液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法測定牛排產(chǎn)品中大豆蛋白含量

李瑩瑩，張穎穎，任 南，李石磊，趙文濤，田寒友，王守偉

（中國肉類食品綜合研究中心，北京 100068）

牛排起源于西方國家，是歷史悠久的西式菜肴。近年來我國人民生活水平提高，牛排產(chǎn)品市場快速增長，據(jù)行業(yè)統(tǒng)計，目前規(guī)模以上牛排生產(chǎn)企業(yè)已達(dá)200余家，牛排的產(chǎn)量也快速增長。目前市售的預(yù)包裝牛排以牛肉為主料，同時添加淀粉、大豆蛋白等改善牛肉風(fēng)味。不同工藝的牛排價格差異顯著，等級也不同，目前牛排等級劃分主要依據(jù)蛋白含量。大豆蛋白成本低，加入一定量的大豆蛋白，可以提高蛋白含量，但有些商販雖然加入了大豆蛋白，但在標(biāo)簽上卻未作標(biāo)注或標(biāo)注不實，也屬于一種欺詐行為。目前缺少大豆蛋白定量的準(zhǔn)確方法，在牛排定級上也存在一定的困難，因此，有必要建立適用于牛排產(chǎn)品中大豆蛋白含量測定的方法。

傳統(tǒng)的蛋白分析方法主要為凱式定氮法。在待測對象中，當(dāng)大豆蛋白和其他動物蛋白或者植物蛋白成分混合在一起時，需要對不同蛋白成分進(jìn)行區(qū)分[1]。岳巧云等[2]采用實時聚合酶鏈?zhǔn)揭詰?yīng)（real-time polymerase chain reaction，real-time PCR）法，以大豆內(nèi)源基因為參照基因，按比例混合奶粉和含大豆蛋白的配方營養(yǎng)粉進(jìn)行測定，可以判斷奶粉中是否摻入了豆粉。許任偉[3]設(shè)計了大豆蛋白的特異性引物和探針，構(gòu)建了real-time PCR鑒別牛肉制品摻假大豆方法。但PCR技術(shù)也存在一定問題，如DNA易受復(fù)雜基質(zhì)干擾[4]、加工過程易降解[5]等。以特異的肽段作為生物標(biāo)志物的質(zhì)譜技術(shù)[6-7]在物種定性定量分析展現(xiàn)了強(qiáng)大的技術(shù)優(yōu)越性。該技術(shù)以特征肽段為研究對象，肽段的基礎(chǔ)氨基酸序列在加工過程中比DNA更為穩(wěn)定，使其在深加工制品的處理和定量測定方面具有不可比擬的優(yōu)勢[8-9]。質(zhì)譜多重以應(yīng)監(jiān)測（multiple reaction monitoring，MRM）是針對靶標(biāo)分子的一種質(zhì)譜分析技術(shù)，注重有限目標(biāo)的蛋白質(zhì)定量測定，在蛋白質(zhì)分析檢測應(yīng)用領(lǐng)域極有發(fā)展?jié)摿10]。國外實驗室目前主要針對熟肉制品，包括豬[11]、牛[12]、雞[13]、馬[14]、火雞[15]等不同的動物物種開展研究工作，而植物蛋白相對研究較少。其中，Josephine等[16]對3 種不同的小麥開展了特異性多肽的篩選，并構(gòu)建液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜（liquid chromatography-tandem mass spectrometry，LC-MS/MS）的鑒別方法，可以實現(xiàn)1%添加的鑒別。Alexander等[17]使用Nano LC-MS/MS和十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳對大豆蛋白進(jìn)行篩選，最終選擇大豆球蛋白G4亞基A4作為鑒定的標(biāo)記蛋白。Hoffmann等[18]構(gòu)建高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜區(qū)分肉制品中羽扇豆、豌豆和大豆成分的方法，并利用同位素內(nèi)標(biāo)法測定其多肽和所屬蛋白的含量。該研究領(lǐng)域由于蛋白類型繁多，涉及蛋白家族，各種亞基，以及不同多肽質(zhì)譜響應(yīng)差異顯著，開展定量分析難度比較大[19]，研究較少。目前，采用同位素內(nèi)標(biāo)法對肉制品中過敏蛋白進(jìn)行定量測定[20]，以及非標(biāo)記定量方法定量肉制品中的成分[21]，但鮮見大豆蛋白定量分析相關(guān)研究報告。

