脂質組學在肉品中的研究進展

呂經秀，韓婷婷，劉 裕，姜 濤，李鵬鵬,，王道營,

（1.江蘇省農業科學院農產品加工研究所，江蘇 南京 210014；2.江蘇大學食品與生物工程學院，江蘇 鎮江 212013；3.渤海大學食品科學與工程學院，生鮮農產品貯藏加工及安全控制技術國家地方聯合工程研究中心，遼寧 錦州 121013）

脂質是重要生物大分子之一，也是十分重要的營養成分，在哺乳動物生物的細胞功能中起著多重作用。脂質的改變對于機體的各系統有著較大的影響，同時脂質也是影響代謝的主要成分之一，具有較強的功能特異性[1]。 脂質組學作為組學技術的一個分支，為龐大的脂質分子家族探索帶來了更完善的分析方法與途徑，也為生命科學領域和食品科學領域中脂質分子的作用與功能探索帶來了更加寬廣的思路[2]。脂質組學主要是通過利用質譜（mass spectrometry，MS）的優勢，將其高靈敏度和準確性與對所有脂質類別的廣泛選擇性測定相結合。基于MS的脂質組學已被用于解決復雜食品基質中高豐度和低豐度脂質的定性和定量方面的難題[3]。

脂類氧化是肉品變質的主要原因之一，適當氧化有利于提高肉制品的風味，但是過度氧化會導致肉品的風味變差，產生哈喇味，并降低食品的營養價值，某些氧化產物可能具有毒性，所以研究和控制脂類氧化對保證肉品品質有重要意義[4]。隨著科學技術的進步及生活水平的提高，食品的功能不再僅僅滿足生存的需要。食品科學及其相關的營養健康問題越來越受到爭議。脂質作為復雜的代謝物，對人類健康有著關鍵的影響[5]。隨著各種慢性疾病研究方法的發展，食物被認為是與疾病有關的主要因素之一，例如炎癥、心血管疾病[6]、阿爾茨海默病、肥胖癥[7]等。因此，食品分析的目標已從確保食品安全擴大到減少不良飲食對健康和經濟的不利影響。然而，食品脂質組學中存在許多挑戰，如食品基質的復雜性、個體差異、環境因素以及多維和分散的數據[8]。同時，隨著脂質文庫、軟件、平臺的發展，以及計算機科學和生物信息學技術的發展，食品脂質組學的研究不斷擴大。基于MS的分析是食品分析中發展最快、使用最廣泛的方法之一[9]。

1 脂質對肉品品質的影響

脂質是脂肪和類脂的總稱，是一類不溶于水而易溶于有機溶劑、可以為機體所利用的重要化合物。脂質是至關重要的生物小分子，通過充當細胞膜、細胞屏障、信號轉導、能量源和信號通路中間體的成分，在各種生理病理事件中不可忽視。越來越多的研究表明，脂質代謝失衡與許多疾病有關，如肥胖、高血壓、代謝綜合征、糖尿病、心血管疾病、帕金森和癌癥。同時脂肪是肉品中不可或缺的營養成分，脂肪酸的組成是衡量肉品營養價值的重要指標，所以對脂肪及其脂肪酸進行檢測分析意義重大。

1.1 脂質的分類

脂質被細分為8 類：甘油酯（glycerolipid，GL）、 甘油磷脂（glyceryl phospholipid，GP）、糖脂（saccharolipids，SL）、鞘脂（sphingolipid，SP）、脂肪酸（fatty acids，FA）、甾醇脂（sterol lipids，ST）、聚酮化合物（polyketides，PK）和異戊烯醇（prenol，PR）[10-11]。 GL主要包括所有含甘油的脂質，是膜的組成成分，也是重要的代謝燃料和信號分子。GP是指磷酸鹽（或膦酸鹽）基團酯化后的甘油脂質，是細胞脂質雙層的關鍵成分[12]。SL是指脂肪酸直接與糖主鏈連接的化合物，進而形成與膜雙層相容的結構。在SL中，糖替代甘油脂和甘油磷脂中存在的甘油主鏈，糖脂可以作為聚糖或磷酸化衍生物出現。SP是由磷脂、鞘糖脂和其他物質組合形成的。FA結構代表了復雜脂質的主要脂質構建塊，是生物脂質的最基本類別之一。脂肪酸按其飽和度可以分為三大類：飽和脂肪酸（saturated fatty acid，SFA）、單不飽和脂肪酸（monounsaturated fatty acid，MUFA）和多不飽和脂肪酸（polyunsaturated fatty acid，PUFA）。PK是由PK生物合成途徑合成PK的總稱。PR是合成哺乳動物多萜醇及其衍生物的中間體，它們主要通過甲羥戊酸途徑產生[13]。ST和PR通過二甲基烯丙基焦磷酸鹽/異戊烯基焦磷酸鹽的聚合共享一個共同生物合成途徑，但其最終結構和功能存在明顯差異。

