脂質(zhì)組學(xué)檢測技術(shù)及其在肉品中的應(yīng)用研究進展

吳涵,賀稚非,李洪軍*

1(西南大學(xué) 食品科學(xué)學(xué)院,重慶,400715)2(川渝共建特色食品重慶市重點實驗室,重慶,400715)

脂質(zhì)在生命體中扮演著諸多角色,主要作用是貯存和供給機體所需能量,同時具有維持細胞膜的完整性和功能、作為信使參與組織細胞間的信息傳遞、作為激素調(diào)節(jié)機體生理功能、潤滑及防寒等功能。根據(jù)美國“脂質(zhì)代謝途徑研究計劃”項目Lipid Maps數(shù)據(jù)庫所使用的分類系統(tǒng),將脂質(zhì)分為8大類,即脂肪酰類、甘油酯類、甘油磷脂類、鞘脂類、固醇脂類、孕烯醇酮脂類、糖脂類和多聚乙烯類[1]。

不僅在生命體內(nèi),脂質(zhì)在農(nóng)產(chǎn)品內(nèi)同樣具有舉足輕重的地位。作為肉品的主要成分之一,脂質(zhì)對肉品的外觀、風(fēng)味、質(zhì)構(gòu)、營養(yǎng)組成等均有顯著影響。在肉品加工及貯存過程中,脂質(zhì)會參與大量的生化反應(yīng),產(chǎn)生各種有利或有害于肉品品質(zhì)的物質(zhì),使肉品感官品質(zhì)有所改善(如高溫烘烤、油炸、蒸煮產(chǎn)生誘人香氣),或者發(fā)生劣變(如脂質(zhì)酸敗產(chǎn)生哈喇味)。肉品中的不飽和脂肪酸在加工過程中會氧化形成各類風(fēng)味物質(zhì),如醛類、酮類、醇類及酯類相關(guān)化合物。對肉類香氣形成具有重要貢獻的1-辛烯-3-醇,可由n-3、n-6不飽和脂肪酸氧化形成,而己醛、庚醛、辛醛、壬醛和(E,E)-2,4-癸二烯醛也可由多不飽和脂肪酸水解形成,所以肉品的脂肪酸組成與其產(chǎn)品風(fēng)味緊密相關(guān)。高脂肪含量的肉品在高溫或長時間熱處理的過程中會產(chǎn)生多環(huán)芳烴、羥基十八碳二烯酸等有害氧化產(chǎn)物,這些氧化產(chǎn)物具有一定的病理生理學(xué)作用,會誘導(dǎo)炎癥及某些癌癥的發(fā)生。同時脂質(zhì)的大量氧化會誘導(dǎo)蛋白質(zhì)氧化,不僅會導(dǎo)致色氨酸、精氨酸、酪氨酸等氨基酸含量減少,而且會促進蛋白質(zhì)的交聯(lián)聚合,導(dǎo)致肉品的保水性、色澤及質(zhì)構(gòu)特性發(fā)生劣變。所以肉品的脂質(zhì)變化關(guān)系著產(chǎn)品的食用品質(zhì)、營養(yǎng)品質(zhì)及安全品質(zhì)等,脂質(zhì)組學(xué)通過監(jiān)測肉制品中脂質(zhì)組成的變化,可實現(xiàn)對產(chǎn)品質(zhì)量的預(yù)測、監(jiān)控并輔助加工技術(shù)的改善。從養(yǎng)殖場地到餐桌的過程中,肉品的品種、產(chǎn)地、養(yǎng)殖方式、收獲季節(jié)等原料因素及屠宰、運輸、加工、包裝、貯存、熟制等各個環(huán)節(jié),每個環(huán)節(jié)都會對肉品中的脂質(zhì)產(chǎn)生影響,從而影響到肉品的商業(yè)價值[2]。因此,確定肉品中的脂質(zhì)及其衍生物的組成及含量,監(jiān)測從養(yǎng)殖場地到消費者食用過程中各個環(huán)節(jié)中脂質(zhì)的變化,可以幫助更好地了解肉品質(zhì)量變化的原因,并為鑒定及調(diào)控肉品品質(zhì)、保證肉品安全奠定堅實的理論基礎(chǔ)。由于脂質(zhì)在生物系統(tǒng)中的重要作用,越來越多的研究集中于脂質(zhì)分子及其與生理病理的聯(lián)系,脂質(zhì)組學(xué)漸漸從代謝組學(xué)中的一支獨立了出來,是繼基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、代謝組學(xué)之后迅速發(fā)展的一門學(xué)科[3]。

