吴 爽1,2，罗 欣1,2，毛衍伟1，朱立贤1，杨啸吟1，韩广星3，张一敏1,2,*
肉色是评价生鲜肉品质的一个重要指标，大多数消费者把肉色作为判断肉是否新鲜、卫生的一个主要尺度，可以说，肉色是影响消费者购买意愿的决定性因素。鲜亮的桃红色是生鲜肉新鲜的指示标志，任何不符合这些颜色表观特征的肉会被认为品质差或已经腐败。表面变色的生鲜肉会被打折销售或者加工成低价值的产品，甚至直接丢弃。据统计，美国肉类产业每年因为肉类变色问题造成的经济损失超过10亿 美元[1]。影响肉色及肉色稳定性的因素很多，宰前因素包括：动物的种类与品种、饲养方式和宰前管理方式等；宰后因素主要包括：肌肉类型、pH值、贮藏温度、包装方式、贮藏时间及肌肉自身的生化特性如脂质氧化水平和线粒体活力等[2-3]。近40年来，很多学者对影响肉色及肉色稳定性的因素进行了广泛的研究，也有不少学者对这些研究进行了概述，但是鲜见关于线粒体与肉色及肉色稳定性的总结报告或综述性文献。线粒体与肌红蛋白的氧化还原状态密切相关，它主要通过影响氧气消耗和高铁肌红蛋白还原来影响肉色及其稳定性。目前，部分学者研究了线粒体在肉色及肉色稳定性中的作用，发现影响线粒体结构和功能的因素也会影响肉色。基于此，本文从线粒体的氧气消耗、密度和效率与肉色的关系，影响线粒体结构、功能的因素与肉色的关系等方面，对目前关于线粒体与肉色及其稳定性关系的研究进行综述，概括线粒体对生鲜肉肉色及其稳定性的直接影响和基于线粒体影响肉色及其稳定性的因素，并重点阐述相关影响机理。这对于深入研究生鲜肉肉色与肉色稳定性的关系，开发相应的护色技术，具有重要意义。
肉中的色素蛋白质主要包括肌红蛋白和血红蛋白。动物屠宰放血后，血红蛋白大部分流失。因此，在放血良好的胴体中，肌红蛋白是决定肌肉颜色的关键物质[2]。
肌红蛋白是一个单体血红素蛋白，含有一个血红素辅基和珠蛋白的一部分。珠蛋白链由8 条螺旋部分组成，形成一个围绕着血红素的盘旋结构。珠蛋白链使血红素具有水溶性，保护血红素铁免受外部环境/氧化作用的影响，进而保持肌红蛋白的功能。血红素中的共轭双键具有共振性质，使肌红蛋白有吸收可见光的能力，所以肌红蛋白具有色素的功能。血红素含有一个以还原态（亚铁/Fe2+）或氧化态（铁/Fe3+）存在的铁离子，血红素铁的外部轨道可以接受6 个电子，因此可以形成6 个配位键。其中4 个配位键和血红素卟啉环的吡咯氮结合，第5个和近端组氨酸（珠蛋白链的93位置）结合，连接血红素和珠蛋白链。此外，还有一个组氨酸残基（珠蛋白链64位置的远端组氨酸）在血红素附近，但不与血红素结合[3]。远端组氨酸-64通过影响疏水性血红素空穴的空间关系影响颜色动态。血红素铁的第6个位置会结合氧或其他小的配体，如一氧化氮或一氧化碳，形成不同形式的肌红蛋白。因此血红素辅基的第6位配体和铁原子的价位是决定肉色的关键因素[4]。
在不同包装系统中贮藏和销售的生鲜肉中，肌红蛋白会以4 种氧化还原状态中的一种形式存在，即脱氧肌红蛋白、氧合肌红蛋白、碳氧肌红蛋白和高铁肌红蛋白[4]。其中脱氧肌红蛋白、氧合肌红蛋白和碳氧肌红蛋白的血红素铁是亚铁状态。氧合肌红蛋白和碳氧肌红蛋白可以赋予鲜肉鲜亮的桃红色，受到消费者喜爱[1]。脱氧肌红蛋白为紫红色。在氧合肌红蛋白和一氧化碳肌红蛋白中，血红素铁的第6个配位键分别结合了氧气和一氧化碳，而在脱氧肌红蛋白中血红素亚铁没有结合配体。3 种肌红蛋白的血红素亚铁态被氧化为三价铁会形成褐色的高铁肌红蛋白，而高铁肌红蛋白的形成导致了鲜肉的褐变。高铁肌红蛋白血红素铁的第6位配位键会结合一个水分子，失去结合氧的能力[3]。
线粒体是真核生物进行氧化代谢的部位，是糖类、脂肪和氨基酸最终氧化释放能量的场所。线粒体是双膜结合的细胞器，由内膜和外膜组成。外膜是磷脂双层，完全包围着细胞器，离子和小分子可以容易地通过外膜。线粒体内膜上含有与电子传递链有关的复合体和蛋白质，包括脂溶性电子载体蛋白如辅酶Q、细胞色素和Fe-S蛋白。线粒体内膜上还存在三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）合成酶复合体和运输蛋白质。线粒体基质中包含三羧酸循环酶（丙酮酸脱氢酶复合体、柠檬酸循环酶等）和线粒体2/3的总蛋白质数量。线粒体负责的最终氧化的共同途径是三羧酸循环与氧化磷酸化，分别对应有氧呼吸的第二、三阶段。在线粒体基质中完成的三羧酸循环会产还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（reduced nicotinarnide adenine dinucleotide，NADH）和还原型黄素腺嘌呤二核苷酸（reduced flavin adenosine dinucleotide，FADH2）等分子，而氧化磷酸化过程会利用这些物质还原氧气释放能量合成ATP。在活体内，肌红蛋白会把氧气运输给肌肉内的线粒体[5]，进行氧化代谢，为机体正常运转提供能量。在宰后肌肉中，线粒体会继续进行氧化代谢。在4 ℃条件下真空包装贮藏60 d的肌肉仍然可以分离出完整的线粒体[6]。线粒体的功能与肌红蛋白紧密相关[5]，在过去的10 年里，研究人员已经广泛地研究了线粒体对肉色稳定性的作用。线粒体可以影响肌红蛋白的氧化还原状态，主要通过两种机制：线粒体的氧气消耗（降低氧分压）和高铁肌红蛋白的还原[7]，因此线粒体可以影响肉色形成机理（氧合作用/不同肌红蛋白相对比例）和肉色稳定性（氧化作用）。
