基于外源性氨基酸稳定血红蛋白的机制研究

Blood can not be directly applied in the manufacture of meat product because of the instability of its color. Therefore, it is necessary to develop a simple and effective method to stabilize blood color. Our primary results have showed that: the amino acids which have the different α-substituent electronic properties have the different capacity of preventing porcine hemoglobin from oxidation and delaying porcine blood discolor during freeze-drying and powder storage; and no coordinate reaction of the examined amino acid and hemoglobin is observed during this process. Based on these results, the research project plans to investigate the following contents: (a) the effect of the amino acids having the different α-substituent electronic properties on preventing porcine hemoglobin from oxidation and ehancing hemoglobin color stability during drying and storage process, to reveal further the structure-activity relationship between the electronic properties of amino acid α-substituent and the function of amino acid in the prevention of hemoglobin oxidation and enhancing hemoglobin color stability; (b) the chemical structure of the amino acid treated-hemoglobin by a liquid chromatography-mass spectrometry analysis combined with proton magnetic resonance spectroscopy, infrared spectroscopy and electron paramagnetic resonance spectra, to determine the newly generated bond; and (c) the changes in the energy crystal field, endothermic temperature and enthalpy of hemoglobin resulting from a coordination of amino acid and heme ferrous; the changes in hemoglobin conformation caused by the reaction of amino acids and an active group locating in the side chain; and/or the reduction of electrode potential, oxidation and the denatured capacities of free metallic ions in the blood rising from a coordination of amino acid and these metallic ions, to disclose the mechanism of amino acids stabilizatiing hemoglobin. This research provides a theoretical foundation for comprehensive utilization of livestock and poultry blood.

血液色泽不稳定性制约其在食品加工中的应用，需构建一种稳定血液色泽的简易方法。申请者前期研究表明：在血液干燥贮藏过程中，氨基酸由于α位取代基电子效应不同，对延缓血红蛋白氧化和提高血液色泽稳定性的效果亦不同；并在实验过程中未观察到氨基酸与血红蛋白配位现象。本项目拟在前期研究基础上，研究α位有不同电子效应取代基的氨基酸对干燥贮藏过程血红蛋白氧化与色泽的影响，揭示血红蛋白稳定性对氨基酸α位取代基电子效应的应答规律；运用液相色谱-质谱、红外光谱、核磁共振氢谱和电子顺磁共振等技术对氨基酸与血红蛋白键合产物进行结构解析，确定氨基酸键合靶点；研究氨基酸与血红素亚铁配位对血红蛋白晶体场能、热变性温度与焓的影响，与血红蛋白侧链键合对其构象、热变性温度与焓的影响，或与血液中游离金属离子络合对其氧化电位、催化血红蛋白氧化与变性作用的影响，阐明氨基酸稳定血红蛋白机制。本研究为畜禽血液综合利用奠定理论基础。

1.1. 外源性氨基酸对血红蛋白浓缩物（Hbc）稳定性的影响. 针对畜禽血液不稳定这一问题，我们开展了L-组氨酸(L-His)、L-赖氨酸(L-Lys)和L-精氨酸(L- Arg)等三种外源性氨基酸分别对Hbc的稳定性影响及机制的研究。研究结果显示在贮藏过程中，Hbc中的氧合血红蛋白(HbO2)和脱氧血红蛋白(Hb)含量降低、高铁血红蛋白(MetHb)及游离铁离子含量增加，同时，L*、a*值下降，揭示血红蛋白发生氧化、分解并释放游离铁离子、颜色劣变。铁的处理加速血红蛋白的氧化、分解、颜色劣变，L-His、L-Lys或L- Arg的处理均抑制血红蛋白的氧化、分解并释放游离铁离子、提高色泽稳定性；L-His、L-Lys或L- Arg与血红蛋白释放的游离铁离子络合是其提高Hbc稳定性的重要途径。本研究突破了小分子与血红蛋白内部血红素铁络合、稳定血红蛋白的理论束缚，为多原子分子稳定血红蛋白奠定理论基础。相对于小分子，多原子分子具有种类多、安全性高等优势。. 目前，已发表研究论文3篇(含在线发表)，其中，SCI收录2篇。..1.2. 碳氧血红蛋白（COHb）及新鲜血液浓缩物对肉制品理化性质的影响. 针对亚硝酸钠（NaNO2）安全问题，我们开展了COHb或新鲜畜禽血液部分替代NaNO2对猪肉制品理化性质影响及机制的研究。研究结果表明COHb部分替代NaNO2能够改善猪肉制品色泽、抑制蛋白分解、脂肪氧化与微生物繁殖等，NaNO2使用量降低国标限量标准的1/3～2/3，揭示亚硝基血色原的形成是碳氧血红蛋白改善肉制品色泽的根源。. 目前，已发表EI收录研究论文1篇，申请授权发明专利1项。另有待整理论文1篇。..1.3 外源性氨基酸对猪肉肠品质特性的影响. 针对降低磷酸盐和钠盐的使用量对肉制品保水性、质构等带来的负面影响，我们研究了L-Lys和L-Lys分别对猪肉肠凝胶特性的影响，结果表明上述氨基酸能够提高肉凝胶pH值和保水性、改善质构、微结构与感官品质，对色泽也有一定的影响。. 目前，已发表研究论文3篇，其中，SCI、EI收录各1篇，相关综述论文1篇（中文）。已申请专利1项，已公开。