《食品科學》：山東農(nóng)業(yè)大學楊嘯吟副教授等：生鮮紅肉發(fā)色特性及其調(diào)控機制的研究進展

肉色作為消費者購買生鮮肉時的最重要評價指標，會直接影響消費者對肉類新鮮度與品質(zhì)的整體認知。據(jù)統(tǒng)計，全球每年僅美國一國因牛肉失色造成的直接經(jīng)濟損失就高達37.3億 美元，由此下架的問題牛肉約占該國牛肉總產(chǎn)量的2.55%，相當于78萬 頭肉牛的產(chǎn)肉量被浪費。因此，如何賦予生鮮紅肉鮮紅色外觀，提高其肉色穩(wěn)定性一直是肉品科學和產(chǎn)業(yè)界的研究熱點。

動物屠宰后的胴體通常會經(jīng)分級后再被分切成小塊的零售肉，而且大部分分切肉在展示銷售前還會經(jīng)歷長期的真空包裝或其他無氧包裝貯藏成熟。由于宰后肉的內(nèi)部是無氧環(huán)境，剛被分切的肉中以暗紫紅色的脫氧肌紅蛋白（DeoxyMb）為主，這樣的肉色對消費者缺乏吸引力。為此，商家會將鮮切肉在空氣中暴露一段時間使其表面的DeoxyMb不斷O2結(jié)合而轉(zhuǎn)變?yōu)轷r紅色的氧合肌紅蛋白（OxyMb），而且隨著O2滲透的深入，肉中的OxyMb層厚度不斷增加，肉色也會變得更加鮮紅，此過程即為發(fā)色。發(fā)色是紅肉獲得鮮紅色外觀的重要步驟，牛肉、豬肉、羊肉等生鮮紅肉的發(fā)色程度對決定其分級及零售的定價具有重要現(xiàn)實意義，直接決定了消費者對生鮮肉的購買欲。發(fā)色期間，由于線粒體及耗氧酶氧氣消耗（OC），使得已形成的OxyMb又被重新還原為DeoxyMb，而在較低氧分壓條件下DeoxyMb會迅速氧化成棕褐色的高鐵肌紅蛋白（MetMb）；但肉同時會通過酶促或非酶促高鐵肌紅蛋白還原能力（MRA）將MetMb還原為DeoxyMb，進而再次形成OxyMb來持續(xù)維持生鮮肉的鮮紅肉色。

山東農(nóng)業(yè)大學食品科學與工程學院的徐一焜、張文燕、楊嘯吟*等研究不同類型生鮮紅肉的發(fā)色過程及影響因素，進而探尋可提升其發(fā)色效率和程度的最佳條件，將有助于減少由肉類顏色欠佳造成的資源浪費，有效增加生產(chǎn)企業(yè)和零售商的經(jīng)濟效益。

01

肉色形成基礎(chǔ)理論

1.1 肌紅蛋白生化體系對肉色的影響

生鮮肉的顏色主要由肌紅蛋白（Mb）的含量、氧化還原狀態(tài)、自身化學結(jié)構(gòu)及其在肉中的分布共同決定。Mb是肉呈現(xiàn)紅色的主要色素物質(zhì)，其含量越豐富，肉的紅度（a*值）越高；盡管血紅蛋白和細胞色素這兩種色素蛋白在肉中含量較低，但是二者仍會通過加劇肉類氧化的形式來影響肉色。自然狀態(tài)下，肉中的Mb主要包含DeoxyMb（紫紅色）、OxyMb（鮮紅色）和MetMb（棕褐色）3 種狀態(tài)，這3 種Mb可相互轉(zhuǎn)換，但應注意OxyMb與MetMb間不能直接相互轉(zhuǎn)化。更高的OxyMb占比可賦予肉更鮮紅的色澤，進而成為決定肉色是否吸引消費者的最關(guān)鍵因素。個別情況下，MetMb還會被如微生物所釋放的H2O2進一步氧化為不穩(wěn)定的四價態(tài)鐵氧化肌紅蛋白，然后再被還原成更穩(wěn)定的深褐色四價態(tài)鐵肌紅蛋白。另外，不同物種之間由于Mb的氨基酸序列以及翻譯后修飾類型不同也會直接改變Mb的化學結(jié)構(gòu)和空間構(gòu)象，最終導致不同類型肉的色澤及其穩(wěn)定性出現(xiàn)差異。

1.2 肌纖維類型及結(jié)構(gòu)對肉色的影響

肉的肌纖維類型及微觀結(jié)構(gòu)屬性同樣對肉色產(chǎn)生重要影響。相較于糖酵解型肌纖維（II型），氧化型肌纖維（I型）由于擁有更快的線粒體降解速率、更低的糖酵解通量以及更高的pH值，通常會展現(xiàn)出更差的肉色穩(wěn)定性；即便同一類型的肌纖維其肉色也不盡相同，Wu等就發(fā)現(xiàn)豬肉的a*值與IIa型纖維含量呈正相關(guān)，但與IIx型和IIb型肌纖維含量呈負相關(guān)。近期研究發(fā)現(xiàn)，肉的微觀維結(jié)構(gòu)同樣會對肉色，尤其是亮度（L*值）產(chǎn)生重要影響，這主要是因光散射程度不同。光散射程度取決于肌纖維結(jié)和散射單元，主要由肌絲、肌原纖維和肌纖維晶格橫向收縮的程度、肌節(jié)縱向收縮的程度及A/I帶蛋白質(zhì)密度的變化、因肌漿或細胞外間隙蛋白質(zhì)組成不同而導致的折射率和光學蛋白質(zhì)密度變化共同決定，其中肌原纖維晶格的橫向收縮是導致散射增加和肉色蒼白的主要因素。而當pH值降低時，帶電肌絲（肌動蛋白和肌球蛋白）之間的負靜電排斥力會降低，因此相鄰肌絲之間的間距會變短而折射更多的光來提高肉的亮度。此外，肉內(nèi)部OxyMb層的形成依賴于O2擴散到肌肉內(nèi)部所提供的充足氧分壓，肌肉結(jié)構(gòu)和肌纖維間距變化都可能會直接影響O2向肌肉擴散的能力，進而影響肉的發(fā)色速度和程度。