1.2 不同脂質對肉品質的影響

肉品中脂肪含量和脂肪酸種類及其組成直接影響肉品的質量和風味。脂類化合物在酶作用或加熱條件下發生水解，釋放出游離脂肪酸，游離脂肪酸增多會加速脂肪氧化酸敗[14]。崔偉等[15]通過對低溫加熱過程中牛肉揮發性風味物質進行研究發現，中心溫度為65 ℃的牛肉中游離脂肪酸含量顯著高于其他溫度組，且醛類物質在牛肉中心溫度為65～75 ℃時大量出現，牛肉的風味品質更好。甘油三酯（triacylglycerol，TAG）是一類中性脂質，其作為能量儲存庫，對細胞生長、代謝和功能很重要，是最豐富的脂質。一些研究[16-17]表明，TAG和磷脂是肉類脂質氧化的主要貢獻者，這主要是由于脂質氧化同脂質的不飽和度之間具有直接聯系。一般認為脂質過氧化是導致肉品質下降的主要原因，主要造成顏色和營養價值的改變以及可能產生有毒有害物質，通過調節脂質能夠有效提高肉制品的品質。肉類及其制品的風味與磷脂的組成有關，磷脂酰膽堿和磷脂酰乙醇胺是磷脂的重要組成部分，Wang Daoying等[18]采用氣相色譜（gas chromatography，GC）和高效液相色譜法對鴨肉中的游離脂肪酸和磷脂進行鑒定和定量分析，結果發現，鴨肉加工過程中磷脂分子種類發生較大的改變，這也是形成鴨肉產品風味的主要因素之一。SP對成骨細胞、破骨細胞以及骨穩態-成骨細胞和破骨細胞串擾的關鍵相互作用具有多方面的影響。SP及其代謝物在能量代謝之外還具有多種細胞功能[19]。甾醇是由不同合成途徑產生的重要脂質，在所有生物體的各種生理過程中具有許多基本功能，包括細胞膜構成、細胞信號傳導、維持能量和新陳代謝穩態[20-21]。脂肪酸組成是影響雞肉品質的一個重要因素。PUFA的含量較低會減少肉脂質氧化反應的發生[22]，Enser等[23]指出，當脂肪酸分布在GP而不是TAG中時，它們具有更好的利用率和氧化穩定性。脂質分類及作用具體如表1所示。

表1 脂質分類及作用Table 1 Classification and function of lipids

2 脂質組學

脂質組學涉及到對單個細胞脂類的精確識別和全面研究，包括每種脂類中單個脂質分子的類型和數量，以及它們與鄰近脂類和蛋白質的立體電子相互作用。脂質組學主要分為靶向脂質組學和非靶向脂質組學。通過借助高分辨質譜（high-resolution mass spectrometry，HRMS）對脂質結構和組成進行準確分析。

2.1 脂質組學中的機理

脂質組學是對特定時間生物系統中所有脂質的廣泛研究，可以同時對脂質亞類進行定性和定量分析[24]。脂類化合物種類繁多，生物樣品基質復雜，故脂質組學分析需要借助先進的分離技術和檢測手段。脂質組學的分析方法主要包括樣品處理、輪廓分析、目標分析、成像分析和數據處理[25]。許多現代技術（包括MS、核磁共振波譜、熒光光譜、柱色譜和微流體裝置）已被用于脂質組學中，以鑒定、量化和了解生物系統中脂質的結構和功能[26]。靶向脂質組學側重于準確定量通常參與一個或多個脂質途徑的特定脂質亞類，靶向脂質組學中測定的脂質通常是那些通過非靶向脂質組學分析預先篩選或預定義為關鍵靶向分子或潛在生物標志物的脂質。非靶向脂質組學也稱為全局脂質組學，旨在對生物基質中的脂質組進行全面分析。HRMS由于其強大的分辨率和準確性而有利于脂質結構組成的闡明，是非靶向脂質組學分析的首選。基于液相色譜-MS（liquid chromatography-MS，LC-MS）的非靶向分析已被廣泛用于小分子分析，隨著MS技術的最新進展，通過LC-MS能夠獲得MS光譜，且數據具有較高的準確性[27-28]。非靶向脂質組學中最受歡迎的平臺主要包括直接進樣HRMS和LC-HRMS，具體取決于在HRMS檢測之前是否需要分離技術。