本研究采用高靈敏度、高掃描速度的高分辨質(zhì)譜系統(tǒng)鑒定大豆蛋白，通過比較和分析尋找其特異性多肽，通過Unitprot數(shù)據(jù)庫進(jìn)一步篩查確認(rèn)，以及LC-MS/MS系統(tǒng)驗證，篩選大豆蛋白特異性強(qiáng)、穩(wěn)定性好的多肽，并確證可用于定量分析的多肽，擬建立一套用于大豆蛋白定性定量分析的LC-MS/MS方法，以期實現(xiàn)對于牛排產(chǎn)品中大豆蛋白含量的測定。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

牛排 市購；大豆分離蛋白（1#）、豌豆蛋白、玉米蛋白、花生蛋白、小麥蛋白 北京美添前景科技有限公司；大豆分離蛋白（2#、3#）、大豆?jié)饪s蛋白（4#、5#） 山東萬得福實業(yè)集團(tuán)有限公司；生鮮牛肉來自屠宰場。

胰蛋白酶（測序級）、二硫蘇糖醇（生化級）美國Promega公司；碘乙酰胺、三氟乙酸（均為生化級） 美國Sigma公司；甲酸、乙酸、乙腈（均為色譜純） 德國CNW科技公司；HLB固相萃取柱（60 mg，3 mL） 美國Waters公司；尿素、硫脲、鹽酸、碳酸氫銨均為國產(chǎn)分析純。

牛肉-大豆蛋白的混合體系：參照牛排通用的生產(chǎn)工藝[22]，構(gòu)建牛肉-大豆蛋白的混合體系，大豆蛋白含量根據(jù)實驗內(nèi)容適當(dāng)調(diào)整，其他成分按照牛肉（10 g）、水（3.5 g）、淀粉（0.15 g）、三聚磷酸鹽（0.04 g）、鹽（0.2 g）比例混合備用。

1.2 儀器與設(shè)備

Vanquish UPLC-Q Exactive HF-X液相色譜-高分辨質(zhì)譜（配有電噴霧離子源及TraceFinder 4.1數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)以及Proteome Discoverer2.8軟件）、TSQ ultra EMR LC-MS聯(lián)用儀（配有電噴霧離子源、TraceFinder 4.1數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)） 美國Thermo Fisher公司；ZWY-110X30往返式水浴恒溫?fù)u床 上海智誠分析儀器制造有限公司；JXFSTPRP-II液氮冷凍研磨儀 上海凈信發(fā)展有限公司；20PR-520離心機(jī) 日本Hitachi公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品前處理

稱取0.5 g樣品（精確至0.001 g），放置5 mL離心管中，加入2.5 mL緩沖鹽提取液（pH 8.0，0.05 mol/L Tris-HCl、6 mol/L尿素溶液、2 mol/L硫脲溶液），打開液氮，冷凍研磨（60 Hz，45 s）2 次后，15 000 r/min離心15 min。

取100 μL上清液，放置5 mL離心管，加入50 mmol/L二硫蘇糖醇溶液30 μL，56 ℃振蕩以應(yīng)1 h，降至室溫后加入100 mmol/L碘乙酰胺溶液33 μL，暗處以應(yīng)30 min；向上述以應(yīng)體系中加入50 mmol/L NH4HCO3100 μL，然后加入20 μg胰蛋白酶，37 ℃以應(yīng)過夜。放置室溫后，加入0.4%三氟乙酸溶液終止以應(yīng)，準(zhǔn)備上樣。依次用3 mL乙腈、50%乙腈溶液、0.5%乙酸溶液活化HLB固相萃取柱，全部溶液上樣，再依次用3 mL水，0.5%乙酸溶液淋洗，最后用2 mL乙腈-0.5%乙酸（6∶4，V/V）洗脫，過0.22 μm濾膜，待測[23]。

1.3.2 液相色譜-高分辨質(zhì)譜分析

LC條件：Hypersil GOLD C18色譜柱（2.1 mm×100 mm，1.9 μm）；流動相：A為0.1%甲酸-水，B相為0.1%甲酸-乙腈；洗脫程序：0～2 min，5% B；2～10 min，5%～40% B；10～16 min，40%～80% B；16～18 min，80%～5% B；流速0.2 mL/min；柱溫40 ℃；進(jìn)樣量10 μL。

MS條件：噴霧電壓3.4 kV；毛細(xì)管溫度320 ℃；離子源霧化溫度350 ℃；鞘氣壓力40 arb；輔氣壓力15 arb；離子化模式：正模式；掃描模式：Full MS-dd-MS2；全掃描分辨率120 000 FWHM；質(zhì)量掃描范圍m/z 350～1 500；自動增益值為3×106，最大離子注入時間20 ms，二級質(zhì)譜掃描分辨率為15 000 FWHM，topN為20（前20強(qiáng)），自動增益值為1×105，最大離子注入時間為100 ms，碰撞能量為27 V[24]。