1.3 宰后生化代謝對肉色的影響

在動物宰后肌肉向肉轉(zhuǎn)化及其后續(xù)貯藏過程中，會發(fā)生一系列復雜的生化代謝反應，這將對肉色形成和肉色穩(wěn)定性發(fā)揮至關(guān)重要的作用。隨著蛋白質(zhì)組學和代謝組學等組學技術(shù)在肉色化學領(lǐng)域的大規(guī)模應用，研究發(fā)現(xiàn)宰后能量代謝，特別是糖酵解、三羧酸循環(huán)及相關(guān)通路的調(diào)控酶是調(diào)節(jié)紅肉顏色的重要靶點（圖1）。Wu Shuang等通過比較分析黑切牛肉與正常牛肉線粒體中的蛋白質(zhì)組發(fā)現(xiàn)，一些參與三羧酸循環(huán)（丙酮酸脫氫酶激酶4、烏頭酸水合酶、檸檬酸合成酶和蘋果酸脫氫酶）、氧化磷酸化（無機焦磷酸酶、ATP依賴型6-磷酸果糖激酶）、電子傳遞（電子轉(zhuǎn)移黃素蛋白α亞基、電子轉(zhuǎn)移黃素蛋白β亞基）和還原當量再生（戊二酰輔酶A脫氫酶、異戊酰輔酶A脫氫酶、烯酰酰基載體蛋白還原酶、短/支鏈特異性酰基輔酶A脫氫酶）的蛋白表達上調(diào)，不利于牛肉a*值的提升。上述蛋白在黑切牛肉中的過表達可促進線粒體呼吸，使線粒體與Mb競爭O2的能力增強，不利于DeoxyMb向OxyMb的轉(zhuǎn)化，進而降低了牛肉的發(fā)色能力。而一些參與糖酵解進程的調(diào)控酶同樣對肉色形成發(fā)揮著關(guān)鍵作用，如磷酸葡萄糖變位酶-1、甘油醛-3-磷酸脫氫酶、丙酮酸激酶M2、肌酸激酶、β-烯醇酶通常在肉色鮮紅的牛肉中含量更豐富。Della Malva等指出在排酸24 h后的羊肉發(fā)色過程中，其a*值與乳酸脫氫酶表達負相關(guān)，而與果糖二磷酸醛縮酶A和丙糖磷酸異構(gòu)酶1的表達呈正相關(guān)。

此外，肉中某些代謝物的含量也與紅肉的發(fā)色能力密切相關(guān)（圖1）。相較于正常牛肉，發(fā)色能力更弱的黑切牛肉中乳糖、果糖、1-磷酸葡萄糖、6-磷酸葡萄糖、乳酸、絲氨酸、蘇氨酸、磷酸肌酸、肌苷、亮氨酸、蛋氨酸、琥珀酸、果糖-6-磷酸和葡萄糖-6-磷酸等代謝物含量更少，但其烏頭酸和ATP的含量則較高。有研究向肉中或提取的線粒體中直接添加乳酸、丙酮酸和琥珀酸等代謝物，結(jié)果證實這些物質(zhì)可通過再生還原型NADH來增加DeoxyMb含量，進而減緩肉的發(fā)色進程，而延胡索酸含量的減少被視為是導致成熟牛肉中NADH水平下降的重要誘因，也側(cè)面反映了該物質(zhì)可能不利于肉的發(fā)色。此外，向羊肉糜中添加的甘油醛-3-磷酸能在甘油醛-3-磷酸脫氫酶的催化作用下生成NADH，而且在離體模型中添加甘油醛-3-磷酸還會增加孵育體系的OC，這可能也不利于肉的發(fā)色。Abraham等發(fā)現(xiàn)展示第0天的腰背最長肌牛排發(fā)色后的a*值顯著高于腰大肌牛排，這與其較低的檸檬酸和D-蘋果酸含量導致更低的氧氣消耗率（OCR）有關(guān)。還有學者利用代謝組學分析了宰后成熟對不同部位牛肉顏色的影響，他們發(fā)現(xiàn)NAD含量與a*值顯著正相關(guān)，但共軛二烯烴可以促進Mb氧化，加速MetMb形成，不利于肉的發(fā)色。蛋白質(zhì)組學與代謝組學的應用有助于更好地定位與肉色相關(guān)的關(guān)鍵代謝通路，但目前這方面的研究還多集中于探索貯藏期間的肉色穩(wěn)定性差異上，未來有必要對不同發(fā)色能力的肉類進一步開展多組學聯(lián)合分析以便理解影響紅肉發(fā)色能力的潛在機制，找出可預測紅肉發(fā)色能力的潛在生物標記物，為改善紅肉發(fā)色能力提供新策略。