宰后肌肉中的线粒体会继续保持活力并消耗氧气，影响肌红蛋白氧化还原状态[8]。早期研究表明，肌肉组织氧气消耗速率会显著地影响高铁肌红蛋白的积累。氧气消耗增加会促进氧合肌红蛋白脱氧变为脱氧肌红蛋白，而脱氧肌红蛋白更容易氧化为高铁肌红蛋白，因此缩短产品货架期。而且，肉色稳定性差的肌肉氧气消耗率较高[9]。但也有研究提出，较高的线粒体氧气消耗会促进无氧环境的形成，有利于高铁肌红蛋白的还原，进而有利于保持良好的肉色稳定性。进一步研究发现，线粒体和肌红蛋白对氧气的竞争是影响肌肉形成亮红色肉色的一个关键因素，决定了初始肉色。
在封闭系统中，线粒体和亚线粒体的呼吸作用可以降低氧分压，增强氧合肌红蛋白向脱氧肌红蛋白或高铁肌红蛋白的转变过程，形成较暗的（紫红）或褐色的肉色。而在开放系统中，氧气消耗有同样的作用[6]。Ramanathan等[10]也发现线粒体与氧合肌红蛋白相互作用，会使氧合肌红蛋白的亚铁血红素结合的氧气转移到线粒体上，使氧合肌红蛋白转变为脱氧肌红蛋白。线粒体氧气消耗对氧气的竞争超过肌红蛋白，就会导致脱氧肌红蛋白形成，进而形成较暗的肉色，在这种情况，肉的发色能力较差，也就不能形成典型的樱桃红色。通过以上机理的阐述，发现线粒体氧气消耗的高低与肉色稳定性之间并不是简单的线性关系，较高的线粒体氧气消耗都有可能导致较稳定的肉色，考虑到线粒体是一个十分复杂的生化系统，不同条件下线粒体氧气消耗如何影响肉色的稳定性值得进一步深入探究。
高铁肌红蛋白还原能力（metmygolobin reducing activity，MRA）是鲜肉在贮藏期间保持和延长肉色稳定性的一个重要的内在特性。有研究表明，高铁肌红蛋白还原力主要依赖NADH（由脱氢酶产生）和电子（由线粒体产生），即高铁肌红蛋白还原途径主要是依赖NADH和线粒体电子传递链调控的高铁肌红蛋白还原[11-12]。早期有学者提出线粒体可能参与高铁肌红蛋白的还原。他们发现添加NAD+到碎牛肉中可以再生NADH，促进高铁肌红蛋白的还原，而添加鱼藤酮（一种电子传递链复合体I抑制剂）可以抑制其还原；另外他们发现，在厌氧条件下也会增加高铁肌红蛋白还原。因此得出结论：线粒体在厌氧条件下可以把电子从NADH或琥珀酸盐传递给氧，促进高铁肌红蛋白还原，但他们没有考虑到线粒体电子传递链可以直接还原高铁肌红蛋白[13]。Arihara等[14]发现高铁肌红蛋白还原酶主要在线粒体上，微粒体上很少。外膜细胞色素b5主要在线粒体上，而细胞色素b5在微粒体上，所以线粒体和微粒体一起控制完整的高铁肌红蛋白还原酶系，调节高铁肌红蛋白还原。进一步研究发现，三羧酸循环底物可以产生还原当量NADH和FADH2，还原当量通过三羧酸循环代谢产物在线粒体内外膜之间传递，实现对高铁肌红蛋白的还原；因此线粒体可以通过调节高铁肌红蛋白还原，影响肌红蛋白氧化还原状态和肉色稳定性[10]。
此外，为了阐述线粒体电子传递链上的电子可以直接还原高铁肌红蛋白，Tang Jiali等[7]在线粒体电子传递链调控高铁肌红蛋白还原的研究中，选用在三羧酸循环过程中不会产生NADH的琥珀酸盐为底物，经过实验发现线粒体调节的高铁肌红蛋白还原是在低氧压或电子在电子传递链上积累的条件下，通过细胞色素把可用电子传递给高铁肌红蛋白实现的。电子传递的具体途径可能为：琥珀酸盐→复合体II辅酶Q→复合体III→细胞色素c→外膜细胞色素b5→高铁肌红蛋白，但电子传递链调控的高铁肌红蛋白还原力会随着pH值和温度的降低而降低。研究还发现，宰后肌肉中电子在线粒体电子传递链上的反向传递也会影响NADH的形成和高铁肌红蛋白的还原，电子反向流入线粒体的复合体I会再生NADH，而NADH可以通过电子传递和酶途径来还原高铁肌红蛋白[15]。
有研究表明牛肉肉色稳定性与线粒体含量和氧气消耗率有关，肉色不稳定型肌肉的线粒体密度和氧气消耗率要相对高于肉色稳定型肌肉[9]。后来研究发现，在封闭系统中，线粒体密度越大，氧分压降低越快，越有利于肌红蛋白保持在脱氧肌红蛋白状态，但是线粒体的密度与高铁肌红蛋白的形成呈负相关。而在开放系统中，线粒体密度为0.5 mg/mL时，高铁肌红蛋白形成最多[6]。此外，有研究发现电子传递链上存在位点专一缺陷，而这一缺陷会导致呼气期间电子传递链上的电子丢失，进而导致线粒体效率降低。McKeith等[16]提出线粒体的效率影响牛肉肉色的稳定性。在电子传递过程中，电子丢失会形成活性氧，活性氧可以被细胞还原。他们指出高铁肌红蛋白还原力的降低与电子丢失的增加有关，这是因为活性氧被还原时会消耗NADH。