脂質(zhì)組學(xué)的概念由HAN等[4]在2003年正式提出,即從分子水平上系統(tǒng)、全面地對生物體體液、細胞和組織中的脂質(zhì)進行分析,以研究脂質(zhì)在生物代謝中的分子種類、含量和功能的變化。脂質(zhì)組學(xué)在生命科學(xué)領(lǐng)域已有廣泛的應(yīng)用,通過揭示異常脂質(zhì)與各類疾病的緊密聯(lián)系,對疾病的預(yù)防診斷及控制、藥物研發(fā)等眾多方向均可提供理論支撐[5]。近年來,借鑒生命領(lǐng)域的經(jīng)驗及研究方法,食品領(lǐng)域中脂質(zhì)組學(xué)的研究也得到了迅速的發(fā)展。其中脂質(zhì)組學(xué)的檢測技術(shù)隨著分離技術(shù)及質(zhì)譜檢測技術(shù)的快速發(fā)展,正朝著多元、快速、精準的方向發(fā)展,以期為不同食品基質(zhì)中脂質(zhì)分子的定性定量檢測提供更多方法及更準確的檢測結(jié)果。本文探討了脂質(zhì)組學(xué)分離檢測技術(shù)的最新進展及脂質(zhì)組學(xué)技術(shù)在肉品中的應(yīng)用。

1 脂質(zhì)組學(xué)的檢測技術(shù)

脂質(zhì)分子的種類及含量是脂質(zhì)組學(xué)研究的數(shù)據(jù)基礎(chǔ),通過色譜、光譜配合質(zhì)譜檢測,可以得到大量質(zhì)譜信息,配合使用Lipid Maps、Lipid Bank等數(shù)據(jù)庫可獲得脂質(zhì)分子種類、功能及代謝相關(guān)信息。對于異構(gòu)脂質(zhì)共流出、同位素峰重疊、潛在加和離子干擾和源內(nèi)碎裂等問題,可采用脂質(zhì)組學(xué)專用軟件,例如ALEX、LipidQA和LipidView等進行進一步分析識別。脂質(zhì)組學(xué)研究會產(chǎn)生大量多維數(shù)據(jù),通過采用主成分分析(principal components analysis,PCA)、偏最小二乘判別分析(partial least squares-discriminant analysis,PLS-DA)、正交偏最小二乘判別分析(orthogonal partial least squares-discriminant analysis,OPLS-DA)對數(shù)據(jù)進行降維處理,然后經(jīng)過t檢驗和變量權(quán)重重要性排序(variable importance in projection, VIP)值分析,即可篩選潛在的生物標志物。所以脂質(zhì)組學(xué)分析首先需要進行的關(guān)鍵步驟就是使用各種分離檢測技術(shù)對樣品中的脂質(zhì)分子進行鑒定,獲得足量數(shù)據(jù)后進行的生物信息學(xué)分析才具有指導(dǎo)意義。

1.1 基于色譜的分離檢測技術(shù)

色譜技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)相對成熟,可用于分析復(fù)雜食品基質(zhì)中的脂質(zhì)。色譜法種類多樣,如薄層色譜法(thin-layer chromatography, TLC)、HPLC、GC、超臨界流體色譜法(supercritical fluid chromatography, SFC)、毛細管電泳法(capillary electrophoresis, CE)等。對于更高靈敏度及精度的要求,二維色譜技術(shù)(two-dimensional, 2D)逐漸開始發(fā)展,如2D高效液相色譜法(LC×LC)、2D氣相色譜法(GC×GC)等,均可以實現(xiàn)食品基質(zhì)中的脂質(zhì)分離檢測。