02

不同類型紅肉的發(fā)色評價和特征

在肉色研究中，人們常用傳統(tǒng)肉色指標（國際照明委員會L*a*b*，其中b*值為黃度值）、肉色穩(wěn)定性指標（MRA和R630/580，R值為在特定光譜處的反射率），以及感官品評等方式對肉色進行評價。生鮮紅肉的常規(guī)發(fā)色操作要求是將其在2～4 ℃條件下暴露于空氣中發(fā)色30～60 min。紅肉發(fā)色的本質(zhì)其實就是DeoxyMb向OxyMb轉(zhuǎn)化的過程，因此生鮮紅肉的發(fā)色程度可以用多種方式來評價，包括表面肉色指標（以a*值最為常用）、發(fā)色完成時間、顏色變化程度和氧氣滲透深度等，而肉的OC、表面氧分壓、氧氣擴散速率以及Mb狀態(tài)等因素都會影響其發(fā)色程度。

當紅肉的鮮切面接觸到O2時，肉表面會由紫紅色變?yōu)轷r紅色，儀器測量的顏色指標也會隨之發(fā)生變化。Young等在牛肉發(fā)色過程中發(fā)現(xiàn)其L*值、a*值和b*值都會增大，由a*值和b*值計算出的色彩飽和度C*＝（（a*）2+（b*）2）1/2可作為評估發(fā)色的一個有效方法。鑒于總色差（ΔE＝（（L*-L0*）2+（a*-a0*）2+（b*-b0*）2）1/2）能夠綜合反映肉色的整體變化，該指標也被視為一個可評價發(fā)色程度的重要參考。值得注意的是，與a*值和b*值相比，發(fā)色期間肉的L*值變化并不顯著，而且L*值的變化趨勢因處理不同而差異較大，因此L*值通常不建議作為衡量紅肉發(fā)色程度的有效指標。?krlep等指出豬肉背最長肌色彩角（h*）的變化與其發(fā)色進展關(guān)聯(lián)最大，Wyrwisz等也曾報道牛肉半膜肌的h*值與OxyMb含量存在強正相關(guān)性。但也有研究發(fā)現(xiàn)h*值對發(fā)色程度的反饋似乎并不敏感，在發(fā)色過程中變化有限。對于是否可以采用h*值來衡量紅肉的發(fā)色能力至今還存在爭議。Trater等曾指出OxyMb含量是能夠較好評價牛肉發(fā)色的另一指標，牛排的OxyMb含量越高發(fā)色程度越好。雖然肉表面的肉色指標更容易測量，但也不能作為評判肉發(fā)色程度的絕對標準，例如，當肉內(nèi)部的肌漿蛋白發(fā)生變性時會散射和反射更多白光，導致發(fā)色后的肉顏色變淺。

鮮切肉暴露在空氣中的前30～60 min是Mb氧合作用的關(guān)鍵階段。根據(jù)Rentfrow和Wulf等的研究，為獲得穩(wěn)定和可重復的顏色測量結(jié)果，發(fā)色時間需要超過10～12 min。通常認為當肉表面的OxyMb達到65%～75%時，有助于肉的質(zhì)量分級。因此，牛肉的發(fā)色時間一般至少需要25～30 min。Brewer等研究表明豬肉的C*值可在發(fā)色20 min后穩(wěn)定下來，其a*值和b*值則只需10 min即可達到穩(wěn)定，Lindahl等卻報道分割豬肉在24 h內(nèi)a*值都在增長。Wulf等根據(jù)肉色指標達到穩(wěn)定時的時間綜合判斷牛肉可在78 min內(nèi)完成發(fā)色，但不同部位牛肉完成發(fā)色所需的時間并不相同，一般是30～90 min（表1）。有研究發(fā)現(xiàn)，牛胸背最長肌和臀中肌90%的顏色變化發(fā)生在牛排分切后的60 min內(nèi)，2 h后其顏色才會穩(wěn)定下來；半膜肌和肱三頭肌90%或更多的顏色變化則是發(fā)生在牛排分切后的前50～60 min內(nèi)。Lee等發(fā)現(xiàn)濕法成熟的牛臀腰肉40%～50%的顏色變化發(fā)生在暴露在空氣中的前10 min，在牛排切割后的1 h內(nèi)即可完成發(fā)色進程的90%。而Young等則指出牛肉的L*值會在其被切片后的12 h內(nèi)持續(xù)增長，且在發(fā)色12 h時才達到最大值。由此可見，上述文獻關(guān)于不同類型紅肉的飽和發(fā)色時間并不統(tǒng)一，因此想要獲取精準的發(fā)色時間還需根據(jù)肉的來源和前處理方式具體問題具體分析。目前鮮有針對羊肉發(fā)色時間的具體研究，無論是山羊肉還是綿羊肉，文獻采用的發(fā)色（2～4 ℃）時間多為30 min，至于不同品種羊肉的飽和發(fā)色時間仍有待進一步明確。

只有當O2滲透進肉內(nèi)部時其表面以下的DeoxyMb才會發(fā)生氧合，而肉內(nèi)OxyMb層的厚度是決定紅肉發(fā)色效果的關(guān)鍵因素，該厚度主要受O2的滲透深度影響。因此，控制O2在肉內(nèi)部的滲透條件可以直接干預紅肉發(fā)色進程。

氧氣滲透能力（OPC）可由式（1）表示：

式中：C為肉表面的氧氣壓力/kPa；D為氧氣在肉中的擴散系數(shù)/（nmol/（cm·h·kPa））；A為肉的初始氧氣消耗速率/（nmol/（h·cm3））。