數(shù)據(jù)分析：用蛋白質(zhì)組學(xué)處理軟件Proteome Discoverer（PD 2.8）對高分辨質(zhì)譜采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行非標(biāo)記定量分析，檢索數(shù)據(jù)庫為Uniprot對應(yīng)物種的數(shù)據(jù)全庫，搜索流程按圖1進(jìn)行，最多漏切位點設(shè)為2，每個多肽最大平均修飾為3，母離子質(zhì)量偏差為10×10-6，多肽最小長度為6，其他參數(shù)為默認(rèn)值。

圖1 PD軟件分析流程圖Fig. 1 Workflow of PD analysis

1.3.3 LC-MS/MS分析

LC條件：Hypersil GOLD C18色譜柱（2.1 mm×100 mm，1.9 μm）；流動相：A相為0.1%甲酸-水，B相為0.1%甲酸-乙腈；洗脫程序：0～2 min，5% B；2～10 min，5%～40% B；10～16 min，40%～80% B；16～18 min，80%～5% B；流速0.2 mL/min；柱溫40 ℃；進(jìn)樣量10 μL。

MS條件：噴霧電壓3 000 V；離子源霧化溫度350 ℃；離子傳輸管溫度300 ℃；鞘氣壓力45 arb；輔氣壓力15 arb；碰撞氣壓強(qiáng)1.5 mTorr；離子化模式：正模式；采集方式：MRM。

數(shù)據(jù)分析：通過PD軟件找出大豆物種的專屬性多肽鏈，將多肽序列列表導(dǎo)入到skyline軟件，獲得每個多肽鏈的母離子和子離子碎片信息，并將離子信息導(dǎo)入LCMS/MS中，開展MRM掃描，通過對比每組離子對的保留時間、響應(yīng)強(qiáng)度等信息，對特異性離子對進(jìn)行篩查，以確定定性離子信息。

1.3.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作

稱取0.1 g（精確至0.000 1g）大豆分離蛋白（1#）按照1.3.1節(jié)前處理方法，第1步離心后，分別取20、50、100、150、200 μL，質(zhì)量濃度以大豆蛋白質(zhì)量計，對應(yīng)的質(zhì)量分別為0.020 0、0.050 0、0.100、0.150、0.200 g，進(jìn)行后續(xù)的實驗操作，待測溶液進(jìn)LC-MS/MS分析。以大豆蛋白的質(zhì)量作橫坐標(biāo)，篩選的大豆蛋白多肽峰面積作縱坐標(biāo)，計算回歸方程。

1.3.5 檢測結(jié)果計算

待測樣品的稱樣量（g）為m，將待測樣品各個多肽的峰面積代入對應(yīng)大豆蛋白多肽的回歸方程，得到相應(yīng)大豆蛋白的質(zhì)量（g）為mi，待測樣品中大豆蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)X按下式計算：

2 結(jié)果與分析

2.1 前處理的優(yōu)化

2.1.1 提取溶劑的選擇

不同提取溶劑提取出的蛋白種類和數(shù)量不同，需優(yōu)化提取溶劑以最大化地提取蛋白。3 種常見蛋白的提取溶劑分別為0.05 mol/L Tris-HCl緩沖溶液、緩沖溶液2（0.05 mol/L Tris-HCl、6 mol/L尿素溶液）、緩沖溶液3（0.05 mol/L Tris-HCl、6 mol/L尿素溶液、2 mol/L硫脲溶液）?？疾? 種溶劑對大豆蛋白中大豆專屬多肽的提取效果，由圖2可知，緩沖液2、3能夠?qū)⒋蠖沟鞍椎?2 條多肽全部提取出來，而緩沖液1對多肽3、4、6、7、11等提取效率比較低。對比緩沖液2、3可以發(fā)現(xiàn)，緩沖液3提取的多肽響應(yīng)值大部分都高于緩沖液2，因此，Tris-HCl+尿素+硫脲組合的提取溶劑為最佳選擇。

高濃度的尿素能有效地使蛋白質(zhì)變性，尤其破壞非共價鍵結(jié)合的蛋白質(zhì)，可以提高蛋白質(zhì)的可溶性[25]；而加入硫脲，兩者聯(lián)合發(fā)揮協(xié)同作用，更增強(qiáng)了溶解疏水蛋白質(zhì)的能力[26-27]；此外，蛋白質(zhì)變性后，打開多肽鏈成為無規(guī)構(gòu)象，也便于后續(xù)溶劑接近基團(tuán)進(jìn)行以應(yīng)。蛋白提取是在液氮條件下進(jìn)行高速振蕩，既破壞組織細(xì)胞，釋放蛋白，又可盡量減少細(xì)胞內(nèi)的酶解以應(yīng)[28]。

