堿性氨基酸影響肉品品質及機理的研究進展

李冬梅， 任 響， 林峻鑫， 孫培梓， 趙燕芬

（1.大連工業大學 食品學院，遼寧 大連 116034；2.大連工業大學 國家海洋食品工程技術研究中心，遼寧 大連 116034；3.大連工業大學 海洋食品精深加工關鍵技術省部共建協同創新中心，遼寧 大連 116034）

畜禽肉和水產品為人類提供了優質蛋白質，是改善居民膳食結構的主要食物之一。我國是肉品的生產和消費大國，2021年豬牛羊禽肉產量達到8 887萬t，水產品產量6 693萬t[1]。質構、色澤和嫩度等是肉品重要的理化性質，影響消費者的購買意愿。為了改善肉品的品質，在生產中會采用物理法、化學法以及生物法[2]進行干預，其中化學法操作最為簡單，應用最為普遍，主要包括使用NaCl、NaNO2、多聚磷酸鹽[3]等化學改良劑。然而這些化學改良劑的攝入會增加消費者患慢性疾病的風險，不利于身體健康[4]，尋找新的、綠色的肉品改良劑成為學術界和產業界關注的熱點。堿性氨基酸作為一類綠色食品添加劑，對肉品的色澤[5]、質構[6]、嫩度[7]等食用品質有明顯的改善作用，并通過組分間的相互作用產生NaCl的咸味[8]，顯示出其在食品工業中廣闊的應用前景。作者總結了堿性氨基酸干預對肉品色澤、質構和嫩度的影響，并著重歸納了堿性氨基酸對肉品品質的影響機理，旨在為堿性氨基酸在肉品中的應用提供參考。

1 堿性氨基酸對肉品品質的影響

堿性氨基酸包括L-賴氨酸（L-Lys）、L-精氨酸（L-Arg）、L-組氨酸（L-His）。近年來，堿性氨基酸在肉品中的應用越來越廣泛，在改善肉品色澤、質構、嫩度等方面表現出較好的效果。

1.1 堿性氨基酸對肉品色澤的影響

色澤是肉品品質優劣最直觀的表現。在加工過程中，產品原料和生產工藝的不同會直接導致肉品色澤的差異[9]。對肉品色澤起著主要作用的是肌紅蛋白和血紅蛋白[10]，肌紅蛋白中含有由卟啉環與鐵原子絡合形成的血紅素，根據中心鐵原子第六配位鍵配合物的不同形成不同的化合物[11]，當中心鐵原子由亞鐵離子被氧化為鐵離子時就形成了褐色的高鐵肌紅蛋白[12]。

Wachirasiri等研究發現，1 g/dL L-Lys和1 g/dL的NaHCO3組合使用可以替代磷酸鹽顯著改善解凍后南美白對蝦的色澤，呈現出與鮮蝦相似的外觀[13]。葉慧瓊等探究了L-Lys對豬血紅蛋白濃縮物（porcine hemoglobin concentrates，Hbc）理化性質的影響，發現添加2~4 g/dL的L-Lys顯著增加了Hbc的亮度值（L*值）、紅度值（a*值）和 黃度值（b*值），源于L-Lys對Hbc的氧化有一定抑制作用，從而提高了Hbc色澤穩定性[14]。Hou等發現，L-Arg可以抑制血紅蛋白的氧化，增加L-Arg-血紅蛋白粉在貯藏期間的顏色穩定性[15]。Zheng等探究L-Arg和L-Lys對低鈉無磷豬肉香腸理化特性和品質的影響[16]，發現L-Arg和L-Lys通過螯合鐵離子，防止鐵卟啉的氧化，導致a*值的增加以及b*值的減少，L*值降低，可能是L-Lys和L-Arg促進了肌球蛋白的溶解，增加了豬肉腸的水分含量，過高的含水量也會增加肉品的a*值[8]。宋璇等研究發現，L-Arg通過提高溶液pH值使血紅蛋白變性[17]，導致蛋白質二級結構的變化，有效抑制了血紅素輔基中亞鐵離子的氧化，降低了高鐵肌紅蛋白的含量，顯著提高腌肉的a*值，降低L*值。Ning等研究發現，L-Arg/L-Lys/L-半胱氨酸促進高鐵肌紅蛋白的還原，減少其含量，從而改善臘腸的色澤[18]。此外，Ning等研究還發現L-Arg/L-Lys/L-半胱氨酸促進了五配位亞硝基肌紅蛋白的形成，阻礙了肌紅蛋白的氧化，提高臘腸a*值和亞硝基色素含量，從而改善了臘腸的色澤[19]。堿性氨基酸通過螯合亞鐵離子，阻礙肌紅蛋白和高鐵肌紅蛋白之間的轉化，改善肉制品色澤。肉品的色澤還與肉中的色素有關，當色素（如血紅素）溶解到肉品中會使肉品的a*值增高[20]。