而氧氣擴散系數(shù)則可由式（2）計算：

式中：K為常數(shù)/（nmol·Pa·s/（cm·h·kPa·K））；T為絕對溫度/K；μ為液體黏度/（Pa·s）。

基于OPC計算公式可以發(fā)現(xiàn)，提高肉表面的氧分壓可以增大氧氣滲透深度，因此理論上使用富含O2的密封罐進行發(fā)色具有一定可行性，而且這種方法還能有效增加OxyMb層的厚度，使發(fā)色后紅肉的顏色更加鮮艷。而一旦發(fā)色氧分壓過低，在發(fā)色紅肉的OxyMb層與DeoxyMb層之間所形成的MetMb層會迅速擴大并逐漸接近肉的表面，致使肉a*值降低，當高鐵肌紅蛋白還原酶活性降低時，這種現(xiàn)象則更為嚴重。當肉中的線粒體活性較高或發(fā)生嚴重的微生物污染時，肉自身所展現(xiàn)出的高氧氣消耗反而會降低其OPC，影響發(fā)色效果；反之，O2在低氧氣消耗的肉中滲透能力更強，進而增大發(fā)色深度。另外，氧氣擴散系數(shù)會因肉的液體黏度（由肉中鹽類、糖類、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)等物質(zhì)的含量決定）和溫度不同而有所差異，例如肉中的溶氧量會隨其自身鹽類和糖類物質(zhì)的濃度增加而降低，進而延緩發(fā)色。值得注意的是，溫度對發(fā)色的影響并不是單一的促進或抑制關(guān)系，如升高溫度會增大氧氣擴散系數(shù)，這可能有助于O2在肉中的滲透，但是隨著溫度升高，肉的氧氣消耗率也會增加，反而不利于發(fā)色。

03

影響紅肉發(fā)色的內(nèi)在因素及其調(diào)控機制

3.1 線粒體功能

發(fā)色紅肉能否最終形成消費者所喜愛的鮮紅肉色主要取決于肉中的O2擴散深度和不同Mb的轉(zhuǎn)化情況，而這兩個過程都會受線粒體功能的調(diào)控。線粒體是活體動物乃至宰后肌肉組織細胞進行有氧呼吸的關(guān)鍵細胞器。在生鮮肉貯藏展示期間，線粒體仍能發(fā)揮其功能并影響Mb的氧化還原狀態(tài)，在真空包裝冷卻牛肉中線粒體的活性甚至可維持45 d。線粒體主要通過OC和MRA影響肉色的形成及穩(wěn)定性。因此，深入了解線粒體功能及其對肉色的影響可對探究紅肉發(fā)色的深層次機制提供理論指導。

3.1.1 線粒體OC

線粒體與Mb之間的O2爭奪是決定紅肉發(fā)色效果的關(guān)鍵因素。動物屠宰后氧氣供應被切斷，盡管肌細胞內(nèi)氧含量的降低會引起其胞內(nèi)離子穩(wěn)態(tài)失衡從而造成線粒體損傷，但肌肉中的線粒體仍會繼續(xù)利用O2進行代謝活動，從牛心肌分離出的線粒體即便4 ℃真空貯藏60 d，每毫克線粒體在含有琥珀酸的體系中（pH 5.6）仍能每分鐘消耗22.4 nmol的O2。線粒體電子傳遞鏈中含有4 種酶復合物，源自還原性物質(zhì)（如NADH和FADH2）的電子可經(jīng)過這幾種復合物傳遞給O2，致使O2在復合物IV上被消耗進而形成H2O（圖1）。為了使發(fā)色紅肉達到鮮紅肉色的最佳效果，有必要將其線粒體OC維持在一個適度的水平。如果線粒體OC太高，會因降低肉表面氧分壓并限制Mb的O2供應而促進DexoyMb形成，限制了肉的發(fā)色能力，使其長期呈現(xiàn)暗紫色；一旦線粒體OC過低，則會加劇MetMb形成。因此，適當降低線粒體活性有利于更多O2與DeoxyMb結(jié)合形成OxyMb，進而提高紅肉的發(fā)色效率與程度，但線粒體向MetMb傳遞電子的能力也會隨之減弱，該操作可通過適當延長成熟時間實現(xiàn)，成熟時間過長或過短都不利于紅肉發(fā)色。

體外模擬實驗發(fā)現(xiàn)即使線粒體結(jié)構(gòu)完整性受損，添加琥珀酸、乳酸、蘋果酸和丙酮酸等底物仍能提升線粒體OC，抑制肉的發(fā)色。另外，向牛肉中添加乳酸也限制了其發(fā)色能力，這是因為乳酸可通過乳酸脫氫酶產(chǎn)生NADH促進線粒體OC，進而降低Mb氧合并限制O2向肉內(nèi)部的滲透，使發(fā)色難以完成。OxyMb向DeoxyMb的轉(zhuǎn)化被視為發(fā)色的反向過程，添加琥珀酸或乳酸會推進該過程進而增加DeoxyMb含量，導致肉色變暗。線粒體在發(fā)色中的作用還在其他體外實驗中得到證明，如在肉的勻漿液中添加魚藤酮會限制電子向NADH脫氫酶的黃素單核苷酸輔基轉(zhuǎn)移，進而抑制線粒體OC，促使發(fā)色后的肉色更鮮紅，與添加蒸餾水的勻漿液相比，添加魚藤酮后勻漿液的a*值會增加約75%。

3.1.2 線粒體介導的MRA

紅肉從屠宰分割至展示銷售階段多會經(jīng)歷一定時間的真空包裝貯運或成熟過程，但當前的真空包裝技術(shù)通常會存留少量殘氧，在這種低氧分壓條件下，生鮮肉很容易形成MetMb，這時就需要依靠肉自身的MRA將MetMb還原為DeoxyMb。否則，一旦MetMb大量生成，再將肉暴露在空氣中也不能完成正常發(fā)色。因此，肉的MRA也在發(fā)色中起重要作用。

