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Food Chem. | 内蒙古农业大学靳烨教授:广泛靶向代谢组学分析蒙古羊宰后冷藏成熟过程中代谢物的动态变化

来源: 聚展网 2023-12-04 23:37:01 569 分类: 肉类加工资讯

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肉和肉制品是人类饮食中蛋白质的重要来源。全球范围对肉类的需求不断增长,未来中国将成为世界上最大的蛋白质市场。与此同时,中国是反刍动物产品最重要的新消费市场,其消费增长迅速。羊肉在中国越来越受欢迎,已经成为居民饮食的重要组成部分。消费者认为,风味、嫩度和典型香气是影响羊肉食用品质的主要因素。此外,消费者对食品的需求正在转向安全、营养和高品质的产品。

宰后成熟一直被认为是一个增值过程,并已被全球肉类行业广泛采用。事实上,研究已经证实,成熟的持续时间对包括蛋白水解酶和细胞凋亡在内的各种生化反应和生理途径有显著影响,从而影响肉的嫩度。此外,风味相关化合物(如核苷酸化合物)、与美拉德反应相关的物质(如葡萄糖)和肉类特征风味(如与含硫氨基酸相关的风味)在成熟过程中显著增加。值得注意的是,虽然过长的成熟时间会对肉的香气或风味产生负面影响,但事实证明,羊肉的宰后早期和成熟的前4 d对肌肉的物理和生化反应至关重要。全面了解宰后早期成熟系统将有助于确定最大化成熟对最终肉品质和风味特性影响的具体条件。

近年来,代谢组学被广泛应用于肌肉代谢和肉质研究中,以全面分析羊肉代谢产物的组成。基于非靶向代谢组学方法,对来自不同地区的羔羊进行快速辨认和评估。同样,使用代谢组学分析肉类渗出物的代谢谱,作为潜在生物标志物的来源,以预测最佳成熟时间。基于非靶向代谢组学和靶向代谢组学发现,人工牧场放牧可能是提高羊肉品质的可行途径。然而,非靶向代谢物的检测存在定性和定量准确性差、灵敏度低等问题,导致假阳性信号;另一方面,基于目标代谢物的靶向检测覆盖面有限。与这2 种技术不同,广泛靶向代谢组学综合了它们的优点。因此,该新技术更适合于蒙古羊宰后冷藏成熟过程中代谢物的综合检测。

内蒙古农业大学食品科学与工程学院的Zhang min(第一作者)、靳烨教授(通信作者)等探讨蒙古羊宰后早期冷藏成熟过程中代谢物的动态变化及其代谢途径。为此,采用超高效液相色谱-串联质谱结合广泛靶向代谢组学技术,广泛检测早期成熟各阶段样品中的代谢物,为成熟过程中对代谢物和代谢途径的影响提供支持。

对不同宰后成熟时间(024487296、120 h)的样品进行代谢组学分析,共鉴定出1093 种代谢物,其中氨基酸及其代谢物397 种(36.32%),有机酸及其衍生物132 种(12.08%),脂肪酸(fatty acidFA122 种(11.16%),核苷酸及其代谢物103 种(9.42%),甘油磷脂(glyceryl phosphatideGP74 种(6.77%),杂环化合物57 种(5.22%),碳水化合物及其代谢物53 种(4.85%),醇类和胺类51 种(4.67%),苯及其取代衍生物50 种(4.57%),辅酶和维生素14 种(1.28%),胆汁酸13 种(1.19%)。12 种(1.1%)激素及其相关化合物,6 种(0.55%)鞘脂(sphingolipidSL),5 种(0.46%)其他3 种(0.27%)色胺、胆碱、色素,1 种(0.09%)醛、酮、酯(图1A)。从Venn图(图1B)可以看出,蒙古羊在不同成熟阶段有共同的代谢物和一些独特的代谢物。更重要的是,代谢物数量随逐渐成熟而增加。所有代谢物的分类热图,如图1C所示。结果表明,在成熟过程中,除少量FA和少数代谢物下降外,整体代谢产物呈上升趋势或先上升后下降趋势。

