低分子量化合物对高铁肌红蛋白冷冻稳定性的影响及其在热处理中抑制硫肌红蛋白形成的机制研究

本研究针对冷冻肉品因高铁肌红蛋白(MetMb)与半胱氨酸(Cys)反应生成硫肌红蛋白(SulfMb)导致的绿色异常问题，探究了精氨酸(Arg)、牛磺酸(Tau)、肌氨酸(Sar)等低分子量化合物(LMWC)的冷冻保护作用。结果表明，肌氨酸及其与牛磺酸联用可显著维持MetMb的溶解性(<2%聚集)和反应活性(<7%降低)，为肉品冷冻保鲜提供了新型添加剂方案。

　　

肉品在加工储存过程中常出现令人困扰的绿色变色现象，这背后隐藏着一个复杂的生化反应链。当肉品中的高铁肌红蛋白(MetMb)遇到游离半胱氨酸(Cys)，在热处理条件下会生成硫肌红蛋白(SulfMb)，导致肉品呈现不美观的绿色。更棘手的是，冷冻过程可能加剧蛋白质变性，进一步影响肉品品质。目前针对这一问题的解决方案有限，特别是如何通过天然添加剂保护蛋白质冷冻稳定性仍待探索。

来自中国的研究团队在《Food Chemistry》发表的研究中，创新性地选取了精氨酸(Arg)、牛磺酸(Tau)、肌氨酸(Sar)和氧化三甲胺(TMAO)等低分子量化合物(LMWC)，系统评估了它们对MetMb冷冻稳定性的保护效果。研究采用差示扫描量热法(DSC)分析溶液热力学特性，结合紫外光谱监测SulfMb生成过程中的特征吸收峰变化(407 nm Soret带)，并通过溶解度测试量化蛋白质聚集程度。

材料与方法
研究使用马源肌红蛋白(17.6 kDa)作为模型蛋白，在-18°C冷冻48小时后，检测其与Cys在60°C/30分钟(pH 5.7)条件下的反应活性。关键实验技术包括：光谱法追踪SulfMb特征峰(540/560 nm)、DSC分析LMWC溶液热稳定性、蛋白质溶解度测定。

研究结果

1. SulfMb生成的光谱特征
   热处理导致MetMb的409 nm Soret带轻微降低，加入Cys后该吸收峰显著下降，同时出现540/560 nm新峰，证实了SulfMb生成。

2. LMWC的冷冻保护效应
   肌氨酸(Sar)单独或与牛磺酸(Tau)联用时表现最佳，仅造成1.9%的蛋白质聚集，且MetMb反应活性降低<7%。而TMAO反而可能增强肉品绿色程度。

3. 热力学分析
   DSC数据显示LMWC能改变溶液的热力学性质，其中Sar-Tau组合展现出最显著的蛋白质稳定效果。

结论与意义
该研究首次证实冷冻过程会影响MetMb与Cys的反应活性，而源自头足类动物的天然化合物肌氨酸展现出卓越的冷冻保护能力。这一发现不仅为理解肌肉蛋白冷冻变性机制提供了新视角，更开发出Sar±Tau的新型复合添加剂方案，其1.9%的蛋白质聚集控制水平显著优于传统方法。研究成果对延长冷冻肉品货架期、保持感官品质具有重要应用价值，为开发"清洁标签"食品添加剂提供了理论依据。

值得注意的是，氧化三甲胺(TMAO)的促变色作用提示不同LMWC可能存在拮抗效应，这为后续研究指明了方向。作者团队特别指出，该技术可拓展应用于其他球状蛋白质的冷冻保护，在生物制药等领域也具有潜在应用前景。