圖2 不同提取溶劑對多肽的提取對比Fig. 2 Comparative analysis of peptide extraction with different extraction solvents

2.1.2 酶解條件

傳統(tǒng)胰蛋白酶解時間一般為12～16 h（過夜），酶解時間過長影響實驗效率，酶解時間不足導(dǎo)致獲得多肽不充分[29]?？紤]到待測樣品中既有動物蛋白也有植物蛋白，蛋白含量較高，酶解后得到的多肽濃度需足夠，同時考慮到酶解后多肽的重復(fù)性對于定量分析很重要，因此有必要考察酶解時間和多肽含量的關(guān)系。分別考察酶解2、4、6、8 h及過夜（16 h）的條件下，目標(biāo)多肽的測定情況，結(jié)果顯示，不同酶解時間均能檢測到目標(biāo)多肽，但各多肽的含量有一定差異。短時間酶解后多肽的重復(fù)性比長時間酶解的重復(fù)性差，過夜酶解的重復(fù)性最好。因此為了確保酶解充分，選擇過夜酶解。

2.2 大豆蛋白定性多肽的篩選

特異多肽的篩選是構(gòu)建質(zhì)譜方法的關(guān)鍵所在，也是構(gòu)建大豆蛋白定性方法的前提。常用的植物蛋白主要包括大豆蛋白（1#～5#）、豌豆蛋白、玉米蛋白、花生蛋白和小麥蛋白，利用高分辨質(zhì)譜準(zhǔn)確的定性鑒別能力，將這些常見的植物蛋白按照1.3.1節(jié)前處理方法進(jìn)行處理，每個樣品平行3 次，按照1.3.2節(jié)檢測條件進(jìn)行上機(jī)分析。將得到的高分辨質(zhì)譜掃描數(shù)據(jù)導(dǎo)入PD2.8軟件，針對Unitprot對應(yīng)物種蛋白搜庫，可尋找到大豆蛋白特有的多肽列表，將多肽信息導(dǎo)入LC-MS/MS進(jìn)行分析，確認(rèn)母離子、子離子信息，構(gòu)建MRM分析方法，并進(jìn)一步開展多肽的驗證。

大豆蛋白含量豐富，數(shù)據(jù)庫資源也比其他植物蛋白信息充分，篩選到的多肽達(dá)3 000多條。通過PD軟件分析，并搜索Unitprot數(shù)據(jù)庫確認(rèn)，發(fā)現(xiàn)大約6%多肽是大豆特異性多肽。將這些多肽序列導(dǎo)入到skyline軟件，可轉(zhuǎn)化成離子對信息，再將離子對信息導(dǎo)入到LC-MS/MS，參照1.3.3節(jié)方法分析。

MRM是針對靶標(biāo)分子的一種質(zhì)譜分析技術(shù)，該技術(shù)采用三重四極桿質(zhì)譜儀，檢測靶標(biāo)分子的母離子和子離子的質(zhì)譜響應(yīng)信號，從而獲取較靈敏和高重復(fù)性的定性和定量信息，具有靈敏、準(zhǔn)確和特異等特點[30]。各個多肽的氨基酸組成不同，序列長度、等電點不同，導(dǎo)致在LC-MS/MS上的保留時間、離子化和質(zhì)譜響應(yīng)等都有明顯差異，因此需要開展適用于LC-MS/MS上特異性多肽的挑選，需要滿足以下條件[31]：每個多肽母離子下子離子不少于3 個；母離子和子離子響應(yīng)較高。按照此條件，共挑選出大豆定性多肽12 個，多肽信息見表1。以挑選出的多肽ESYFVDAQPK為例，相對分子質(zhì)量為1 183.28，帶2 個正電荷，母離子m/z592.3，挑選出4 個子離子，分別為m/z558.3、244.2、657.4、804.4，見圖3A～D。

表1 篩選出的大豆定性多肽列表Table 1 List of peptides selected for qualitative analysis of soybean protein

圖3 ESYFVDAQPK多肽提取離子流圖Fig. 3 Extracted ion current chromatogram of peptide ESYFVDAQPK

2.3 大豆蛋白定量多肽的篩選

肉制品中添加的大豆蛋白越多，大豆蛋白含量越高，意味著大豆多肽含量越高。但考慮到多肽種類繁多，酶解過程復(fù)雜，影響因素較多，并不是所有特異性多肽的含量與蛋白含量呈正相關(guān)，因此需要開展定量多肽的篩選。定量多肽需要具備兩大特征，第1是可以構(gòu)建較好的線性關(guān)系（相關(guān)系數(shù)不應(yīng)低于0.99），第2是能夠滿足方法構(gòu)建需要的回收率。