另一个机制认为活性氧可能会对高铁肌红蛋白还原酶造成氧化损伤。因此，电子传递链中电子的丢失与高铁肌红蛋白还原力的降低有关，而还原力降低会降低牛肉颜色稳定性。McKeith等[17]进一步研究发现黑切肉的电子丢失显著高于正常肉，而且黑切肉中的线粒体丰度要高于正常肉，并与极限pH值成正比，而含有较高线粒体丰度的动物具有较高的氧化能力。因此他们推测出含有大量低效率线粒体和较高氧化能力的动物，在应激反应期间会消耗更多的糖原，进而形成黑切肉。
研究表明在宰后肌肉中，线粒体会保持活力、继续进行氧气消耗并影响肉色及其稳定性。线粒体氧气消耗会影响肌红蛋白的氧化还原状态和产生有利于高铁肌红蛋白还原的低氧环境。此外，高铁肌红蛋白还原的两种途径：线粒体电子传递链调控的高铁肌红蛋白还原和依赖NADH的高铁肌红蛋白还原酶都与线粒体紧密联系。因此，影响线粒体功能的因素也会影响肉色及其稳定性。
宰后肌肉pH值的下降速率会影响肌肉的生化反应和结构特征，pH值下降会使酶变性以及使线粒体结构的完整性和功能特性受到破坏[18]，进而影响肉色及其稳定性。Ashmore等[19-20]对比了正常牛肉和DFD（dark，firm and dry）肉中的线粒体活力，发现在宰后0 h时正常肉和DFD肉的线粒体活力没有任何差异，但宰后24 h后从DFD肉（pH 6.7）中分离的线粒体活力高于正常肉（pH 5.7）。因此推测出，DFD肉的颜色较暗是因为线粒体活力高、呼吸作用强，进而导致氧合肌红蛋白释放结合的氧，转变为脱氧肌红蛋白，呈现出脱氧肌红蛋白的紫红色。后来有学者指出pH值降低可以显著地抑制线粒体代谢，随着pH值的降低，线粒体复合体III和IV的氧气消耗速率会显著降低。他们还认为依赖琥珀酸盐的线粒体呼吸作用会影响氧合肌红蛋白的氧化，但这一过程取决于pH值[6]。
在pH 5.6时，线粒体氧气消耗会促进脱氧肌红蛋白形成，然后快速地氧化为高铁肌红蛋白；而在pH 7.2时，它会增加氧合肌红蛋白向脱氧肌红蛋白的转变[6]。此外，Tang Jiali等[7]发现线粒体电子传递链调控的高铁肌红蛋白还原力也会随着pH值的降低而降低，在pH 7.2、37 ℃时还原力最大，所以他们认为在宰后肌肉中这种途径的高铁肌红蛋白还原虽然存在但作用很小。温度可以影响线粒体的活力和高铁肌红蛋白还原酶活力，相比于高温，低温和低pH值可以降低线粒体活力并增加氧气溶解度，使肌红蛋白易与氧气发生氧合作用，进而可以更好地发色[3,21]。Tang Jiali等[6]发现随着温度降低，脱氧肌红蛋白相对含量降低，这表明线粒体电子传递链调控的高铁肌红蛋白还原力降低（4 ℃＜25 ℃＜37 ℃）。
随着贮藏时间的延长，线粒体结构和活力会发生改变。Tang Jiali等[6]指出宰后2 h的肌肉中的线粒体会保持完整的结构，但延长贮藏时间会导致线粒体结构膨胀、破坏，进而降低线粒体的活力。曹锦轩[22]也指出随着贮藏时间的延长，骨骼肌细胞线粒体结构的完整性以及功能会遭到不同程度的破坏。因此，在宰后贮藏过程中，细胞的呼吸功能和线粒体电子传递链可能会受到严重的破坏。线粒体产生的NADH、高铁肌红蛋白还原酶和线粒体氧气消耗过程相结合可以通过细胞色素把可用电子传递给高铁肌红蛋白，进而促进高铁肌红蛋白还原。所以，线粒体活力的降低可以影响肉色稳定性和肉色初始强度。牛肉发色时，脱氧肌红蛋白发生氧合作用形成氧合肌红蛋白，这一过程在一定程度上取决于氧气渗透的深度、速率以及氧扩散与肌肉组织氧气消耗之间对氧的竞争[23]。
有研究发现，延长成熟时间，牛肉氧气消耗速率降低。Mancini等[23]也指出延长贮藏时间会降低线粒体氧气消耗进而增加初始肉色强度，但会降低线粒体调控的高铁肌红蛋白还原力，进而降低肉色稳定性。Lindahl等[24]在对猪腰肉发色和肉色稳定性的研究中发现在真空条件下，延长贮藏时间（几周以上），肉发色速率更快，形成的颜色更明显、氧合肌红蛋白层更厚。Wyrwisz等[21]在真空包装成熟对牛半膜肌颜色和发色能力的研究中，得出与上述研究同样的结论，这说明延长贮藏时间可能会限制线粒体酶活力。然而，有研究者发现宰后60 d的肌肉分离出的线粒体仍有消耗氧气的能力，但比宰后早期分离出的线粒体消耗氧气能力低很多。在宰后60 d的组织中添加适当的底物（如琥珀酸盐）可以刺激组织消耗氧气。他们认为贮藏时间对肉色的影响来源于代谢底物的缺乏而不是特定酶的缺乏或酶活力低，因为他们发现许多酶包括电子传递链酶在贮藏4 周后仍保持活力，而主要的代谢底物浓度却很低[6]。