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A. 代谢物类别比例环状图;B. 成熟各阶段代谢物的Venn图;C. 冷藏成熟过程中代谢物水平的热图。

蒙古羊宰后冷冻成熟过程中代谢产物的鉴定

如图2A所示,屠宰后的成熟时间间隔明显,成熟时间间隔越长,差异越大。如图2B所示,预测参数(R2Y0.975P0.005),预测优度(Q20.935P0.005),表明研究采用的正交偏最小二乘判别分析(orthogonal partial least squares discriminant analysis,OPLS-DA)评价模型较好。

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A. 不同成熟时间OPLS-DA评分图;B. OPLS-DA模型验证表明该模型具有优异的预测能力。

OPLS-DA模型的建立与验证

根据VIP≥1FDR0.05原则,筛选467 种代谢物。这些差异代谢物来自14 类物质,其中氨基酸及其代谢物(n221)所占比例最大,其次是FAn72)、GP n47)、核苷酸及其代谢物(n33)、有机酸及其衍生物(n23)、杂环化合物(n19)、碳水化合物及其代谢物(n16)、苯和取代衍生物(n13)、醇类和胺类(n11)。激素和激素相关化合物(n3)、辅酶和维生素(n3)、胆汁酸(n3)、其他(n2)以及色胺、胆碱、色素(n1)所占比例最小(图3A)。各成熟时间变化显著的代谢物数量如图3B所示,代谢物数量为72 h96 h48 h120 h24 h0 h,特别是氨基酸及其代谢物是在冷藏过程中发生变化的代谢物的主要类别。

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A. 差异代谢物分类饼状图;B. 成熟时间差异代谢物数量和分类的条形图。

蒙古羊在冷藏成熟过程中的代谢物差异分析

467 种差异代谢物应用K-means聚类算法,根据其积累模式将其分为8 类(图4)。0 h样本属于鲜肉,其代谢物组成与活体动物相似。连续的冷藏成熟时间不断导致肉类代谢物组成的变化。结果表明,除2 亚类(含60 种差异代谢产物)随时间减少外,其余407 种差异代谢产物在成熟过程中呈不同程度增加。

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差异代谢物分布的K-means聚类及每个聚类中包含的不同代谢物的分类和数量

467 种差异代谢物(图5)进行了KEGG富集分析,共涉及157 条途径,属于5 个模块:生物体系统(63 条途径)、代谢(70 条途径)、遗传信息处理(2 条途径)、环境信息处理(17 条途径)和细胞过程(5 条途径)。然后进行KEGG富集分析,前20 条通路如图5B所示。花生四烯酸代谢、血清素能突触、亚油酸代谢、不饱和脂肪酸生物合成、氨基酰基-tRNA生物合成、磷脂酶D信号通路、矿物质吸收、核苷酸代谢、碳代谢、蛋白质消化和吸收、硫胺素代谢等途径被认为是研究宰后冷冻成熟过程中代谢物进化机制的潜在靶点。此外,提出了包含KEGG富集分析和注释代谢物的前20 个途径的网络图,可视化宰后冷冻成熟过程中代谢物的转化(图6A)和注释代谢物动态变化的热图(图6B)。

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A. 差异代谢物的KEGG通路注释;B. 差异代谢物的前20 个KEGG富集途径。
图5  差异代谢物的KEGG通路分析