MRA指生鮮肉將MetMb轉(zhuǎn)化為DeoxyMb的能力，主要通過酶促、非酶促或線粒體電子傳遞鏈的方式將電子轉(zhuǎn)移給Fe3+，進而在有氧或無氧條件下實現(xiàn)對MetMb的還原，或通過線粒體OC降低氧分壓實現(xiàn)，其中后者對MRA的貢獻更大。酶促高鐵肌紅蛋白還原是指依賴NADH的細胞色素b5還原酶通過電子載體從NADH轉(zhuǎn)移電子還原MetMb。牛臀中肌擁有比背最長肌更強的依賴NADH的細胞色素b5還原酶活性，表明MRA具有肌肉部位特異性。在非酶促高鐵肌紅蛋白還原中，醌、cyt c或亞甲基藍等化合物可將電子從NADH轉(zhuǎn)移到MetMb。顯然，NADH的存在對MRA至關(guān)重要，多種三羧酸循環(huán)代謝物可通過再生NADH的形式直接限制MetMb的積累。此外，線粒體復合物I能在NAD和琥珀酸鹽存在時再生NADH，亞線粒體顆粒先將琥珀酸鹽或cyt c中的電子傳遞到NAD，再轉(zhuǎn)移給NADH。而在線粒體介導的MRA中，復合物III與IV之間傳遞的可用電子可被cyt c和外膜cyt b5轉(zhuǎn)移給MetMb（圖1），加入琥珀酸和乳酸后，會增加這一途徑的電子轉(zhuǎn)移量，進而促進肉的MRA。盡管較高的MRA有助于降低因MetMb形成對紅肉發(fā)色造成的不利影響，但高MRA的肉也往往伴隨著更高的線粒體活性，其發(fā)色能力可能反而不佳。

3.2 動物種類

不同動物品種來源的同一部位肉之間存在顯著的發(fā)色能力差異，達到最大發(fā)色程度時所需時間依次為豬肉＜羊肉＜牛肉。相同pH值的豬肉Mb比牛肉Mb具有更強的氧氣親和力，當pH值為5.6時，牛肉Mb和豬肉Mb的凈電荷分別為12.4和8.8，更低的正電荷有利于O2與Mb結(jié)合，這可能是導致豬肉比牛肉發(fā)色更快的主要原因。物種間Mb的氧氣親和力變化同樣受到氨基酸序列的影響，輕微的氨基酸序列差異可能就會改變蛋白質(zhì)的凈電荷及其對O2的親和力，Marcinek等曾報道Mb與O2的結(jié)合能力取決于其血紅素腔周圍的氨基酸序列；此外，除組氨酸殘基數(shù)量的差異外，遠端組氨酸與血紅素之間的距離差異也會影響Mb氧合。遠端組氨酸的空間位置在穩(wěn)定血紅素與O2結(jié)合方面起著至關(guān)重要的作用，與牛肉Mb相比，豬肉Mb中遠端組氨酸和血紅素之間較短的距離可能也有利于O2與血紅素的結(jié)合。而且，即便同一物種，來自不同品種豬肉的發(fā)色能力也不盡相同。

3.3 肌肉類型

含有不同類型肌纖維的肌肉，如慢速收縮肌（主要為紅肌纖維，又被稱為I型肌纖維）和快速收縮肌（主要為白肌纖維，通常被稱為II型肌纖維），其線粒體密度和活性、糖酵解潛力、還原酶活性以及Mb含量都存在差異，從而對發(fā)色產(chǎn)生影響。富含氧化型紅肌纖維的肌肉中Mb和線粒體含量更高，因此肉色比富含糖酵解型白肌纖維的肌肉更深。多個研究表明相較于牛背最長肌，牛臀中肌因其更豐富的線粒體含量和更高的氧化電位表現(xiàn)出更強的OC，這主要與該部位肉含有大量I型肌纖維有關(guān)，該類型肌纖維會加劇線粒體與Mb的O2爭奪，最終導致Mb氧合不足，阻礙了肉的發(fā)色。Zhu等也指出豬肉背最長肌、臀中肌和半膜肌發(fā)色能力的差異可能是它們的氧化電位不同造成的。此外，O2在肉中的滲透深度也因肌纖維類型而異，相較于背最長肌，含有更高比例I型肌纖維的腰大肌表現(xiàn)出更低的氧氣滲透深度，因此腰大肌的發(fā)色速度顯著低于背最長肌。McKenna等通過測量19 塊不同部位牛肉的氧氣滲透深度和耗氧速率，發(fā)現(xiàn)氧氣滲透深度高的部位肉通常線粒體OC較低。