脂质氧化是牛肉宰后贮藏或成熟过程中引发肉色劣变的主要原因。脂质氧化反应产生了多种自由基，并生成复杂的氧化产物，例如醛类化合物、酮类化合物以及环氧化合物，其中以壬醛、丙二醛、4-羟基-2-壬烯醛（4-hydroxy-2-nonenal，HNE）、己烯醛等醛式产物为主[25]。脂质氧化产物一方面可以直接与肌红蛋白作用，促进肌红蛋白氧化为高铁肌红蛋白；另一方面它可以通过响线粒体的完整性来影响肉色变化。此外，线粒体膜上50%的脂肪为多不饱和脂肪，易发生脂质氧化[8]。脂质氧化产物丙二醛可以通过与氨基酸残基反应修改蛋白质，与氨基反应和核苷形成加成物，导致突变[26]。Long Jiangang等[27]在研究中发现脂质氧化次级产物丙二醛能钝化线粒体中复合物I、复合物II及酮戊二酸脱氢酶、琥珀酸脱氢酶、苹果酸脱氢酶的活力，造成线粒体电子呼吸链生物氧化功能紊乱，这说明丙二醛通过影响线粒体氧气消耗和电子传递链以及三羧酸循环过程，来影响肉色及其稳定性。陈骋等[28-29]指出脂质氧化产物丙二醛、己醛和壬醛能引起线粒体发生肿胀、变形、膜通透性显著增大等不可逆损伤（即线粒体结构损伤）而导致其生物功能紊乱，并且可以抑制电子传递链调控的高铁肌红蛋白还原过程，而且丙二醛还可以抑制线粒体中依赖NADH的高铁肌红蛋白还原酶活力。
ω-6多不饱和脂肪酸氧化可以产生一种α、β不饱和醛-HNE，它可以通过与组氨酸、半胱氨酸和赖氨酸残基反应来抑制酶活和改变蛋白质结构[30]。很多研究表明，HNE可以抑制线粒体呼吸（抑制NADH调控的线粒体呼吸和复合体I、II的呼吸以及降低复合体II、III的活力）和有选择性地抑制线粒体基质中一些酶的活力（酮戊二酸脱氢酶和琥珀酸脱氢酶）[31-34]。Long Jiangang等[27]在研究中也曾列出HNE和丙烯醛对线粒体的影响。从这些研究中发现HNE和丙烯醛可以抑制线粒体的功能，例如线粒体的呼吸作用、电子传递和一些基质酶的活力等。研究还发现HNE可以结合细胞色素c和细胞色素c氧化酶，而细胞色素c可以在辅酶细胞色素c氧化还原酶（复合体III）和细胞色素c氧化酶（复合体IV）之间传递电子，细胞色素c氧化酶能够催化电子从细胞色素c传递给氧[35]，这说明HNE可以抑制线粒体氧气消耗和线粒体电子传递链调控的高铁肌红蛋白还原，进而影响肉色及其稳定性。
丙烯醛比丙二醛和HNE的亲电子能力更强，与硫醇和氨基反应更强烈，对哺乳动物细胞器有非常高的毒性[26]。Picklo等[36]发现丙烯醛会抑制线粒体第3阶段呼吸作用和抗氧化剂谷胱甘肽，但不会降低复合体I～V的活力，也不会改变线粒体钙传递的活力和细胞色素c的释放。后来的研究也发现丙二醛可以剂量依赖性抑制NADH和琥珀酸盐调控的线粒体呼吸链、改变线粒体膜的通透性、选择性地抑制线粒体复合体I、II的酶活力、琥珀酸脱氢酶和α-戊二酮酸脱氢酶活力，但对线粒体复合体III、IV、V和苹果酸脱氢酶无影响[337]。因此，脂质氧化产物会通过影响线粒体的功能而影响氧气消耗和MRA，进而影响肉色及其稳定性。
在线粒体内的三羧酸循环过程中，一些中间代谢物可以为氧气消耗代谢途径和铁血红素还原为亚铁血红素过程提供能量。早期就有学者发现肉贮藏4 周后，许多酶（包括电子传递链中的酶）仍保持活力，而主要的代谢底物的浓度很低。这说明贮藏过程中代谢底物的缺乏是限制肌肉组织代谢的因素，而完整肌肉组织中的特定酶系的酶活力并不是限制因素[6]。宰后肌肉中的许多生化过程会竞争性消耗NADH，而NADH的再生会提高高铁肌红蛋白还原，进而提高肉色货架期。有研究表明添加糖酵解或三羧酸循环中间产物到碎牛肉中可以产生NADH，进而增加高铁肌红蛋白还原程度[38]。从内在作用来说，宰后肌肉中添加三羧酸循环中间代谢产物，例如乳酸盐、苹果酸、琥珀酸盐和丙酮酸，会刺激肌肉再生NADH的过程，而NADH可以提高高铁肌红蛋白还原和改善肉色稳定性[39]。因此，把三羧酸循环中间物作为NADH再生的底物已经广受关注，但这些中间产物的效力在很大程度上取决于宰后线粒体的功能[1]。
3.4.1 乳酸盐
在鲜肉加工过程中，乳酸及其盐类的主要作用是抑菌。另外，它可以通过减小表面的肉色变化来提高肉色货架期。最近10 年的研究已经证明乳酸盐可以改善整块牛肉和碎牛肉肉色稳定性。在活体内，乳酸盐在进入线粒体时可以被线粒体乳酸脱氢酶氧化为丙酮酸，并产生NADH，NADH可以进入电子传递链或用于氧气消耗，而丙酮酸通过三羧酸循环和电子传递链被氧化。Kim等[40]发现注射L-乳酸盐会降低牛背最长肌和腰大肌的褐变，并增加其a*值。此外，相比于对照组，注射乳酸钾的西冷牛排的颜色较暗但肉色稳定性更好[41]；Ramanathan等[42]也发现了相同的结果。
关于乳酸盐调控肉色稳定性的机制主要有两方面：乳酸盐和肌红蛋白直接相互作用；通过酶系和细胞间接作用于肌红蛋白。Kim等[43]提出乳酸盐可以增加乳酸脱氢酶的活力，而乳酸盐会在乳酸脱氢酶的作用下产生NADH，NADH可以用来还原高铁肌红蛋白，所以乳酸盐间接地对肉色稳定性起作用。Ramanathan等[10]在从牛心肌分离出的线粒体中添加乳酸盐-乳酸脱氢酶-NAD发现可以使肉色变暗。这是由于乳酸盐可以作为线粒体呼吸的底物，线粒体呼吸作用对氧的竞争力超过肌红蛋白与氧的结合力，进而使肉色保持为脱氧肌红蛋白的颜色。除此之外，牛心肌线粒体添加乳酸盐可以通过乳酸脱氢酶产生NADH，NADH可以用来还原高铁肌红蛋白。同时，Kim等[44]认为乳酸盐是通过提供抗氧化力、高铁肌红蛋白还原力和增加NADH浓度来提高肉色稳定性的。
