鳙鱼肉冻藏过程中肌原纤维蛋白氧化修饰介导的肌肉持水力下降机制

Frozen storage is an important means to prolong the shelf life of fish. However, the decrease of water holding capacity (WHC) of fish meat caused by frozen storage is the key problem that restricts the development of aquatic products industry. Studies indicated that frozen storage damages the ultrastructure of muscle cells, promotes the release and concentration of pro-oxidants such as reactive oxygen species, oxidases, and metal ions, and cause the oxidation of fish protein. Protein oxidation plays an important role in regulating the water holding capacity of frozen fish meat, but its mechanism is unclear. In the present project, bighead carp meat will be used as experimental material. Thawing exudate of meat will be extracted as endogenous pro-oxidants, and their release and pro-oxidant ability caused by frozen storage will be evaluated. The effect of pro-oxidants on the oxidation degree and oxidation site of myofibrillar protein will be analyzed by proteomics. Both of endogenous oxidation model and anti-oxidation model will be used to analyze the changes of water binding force (electrostatic force and capillary force) of myofibrillar protein under oxidative modification and antioxidant condition, respectively. Above all, the project will reveal the intrinsic correlation mechanism between myofibrillar protein oxidation and decreased WHC of frozen fish and will lay a theoretical basis for the regulation of WHC of frozen aquatic products.

冻藏是鱼肉延长保质期的重要方法，然而冻藏导致的鱼肉持水力下降是制约水产品行业发展的关键问题。研究表明冻藏会破坏肌肉细胞的超微结构，促进活性氧、氧化酶类和金属离子等促氧化剂的释放和浓缩，引起鱼肉蛋白氧化，蛋白氧化参与调控冻藏鱼肉持水力，但其调控机制尚不清楚。本项目以鳙鱼肉为实验材料，分析冻藏影响鱼肉持水力变化的作用规律，提取冻藏鱼肉解冻渗出液作为内源促氧化剂，明确冻藏诱导的肌肉细胞促氧化剂的释放及其促氧化能力；借助蛋白组学手段解析促氧化剂对肌原纤维蛋白氧化程度和氧化位点的影响；利用内源氧化模型分析氧化修饰肌原纤维蛋白水分束缚力（静电力和毛细管力）变化，揭示其对冻藏鱼肉持水力的影响；在抗氧化条件下印证肌原纤维蛋白氧化与持水力之间的内在关联机制，为调控冷冻水产品持水力提供理论依据。

冻藏可以有效抑制鱼肉内源酶活性和微生物生长，但冻藏过程中的活性氧自由基仍然活跃，可引起鱼肉中的蛋白氧化。冻藏鱼肉的持水力下降是其品质劣变的重要原因，目前研究表明蛋白氧化与鱼肉持水力密切相关，但蛋白氧化介导的鱼肉持水力下降机制仍不清楚。本项目以鳙鱼为原料，探究了鳙鱼背部肌肉在-20℃冻藏条件肌纤维微观结构、蛋白氧化、脂肪氧化和持水力等变化，测定了不同冻藏时间鱼肉解冻渗出液中蛋白氧化和脂质氧化指标。结果表明冻藏鱼肉的持水力下降与以下两方面有关：1）冰晶形成和重结晶作用造成的肌纤维蛋白变性；2）肌原纤维蛋白的氧化。冰晶形成和重结晶挤压肌纤维，造成水分迁移出肌纤维，而蛋白的氧化（表现为羰基含量增加、蛋白聚集增加、巯基含量下降、氨基酸侧链修饰）改变了蛋白质的构型、构象和极性，最终影响鱼肉解冻过程中肌纤维的水分回吸，造成鱼肉持水力下降。通过测定鱼肉解冻渗出液中蛋白氧化和TBARS值，表明鱼肉解冻渗出液可能在解冻过程中促进肌原纤维蛋白氧化。利用label-free蛋白组学技术，测定了渗出液中蛋白组成和丰度变化，结果表明随着鱼肉冻藏时间的延长，氧化酶逐渐从溶酶体、线粒体和过氧化物酶体释放到渗出液中，在解冻过程中肌原纤维蛋白通过接触渗出液导致其氧化。采用渗出液孵育肌原纤维蛋白，结果显示蛋白上羰基和希夫碱含量增加、色氨酸暴露，印证了渗出液的氧化能力。利用渗出液氧化体系模拟鱼肉冻藏过程中的蛋白氧化，探究了蛋白氧化对鱼肉表面性质的影响机制，结果表明，渗出液孵育引起了肌原纤维蛋白的氧化修饰，如巯基和氨基丢失、二硫键和希夫碱生成、净电荷减少、丙氨酸、赖氨酸、谷氨酸和天冬氨酰的氧化、赖氨酸的脱氨作用。此外蛋白氧化改变了肌原纤维蛋白的表面极性，进一步降低了其与风味物质和水分的结合能力。本项目为蛋白氧化调控冻藏鱼肉持水力下降提供了理论基础，为提升冻藏鱼肉品质提供了科学依据。