3.4 肌極限pH（pHu）值型

宰后肌肉pH值是影響紅肉發(fā)色效率的另一關(guān)鍵因素，較高的pHu值會提升肉中線粒體活性并延長其功能。黑切牛肉較高的pH值提高了線粒體活性和OC，導致產(chǎn)生更多的DeoxyMb和較深的肉色，即便暴露在空氣中也不能充分發(fā)色（圖2）。盡管低pH值環(huán)境會降低Mb的氧氣親和力，Nerimetla等研究了不同pH值體外模型條件下牛和豬心肌Mb的氧氣親和力，結(jié)果表明該能力強度依次為pH 6.4＞pH 7.4＞pH 5.6，但Zhu等通過pH 5.2～6.8的豬肉實驗發(fā)現(xiàn)在30 min的發(fā)色期內(nèi)，低pH值豬肉比高pH值豬肉的發(fā)色速度更快，程度也更高。這主要是因為肉自身的生化體系十分復雜，研究發(fā)色時除考慮Mb與O2的結(jié)合能力外，還應考慮線粒體和耗氧酶等與Mb爭奪O2的作用，肉中線粒體OC會隨pH值升高而逐漸增加，進而與Mb爭奪O2阻礙OxyMb形成，減弱紅肉的發(fā)色能力。因此，在未來設(shè)計模擬發(fā)色的不同pH值體外模型時，應考慮將線粒體與Mb共同孵育以便探尋有助于紅肉發(fā)色的實際pH值范圍。另外，對于高pH值的肉，更快的蛋白降解以及因內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)變化導致的光散射程度降低也不利于其發(fā)色；較高的pH值會使肉發(fā)生腫脹（肌絲晶格、肌原纖維之間及肌纖維之間的空隙增加），限制了其光散射特性，而且細胞和肌束之間變得更加緊密，阻止了O2向肉內(nèi)部的擴散，肉表面的OxyMb層更薄，這些均導致發(fā)色后肉的亮度難以提升。

此外，動物宰后的pH值下降速率也會影響肉的發(fā)色能力。一旦pH值下降速度過快或過低，會導致肌紅蛋白等蛋白質(zhì)的變性程度增加，并破壞肉的系水力，引發(fā)大量水分外滲進而增加了光在肉表面的反射率，以上會使肉色變淺。相比之下，黑切肉的pH值下降速度十分有限，系水力很強，這不僅限制了因汁液流失而造成的Mb損失，還增強了肉對光的吸收，促使表面肉色更深（圖2）。而且pHu值較高的肉內(nèi)部結(jié)構(gòu)膨脹致密，也不利于氧氣滲透和DeoxyMb的氧合。綜上，pHu值過高或過低都會對肉的發(fā)色造成不良影響，因此當肉處于相對較低pH值范圍（5.4～5.7）時，會通過限制線粒體活性和OC而促進發(fā)色速度和深度。

3.5 蛋白翻譯后修飾對發(fā)色的影響

大量研究已證明蛋白質(zhì)的翻譯后修飾水平同樣直接干預著肉色的形成。蛋白質(zhì)巰基亞硝基化修飾是NO基團與蛋白質(zhì)半胱氨酸的自由巰基（—SH）共價結(jié)合形成亞硝基硫醇的過程。蛋白質(zhì)巰基亞硝基化可以通過改變蛋白酶構(gòu)象調(diào)控其活性，如糖酵解過程中的糖原磷酸化酶（GP）、PFK和PK等關(guān)鍵限速酶，這些酶構(gòu)象和活性的改變會改變宰后肌肉的糖酵解速率和程度，最終影響肉色形成。相較于正常豬肉，PSE（pale, soft, exudative）豬肉的GP、PFK和PK活性因其較低的巰基亞硝基化水平而得到增強，從而加速了豬肉的糖酵解進程，造成肉色蒼白，即便發(fā)色后也不能呈現(xiàn)出良好的鮮紅色。蛋白質(zhì)磷酸化也可通過調(diào)控糖酵解酶活性或穩(wěn)定性調(diào)節(jié)宰后糖酵解進程，例如磷酸化后的PK會轉(zhuǎn)變?yōu)楦€(wěn)定的亞型，并在PSE肉中保持較高活性，而GP第14位上的絲氨酸一旦發(fā)生磷酸化，該酶活性也會得到增強。

此外，在肉的濕法成熟過程中Mb同樣會發(fā)生不同類型的翻譯后修飾來影響發(fā)色。Wang Yifei等指出成熟期間牛肉Mb的第58、108、121、132位絲氨酸，第34、51、67、70位蘇氨酸，以及第103位酪氨酸的殘基上會發(fā)生磷酸化修飾，其第31、139位精氨酸，第42、56、62、63、77、78、79、96、98、102、118、133位的賴氨酸殘基上則會發(fā)生甲基化修飾，而對Mb血色素結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性至關(guān)重要的遠端組氨酸（64位）則發(fā)生了烷基化，上述蛋白修飾會破壞Mb的三級結(jié)構(gòu)，進而影響其氧合能力，導致生鮮牛肉發(fā)色效率降低。

04

影響紅肉發(fā)色的外在因素及其調(diào)控機制

生鮮紅肉的發(fā)色還受環(huán)境溫度、成熟方式、發(fā)色前預處方式等因素的綜合影響。實際生產(chǎn)中這些因素通常不會單獨干預肉的發(fā)色，其作用效果可能還存在互補或?qū)α⒌炔煌プ麝P(guān)系，因此理解這些因素對發(fā)色的影響及它們之間的相互作用，可以幫助理解并創(chuàng)造有利于紅肉發(fā)色的適宜條件，使生鮮肉在貨架展示時呈現(xiàn)出最好的顏色狀態(tài)。