Mancini等[45]提出乳酸盐可以直接与肌红蛋白作用来改善肉色稳定性，乳酸盐可能通过两种机制来改变肌红蛋白的功能：乳酸盐可以通过物理作用阻止氧气与血红素相互作用；乳酸盐还可以诱导肌红蛋白的三级结构发生变化进而改变氧气与肌红蛋白的结合途径。因此添加乳酸盐会抑制肌红蛋白的氧化，显著降低高铁肌红蛋白的形成，并且在一定浓度（100～200 mmol/L）范围内会随着乳酸盐浓度增加高铁肌红蛋白含量显著降低。而进一步研究发现，乳酸盐和肌红蛋白不会形成加合物，乳酸盐可以改善肉色稳定性不是因为乳酸盐可以与肌红蛋白直接相互作用，而是乳酸盐具有抗氧化性以及其可以通过线粒体调节生化机制过程[46-47]。
3.4.2 琥珀酸盐
Tang Jiali等[6-7]在研究中发现添加琥珀酸盐（直接参与电子传递链的复合体II的反应）到分离的线粒体中可以增加氧气消耗，而氧气消耗会降低氧分压，进而产生有利于可用电子从细胞色素c传递给高铁肌红蛋白的环境，提高线粒体电子传递链调控的高铁肌红蛋白还原。有研究表明琥珀酸盐会提高真空包装、有氧包装和高氧包装条件下的牛背最长肌的肉色稳定性[48]。进一步研究发现琥珀酸盐会增加碎牛肉的pH值和高铁肌红蛋白还原力，降低脂肪氧化和肉糜早期的褐变，但是不会增加肉糜的红度[49]。最近的研究也发现，琥珀酸盐可以有效地促进真空包装碎牛肉中脱氧肌红蛋白的形成，而在高氧包装条件下，琥珀酸盐-丙酮酸结合有利于高铁肌红蛋白形成[38]。从上述的研究可知，琥珀酸盐对整块肌肉的影响较大。
3.4.3 丙酮酸
Mohan等[50]研究了丙酮酸、苹果酸和乳酸盐的不同结合对牛背最长肌、半膜肌和腰大肌匀浆中高铁肌红蛋白形成的影响。结果表明丙酮酸、苹果酸和乳酸盐（单独或相互结合）可以稳定肌肉匀浆的L*、a*和b*值以及肌红蛋白氧化还原形式，可以有效地延长肉色货架期，但它们的作用效力与肌肉类型有关。此外，Ramanathan等[51]在模拟系统中研究丙酮酸对线粒体氧气消耗和高铁肌红蛋白还原的作用，发现丙酮酸通过三羧酸循环产生还原当量NADH，NADH进入电子传递链增加氧气消耗或者用于线粒体调控的高铁肌红蛋白还原。然而，Bjelanovic等[38]在代谢底物对包装碎牛肉中肌红蛋白氧化还原形式影响的研究中指出丙酮酸是助氧化剂，会引起高铁肌红蛋白形成，关于丙酮酸对线粒体MRA的影响还有待进一步探究。
3.4.4 苹果酸
Mohan等[50]研究了苹果酸、乳酸盐和丙酮酸对3种类型肌肉匀浆中肌红蛋白氧化还原状态的影响，发现苹果酸可以降低肌肉匀浆中高铁肌红蛋白的形成，并在牛背最长肌和腰大肌匀浆中最有效。随后，Mohan等[52]进一步研究了苹果酸降低高铁肌红蛋白形成的机制，发现在牛肉线粒体和细胞质分离物中添加苹果酸可以增加高铁肌红蛋白还原，并且他们认为苹果酸和乳酸盐相结合可以再生NADH，实现宰后肌肉中高铁肌红蛋白的还原，因此提高肉色稳定性。而最近的研究发现，在真空包装条件下，谷氨酸盐-苹果酸代替琥珀酸盐会增加碎牛肉中高铁肌红蛋白的形成；而在高氧包装条件下，谷氨酸盐-苹果酸则有利于碎牛肉中氧合肌红蛋白形成，进而受到消费者的喜爱[38]，其深层次的机理目前尚不明确。
肉色是影响消费者对生鲜肉新鲜程度、卫生状况认可度的一个主要特性，这一特性受宰后肌肉多个生化过程的影响。近十几年来，线粒体对肉色的影响越来越受关注，很多研究表明在线粒体中进行的生化过程、能量代谢以及其包含的酶类与肉色密切相关。概括来讲关于线粒体与肉色关系的研究主要集中在：以线粒体氧气消耗和高铁肌红蛋白还原力为基础，把线粒体活力与贮藏时间、不同极限pH值牛肉、不同类型肌肉、脂质氧化相结合，研究线粒体在肉色中的作用；同时，三羧酸循环中间产物对肉色的影响机制也得到了广泛研究。这些研究主要是从生化过程水平上阐述了线粒体在肉色中所起的作用。近20 年来，蛋白质组学作为一门识别研究蛋白质功能结构的技术手段，正被肉品研究领域所关注，由于线粒体对肉色及肉色稳定性的影响涉及到大量的中间产物和代谢酶类，因此采用组学手段对特定时间和环境条件下肉品线粒体中所有蛋白质表达进行定性与定量研究，能够更全面、系统地解释线粒体与肉色之间的关系。基于线粒体蛋白质组学的研究，将会成为肉色科学领域的一个新热点。
参考文献：
[1] SUMAN S P, HUNT M C, NAIR M N, et al. Improving beef color stability: practical strategies and underlying mechanisms[J]. Meat Science, 2014, 98(3): 490-504. DOI:10.1016/j.meatsci.2014.06.032.