1.1.1 薄層色譜法

薄層色譜法具有簡單方便、成本較低、分析速度快、根據(jù)標準可快速定量的特點[6]?，F(xiàn)代分析方法極少單獨使用TLC進行脂質(zhì)分析,一般會聯(lián)合其他質(zhì)譜方法進行分析,如基質(zhì)輔助激光解吸質(zhì)譜法(matrix-assisted laser desorption ionization mass spectrometry, MALDI-MS)、電噴霧電離質(zhì)譜(electrospray ionization mass spectrometry, ESI-MS)等,操作更安全且與目視檢查相比分辨率與精確度高得多。

1.1.2 液相色譜法

液相色譜法已經(jīng)在各檢測領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,具有分辨率高、重現(xiàn)性好的特點。液相色譜用于分析脂質(zhì)有其獨特的特點,比如液相系統(tǒng)與外界隔離,避免了脂質(zhì)與空氣接觸,減少其氧化降解。脂類種類眾多,可使用不同的色譜柱及檢測器分類檢測。不需要類似GC的高溫,避免了脂質(zhì)在高溫下異構(gòu)化的風(fēng)險。

正相液相色譜(normal-phase liquid chromatography, NPLC)可用于分析磷脂,根據(jù)磷脂極性的不同引起保留時間的不同區(qū)分磷脂種類。反向液相色譜(reverse phase liquid chromatography, RPLC)對磷脂的分離是通過親脂性的差異完成的,疏水性更強的脂質(zhì)更容易和固定相結(jié)合,保留時間就越長。對于磷脂的分析,親水相互作用色譜(hydrophilic interaction liquid chromatography, HILIC)是比NPLC更常用的方法[7]。

1.1.3 氣相色譜法

氣相色譜在脂質(zhì)組學(xué)中的應(yīng)用較為局限,因為氣相色譜在分離前需要進行復(fù)雜的衍生化,這個過程會消除很多脂質(zhì)的結(jié)構(gòu)信息,特別是極性脂質(zhì)。但是對于脂肪酸的分析,氣相色譜是比較常用的手段。最常用的檢測方法是使用GC分離后結(jié)合火焰離子化檢測器(flame ionization detector, FID)進行分析,可以對復(fù)雜基質(zhì)中的脂質(zhì)進行快速、簡便、可靠的分析。但是FID的問題是在存在污染物以及偽影的情況下,其結(jié)果的精準度及可靠性相對較差,所以這種檢測器在檢測豐度較低的脂肪酸時并不適用[8]。

1.1.4 超臨界流體色譜

SFC是一種先進的高分辨率色譜,可用于分離不同類別的脂質(zhì)。超臨界流體比液體具有更高的擴散系數(shù)及更低的黏度,所以相比HPLC分離度更好且速度更快,可用于同時分析極性相差較大的脂類。近年來有研究對脂質(zhì)的異構(gòu)體及手性分子進行分離,發(fā)現(xiàn)相比于HPLC和GC,SFC具有更好的分離特性,隨著超高效超臨界流體色譜(ultrahigh-performance supercritical fluid chromatography,UHPSFC)的發(fā)展,這項技術(shù)會在越來越多的領(lǐng)域得到應(yīng)用[9]。

1.2 基于光譜的分離檢測技術(shù)

光譜技術(shù)主要包括2種,紅外光譜(infrared spectroscopy, IR)和拉曼光譜(Raman spectroscopy, RS),IR測定的原理是基于紅外吸收而RS是基于非彈性光散射。這2種方法都是測定分子振動能級之間的躍遷,即研究樣品中化學(xué)鍵相關(guān)的振動能級。每個分子都有一個獨特的振動光譜,所以根據(jù)解讀光譜可以推斷樣品中的化學(xué)成分。這2種方法是互補的,2種方法相結(jié)合才能得到樣品中分子組成的完整信息[10]。GAO等[10]將紅外光譜和拉曼光譜結(jié)合使用,根據(jù)不同的脂質(zhì)特征峰,成功建立了判別不同來源肉骨粉的物種判別模型。

另外核磁共振波譜(nuclear magnetic resonance spectroscopy, NMR)是光譜的一個分支技術(shù),其不同于先前討論的振動光譜技術(shù),核磁共振根據(jù)原子核的磁性進行測定。這種技術(shù)是基于外部磁場激發(fā)樣品核自旋,記錄由于弛豫現(xiàn)象(核自旋回到熱力學(xué)平衡)而產(chǎn)生的電磁輻射來分析分子結(jié)構(gòu)。