1.2 堿性氨基酸對肉品質構的影響

質構特性作為食品重要的品質特性受多種因素的影響[21]，特別是與水分含量有關[22]，隨著水分含量的增加，硬度、咀嚼性等降低[23]。李俊研究發現，分別添加0.8 g/dL L-Lys、0.6 g/dL L-Arg能顯著提高豬肉腸的硬度、彈性、咀嚼性，使豬肉腸表面更光滑、致密，改善豬肉腸的感官品質[24]。Lin等研究發現，使用L-Lys對南極磷蝦進行浸泡處理后，南極磷蝦肉的pH值增高，蛋白質與水之間相互作用增強，熱處理磷蝦肉的蒸煮損失減小，硬度和咀嚼性都顯著降低[25]。許鵬等研究發現，乳化香腸的質構特性與其凝膠結構有關，L-Lys和L-Arg促使形成均勻的凝膠網絡結構，可以束縛更多的水，提高乳化香腸的持水性[26]。諸曉旭等研究發現，L-Arg能顯著提高雞肉腸中鹽溶蛋白的含量，利于三維網絡凝膠的形成，提高肉制品的質構[27]。Zhu等研究發現，LLys和L-Arg增加了雞肌球蛋白表面疏水殘基，增加了雞肉香腸的凝膠強度，減少烹飪過程中脂肪和水分的損失[28]。Guo等研究發現，L-Lys提高了肌球蛋白在低離子強度下的溶解度，從而形成更好的凝膠網絡結構，提高火腿的持水力，顯著降低了火腿硬度、彈性[29]。黃亞軍研究發現，添加L-Lys和LArg能夠增強油滴之間的靜電排斥，增加凝膠基質的彈性模量，且超聲波和L-Lys/L-Arg在改善乳化腸質構特性方面存在協同作用[30]。堿性氨基酸增加pH值與肉品含水量是改善肉制品質構的原因之一，堿性氨基酸的添加量與種類也會造成現有研究結果的差異。

1.3 堿性氨基酸對肉品嫩度的影響

嫩度是肉制品的重要品質之一，肉的嫩度受肌原纖維的結構狀態、肌纖維直徑、內源嫩化酶等因素的影響[31]。在儲存期間肌動蛋白與肌球蛋白相互連接的能力減弱，肌動球蛋白的解離會導致肌節長度的增加[32]，肌纖維蛋白的降解會破壞其本身結構的完整性，導致肌原纖維碎片化[33]。肉制品的肌節長度較長，肌原纖維蛋白碎片化，持水性強[34]，高pH值[35]均有利于肉的嫩化。剪切力法是表征肉嫩度的常用方法[36]，低的剪切力表明高的嫩度。

雷振[37]研究發現，L-Lys和L-Arg可以抑制肌動球蛋白的聚集和促進蛋白質的展開，提高肌動球蛋白凝膠的持水力。張銀銀研究發現，L-Lys和LArg會使肌動球蛋白解離，導致肌原纖維內部結構的破壞[38]。Chen等發現，L-Lys和L-Arg促進肌鈣蛋白-T的降解和肌動球蛋白的分解，增加了豬排的持水力，提高了豬排的嫩度，并且L-Lys和L-Arg還能在短時間內有效降低總揮發性堿性氮，抑制蛋白質在冷藏過程中的氧化[39]。Zhang等研究發現，LLys和L-Arg顯著降低了鹵煮雞胸脯肉的剪切力，作者認為可能是由于L-Lys和L-Arg提高溶液的pH值，使肌纖維間的間隙逐漸縮小，抑制肌纖維的橫向收縮，加強了肌球蛋白的水合作用，從而提高了鹵煮雞胸脯肉的嫩度[40]。Bao等研究發現，L-Lys和L-Arg通過提高豬腰長肌的pH值和Ca2＋-ATPase活性，減輕肌纖維蛋白的結構損傷，維持肌節的結構完整性，增加了持水能力，降低了剪切力，提高了嫩度[41]。