MS方法的多項最新進展極大擴展了脂質組學的分析能力，以促進單個脂質的準確定量，從而為脂質代謝途徑、代謝通量和系統集成提供新的見解。軟電離技術，如電噴霧電離[29]和基質輔助激光解吸電離的發展，大大加快了現代脂質組學的進步。Hu等[30]通過超高效液相色譜-HRMS（ultra high-performance liquid chromatography coupled to HRMS，UPLC-HRMS）對金槍魚的脂質譜進行表征，通過正、負離子模式鑒定了300多種脂質分子，并發現磷脂在金槍魚脂質中的占比較大。

2.2 脂質組學和代謝組學

代謝組學是一個快速發展的領域，提供細胞、組織或生物流體中代謝物的定性和定量分析方法。脂質代謝組學的定義為研究生物體內所有脂質分子的特性及脂質分子在基因調控和蛋白質表達過程中作用的學科[31]。目前，脂質組學主要研究內容包括脂質功能與代謝調控、脂質及其代謝物分析鑒定、脂質代謝途徑及代謝網絡三方面[32]。脂質代謝組學數據庫的建立和完善較快，同時能很好建立與其他組學之間的聯系；脂質代謝組學建立的分析技術平臺還可用于代謝組學其他研究，從而推動代謝組學的發展。據估計，不同脂質代謝物的總數從數千到數百萬個不等，這些脂質代謝物在細胞環境改變期間含量和組成各不相同。代謝組學使科學家能夠發現和表征食品加工產生的化學修飾，這可能顯著改變食品的脂質含量和健康特性。Peng Bo等[33]采用基于GC-MS的代謝組學方法研究羅非魚污染愛德華氏菌前后的代謝差異，確定了關鍵標志物。Chen Shanqiao等[34]通過基于GC-MS的代謝組學對扇貝中的糖原、乳酸和蛋白質等成分進行研究，觀察到能量代謝模式的轉換和脂肪酸的消耗，從生物角度對細胞的滲透調節能力和氧化損傷的關鍵代謝物變化進行說明。代謝物構成大分子（如DNA、蛋白質和寡糖）和細胞膜（如脂質雙分子層）的構建塊。因此，各種代謝物的生物利用度和相對組成直接決定了這些大分子的物理化學性質。

肌內脂肪（intramuscular fat，IMF）是影響肉質的重要因素，可以通過遺傳選擇得到適當增加。Liu Lu等[35]通過不同IMF含量的雞研究IMF差異沉積背后的機制，對60 只雞進行基因分型，結果發現，胸大肌中IMF增加的遺傳選擇可以增強脂肪酸的合成、運輸和酯化，并減少TAG水解；過氧化物酶體增殖子激活受體信號通路、甘油酯代謝和脂肪酸降解途徑可能導致了這些譜系之間IMF沉積的差異。

2.3 脂質組學分析技術

MS結合高效的分離技術，能快速、靈敏檢測不同生物樣品中存在的大量單個脂質。GC-MS和LC-MS是脂質組學中使用的主要檢測方法。GC通常用于分離揮發性和具有熱穩定性的化合物，主要與化學電離和電子電離MS相結合，提高其分離效率，增強再現性，使其相對經濟。為了分析非揮發性脂質，有必要衍生樣品，這很耗時，并且需要大量的樣品。這些因素很容易引起樣品的變化和/或導致引入新的干擾化合物[36]。

與傳統的電離技術（如電子電離或化學電離）不同，新開發的軟電離技術（如電噴霧離子源、基質輔助激光解吸電離）在適當的實驗條件下產生最小或非常有限的源內碎片[37]。因此，用具有這種軟離子源的質譜儀鑒定和表征脂質在很大程度上取決于串聯MS分析。現代MS儀將不同的質量分析儀進行組合，這些儀器極大促進了脂質組學分析[26]。脂質組學分析方法面臨的關鍵要素是脂質覆蓋率、靈敏度、鑒定和定量。

