基于电荷变化介导的蛋白氧化影响生鲜肉持水性的机制研究

Protein oxidation easily occurs in fresh meat during storage and processing, and literature show that oxidative modifications on proteins affect water-holding of meat. Based on literature and our previous studies, we hypothesize that change in charges is one of key factors that affect water-holding of oxidized fresh meat, in addition to the inhibition of calpain activity, formation of protein cross-links, alteration of protein conformation, etc. First, we will oxidize myofibrils with hydroxyl radicals, and use high resolution mass spectrum to identify oxidative modifications; and then determine the charges of myofibrillar proteins or myofibrils by isoelectric focusing gel and Zeta-potential; finally, the structure of myofibrils and its water-holding will be measured. Through those steps, the link between oxidative modifications, protein charges, structure of myofibrils, and water-holding will be built. This project could contribute to the current theories of protein oxidation on water-holding, with important academic and economic values.

生鲜肉贮藏加工过程中蛋白质容易发生氧化，有研究表明蛋白氧化修饰会影响生鲜肉品的持水性。结合文献和申请人的前期研究，本项目提出除了抑制钙蛋白酶酶活、蛋白交联聚集、改变蛋白构象等因素之外，“电荷变化”也是导致蛋白氧化影响生鲜肉持水性的关键因素。首先利用羟基自由基体系氧化肌原纤维，借助高分辨质谱解析肌原纤维蛋白的氧化修饰规律；其次利用等电点电泳，Zeta电位等手段表征肌原纤维上电荷变化情况；最终测定肌原纤维的微观结构及持水性能。拟通过对上述生鲜肉氧化模型体系的研究，建立从氧化修饰到蛋白电荷，再到肌原纤维结构而最终到持水性的作用关系，逐步揭示基于电荷变化介导的蛋白氧化影响生鲜肉持水性的机制。本项目的顺利实施，可以对现有的氧化影响生鲜肉持水性的机制形成补充，具有重要的学术价值和经济效应。

持水性是生鲜肉最重要的品质指标之一，低持水性不仅会降低出售重量，直接造成经济损失，而且肉品表面较多的汁液也会导致消费者接受度的下降。因此，肌肉持水性能一直是肉品行业关注的重点。生鲜肉贮藏加工过程中蛋白质容易发生氧化，已有研究表明蛋白氧化修饰会影响生鲜肉品的持水性。本项目提出除了抑制钙蛋白酶酶活、蛋白交联聚集、改变蛋白构象等因素之外，“电荷变化”也是导致蛋白氧化影响生鲜肉持水性的关键因素。本项目首先采用离心损失法评价肌原纤维的持水性能。结果表明相对高浓度的氧化剂可以提升肌原纤维的持水性能，在猪肉中提升了12%，而在鱼肉中提升程度超过了100%，证明模拟体系下蛋白氧化对于持水性的重要影响。其次，针对肌原纤维净电荷测定表征方法进行了研究。等电点电泳、等电点沉淀结果显示模拟氧化之后主要的肌原纤维蛋白（肌球蛋白、肌动蛋白、原肌球蛋白蛋白等）等电点向低pH值方向偏移，而Zeta电位的测定也表明肌原纤维蛋白整体的等电点在模拟氧化之后由5.4左右降低到5.3附近，从而导致了带电荷染料与肌原纤维结合情况的改变。 针对模拟氧化前后蛋白质氨基酸组成进行了分析，发现组氨酸等氨基酸含量氧化之后发生了明显的下降，而组氨酸是蛋白质正电荷的重要组成部分，因此组氨酸的氧化丢失可能是蛋白质净电荷发生变化的重要原因。最后，本项目选取了肌肉源食材冷冻体系下蛋白氧化与持水性的关系。通过蛋白组学表征了不同冷冻条件下肌肉蛋白组的差异，建立了差异蛋白与蛋白氧化及持水性的关联。然而，不同的持水性测定表征方式（包括升华损失、解冻损失、肌原纤维离心损失等）与蛋白氧化的关联并不一致，而且冷冻过程中除了蛋白氧化，还有蛋白变性、冰晶分布等影响持水性的因素。因此，本项目提出的科学设想在模拟氧化体系下得到了很好地验证，但实际肉品贮藏加工体系中蛋白氧化、持水性、净电荷的关系尚需进一步阐明。本研究成果对于生鲜肉类食材的贮藏加工过程中具有重要的理论指导价值。