拉曼动物营养
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新闻快讯

2020年
04月21日

硒与肉品自由基氧化

2020年
04月21日

为什么有些肉看起来干燥、不新鲜、色泽暗淡无光?

高密度的养殖、运输和屠宰等因素都会造成动物处于不同程度的应激状态、诱发体内自由基的过量产生、并导致肉质发生不良变化[1]。例如,长途运输、人为粗暴驱赶或抓捕、装车和卸车、颠簸的运输路况、运输车内拥挤、缺水和饥饿、运输车空气流通不畅、环境温度恶劣等等,再加上中国缺少专业的动物运输车辆及配套设施,这些应激都极其容易造成肌肉甚至骨骼损伤。这些应激会诱发动物自身产生大量自由基ROS,动物自然会消耗大量抗氧化物清除ROS。但当动物屠宰后,体内原有的抗氧化应激系统逐渐瓦解,ROS大量积累,肌肉组织所含有的不饱和脂肪酸、血红素、金属催化剂以及多种氧化剂等极易诱发氧化反应,生成多种过氧代谢产物,ROS和这些产物会损伤细胞膜,造成肌浆液外流、滴水损失增加、肌肉嫩度和色泽稳定性降低,导致肉的品质劣变[2,3]。

脂质过氧化反应

脂质过氧化反应是使肉质变坏的主要原因[4]。脂质氧化主要分为三种类型,包括光氧化,酶催化氧化和自由基氧化[5]。其中,自由基氧化(Free Radical Oxidation)也称为自动氧化(Autoxidation)(图1),是肉中脂质氧化最重要的形式,产生异味并形成有毒化合物(例如致癌物),导致功能特性和营养价值的损失,并改变肉的颜色[6]。我们就以自由基氧化为主来介绍生鲜肉品脂质氧化变质的问题。

图1 :脂质自由基氧化机理

启动期发生时,脂肪酸L被羟自由基(·OH)夺取一个活性氢原子形成脂质自由基(L·);在传播期,L·基和氧分子发生反应生成过氧化物自由基(LOO·),然后过氧化物自由基LOO·又从另一脂肪酸分子中夺取一个氢形成氢过氧化物(LOOH:L’OOH + LOO· → LOOH + L’OO·),LOOH是自动氧化的主要产物;在终止期,两个自由基相互结合或一个自由基和一个质子供体之间反应形成稳定的分子。

自由基氧化改变肉质

应激以及加工过程使肉类食品潜在大量可以催化自由基氧化的引发因子和增强因子,这些因子包括最为直接的引发因子——活性氧、羟自由基(·OH),还有高铁基、亚铁基等化学物质或脂肪氧合酶、环氧酶等酶系统[7]。一些ROS,例如·OH,LOO·,LO·,氧化过渡金属自由基(Fe和Cu),以及1O2可以直接参与启动或传播自由基氧化的两个阶段,而O2−,H2O2和氢过氧自由基HO·2在酶和过渡金属的帮助下都可以被转化为更具活性的自由基,然后可以启动或传播脂质氧化[8]。自由基氧化最终的结果是改变肉质,主要影响包括气味的产生,颜色的变化,味道和质地,对蛋白质的溶解度和持水力等功能特性等负面影响,并降低某些营养素的生物利用率[4,9](图2)。

图2:脂质自由基氧化对肉质的影响;改编自[4,9]

下面是一张被广泛应用的用来描绘脂质自由基氧化变化曲线的概念图[10](图3)。由此就解释了我们在本文开头提出的疑问,生鲜肉品在案板上摆放的时间越长,肉质内部分子水平的自由基氧化程度越高,与气味有关的代谢产物蓄积越多,如醛类,尤其是己醛[1];与肉色变差相关的因素变得更显著,如血红素氧化,蛋白质溶解性和持水力,因为脂质氧化也会引起蛋白质氧化[11]。

图3 :脂质自由基氧化与反应时间的关系[10]

作为消费者,我们完全可以在超市里挑选更新鲜水润有光泽的肉。但作为人类食品产业链条上游的畜禽动物生产者,我们能采取什么样的手段来预防或延缓肉中的氧化过程,从而改善肉质呢?