[2] 周光宏. 肉品加工学[M]. 北京: 中国农业出版社, 2008: 115.
[3] SUMAN S P, JOSEPH P. Myoglobin chemistry and meat color[J].Annual Review of Food Science and Technology, 2013, 4: 79-99.DOI:10.1146/annurev-food-030212-182623.
[4] MANCINI R A, HUNT M C. Current research in meat color[J]. Meat Science, 2005, 71(1): 100-121. DOI:10.1016/j.meatsci.2005.03.003.
[5] WITTENBERG J B, WITTENBERG B A. Myoglobin-enhanced oxygen delivery to isolated cardiac mitochondria[J]. Journal of Experimental Biology, 2007, 210(12): 2082-2090. DOI:10.1242/jeb.003947.
[6] TANG Jiali, FAUSTMAN C, HOAGLAND T A, et al. Postmortem oxygen consumption by mitochondria and its effects on myoglobin form and stability[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry,2005, 53(4): 1223-1230. DOI:10.1021/jf048646o.
[7] TANG Jiali, FAUSTMAN C, MANCINI R A, et al. Mitochondrial reduction of metmyoglobin: dependence on the electron transport chain[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2005, 53(13):5449-5455. DOI:10.1021/jf050092h.
[8] RAMANATHAN R. Role of mitochondria in postmortem color stability[D]. Connecticut: University of Connecticut, 2012: 2-3.
[9] GAO X G, XIE L, WANG Z Y, et al. Effect of postmortem time on the metmyoglobin reductase activity, oxygen consumption, and colour stability of different lamb muscles[J]. European Food Research and Technology, 2013, 236(4): 579-587. DOI:10.1007/s00217-012-1903-8.
[10] RAMANATHAN R, MANCINI R A, KONDA M R. Effects of lactate on beef heart mitochondrial oxygen consumption and muscle darkening[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2009, 57:1550-1555. DOI:10.1021/jf802933p.
[11] BEKHIT A E D, FAUSTMAN C. Metmyoglobin reducing activity[J]. Meat Science, 2005, 71(3): 407-439. DOI:10.1016/j.meatsci.2005.04.032.
[12] FAUSTMAN C, CASSENS R G, GREASER M L. Reduction of metmyoglobin by extracts of bovine liver and cardiac muscle[J].Journal of Food Science, 1988, 53(4): 1065-1067. DOI:10.1111/j.1365-2621.1988.tb13531.x.
[13] GAO X G, WANG Z Y, TANG M T, et al. Comparsion of the effects of succinate and NADH on Postmortem metmyoglobin redcutase activity and beef colour stability[J]. Journal of Integrative Agriculture,2014, 13(8): 1817-1826. DOI:10.1016/S2095-3119(14)60754-1.
[14] ARIHARA K, CASSENS R G, GREASER M L, et al. Localization of metmyoglobin-reducing enzyme (NADH-cytochrome b(5) reductase)system components in bovine skeletal muscle[J]. Meat Science, 1995,39(2): 205-213. DOI:10.1016/0309-1740(94)P1821-C.
[15] BELSKIE K M, VAN BUITEN C B, RAMANATHAN R, et al.Reverse electron transport effects on NADH formation and metmyoglobin reduction[J]. Meat Science, 2015, 105: 89-92.DOI:10.1016/j.meatsci.2015.02.012.
[16] MCKEITH R O, KING D A, GRAYSON A L, et al. Influence of mitochondrial efficiency on beef lean color stability[J]. Meat Science,2014, 96(1): 476. DOI:10.1016/j.meatsci.2013.07.116.
[17] MCKEITH R O, KING D A, GRAYSON A L, et al. Mitochondrial abundance and efficiency contribute to lean color of dark cutting beef[J]. Meat Science, 2016, 116: 165-173. DOI:10.1016/j.meatsci.2016.01.016.
[18] GAGAOUA M, TERLOUW E M, MICOL D, et al. Understanding early post-mortem biochemical processes underlying meat color and pH decline in the longissimus thoracis muscle of young blond d’aquitaine bulls using protein biomarkers[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2015, 63(30): 6799-6809. DOI:10.1021/acs.jafc.5b02615.
[19] ASHMORE C R, DOERR L, FOSTER G, et al. Respiration of mitochondria isolated from dark-cutting beef[J]. Journal of Animal Science, 1971, 33(3): 574-577. DOI:10.2527/jas1972.34146x.
[20] ASHMORE C R, PARKER W, DOERR L. Respiration of mitochondria isolated from dark-cutting beef: postmortem changes[J].Journal of Animal Science, 1972, 34: 46-48.
[21] WYRWISZ J, MOCZKOWSKA M, KUREK M, et al. Influence of 21 days of vacuum-aging on color, bloom development, and WBSF of beef semimembranosus[J]. Meat Science, 2016, 122: 48-54.DOI:10.1016/j.meatsci.2016.07.018.
[22] 曹锦轩. 宰后牛肉成熟过程中肌细胞死亡生理研究[D]. 南京: 南京农业大学, 2010: 56-57. DOI:10.7666/d.Y1986596.