3 脂質組學在肉品中的應用

脂質在結構和功能上是多樣化的分子，涵蓋廣泛的極性范圍，從非極性（如甘油脂）到極性（如甘油磷脂），部分食品中的脂質含量較高，通過對脂質進行分析能夠較好說明食品的優劣。基于LC-MS的脂質組學方法具有靈敏度高、定量準確等優點，已應用于肉類中復雜的脂質分析，以研究脂質組成和營養價值。通過脂質組學能夠對肉品中的脂質進行全面分析，確定不同處理條件和肉品中的脂質差異，進而明確潛在脂質標志物，提高肉品的風味和品質[38]。

3.1 脂質組學在肉品風味形成中的應用

脂質是肉品主要的風味前體物質，對于肉品的風味有直接影響[39]。脂質在水解和氧化過程中所生成的揮發性風味物質是重要的香味化合物，同時這些化合物對于香味的形成有較大影響。其中TAG對于風味的影響程度較小，但是磷脂對于風味的影響較大[40]。當前對于脂質熱降解過程中所形成的風味物質依舊存在爭議，特征性風味物質并沒有得到明確。使用脂質組學不僅能夠實現特定細胞類型中所有脂質的完整表征，而且能夠全面了解所有脂質對生物系統在細胞信號傳導、膜結構、轉錄和翻譯調節及細胞-蛋白質相互作用方面的影響。 Li Jing等[41]以北京黑豬和萊蕪黑豬為研究對象，通過非靶向脂質組學和揮發性風味物質分析對脂質和揮發性風味物質進行全面表征和比較，結果發現，通過比較潛在脂質標志物能夠明顯區分2 種豬肉之間的差異，這一研究也為鑒定中國黑豬肉提供了重要依據。Mi Si等[42]采用LC-MS/MS和多變量統計對藏族、吉林和三門峽豬肉中脂質進行鑒別，進而對這3 種豬肉進行了較好地區分。Zhang Zhiwang等[43]通過采用脂質組學和代謝組學方法對陸川豬和杜洛克豬肉中的脂質成分進行對比，結果發現，與杜洛克豬相比，陸川豬肉中與風味相關的TAG和甘油二酯含量更高。IMF含量與羊肉風味有關，并且在同一品種的個體之間差異很大。Li Jing等[44]對高IMF和低IMF含量胡羔羊肉進行脂質組和揮發性風味物質分析，結果表明，高IMF含量組的TAG和甘油二酯含量顯著高于低IMF含量組。Li Jing等[45]使用脂質組學和代謝組學研究綿羊腰肌肉中風味前體，確認共有614 個脂質分子，并根據主成分分析研究不同處理組之間的脂質差異，結果表明，不同處理組肌肉中的脂質、親水代謝物和揮發性化合物差異顯著，通過該研究發現有益于提高羔羊肉品質的潛在脂質。γ-六內酯是牛肉香氣的指標，Ueda等[46]測定牛脂中γ-六內酯的前體，并確定了γ-六內酯產生的潛在機制。 Luísa等[47]研究γ-六內酯的形成與牛肉中亞油酸含量的相關性，并通過LC-三重四極桿MS分析亞油酸衍生的10 種氧化脂肪酸，并在牛脂中檢測到2 種羥基十八碳二烯酸（9S-HODE和13S-HODE），在皮下脂肪、IMF和肌肉組織中觀察到花生四烯酸15-脂氧合酶和環氧合酶蛋白表達水平的顯著差異，研究結果表明，亞油酸和來自牛肉肌肉和IMF的脂質氧化酶的表達組合產生羥基脂肪酸，從而產生香味。

3.2 脂質組學在肉品品質形成中的應用

IMF是影響肉質的重要因素。Li Mengmeng等[48]采用脂質組學方法研究德州驢不同部位肉的脂質特征。結果表明，IMF在背長肌中比臀部肌肉和腿筋肌中更豐富，主要由富含SFA和MUFA的TAG組成。Lü Shuang等[49]主要對草魚骨、黑鯉骨、蝦殼、蟹殼中提取的脂質進行全面脂質組學分析，高效液相色譜分析顯示，從蝦殼和蟹殼中提取的脂質分別含有60.65%和77.25%的甘油二酯，PUFA高度富集，同時該研究表明，脂質中均鑒定出乙酰左旋肉堿、鞘磷脂和磷脂等多種脂質，但磷脂和鞘磷脂最豐富。電離輻射處理食品是一種保護技術，旨在保持食品的衛生質量并延長其保質期。Chiesa等[50]基于非靶向 LC-HRMS脂質組學策略，對輻照雞肉、火雞肉和混合碎肉（雞肉、火雞肉和豬肉）的脂質分布變化進行研究，以評估是否存在與脂質組改變有關的食品安全問題，結果發現，輻照會改變肉品中的脂質組，其中混合碎肉中的脂質組變化最為明顯，在輻照火雞肉中鑒定出特征性磷脂，說明輻照前后脂質組分發生明顯改變。