4.1 環(huán)境溫度

較低的發(fā)色溫度不僅會通過降低線粒體和耗氧酶的活性抑制肉的OCR，還會促進O2在肉中的溶解，有助于肉的發(fā)色；而高pH值配合高溫發(fā)色條件反而會提升肉自身的氧氣消耗，抑制發(fā)色進程（圖2）。當宰后肌肉連續(xù)不可逆地收縮達到最大限度時便進入尸僵階段，此時的胴體溫度為尸僵溫度。Young等利用水浴處理將牛肉尸僵溫度分別控制在9、14、24 ℃，然后在-1 ℃條件下進行濕法成熟，結(jié)果表明貯藏第0周的牛肉24 ℃進入尸僵期發(fā)色效果最好，而對于成熟2 周和8 周的牛肉，9 ℃處理的發(fā)色效果最好。Rosenvold等報道42 ℃尸僵溫度會破壞羊肉的肉色穩(wěn)定性，并將此歸因于高溫引起的高鐵肌紅蛋白還原酶變性，他們還發(fā)現(xiàn)尸僵溫度在5～25 ℃之間各組羊肉的肉色穩(wěn)定性差異不大。因此，提高尸僵溫度雖然可能有利于肉的發(fā)色，但如果盲目提升溫度、延長成熟時間，反而會破壞Mb和線粒體結(jié)構(gòu)，使肉色變差。Trater等發(fā)現(xiàn)對于貯藏2 d的牛排，不同貯藏溫度（-2～4 ℃）中，-2 ℃貯藏后的牛排發(fā)色速度最快，30 min就可以完成75%的發(fā)色，然而對于貯藏14 d的牛排，4 ℃貯藏后的發(fā)色速率卻快于-2 ℃貯藏，這可能是因為宰后初期牛排的耗氧酶活性較高，低溫會抑制酶活性從而減少其與Mb爭奪O2，而牛肉在14 d的貯藏過程中酶活性不斷降低，而且溫度越高耗氧酶失活速度越快，反而使4 ℃長期貯藏牛排的酶活性最低，該處理下肉的發(fā)色反而更快。作者由此建議零售商：對短途運輸牛肉進行展銷時，可使其在-2 ℃條件下發(fā)色30 min，而經(jīng)長期貯運的牛肉應在2～4 ℃條件下發(fā)色30～40 min。

4.2 宰后成熟

成熟作為可顯著改善肉嫩度、風味等品質(zhì)的手段，目前已被廣泛應用于肉類工業(yè)生產(chǎn)中。在宰后早期，線粒體更活躍，此時更強的線粒體OC會阻礙紅肉發(fā)色。然而，隨著宰后時間的延長，線粒體OC和一些耗氧酶的活性會逐漸降低，反而有利于發(fā)色，但長時間成熟會大幅減弱隨后展示期間的肉色穩(wěn)定性。以L*值和C*值作為判斷依據(jù)，成熟第0周的牛肉至少需要12 h才能完成充分發(fā)色，而牛肉經(jīng)2 周或8 周成熟后只需4 h即能完成發(fā)色。Lindahl等也發(fā)現(xiàn)豬腰背最長肌成熟8 d要比成熟1 d發(fā)色更快，且發(fā)色程度更高，成熟8 d的樣品發(fā)色10 min后的a*值與成熟1 d樣品發(fā)色30～60 min后的a*值類似。但應注意隨著成熟時間的延長，肉的MRA也會顯著降低，導致肉色褐變加重，反而限制了紅肉發(fā)色。Lee等發(fā)現(xiàn)與成熟28～35 d的臀中肌牛排相比，成熟14 d或更短時間的臀中肌牛排在發(fā)色后其OxyMb比例反而更高，a*值也更高，這可能與肉中更高的MRA有關(guān)。因此，實際操作中不能通過一味延長成熟時間的方式提升紅肉發(fā)色效率。

4.3 實時監(jiān)測：邊緣智能與物理-數(shù)字融合系統(tǒng)

4.3.1 輻照技術(shù)

輻照憑借其出色的“冷殺菌”效果已被廣泛應用于真空包裝肉出廠前的減菌預處理中，輻照會對肉色產(chǎn)生明顯影響，但是其干預機制卻十分復雜。有學者指出真空包裝豬肉經(jīng)過γ-輻照處理后的a*值會明顯升高，他們發(fā)現(xiàn)輻照會誘導產(chǎn)生一種類似于OxyMb的色素蛋白，即碳氧肌紅蛋白，可能會縮短發(fā)色時間。此外，輻照會破壞線粒體結(jié)構(gòu)并降低NADH含量，進而降低線粒體活性，肉的OCR也因此減弱，這可能也加速了肉的發(fā)色，而且輻照會顯著加劇肉的脂肪氧化，脂肪化產(chǎn)物也能減弱線粒體功能。CO作為脂肪在無氧條件的主要輻照產(chǎn)物之一，其與Mb結(jié)合形成的碳氧肌紅蛋白也可能是輻照肉a*值升高的一個原因。上述因素可能會綜合增加輻照肉的發(fā)色效率。但輻照對肉色的影響很大程度上取決于輻照劑量，當輻照劑量低至1.5 kGy時，真空包裝牛肉的a*值會顯著減少，MetMb含量顯著增加，但高劑量（4.5～10.5 kGy）輻照反而會提升牛肉的a*值和C*值。目前，聚焦輻照技術(shù)在紅肉發(fā)色方面的研究并不多見，而且輻照肉的顏色變化取決于輻照劑量、動物種類、肌肉類型和包裝條件等因素，因此未來有必要深入探究各類輻照對不同肉類發(fā)色效果的影響。

4.3.2 超高壓（UHP）減菌技術(shù)

作為另一種高效非熱減菌技術(shù)，UHP前處理可延長真空包裝肉的貨架期。UHP可誘導Mb變性，而Mb結(jié)構(gòu)的改變會導致其吸收光、衍射光和反射光的比例變化，散射光比例的增加可使肉的外觀更加蒼白，從而不利于UHP處理肉的發(fā)色。高壓處理有時還會加劇肉的褐變，使用400 MPa或以上的UHP可促進亞鐵肌紅蛋白向MetMb的轉(zhuǎn)化；而在200～350 MPa條件下，Mb的珠蛋白發(fā)生變性并釋放亞鐵血紅素，進而加劇肉的氧化，對肉的發(fā)色造成不良影響。雖然UHP是一種非熱處理，但對于諸如肉糜類的高脂肪產(chǎn)品，UHP顯著促進了其脂肪氧化。研究發(fā)現(xiàn)使用超過200 MPa的UHP處理會顯著加速羊肉的脂質(zhì)氧化速率，一旦UHP達到400～600 MPa時，羊肉肉色會發(fā)生明顯褐變，脂質(zhì)氧化產(chǎn)物的產(chǎn)生會促進OxyMb氧化為MetMb，不利于紅肉發(fā)色。