[23] MANCINI R A, RAMANATHAN R. Effects of postmortem storage time on color and mitochondria in beef[J]. Meat Science, 2014, 98(1):65-70. DOI:10.1016/j.meatsci.2014.04.007.
[24] LINDAHL G, KARLSSON A H, LUNDSTRÖM K, et al. Significance of storage time on degree of blooming and colour stability of pork loin from different crossbreeds[J]. Meat Science, 2006, 72(4): 603-612.DOI:10.1016/j.meatsci.2005.09.018.
[25] FAUSTMAN C, SUN Q, MANCINI R, et al. Myoglobin and lipid oxidation interactions: mechanistic bases and control[J]. Meat Science,2010, 86(1): 86-94. DOI:10.1016/j.meatsci.2010.04.025.
[26] AYALA A, MUÑOZ M F, ARGÜELLES S, et al. Lipid peroxidation: production, metabolism, and signaling mechanisms of malondialdehyde and 4-hydroxy-2-nonenal[J]. Oxidative Medicine &Cellular Longevity, 2014, 2014: 1-31. DOI:10.1155/2014/360438.
[27] LONG Jiangang, WANG Xuemin, GAO Hongxiang, et al.Malonaldehyde acts as a mitochondrial toxin: inhibitory effects on respiratory function and enzyme activities in isolated rat liver mitochondria[J]. Life Sciences, 2006, 79(15): 1466-1472.DOI:10.1016/j.lfs.2006.04.024.
[28] 陈骋. 脂质氧化和抗氧化因子对牦牛肉肌红蛋白稳定性及高铁肌红蛋白还原能力的影响[D]. 兰州: 甘肃农业大学, 2016: 29-34.
[29] 陈骋, 余群力, 韩玲, 等. 丙二醛对牛肉线粒体高铁肌红蛋白还原能力的影响[J]. 农业机械学报, 2015, 46(12): 253-259. DOI:10.6041/j.issn.1000-1298.2015.12.034.
[30] RAMANATHAN R, MANCINI R A, SUMAN S P, et al. Covalent binding of 4-hydroxy-2-nonenal to lactate dehydrogenase decreases NADH formation and metmyoglobin reducing activity[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2014, 62(9): 2112-2117.DOI:10.1021/jf404900y.
[31] STARKOV A A. An update on the role of mitochondrial α-ketoglutarate dehydrogenase in oxidative stress[J]. Molecular & Cellular Neuroscience,2013, 55: 13-16. DOI:10.1016/j.mcn.2012.07.005.
[32] MUSATOV A, ROBINSON N C. Susceptibility of mitochondrial electron-transport complexes to oxidative damage. focus on cytochrome c oxidase[J]. Free Radical Research, 2012, 46(11): 1313-1326. DOI:10.3109/10715762.2012.717273.
[33] NEELY M D, ZIMMERMAN L, PICKLO M J, et al. Congeners of N(alpha)-acetyl-L-cysteine but not aminoguanidine act as neuroprotectants from the lipid peroxidation product 4-hydroxy-2-nonenal[J]. Free Radical Biology & Medicine, 2000, 29(10): 1028-1036. DOI:10.1016/S0891-5849(00)00411-1.
[34] PIZZIMENTI S, CIAMPORCERO E, DAGA M, et al. Interaction of aldehydes derived from lipid peroxidation and membrane proteins[J]. Frontiers in Physiology, 2013, 4: 1-17. DOI:10.3389/fphys.2013.00242.
[35] RAMANATHAN R, MANCINI R A, SUMAN S P, et al. Effects of 4-hydroxy-2-nonenal on beef heart mitochondrial ultrastructure,oxygen consumption, and metmyoglobin reduction[J]. Meat Science,2012, 90(3): 564-571. DOI:10.1016/j.meatsci.2011.09.017.
[36] PICKLO M J, MONTINE T J. Acrolein inhibits respiration in isolated brain mitochondria[J]. Biochimica et Biophysica Acta-Molecular Basis of Disease, 2001, 1535(2): 145-152. DOI:10.1016/S0925-4439(00)00093-4.
[37] SUN L J, LUO C, LONG J G, et al. Acrolein is a mitochondrial toxin: effects on respiratory function and enzyme activities in isolated rat liver mitochondria[J]. Mitochondrion, 2006, 6(3): 136-142.DOI:10.1016/j.mito.2006.04.003.
[38] BJELANOVIC M, EGELANDSDAL B, PHUNG V T, et al. Effects of metabolic substrates on myoglobin redox forms in packaged ground beef[J]. Food Packaging and Shelf Life, 2016, 8: 24-32. DOI:10.1016/j.fpsl.2016.02.001.
[39] JOSEPH P, NAIR M N, SUMAN S P. Application of proteomics to characterize and improve color and oxidative stability of muscle foods[J]. Food Research International, 2015, 76: 938-945.DOI:10.1016/j.foodres.2015.05.041.
[40] KIM Y H, KEETON J T, YANG H S, et al. Color stability and biochemical characteristics of bovine muscles when enhanced with L- or D-potassium lactate in high-oxygen modified atmospheres[J]. Meat Science, 2009, 82(2): 234-240. DOI:10.1016/j.meatsci.2009.01.016.
[41] KNOCK R C, SEYFERT M, HUNT M C, et al. Effects of potassium lactate, sodium chloride, sodium tripolyphosphate, and sodium acetate on colour, colour stability, and oxidative properties of injectionenhanced beef rib steaks[J]. Meat Science, 2006, 74(2): 312-318.DOI:10.1016/j.meatsci.2006.03.029.
[42] RAMANATHAN R, MANCINI R A, NAVEENA B M, et al.Effects of lactate-enhancement on surface reflectance and absorbance properties of beef longissimus steaks[J]. Meat Science, 2010, 84(1):219-226. DOI:10.1016/j.meatsci.2009.08.027.
[43] KIM Y H, HUNT M C, MANCINI R A, et al. Mechanism for lactate-color stabilization in injection-enhanced beef[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2006, 54(20): 7856-7862.DOI:10.1021/jf061225h.