1.3 基于質(zhì)譜的檢測技術(shù)

MS是迄今為止分析脂質(zhì)的主要儀器,其在特異性、靈敏度、檢測動態(tài)范圍及檢測吞吐量上具有獨特的優(yōu)勢[11]。質(zhì)譜分析沒有通用的檢測技術(shù),根據(jù)檢測試樣的不同可以選擇合適的分離技術(shù)、離子源、質(zhì)量分析儀等。通?；贛S的脂質(zhì)分析技術(shù)主要可以分為直接進樣質(zhì)譜法(direct infusion-mass spectrometry, DI-MS)和色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法。近年來離子遷移質(zhì)譜(ion mobility-mass spectrometry, IM-MS)和質(zhì)譜成像(mass spectrometry imaging, MSI)取得了巨大進展,擴大了基于質(zhì)譜的檢測技術(shù)在脂質(zhì)組學(xué)中的應(yīng)用。

1.3.1 直接進樣質(zhì)譜法

DI-MS就是在不經(jīng)過色譜分離的情況下將粗脂質(zhì)的提取物或組分直接注入MS。ESI是應(yīng)用最廣泛的產(chǎn)生脂質(zhì)離子流的離子源。HAN等[12]將基于ESI-MS開發(fā)的平臺稱為“鳥槍法脂質(zhì)組學(xué)”,成為了脂質(zhì)組學(xué)研究的主要策略之一。鳥槍法脂質(zhì)組學(xué)通常使用三重四級桿高分辨率質(zhì)譜(triple quadrupole-high resolution mass spectrometry, QqQ-HRMS)進行MS/MS掃描,包括產(chǎn)物離子掃描(product ion scanning, PIS),中性損失掃描(neutral loss scanning, NLS)模式。通過監(jiān)測不同掃描模式下的特征片段離子,可以很容易的識別出單個脂質(zhì)分子種?；谶@種模式,YANG等[13]結(jié)合化學(xué)衍生開發(fā)了基于多維質(zhì)譜的鳥槍脂質(zhì)組學(xué)(multidimensional mass spectrometry-based shotgun lipidomics, MDMS-SL),可以最大限度地利用脂質(zhì)及其亞基的獨特理化性質(zhì)進行分離分析。ESI可以分離具有不同電性質(zhì)的脂質(zhì),只有帶電荷的脂質(zhì)才能進入MS進行分析,所以對于非極性和不易電離的脂質(zhì),可以使用化學(xué)衍生來增強極性,提高電離效率。

1.3.2 色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)

與DI-MS相比,色譜-質(zhì)譜聯(lián)用可以分離異構(gòu)體及等比重的脂質(zhì),在DI-MS中必須通過衍生或?qū)Ｓ迷O(shè)備才能區(qū)分。最主要的是經(jīng)過色譜的分離后,離子源室中的競爭離子減少,間接提高了檢測的靈敏度[14]。最后通過保留時間來確定單個脂質(zhì)的分子種,保留時間和脂質(zhì)的理化性質(zhì)相關(guān)。增加了色譜分離后,脂質(zhì)分析的分辨率及可靠性都有很大提高,但是分析時間也相應(yīng)延長。

脂質(zhì)組學(xué)分析中最常見的分離技術(shù)是液相色譜(liquid chromatography, LC)。LC-ESI是最常見的組合,而大氣壓化學(xué)電離(atmospheric pressure chemical ionization, APCI)技術(shù)通常用于ESI的補充電離技術(shù)。APCI-MS已經(jīng)廣泛用于檢測非極性或極性較低的脂質(zhì),如?；视突蜱薮碱愇镔|(zhì)[15]。近年來二維液相色譜配合質(zhì)譜分析在非靶向脂質(zhì)組學(xué)中有著廣泛應(yīng)用,二維液相色譜可以突破一維液相色譜的峰容量限制,但是會產(chǎn)生高度復(fù)雜的數(shù)據(jù)集。有研究使用ROIMCR(regions of interest multivariate curve resolution)策略對二維液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行分析,可以從水稻中分離出超過200種脂質(zhì)[16]。