2 堿性氨基酸對肉品品質的影響機理

2.1 堿性氨基酸影響蛋白質的溶解性

肌球蛋白的溶解度與肉制品的品質緊密相關[42]，主要是其容易受到pH值、離子強度、肌球蛋白的結構等因素的影響。當pH值在等電點時肌球蛋白的溶解度最小，偏離等電點時溶解度增大，呈現“U”形趨勢。在較低鹽離子濃度時，肌球蛋白不易溶解，高鹽離子濃度下則會產生鹽析效應[43]。相比離子強度，堿性氨基酸更多的是改變肌球蛋白的結構與體系的pH值從而影響肌球蛋白的溶解度。

Cao等研究發現，L-Lys能夠增加肌球蛋白單體的比例，并且與焦磷酸鈉協同降低肌球蛋白粒徑，顯著增加了豬氧化肌纖維蛋白的溶解度[44]。周春霞等研究發現，L-Lys和L-Arg能夠有效增加羅非魚肌球蛋白體系的pH值并干擾蛋白質分子間的靜電作用，且干擾效果優于NaCl[45]。Li等研究發現，LLys和L-Arg增加了雞肌球蛋白溶液的pH值，使其偏離了等電點，肌球蛋白分子獲得了更多的凈負電荷并展開，導致二級結構的變化與疏水殘基的暴露，增加了肌球蛋白與水的相互作用[46]。Guo等發現，L-Lys和L-His可以與豬肌球蛋白帶電殘基結合[47]，增加肌球蛋白體系的Zeta電位[48]，破壞了蛋白質分子間的離子連接，引起了豬肌球蛋白構象的轉變，增加了溶解度。Li等發現，L-Lys和L-Arg優先與酸性氨基酸相互作用[49]，其次是芳香氨基酸和脂肪族氨基酸，這增加了蛋白質聚集的活化能，阻礙肌球蛋白聚集，提高了溶解度。L-Arg的增溶效果與其特殊結構胍基有關，然而有研究表明，L-Arg中的胍基在單獨存在時的增溶效果不明顯[50]。堿性氨基酸的增溶效果還與離子強度和氨基酸的種類有關。

2.2 堿性氨基酸影響蛋白質的熱聚集

加熱處理是促使蛋白質聚集的重要途徑[51]。蛋白質分子肽鏈受熱后，化學鍵斷裂，使蛋白質原有的折疊狀結構變得松散[52]，蛋白質內部的疏水基團暴露，引起分子相互碰撞發生聚集[53]。除了溫度外，蛋白質溶液體系中的離子種類以及pH值可以影響蛋白質聚集體的結構[54]，進而影響蛋白質的凝膠性等功能特性，最終影響肉品的品質。

濁度的變化通常用于評價蛋白質聚集的程度。石彤等研究發現，添加1~20 mmol/L的L-Lys使鰱肌球蛋白溶液的濁度顯著降低，作者認為可能是LLys與肌球蛋白相互結合，減弱了肌球蛋白之間的相互作用，抑制了鰱肌球蛋白的聚集[55]。時嬌嬌研究發現，L-Arg通過增強肌球蛋白亞基間的疏水性作用來抑制蛋白質折疊狀結構的展開[53]。Gao等研究發現，L-Arg和L-His提高了溶液的pH值，導致肌球蛋白間的靜電斥力增強[56]，在兩步加熱過程中，L-Arg和L-His與鳙魚肌球蛋白芳香殘基相互作用增加了表面疏水性，且L-Arg對肌球蛋白聚集的抑制作用大于L-His。Reddy等結果同樣顯示L-Arg可以有效抑制蛋白質聚集[57]。Shi等研究發現，L-Arg的結構對抑制魚肌球蛋白熱聚集有關[58]，L-Arg的胍離子擾亂了肌球蛋白主鏈α-螺旋結構的氫鍵，胍基上的一個氨基（—NH2）優先與主鏈羰基氧原子形成氫鍵，改變肌球蛋白的二級結構。Gao等研究發現，L-His顯著提高了在低或高離子強度溶液中鳙魚肌球蛋白的溶解度[59]。形態學研究表明，L-His破壞了肌球蛋白的靜電性質，減弱疏水相互作用，形成了更細小的聚集體和蜂巢狀的網狀結構，最終抑制了鳙魚肌球蛋白的聚集。這些研究表明，堿性氨基酸能提高肉制品體系的pH值，增大蛋白質分子間的靜電斥力；另一方面，堿性氨基酸含有特定的基團，如L-Arg的胍基和L-His的咪唑基，能與蛋白質相互結合，從而阻止肌球蛋白的聚集。