3.3 脂質組學在肉品加工中的應用

不同加工方式對肉品質量的影響差異較大，通過脂質組學能夠對不同加工方式的肉品進行全面分析，說明肉品中脂質的損失和變化情況。首先，熱處理對肉制品中的脂質組成影響較大，Jia Wei等[51]研究煮沸、蒸煮和烘烤加工方法對灘羊肉脂質的影響，采用經過驗證的UPLC-HRMS脂質篩選方法，結合鞘脂代謝和脂質組學的相關研究表明，煮沸后肉制品磷脂損失較大，更加適用于動脈粥樣硬化患者。Sun Rui等[52]采用高效液相色譜與脂質組學相結合的方式對羅非魚肉蒸煮過程中的脂質譜遷移情況進行分析，對不同蒸煮時間的羅非魚肉進行對比研究，結果表明，在加熱過程中羅非魚肉的脂質譜會發生改變。Shi Cuiping等[53]研究蒸、煮和燒烤對羅非魚片脂質的影響，結果表明，3 種類型的熱處理方法具有不同的效果。Zhao Bing等[54]分析鹽含量對水煮鴨加工過程中脂質組分的影響，結果發現，不同鹽含量會直接影響加工過程中磷脂分子組成，并會在一定程度上促進脂質的降解。Guo Xin等[55]使用基于 UPLC-MS/MS的脂質代謝組學方法鑒定干腌羊肉火腿主要脂質代謝物的變化及所涉及的主要途徑，甘油磷脂代謝和鞘脂代謝是干腌羊肉火腿加工的關鍵代謝途徑，研究結果為干腌羊肉火腿的質量控制和產品改進提供了依據。Wang Shengnan等[56]通過生物信息學分析方法鑒定蝦中12 種代謝途徑中富集的531 個個體脂質變量，結果表明，3 種低貯藏溫度（4、-2、-18 ℃）對蝦脂質的影響不同，磷脂酰膽堿、磷脂酰乙醇胺、甘油二酯和TAG可能成為蝦脂質氧化研究的重點。目前基于MS的脂質組學在食品領域的應用范圍較廣，脂質組學可用于在分子水平上研究食品中脂質成分的結構、類型和性質之間的關系，以及脂質變化對食品加工、貯藏和運輸過程中質量的影響，從而為探索更安全、更有效的食品質量控制體系提供參考。

3.4 脂質組學在肉品安全性評價中的應用

基于MS的高通量、靈敏和可靠的脂質組學是表征和定量樣品中單個脂質的強大工具，并且已成功應用于食品科學和技術領域的脂質組成表征、摻假和可追溯性分析[57-58]。Chiesa等[50]基于非靶向LC-HRMS脂質組學策略，對輻照雞肉、火雞肉和混合碎肉（雞肉、火雞肉和豬肉）的脂質分布變化進行研究，以評估是否存在與脂質組改變有關的食品安全問題，結果發現，在輻照火雞肉中鑒定出氧化的甘油磷酸乙醇胺和氧化的甘油磷酸絲氨酸，3 種肉中均發現了特征性甘油二酯譜。海洋脂質，特別是n-3 PUFA、二十碳五烯酸和二十二碳六烯酸，在很大程度上與預防飲食引起的疾病有關。

4 結 語

在不同的肉制品中，脂質的含量和種類差異明顯，脂質的潛在標志物已經逐漸成為分析肉品質量和種類的方法之一，脂質組學和液相色譜-質譜聯用能夠很好地說明肉品中的脂質變化，在當前的研究中應用十分廣泛，但是依舊有許多肉品和食品中的脂質變化沒有得到明確的分析，脂質組學具有較大的發展空間。本文主要將脂質組學對肉品風味、品質、安全的影響相關研究進行整合，突出當前脂質組學在肉品研究中的重要性。