GC-MS通常用于揮發(fā)性化合物的分離鑒定。對于非揮發(fā)性的脂質(zhì)在GC分離前必須進行衍生化,可能會顯著消除脂質(zhì)的部分結(jié)構(gòu)信息。GC-MS動態(tài)范圍相對較窄,不適合于大規(guī)模的脂質(zhì)組學(xué)研究,但是其分辨率和靈敏度較高,仍是一種分析脂肪酸鏈,特別是區(qū)分順反異構(gòu)和區(qū)域異構(gòu)脂肪酸鏈的有效工具。此外,高溫氣相(high temperature-gas chromatography, HT-GC)的引入大大擴展了脂質(zhì)的檢測范圍。

SFC-MS是近年來的新興技術(shù),相比LC-MS具有更高的分離效率和更短的分離時間。其可以在6 min內(nèi)分離鑒定涵蓋6個主要脂質(zhì)類別的30個非極性和極性脂質(zhì)。此外,通過向流動相中添加改性劑來調(diào)整極性,使SFC-MS更適合分離具有廣泛極性的脂質(zhì)[17]。但SFC分離專用設(shè)備和色譜柱的高昂成本限制了其在食品脂質(zhì)分析中的廣泛應(yīng)用。其他分離技術(shù)包括薄層色譜法和毛細管電泳法也被應(yīng)用于脂質(zhì)分離,但是比例較低。

1.3.3 離子遷移質(zhì)譜

1.3.4 質(zhì)譜成像

一般的脂質(zhì)組學(xué)方法都需要從生物組織或食品基質(zhì)中將脂質(zhì)提取出來,而提取過程就會對樣品造成破壞,使脂質(zhì)的空間分布信息丟失。所以MSI就成為了使生物組織中不同脂質(zhì)類別動態(tài)分布變化可視化的工具。MSI是將質(zhì)譜分析與分子成像結(jié)合,相當于使用MS探針在每個像素點進行了一次DI-MS分析[24]。MALDI和解吸電噴霧電離(desorption electrospray ionization, DESI)是脂質(zhì)MSI分析中最常用的離子源。MALDI依靠激光能量吸收矩陣,以最小的碎片從脂質(zhì)分子中產(chǎn)生離子,具有分析速度快、操作簡便的特點。近年來質(zhì)譜成像技術(shù)在脂質(zhì)組學(xué)研究中已得到廣泛應(yīng)用,有研究使用MALDI-MSI對奇亞籽泡水前后的脂質(zhì)分布進行分析,認為奇亞籽在泡水24 h后增加了其ω-3的可萃取率及ω-6與ω-3的比率,并且發(fā)現(xiàn)所檢脂質(zhì)主要分布在奇亞籽的胚乳中[25]。環(huán)境電離質(zhì)譜,包括實時直接分析質(zhì)譜(direct analysis in real time-mass spectrometry, DART-MS)和快速蒸發(fā)電離質(zhì)譜(rapid evaporative ionization mass spectrometry, REIMS),也可用于MSI,主要作用是篩選給定樣品中的脂質(zhì)種類,為原位、實時和高通量分析脂質(zhì)種類提供了研究策略。

表1 基于質(zhì)譜的檢測技術(shù)在脂質(zhì)組學(xué)中的應(yīng)用對比Table 1 Applications of MS-based detection technologies in lipidomics

2 脂質(zhì)組學(xué)在肉品中的應(yīng)用

相比于單一的脂質(zhì)分離鑒定,脂質(zhì)組學(xué)能夠?qū)⒋嬖谟谌馄分锌蓹z測的脂質(zhì)進行全面系統(tǒng)的分析,通過對較大的數(shù)據(jù)量進行生物信息學(xué)的分析挖掘,可以得到除脂質(zhì)種類含量以外的其他信息,這是僅進行脂質(zhì)定性定量檢測所無法獲得的信息,也是脂質(zhì)組學(xué)的優(yōu)勢所在。通過脂質(zhì)組學(xué)高通量的檢測數(shù)據(jù)及生物信息學(xué)對脂質(zhì)在分子種水平上的數(shù)據(jù)挖掘,通過尋找潛在的生物標志物來確定肉品的產(chǎn)地、品種、加工方式等信息,為保障肉品安全、監(jiān)測肉品品質(zhì)、改進加工方式等方面提供有力的檢測手段及科學(xué)依據(jù)。