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A. 前20 个KEGG富集途径的网络图和注释的差异代谢物;B. 前20 个KEGG富集途径的差异代谢物热图。
图6  蒙古羊成熟过程中不同代谢物的进化轨迹
通过广泛靶向代谢组学分析来探索蒙古羊宰后冷藏成熟过程中代谢物的进化。代谢谱显示,共鉴定出16 1093 种代谢物,其中氨基酸及其代谢物所占比例最大。然后,在成熟过程中筛选出467 种不同的代谢物,涵盖14 个类别。除60 种代谢物在成熟过程中显著下降外,其余407 种代谢物随成熟时间增加,基本在成熟后期(7296120 h)达到最大值,其中对氨基酸及其代谢物的影响最大,其次是脂质物质(FAGP)和核苷酸及其代谢物。原因是水解的增加,肌肉蛋白、脂质和大分子被各种水解酶分解,导致下游化合物的释放,特别是短肽、氨基酸和游离脂肪酸。蛋白质代谢(蛋白质消化与吸收、氨基酰基-tRNA生物合成)、脂质代谢(花生四烯酸代谢、亚油酸代谢、不饱和脂肪酸生物合成、磷脂酶D信号通路、GnRH信号通路)、核苷酸代谢和碳代谢是成熟过程中代谢物标志物的主要转化途径。为全面了解蒙古羊早期成熟过程中代谢物的进化和代谢途径提供新的理论基础,并将为提高羊肉品质和制定创新的宰后处理策略创造机会。

文章Widely targeted metabolomic analysis reveals the dynamic changes of metabolites during postmortem chilled aging in Mongolian sheep发表于Food Chemistry 2024431卷
内蒙古农业大学食品科学与工程学院的靳烨教授为本文通信作者
文章链接:https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2023.137035

翻译:李婉君、阎一鸣

责编:刘莉

专家介绍

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靳烨,教授,内蒙古农业大学食品科学与工程学院,生鲜牛羊肉加工技术集成科研基地实验室主任,“畜产品加工”内蒙古工程技术中心和中央和地方高校共建优势专业实验室主任;内蒙古草原英才“草原牛羊肉加工关键技术研究与示范”产业创新团队、内蒙古农业大学“肉品科学与技术”创新团队和内蒙古直属高校“牛羊肉品质研究与加工技术开发”创新团队首席科学家。教育经历:1996—1999年,中国农业大学食品科学工学,博士;1986—1989年,内蒙古农业大学动物营养,硕士。工作经历:2016年至今,内蒙古农业大学,教授;2001—2015年,食品科学与工程学院,内蒙古农业大学,院长;1989—2000年,内蒙古农业大学,讲师,副教授。获奖情况:2019年,内蒙古突出贡献专家;2018年,内蒙古优秀科技工作者;2017年,内蒙古自治区科技进步二等奖;2015年,农业部科技进步一等奖。科研成果:主持完成了国家自然科学基金、国家重点研发项目、国家科技支撑项目和内蒙古重大科技专项等50余项科研工作。发表学术论文428 篇(SCI、EI收录132 篇),编写教材和专著12 部,申请国家发明专利26 项。

专辑约稿


“肉品质量安全与检测技术”|专辑主编张岩研究员

“肉品品质变化及其机制机理研究”|专辑主编臧明伍教授高级工程师

“肉类微生物多样性与肉制品风味分析”|专辑主编徐宝才教授

“肉品及其副产物加工及高值化利用”|专辑主编王道营研究员


新刊启动  Food Science of Animal Products《动物源食品科学》(英文),欢迎投稿


Food Science of Animal Products(ISSN:  2958-4124, e-ISSN :  2958-3780)是一本国际同行评议、开放获取的期刊,由北京食品科学研究院、中国肉类食品综合研究中心主办,中国食品杂志社《食品科学》编辑团队运营,属于食品科学与技术学科,旨在报道动物源食品领域最新研究成果,涉及肉、水产、乳、蛋、动物内脏、食用昆虫等原料,研究内容包括食物原料品质、加工特性,营养成分、活性物质与人类健康的关系,产品风味及感官特性,加工或烹饪中有害物质的控制,产品保鲜、贮藏与包装,微生物及发酵,非法药物残留及食品安全检测,真实性鉴别,细胞培育肉,法规标准等。


投稿网址:

https://www.sciopen.com/journal/2958-4124


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