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图4:自由基毒性

在畜禽饲粮中添加抗氧化剂以使整个食品产业链的氧化稳定性最大化是较为经济有效的营养调控的方法。硒在动物体内以硒蛋白的形式发挥生理功能。动物体内25种典型的硒蛋白有一半以上均发挥清除/转化自由基及调节机体氧化还原平衡的作用。例如,谷胱甘肽过氧化物酶家族GPx是一种Se依赖型酶家族,是动物机体重要的抗氧化酶,能够分解转化机体内的过氧化氢(H2O2)和一些氢过氧化物,保护细胞免受氧化应激的影响,防止DNA损伤,脂质过氧化和蛋白质降解。

在动物日粮中添加有机硒主要考虑两点:一方面要考虑所选择的有机硒源能够被动物高效吸收利用,促进动物机体合成抗氧化硒蛋白酶,这样才能有效应对饲养管理中的应激;另一方面,有机硒需要高效沉积在动物肌肉组织中,形成硒储备(沉积率 v.s. 硒浓度含量)。当动物屠宰后,沉积的这部分硒仍然能够被细胞利用合成抗氧化酶类参与清除自由基,维持细胞完整性,减少滴水损失,降低氧化代谢产物(丙二醛MDA),延缓肉质氧化时间,延长货架期。

参考文献:
[1] FAYEMI P, MUCHENJE V. Maternal slaughter at abattoirs: history, causes, cases and the meat industry[J]. SpringerPlus, 2013, 2(1).
[2] 王兆明, 贺稚非, 李洪军.脂质和蛋白质氧化对肉品品质影响及交互氧化机制研究进展[J]. 食品科学, 2018, 39(11): 295-301.
[3] FALOWO A, FAYEMI P, MUCHENJE V. Natural antioxidants against lipid–protein oxidative deterioration in meat and meat products: A review[J]. Food Research International, 2014, 64: 171-181.
[4] DOMÍNGUEZ R, PATEIRO M, GAGAOUA M et al. A Comprehensive Review on Lipid Oxidation in Meat and Meat Products[J]. Antioxidants, 2019, 8(10): 429.
[5] FRANKEL E. Lipid oxidation: Mechanisms, products and biological significance[J]. Journal of the American Oil Chemists’ Society, 1984, 61(12): 1908-1917.
[6] SOLADOYE O, JUÁREZ M, AALHUS J et al. Protein Oxidation in Processed Meat: Mechanisms and Potential Implications on Human Health[J]. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, 2015, 14(2): 106-122.
[7] 杨红菊,乔发东,马长伟,吉·甘德迈.脂肪氧化和美拉德反应与肉品风味质量的关系[J].肉类研究,2004(01):25-28+10.
[8] Pisoschi AM, Pop A. The role of antioxidants in the chemistry of oxidative stress: a review. Eur. J. Med. Chem., 2015, 97: 55–74.
[9] Schaich, K.M. Challenges in elucidating lipid oxidation mechanisms: When, where and how do products arise? In Lipid Oxidation. Challenges in Food Systems; Logan, A., Nienaber, U., Pan, X., Eds.; AOCS Press: Champagne, IL, USA, 2013; pp. 1–52. ISBN 9780983079163.
[10] Schaich, K. M. Lipid Oxidation in Fats and Oils: Theoretical Aspects. Bailey’s Industrial Fats and Oils, 6th ed.; Shahidi, F., Ed.; John Wiley: New York, 2005; 2681–2767.
[11] Lund MN, Heinonen M, Baron CP, Este´vez M. Protein oxidation in muscle foods: a review. Mol. Nutr. Food Res., 2011, 55: 83–95.