2.3.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線

目前沒有大豆蛋白定性定量的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，選擇肉制品加工常用的大豆分離蛋白（純度在92%以上）作為標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，稱取0.100 9 g大豆分離蛋白1#按照1.3.4節(jié)方法，以大豆蛋白的質(zhì)量作橫坐標(biāo)，表1篩選的12 條多肽的峰面積作縱坐標(biāo)，分別構(gòu)建相應(yīng)的線性曲線，排除線性關(guān)系系數(shù)小于0.99的多肽，見表2。以大豆多肽LITLAIPVNKPGR為例，以大豆蛋白質(zhì)量計分別為0.020 1、0.050 2、0.101、0.151、0.201 g，峰面積分別為359 551、946 798、1 879 419、2 904 559、3 811 630，其構(gòu)建的線性方程為y=1.906×107x-2.485×104。篩選的8 條多肽主要來源于pyruvate kinase、α-subunit ofβ-conglycinin、glycinin、kunitz trypsin inhibitor、3S albumin、2S albumin大豆的主要蛋白。其中α-subunit ofβ-conglycinin、glycinin、3S albumin、2S albumin蛋白與Alexander等[17]篩選的大豆蛋白的結(jié)果相符。

表2 線性關(guān)系系數(shù)大于0.99的多肽列表Table 2 List of peptides with linearity correlation coefficients greater than 0.99

2.3.2 回收率結(jié)果

參照混合不同含量的大豆蛋白，將混合后的樣品按照前處理方法，選擇表3中的8 條多肽進(jìn)行LC-MS/MS測定，采用標(biāo)準(zhǔn)曲線定量計算加標(biāo)回收率。

表1中的8 個多肽，部分多肽回收率太高，超過140%，有些回收率太低，低于60%，soy1#、soy2#、soy5#多肽計算的回收率為81.7%～115.8%，精密度小于13%，見表3，證明該3 個多肽用作定量具有較高的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性，使用該方法能夠較可靠地測定牛排樣品中大豆蛋白含量。

表3 3 個定量多肽的回收率和精密度Table 3 Recoveries and precision of the three peptides

綜合以上結(jié)果，最終確認(rèn)用于大豆蛋白定量的多肽為GSDLVNVR、VSDDEFNNYK、LVFCPQQAEDDK。

2.3.3 LC-MS/MS方法檢出限結(jié)果

為了測定方法的靈敏度，將大豆蛋白按質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.15%添加到牛肉-大豆蛋白混合體系，進(jìn)行樣品處理及數(shù)據(jù)分析，結(jié)果顯示大豆蛋白用于定量的3 條多肽均有檢出，以3 倍和10 倍信噪比確定方法的檢出限和定量限，最終確定大豆蛋白3 條定量多肽的檢出限為0.15%，定量限為0.5%。

2.4 真實性樣品的測定

表4 市售牛排中大豆蛋白含量測定結(jié)果Table 4 Determination of soybean protein content in commercial steak based on the three peptides

續(xù)表4

為了進(jìn)一步驗證該方法的適用性，市購牛排28 件并進(jìn)行檢測，見表4。結(jié)果顯示，絕大多數(shù)市售牛排都做了合理標(biāo)示，大豆蛋白檢測結(jié)果也在合理范圍。但7、8、9、14、18號牛排的配料表中僅標(biāo)識了牛肉，但實際測定出大豆特異性多肽，證明確實加入了大豆蛋白，尤其14號沙郎牛排，大豆蛋白含量超過2%。

3 結(jié) 論

本研究針對牛排產(chǎn)品構(gòu)建基于LC-MS/MS對大豆蛋白準(zhǔn)確定性及定量的分析方法，共篩選出大豆蛋白的特征定量多肽3 條，并經(jīng)過方法學(xué)驗證，檢出限為0.15%，定量限為0.5%，平均加標(biāo)回收率為81.7%～115.8%，精密度小于13%。采用本方法準(zhǔn)確度高、干擾少，具有較高的靈敏度和回收率。建議研制相應(yīng)大豆蛋白的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，用于定性及定量分析，可拓展該方法的廣泛應(yīng)用，基于此原理可同時進(jìn)行其他肉類食品的大豆蛋白含量及其他植物蛋白的鑒別。該研究為摻假檢測提供了思路，可以同其他技術(shù)相互補(bǔ)充，在食品真?zhèn)舞b別領(lǐng)域具有廣闊的市場應(yīng)用前景。