探秘牦牛肉肌原纤维蛋白凝胶：H2O2与 pH 的影响及意义

为探究蛋白质氧化对牦牛肉肌原纤维蛋白（MP）热诱导凝胶特性的影响，研究人员在 Fenton 氧化系统中，不同 pH 下处理 MP 24h。结果发现，H2O2和 pH 显著影响凝胶特性，该研究为肉及肉制品中蛋白质氧化相关研究提供理论依据。

　　在食品的世界里，肉制品种类繁多，口感和品质各有不同。而肌原纤维蛋白（MP）作为肉类的重要成分，它的凝胶特性对肉制品的品质起着关键作用。蛋白质凝胶的形成过程就像一场微观世界的 “建筑工程”，分子们有序地聚集、组合，构建出独特的网络结构。然而，在肉及肉制品的加工和储存过程中，肌肉蛋白很容易被氧化，就像一座正在建造的建筑遭遇了风雨的侵袭，这会极大地改变蛋白质的功能特性，进而影响肉制品的品质。

对于牦牛肉来说，由于其独特的地理环境和生化组成，与其他肉类存在显著差异。牦牛肉低脂高蛋白，深受人们喜爱。但目前，关于蛋白质氧化对牦牛肉 MP 热诱导凝胶特性的影响，相关研究却少之又少。为了揭开这个神秘的面纱，西南民族大学的研究人员展开了深入研究，该研究成果发表在《BMC Chemistry》上。

研究人员主要运用了以下几种关键技术方法：首先，从牦牛肉中提取 MP，采用 Biuret 法测定蛋白质浓度；接着，利用 Fenton 氧化系统对 MP 进行氧化处理，通过调整 H₂O₂浓度和 pH 值来模拟不同的氧化环境；然后，制备 MP 凝胶，并运用多种实验手段，如测定羰基含量、蛋白质溶解度、表面疏水性、内在荧光、二级结构（FT - IR），进行流变学分析、凝胶强度和持水性（WHC）测定，观察微观结构以及分析分子间相互作用等，来全面探究 MP 在不同氧化条件下的变化。

