.0 mg/mL组疏水性最低相一致，说明茶多酚起到保护蛋白质侧链基团，不被氧化剂的破坏。

2.1.4 茶多酚对猪肉肌原纤维蛋白内源色氨酸荧光强度的影响

图4 茶多酚对氧化体系中对肌原纤维蛋白内源色氨酸荧光强度的影响Fig.4 Effect of tea polyphenols on endogenous tryptophan fl uorescence intensity of myofibrillar protein under oxidative conditions

由图4可知，与空白对照组相比，氧化处理后的0 mg/mL茶多酚组荧光强度最低，可能是氧化后，蛋白空间结构有部分展开，内部的色氨酸暴露出来，导致内源荧光强度降低，这与前人[24]对肌原纤维蛋白氧化处理后荧光强度降低相一致。

随着茶多酚的添加，内源色氨酸荧光强度逐渐升高，1 mg/mL茶多酚组与空白对照组接近，且最大荧光强度由335 nm蓝移到330 nm。其原因可能是茶多酚具有抗氧化作用，对肌原纤维蛋白具有保护作用，质量浓度越高，效果越好。而本研究中疏水性的结果证实，茶多酚质量浓度为1 mg/mL时，疏水性最低，蛋白结构得到很好地保护，从而内源色氨酸荧光强度高。有人研究没食子酸氧化条件下色氨酸荧光强度的影响时也发现，随着没食子酸浓度（10、50、100 µmol/g）的增加，荧光强度增加[25]，与本研究的趋势一致。

2.2 茶多酚对猪肉肌原纤维蛋白凝胶蒸煮得率、白度、保水性的影响

表1 茶多酚对肌原纤维蛋白凝胶得率、白度和保水性的影响Table1 Effects of tea polyphenols on gel yield, whiteness and WHC of myof i brillar protein

根据表1可知，空白对照组的蒸煮得率、白度和保水性都高于氧化未加茶多酚组，说明氧化处理后，蛋白质侧链氨基酸结构受到破坏，蛋白构象发生变化，部分水分析出，形成汁液流失，导致凝胶的保水性降低[10]。氧化引起的二硫键交联会阻碍热诱导加工中有序二硫键的形成，降低蛋白质官能团之间的相互作用，使凝胶的保水性降低，质构变差[26]。氧化处理后，随着茶多酚质量浓度的增加，蒸煮得率和保水性增加，1.0 mg/mL与0 mg/mL茶多酚组差异显著（P＜0.05），这可能是茶多酚具有较强结合自由基的能力，能延缓氧化进程，保护蛋白质侧链结构，进而获得较高的蒸煮得率和保水性。

2.3 茶多酚对氧化体系中猪肉肌原纤维蛋白凝胶水分分布的影响

图5 肌原纤维蛋白凝胶水分子的T2弛豫特性Fig.5 T2 relaxation time spectra of heat-induced gels of myof i brillar protein

由图5可见，肌原纤维蛋白凝胶低场核磁水分分布在1～10 000 ms的弛豫时间内出现了3 个峰，这与韩敏义等[17]研究猪肉肌原纤维蛋白热凝胶的实验结果基本一致。T2值范围内对应的3 个峰分别对应肌原纤维蛋白凝胶中3 种状态的水：弛豫时间T21在0～15 ms之间，属于凝胶中的结合水；弛豫时间T22在63～382 ms之间，属于凝胶中的不易流动水；弛豫时间T23在714～2 171 ms之间，属于凝胶中的自由水。弛豫时间T2在1～10 000 ms内对应的3 个峰的峰面积分别记为P21、P22、P23。

表2 茶多酚对肌原纤维蛋白凝胶中各组分水所占比例的影响Table2 In fl uence of tea polyphenols on the proportions of three water forms in heat-induced myo fi brillar protein gels

由表2可知，氧化处理后的0 mg/mL茶多酚组与空白对照组相比，不易流动水显著减少（P＜0.05），自由水显著增加（P＜0.05），说明氧化处理后，凝胶中的一部分不容易流动水可能会变成自由水，凝胶保水性降低，这与本实验关于猪肉肌原纤维蛋白氧化后凝胶保水性降低的研究结果相一致。可能是因为肌原纤维蛋白氧化处理后，侧链被修饰，蛋白质结构展开，使肌球蛋白的α-螺旋结构不稳定，形成β-折叠或无规卷曲，导致其空间结构松散，使结合水和不易流动水的比例减小[27-29]。随着茶多酚添加量的增加，结合水略有增加，不易流动水含量显著增加，自由水含量显著减少（P＜0.05），说明茶多酚的添加提高了凝胶的保水性。Pearce等[30]的研究也认为P22组分的提高意味着肌原纤维蛋白凝胶保水性提高。因此，可以通过低场核磁测定凝胶中T2值，分析蛋白凝胶中3 种不同状态的水，预测凝胶的保水性。

2.4 相关性分析

由表3可知，茶多酚质量浓度与肌原纤维蛋白游离巯基含量（r=0.917）、蒸煮得率（r=0.970）和P21结合水含量（r=0.911）呈极显著正相关，茶多酚质量浓度与表面疏水性（r=－0.970）、二聚酪氨酸含量（r=－0.868）及白度（r=－0.771）呈极显著负相关，说明随着茶多酚的添加，抗氧化能力增强，蛋白质被氧化破坏的程度减小，蛋白质对结合水的束缚增强，部分自由水转为不易流动水，凝胶的保水性增强。

蛋白质侧链游离巯基含量与表面疏水性（r=－0.956）和二聚酪氨酸（r=－0.830）呈极显著负相关，与保水性（r=0.769）呈正相关。凝胶保水性与不易流动水含量（r=0.918）极显著正相关性、与自由水含量（r=－0.924）呈显著的负相关性。凝胶保水性与表面疏水性（r=－0.680，P＜0.05）呈显著负相关，与二聚酪氨酸含量（r=－0.735，P＜0.01）和白度（r=－0.822，P＜0.01）呈极显著负相关性。其他学者也认为猪肉保水性与低场核磁结果中的不易流动水显著相关[17,31-32]。本研究中添加适量的茶多酚，能够清除羟自由基，可以提高肌原纤维蛋白游离巯基含量、蒸煮得率、保水性和凝胶不易流动水含量，降低肌原纤维蛋白表面疏水性、二聚酪氨酸含量和凝胶自由水含量，对肌原纤维蛋白结构起保护作用。

表3 各指标相关性分析Table3 Correlation analysis between tea polyphenol concentration and properties of heat -induced myo fi brillar protein gels

3 结 论

肌原纤维蛋白氧化后，降低了其游离巯基含量和内源色氨酸荧光强度，提高了表面疏水性和二聚酪氨酸含量。而在氧化体系中含有1.0 mg/mL的茶多酚，能有效提高肌原纤维蛋白的游离巯基含量、凝胶蒸煮得率和保水性，显著降低自由水含量，并提高色氨酸内源荧光强度，有效延缓肌原纤维蛋白的氧化程度。可见，肉类在贮藏过程中，添加一定量的抗氧化剂能有效降低肌原纤维蛋白的氧化程度。