2.3 堿性氨基酸影響蛋白質的凝膠性

凝膠特性是肉與肉制品加工過程中重要的功能特性之一[60]，決定著肉品的保水性、蒸煮損失率和質構特性[61]。在高離子強度下，肌球蛋白分解成單體，并通過非共價相互作用和共價鍵交聯形成有序的凝膠基質[62]。為了追求健康飲食而選擇的低鹽會導致凝膠型肉制品持水能力低，凝膠強度差[63]，凝膠基質特性受體系的pH值[64]的影響還與其微觀結構有關[65]。Sun等發現經過酸性處理的肌球蛋白構象產生改變，最終完全喪失凝膠形成能力[66]。堿性氨基酸能夠增加體系pH值，改變氨基酸側鏈的電荷分布，影響蛋白質之間的相互作用[67]，進而影響肌球蛋白的凝膠性。當pH值逐漸遠離等電點，肌球蛋白熱凝膠結構趨于穩定[68]。

關宏等研究發現，L-Arg增加草魚糜凝膠體系的pH值，提高肌球蛋白的溶解性，增加鹽溶性蛋白質的含量，L-Arg結構上的胍基可以抑制改變肌球蛋白的聚集，進而改善魚糜凝膠的持水性和凝膠強度[69]。郭秀云研究發現，經L-His、L-Lys及低鈉鹽處理的豬肉肌球蛋白溶解度增加，在加熱過程中形成更致密的凝膠網絡結構，在低鹽濃度和在生理鹽濃度條件下顯著提高了凝膠的保水性[70]。尚校蘭等研究發現，L-Arg增加牛肉肌原纖維蛋白巰基含量，提高牛肉糜的保水性[71]。Cao等研究發現，添加L-His、L-His與轉谷氨酰胺酶（TG）的組合顯著降低了氧化損傷肌原纖維蛋白的蒸煮損失，提高了凝膠強度[72]。作者認為，加入L-His會導致蛋白質疏水區域和巰基暴露，并使蛋白質的α-螺旋結構轉化為β-折疊或β-轉角結構，這有利于凝膠強度和持水能力的恢復和增強。由于L-Lys本身的淡黃色，凝膠白度會有所下降[73]。Lei等[74]研究發現，L-Arg可能通過改變雞肌動球蛋白的結構和熱行為，有利于形成致密均勻的凝膠，提高凝膠的持水能力、強度和橫向弛豫時間。

2.4 堿性氨基酸抑制蛋白質氧化

在加工肉品過程中，蛋白質難免會暴露于過氧自由基而被氧化[75]。蛋白質氧化可以增強蛋白質分子間相互作用（離子鍵、氫鍵、疏水力和二硫鍵），引起蛋白質之間的交聯，使溶解性降低[76]。蛋白質的氧化可以由活性氧（Reactive Oxygen Species，ROS）和活性氮（Reactive Nitrogen Species，RNS）直接誘導產生[77]，肌球蛋白中的巰基基團可以被氧化成亞磺酸和磺酸[78]，半胱氨酸的硫醇基團氧化形成二硫鍵使蛋白質發生聚集[79]。蛋白質中羰基基團主要由氧化機制產生[80]，因此羰基含量被廣泛用于評價蛋白質的氧化程度。Xia等[81]發現氧化損傷的肌原纖維蛋白制備的凝膠型產品比未氧化的蛋白質更容易變質。Wang等發現高水平的蛋白質氧化可以降低兔肉肌原纖維蛋白凝膠性能[82]。然而Xia等發現適度的氧化可以提高豬肉肌纖維蛋白凝膠的質構特性[83]。有研究表明，一定程度的冷凍儲存和輕度的蛋白質氧化可以改善凝膠質地和持水力[84]，能夠改善但不能維持凝膠的硬度、彈性和粘聚性[83]，肌原纖維蛋白的氧化可以影響肉品的保水性、質構等食用品質[77]。