[44] KIM Y H, KEETON J T, SMITH S B, et al. Role of lactate dehydrogenase in metmyoglobin reduction and color stability of different bovine muscles[J]. Meat Science, 2009, 83(3): 376-382.DOI:10.1016/j.meatsci.2009.06.009.
[45] MANCINI R A, RAMANATHAN R. Sodium lactate influences myoglobin redox stability in vitro[J]. Meat Science, 2008, 78(4): 529-532. DOI:10.1016/j.meatsci.2007.07.010.
[46] NAIR M N, SUMAN S P, LI S, et al. Temperature- and pH-dependent effect of lactate on in vitro redox stability of red meat myoglobins[J]. Meat Science, 2013, 96(1): 408-412. DOI:10.1016/j.meatsci.2013.07.033.
[47] JOSEPH P, NAIR M N, SUMAN S P. Application of proteomics to characterize and improve color and oxidative stability of muscle foods[J]. Food Research International, 2015, 76: 938-945.DOI:10.1016/j.foodres.2015.05.041.
[48] RAMANATHAN R, MANCINI R A, DADY G A, et al. Effects of succinate and pH on cooked beef color[J]. Meat Science, 2013, 93(4):888-892. DOI:10.1016/j.meatsci.2012.12.007.
[49] MANCINI R A, RAMANATHAN R, SUMAN S P, et al. Effects of succinate on ground beef color and premature browning[J]. Meat Science, 2011, 89(2): 189-194. DOI:10.1016/j.meatsci.2011.04.016.
[50] MOHAN A, HUNT M C, BARSTOW T J, et al. Effects of malate,lactate, and pyruvate on myoglobin redox stability in homogenates of three bovine muscles[J]. Meat Science, 2010, 86(2): 304-310.DOI:10.1016/j.meatsci.2010.04.030.
[51] RAMANATHAN R, MANCINI R A. Effects of pyruvate on bovine heart mitochondria-mediated metmyoglobin reduction[J]. Meat Science, 2010, 86(3): 738-741. DOI:10.1016/j.meatsci.2010.06.014.
[52] MOHAN A, HUNT M C, MUTHUKRISHNAN S, et al. Myoglobin redox form stabilization by compartmentalized lactate and malate dehydrogenases[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2010,58(11): 7021-7029. DOI:10.1021/jf100714g.
（1.山东农业大学食品科学与工程学院，山东 泰安 271018；2.江苏省肉类生产与加工质量安全控制协同创新中心，江苏 南京 210095；3.国家肉牛牦牛产业技术体系临沂站，山东 临沂 276000）
摘 要：肉色是评价肉品品质最直观的指标，能够直接影响消费者的购买意愿。近40年有较多学者对影响肉色及其稳定性的因素进行了概述，但较少涉及线粒体对肉色及肉色稳定性的影响。线粒体与肌红蛋白的氧化还原状态密切相关，它主要通过影响氧气消耗和高铁肌红蛋白还原来改变肉色及其稳定性，因此影响线粒体结构和功能的因素也会影响肉色。本文对目前关于线粒体与肉色及其稳定性关系的研究进行综述，概括线粒体对肉色及其稳定性的直接影响和基于线粒体影响肉色及其稳定性的因素，并阐述其影响机理。
关键词：肉色；肌红蛋白；线粒体；脂质氧化；三羧酸循环；代谢中间产物
收稿日期：2017-03-23
基金项目：国家自然科学基金青年科学基金项目（31601528）；现代农业产业技术体系建设专项（CRAS-37）；山东省牛产业创新团队加工与质量控制岗位项目（SDAIT-09-09）；山东省自然科学基金青年项目（ZR2015CQ013）
第一作者简介：吴爽（1993—），女，硕士研究生，研究方向为肉品科学。E-mail：627711860@qq.com
*通信作者简介：张一敏（1985—），女，讲师，博士，研究方向为肉品科学。E-mail：ymzhang@sdau.edu.cn
A Review of the Effect of Mitochondria on Meat Color and Color Stability
WU Shuang1,2, LUO Xin1,2, MAO Yanwei1, ZHU Lixian1, YANG Xiaoyin1, HAN Guangxing3, ZHANG Yimin1,2,*
(1. College of Food Science and Engineering, Shandong Agricultural University, Taian 271018, China;2. Jiangsu Collaborative Innovation Center of Meat Production and Processing, Quality and Safety Control, Nanjing 210095, China;3. National Beef Cattle Industrial Technology System, Linyi Station, Linyi 276000, China)
Abstract:Color is the most important factor influencing consumers’ willingness to buy fresh meat. In the past forty years,while many researchers have reviewed the factors influencing meat color and its stability, the effects of mitochondria on meat color and its stability have been rarely mentioned in the literature. Mitochondria are very important for myoglobin redox state, and alter meat color and its stability mainly by affecting oxygen consumption and myoglobin reduction.Therefore, the factors influencing mitochondrial structure and function can also affect meat color. This paper reviews the previous research on the association of mitochondria with meat color and its stability. Especially, we summarize the direct mitochondrial effects on meat color and color stability, as well as the factors influencing meat color via mitochondria.Finally, the underlying mechanisms are elucidated.
Keywords:meat color; myoglobin; mitochondria; lipid oxidation; tricarboxylic acid cycle; metabolic intermediates
DOI:10.7506/spkx1002-6630-201815036
中图分类号：TS251.5
文献标志码：A
文章编号：1002-6630（2018）15-0247-07
引文格式：
吴爽, 罗欣, 毛衍伟, 等. 线粒体对肉色及其稳定性影响的研究进展[J]. 食品科学, 2018, 39(15): 247-253. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201815036. http://www.spkx.net.cn
WU Shuang, LUO Xin, MAO Yanwei, et al. A review of the effect of mitochondria on meat color and color stability[J]. Food Science,2018, 39(15): 247-253. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-201815036. http://www.spkx.net.cn