4.3.3 其他方式

冷卻方式也會對紅肉發(fā)色造成影響，Jacob等指出，相較于常規(guī)冷卻（（6.8±0.83）℃冷卻24 h），快速冷卻（（-10.2±0.28）℃冷卻3 h，隨后（1.9±0.11）℃冷卻21 h）會縮短分切羊肉的發(fā)色時間，并降低其展示期間的肉色穩(wěn)定性。可溶性氣體穩(wěn)定技術(shù)通過在一定溫度和壓力條件下使CO2盡可能多地溶入肉中，從而抑制后續(xù)展銷期間肉中的微生物生長。研究顯示經(jīng)高壓CO2預處理后的牛肉a*值顯著低于對照組牛肉a*值，這可能是因為高濃度CO2降低了肉的pH值，導致Mb結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性減弱并降低肉的MRA，進而加劇了MetMb的形成，一旦MetMb形成將不利于肉的發(fā)色。盡管多數(shù)研究顯示超聲技術(shù)對肉的顏色沒有影響，但也有學者指出超聲會限制肉中OxyMb的形成進而降低其a*值，但肉的L*值反而得到提升。

05

結(jié)語

綜上，冷卻條件下將豬肉暴露在空氣中發(fā)色約10～30 min，牛肉約30～90 min，通常可滿足其良好的展示肉色需求，但關(guān)于羊肉的充分發(fā)色時間至今尚無定論。不同類型紅肉的發(fā)色時間受到動物品種及肌纖維類型、pHu值、發(fā)色溫度、成熟方式、預處理措施等因素的綜合調(diào)控，進而影響線粒體功能和Mb氧化還原狀態(tài)，最終影響發(fā)色效果，因此關(guān)于發(fā)色的最優(yōu)時間范圍需根據(jù)實際生產(chǎn)情況具體分析。為提高紅肉發(fā)色效率，除做好宰前管理減少異質(zhì)肉的發(fā)生外，還可適當降低發(fā)色溫度或進行宰后成熟。此外，開發(fā)高濃度氧氣發(fā)色罐也有望成為一種促進紅肉發(fā)色的有效手段。至于諸如脂質(zhì)氧化產(chǎn)物、微生物生長等其他因素對紅肉發(fā)色程度的影響目前仍鮮有報道，這將對指導雪花肉及長期貯藏肉的發(fā)色具有重要現(xiàn)實意義，值得后續(xù)深入探討。

未來還可借助計算機視覺成像系統(tǒng)、高光光譜、電化學探針或單光纖維反射光探針等新技術(shù)實現(xiàn)對肉表面OxyMb層變化的快速判別，以便更精準、更直觀地研究肉的發(fā)色進程。鑒于線粒體功能對肉的發(fā)色能力及后續(xù)肉色穩(wěn)定性的協(xié)同調(diào)控作用，有必要通過探索發(fā)色與展示肉色的內(nèi)在聯(lián)系，進而嘗試借助生鮮紅肉的發(fā)色程度快速預測其肉色貨架期。

通信作者：

楊嘯吟 副教授

山東農(nóng)業(yè)大學食品科學與工程學院

楊嘯吟，副教授，博士研究生導師，長期從事動物源性食品貯藏保鮮與品質(zhì)提升方向研究。山東省高等學校畜禽肉食品綠色保鮮青年創(chuàng)新團隊帶頭人；國家牛肉加工技術(shù)研發(fā)專業(yè)中心、國家肉牛牦牛產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系-質(zhì)量安全與營養(yǎng)品質(zhì)評價崗位、山東省生豬產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系-豬肉加工與質(zhì)量控制崗位骨干成員。山東省科技特派員；《Journal of Future Foods》《Food Science of Animal Products》《肉類研究》青年編委。獲得山東省高等學校科學技術(shù)獎一等獎、中國商業(yè)聯(lián)合會服務業(yè)科技創(chuàng)新獎二等獎等獎勵。主持國家自然科學基金面上項目、國家自然科學基金青年基金項目、國家重點研發(fā)計劃子課題、山東省自然科學基金、山東省農(nóng)業(yè)良種工程子課題等項目7 項，參與其他國家級、省部級科研項目8 項。累計發(fā)表論文80余篇，其中以第一或通信作者發(fā)表SCI（1區(qū)TOP期刊）/EI收錄論文20余篇。授權(quán)國際和國家發(fā)明專利9 件，參編專著1 部、地方標準等各類標準7 項。

引文格式：

徐一焜, 張文燕, 張一敏, 等. 生鮮紅肉發(fā)色特性及其調(diào)控機制的研究進展[J]. 食品科學, 2025, 46(8): 336-345. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20241018-112.

XU Yikun, ZHANG Wenyan, ZHANG Yimin, et al. Research progress on the blooming characteristics of fresh red meat and its regulatory mechanism[J]. Food Science, 2025, 46(8): 336-345. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20241018-112.

實習編輯：申婧婧；責任編輯：張睿梅。點擊下方閱讀原文即可查看全文。圖片來源于文章原文及攝圖網(wǎng)

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