研究结果

1. 羰基含量：随着 H₂O₂浓度升高，牦牛肉 MP 的羰基含量显著增加，这表明蛋白质氧化程度加深。在相同氧化剂浓度下，pH 为 5.0 和 6.0 时，MP 的羰基含量较高，说明在等电点（pI）附近，MP 更容易受到?OH 攻击，因为此时蛋白质结构稳定性下降，α - 螺旋结构大多转变为 β - 折叠，蛋白质处于分散状态，更易被氧化。
2. 溶解度：在相同氧化剂浓度下，pH 升高，蛋白质溶解度显著增加。在 pI（约 5.3）附近，蛋白质分子间静电排斥力小，疏水相互作用增强，导致蛋白质聚集或沉淀，氧化加剧了这种不溶性蛋白质的聚集，使 pH 5.0 时 MP 溶解度损失更大。而在相同 pH 条件下，H₂O₂浓度越高，MP 溶解度下降越明显，这主要是因为蛋白质氧化导致共价交联，形成不溶性聚集体。
3. 表面疏水性：在系列 pH 条件下，较高氧化剂浓度使蛋白质表面疏水性显著增加，这表明 MP 分子空间结构发生变化，导致分子展开，埋藏的疏水基团暴露，造成不可逆的蛋白质变性。在 pH 5 时，经氧化剂处理的 MP 表面疏水性显著高于其他组，因为此时氧化导致的蛋白质展开程度可能超过聚集程度。而较高的 pH 会增加分子间排斥力，减少蛋白质的疏水聚集行为，从而降低疏水性。
4. 内在荧光：随着氧化剂浓度增加，各实验组的最大发射波长（λ_max）发生蓝移，内在荧光强度（FI）损失。色氨酸（Trp）是蛋白质中对?OH 敏感的氨基酸，易被氧化，导致内源性 FI 下降。在高氧化剂浓度下，pH 5.0 组的内在 FI 损失显著高于其他 pH 组，进一步证实了在 pI 附近 MP 更容易受到氧化破坏。
5. 二级结构（FT - IR）：较高的 H₂O₂浓度会使 MP 的随机卷曲显著增加，β - 折叠显著增加，而 α - 螺旋和 β - 转角显著减少。这表明蛋白质分子结构展开，埋藏基团暴露，活性氧物种通过削弱氢键改变了蛋白质的二级结构，使得 α - 螺旋逐渐展开并重新排列形成 β - 折叠。在相同氧化剂浓度下，pH 5.0 和 pH 6.0 处理的 MP 比 pH 7.0 组含有更多的 β - 折叠和更少的 α - 螺旋。
6. 流变学性质：在不同 pH 条件下，除 pH 5.0 组外，MP 凝胶的储能模量（G’）在 45℃ - 50℃随着温度升高而增加，在 58℃左右达到最小值后又稳步上升。G’反映了蛋白质的弹性和凝胶强度，氧化使 MP 在变性和解离之前就发生交联和聚集，降低了热蛋白聚合，导致 G’在整个温度范围内显著下降，说明蛋白质氧化削弱了 MP 凝胶的三维网络结构。在 pH 5.0 时，由于 MP 接近 pI，氧化程度高，凝胶结构严重扭曲，G’曲线无峰值且值最低。
7. 凝胶强度：在相同 pH 条件下，H₂O₂浓度越高，MP 凝胶强度显著降低。氧化诱导 MP 分子间的共价交联，导致蛋白质变性和完全展开，形成球形聚集体和无序的凝胶结构，孔隙分布不均匀，致密度增加。在相同氧化剂浓度下，pH 5.0 时 MP 凝胶强度最高，这是因为此时 MP 接近 pI，更易受到?OH 攻击。
8. WHC：WHC 反映了蛋白质的水结合能力，与凝胶强度结果一致，相同 pH 条件下，H₂O₂浓度升高会使凝胶 WHC 显著降低。氧化导致蛋白质分子结构变化，干扰了 MP 在凝胶过程中的有序聚集，影响了凝胶的三维网络结构，使其结构松散，孔隙增大，从而降低了 WHC。pH 5.0 时牦牛肉 MP 凝胶的 WHC 最低，远离 pI 的 pH 水平，尤其是 pH 8.0 时，WHC 显著提高。
9. 微观结构：通过扫描电子显微镜观察发现，未处理的 MP 凝胶呈现出紧密的网络结构，孔隙小且分布均匀。经 5 mmol/L H₂O₂氧化处理后，凝胶网络变得粗糙，有大的聚集体，形成更连续的纤维结构，孔隙分布不均匀。60 mmol/L H₂O₂处理后，形成丝状、不规则的网络结构，大孔隙分布更不均匀。pH 5.0 时，氧化导致的蛋白质聚集可能使凝胶有更多交联链，此时凝胶的 WHC 和硬度最差；pH 6.0 时凝胶硬度最佳；pH 8.0 时凝胶 WHC 最佳。
10. 分子间相互作用：维持牦牛肉 MP 凝胶的主要作用力是疏水相互作用，其次是二硫键、氢键和离子键。较高的 H₂O₂浓度会显著降低离子键和氢键含量，同时大幅增加二硫键和疏水相互作用。这是因为?OH 氧化使蛋白质暴露更多氨基酸侧链基团，增加了蛋白质的疏水性和疏水相互作用；氧化还会改变电荷基团性质或使可电离基团发生化学反应，减少离子键；氧化引起的二级结构变化也会削弱氢键。在 pH 5.0 时，蛋白质接近 pI，蛋白质分子间各种作用力低于其他 pH 组，导致蛋白质凝胶的质地硬度降低。而 pH 偏离 pI（如 pH 6.0）时，蛋白质相互作用显著增加，但随着 pH 继续升高，蛋白质相互作用又会下降，这可能是因为 pH 远离 pI 时，蛋白质表面电荷增加，静电排斥力增大，蛋白质分子间距离增大，水化程度增加，从而降低了蛋白质相互作用。

研究结论表明，蛋白质氧化对牦牛肉 MP 凝胶特性有显著负面影响。该研究从分子结构的角度，建立羟基自由基模拟系统，探究了不同 pH 下不同氧化程度对牦牛肉 MP 结构和凝胶特性的影响，充分揭示了蛋白质氧化的机制和本质，为进一步研究肉及肉制品中蛋白质氧化的相关性提供了坚实的理论基础，有助于推动肉类加工行业更好地控制和改善肉制品的品质。