Zhang等研 究發 現，L-Lys和L-Arg能 夠 有效緩解肌球蛋白在羥自由基（·OH）氧化應激下的結構損傷，降低了二酪氨酸的含量，改善了肌球蛋白的溶解度，最終有助于保持肌球蛋白乳化能力[85]。馬文慧等研究發現，添加1~5 mmol/L的L-Arg時，LArg自身的—NH2等基團先與·OH進行反應，從而阻止了肌原纖維蛋白巰基的損失，當L-Arg的濃度達到10 mmol/L時，引起了肌原纖維蛋白分子解折疊，加速了肌原纖維蛋白巰基的損失，同時暴露了更多的色氨酸殘基，進而促進了蛋白質的交聯形成聚集體[86]。

清除·OH或其他自由基可以抑制由金屬離子引起的氧化作用[87]，龐坤等研究發現，L-His具有清除自由基的能力，且隨著濃度的提高對牛血清白蛋白氧化的抑制率增大[88]。Xu等研究發現，隨著LLys、L-Arg質量濃度的升高，清除二苯代苦味肼基（1，1-diphenyl-2-pierylhydrazy，DPPH·）和·OH的速度和與亞鐵離子螯合速率也隨之增加，阻斷自由基鏈反應的傳播，最終抑制乳化香腸的脂類和蛋白質的氧化，并且L-Lys和L-Arg的抗氧化能力不受它們弱還原力的影響[89]。Zhang等研究發現，L-Lys和L-Arg均降低了·OH氧化脅迫下乳化香腸中的羰基含量，其中L-Lys還增加了總巰基含量，主要是L-Lys和L-Arg由于具有螯合亞鐵離子和清除·OH的能力，從而延緩了肉類蛋白質的氧化，但不能徹底消除氧化作用[90]。

2.5 堿性氨基酸調控肉品中蛋白酶的活性

蛋白酶系統通過調控蛋白質的降解影響肉品的嫩度等品質[91]。有研究表明，動物死后早期，在不破壞鈣蛋白酶分子結構條件下，pH值緩慢下降有利于激活鈣蛋白酶，加快嫩化速度，如果pH值下降太快可能結果相反[92]。在極端酸性pH條件下，肌球蛋白的空間構象發生不可逆的改變，Ca2+-ATPase失活[93]。Zhang等研究發現，L-Lys和L-Arg作為堿性氨基酸減緩了體系pH值下降速度，維持了鈣蛋白酶活性和L-Arg的胍基與Ca2+/Mg2+-ATPase酶芳香族殘基的相互作用，促進肌動球蛋白的解離[94]。瞿彪研究發現，L-His可以降低草魚肌肉中組織蛋白酶B和L的活性，增加了膠原蛋白的含量，L-His還可以提高抗氧化酶的基因表達水平，最終提高草魚肌肉的抗氧化能力[95]。Zou等研究發現，L-His的咪唑基與蛋白質結合，促進蛋白質的溶解，提高Ca2+-ATPase的活性，經超聲輔助0.15 g/dL L-His處理的牛半腱肌的剪切力最低[96]。

3 展望

隨著人們生活水平的不斷提高，人們對食物的營養和健康的重視程度也越來越高。在低鹽、無磷、天然、綠色等食品產業發展趨勢的大背景下，堿性氨基酸在食品加工領域顯示出廣闊的應用前景，一是源于它們自身的營養特性，二是源于它們對肉品色澤、質構、嫩度等食用品質的改善。現有研究結果表明，堿性氨基酸通過增加肌原纖維蛋白溶解度來提高肉品的持水能力，調控蛋白酶的活性，有效改善肉及肉制品的色澤、質構和嫩度等理化性質，還能在一定程度上抑制肌原纖維蛋白的氧化，進而提高肉品的保水性和氧化穩定性，改善凝膠特性。但關于堿性氨基酸在肉品以及其他食品中的應用研究還需要進一步拓展，對其作用機理的研究有待進一步深入。