2.1 肉類來源鑒別

2.1.1 產(chǎn)地鑒別

產(chǎn)地是消費者們在購買肉品時相對關(guān)心的問題,不同地域出產(chǎn)的肉品在品質(zhì)上可能存在顯著的差異。使用脂質(zhì)組學(xué)對不同產(chǎn)地肉品進行分析,可以找出區(qū)分不同產(chǎn)地的潛在標志物。藏豬是一種中國特有的高海拔豬種,具有更強的抗病性、更小的體型、更好的肉質(zhì)及較慢的生長速度,由于藏豬數(shù)量稀少、感官特性良好,其價格往往是其他品種的5倍以上。為了確保產(chǎn)地的真實性,MI等[26]研究了產(chǎn)于西藏、吉林及三門峽的黑豬的脂質(zhì)指紋圖譜,共檢測出1 180種脂質(zhì),使用偏最小二乘判別分析可以得到100種脂質(zhì)具有較高潛力判別不同產(chǎn)地的豬肉,包括61種甘油酯、17種甘油磷脂、4種甾醇、2種鞘脂、3種聚酮、7種脂?；?種丙烯醇酯。牛肉是主要的肉類之一,根據(jù)牛肉產(chǎn)地的不同,價格從每公斤9.4美元至21.8美元不等,所以鑒定牛肉產(chǎn)地是防止經(jīng)營者欺騙消費者以謀取非法利潤的保障。WANG等[27]研究了使用實時直接分析-飛行時間質(zhì)譜(direct analysis in real time-quadrupole time-of-flight mass spectrometry, DART-QTOF)和LC-ESI-QTOF對來自加拿大、阿根廷、新西蘭、巴西、澳大利亞和烏拉圭的牛肉進行脂質(zhì)組學(xué)分析,發(fā)現(xiàn)了40種脂質(zhì)作為潛在標記物區(qū)別不同產(chǎn)地的牛肉。

2.1.2 品種鑒別

脂質(zhì)作為肉品中的主要成分之一,也可以提供全面的信息來評估其營養(yǎng)價值及判斷肉品種類,通過脂質(zhì)組學(xué)分析能夠可靠地篩選出不同的物種及營養(yǎng)成分。鮭魚是一種重要的經(jīng)濟魚類,蛋白質(zhì)及ω-3脂肪酸含量較高,且經(jīng)常為生食。但是最近發(fā)布了一項有爭議的標準,將虹鱒魚歸類為鮭魚,但是虹鱒魚寄生蟲相對較多,這就引起了消費者們的擔(dān)憂。SONG等[28]使用iKnife電刀聯(lián)合REIMS對2種魚類的脂質(zhì)進行分析,利用PCA、PLS、OPLS方法對脂質(zhì)原始數(shù)據(jù)進行分析,篩選出了12種脂肪酸和37種磷脂可以作為潛在標記物區(qū)分鮭魚和虹鱒魚。而YU等[29]使用了HILIC-MS技術(shù),通過PCA區(qū)分大馬哈魚、大西洋鮭及虹鱒魚,篩選了PC34∶2和PC36∶0作為潛在標志物區(qū)分3種魚肉,其差異可能來源于遺傳或者生活環(huán)境。WANG等[30]使用UPLC-QTOF-MS對3種海洋魚類(尖吻鯛、大菱鲆和鉤吻鯛)和一種淡水魚類(草魚)的脂質(zhì)進行分析,認為使用PCA法可以有效區(qū)分不同的魚類,共檢測出12類、700多種脂質(zhì)分子,主要是甘油酯及磷脂,部分磷脂及鞘脂(d19∶3)可作為潛在生物標志物。

新時代,我國把“美麗”作為建設(shè)現(xiàn)代化強國必須達到的目標。黨的十八大把生態(tài)文明建設(shè)納入“五位一體”總布局,“美麗中國”成為中華民族追求的新目標;中國共產(chǎn)黨更是第一個將生態(tài)文明建設(shè)寫入行動綱領(lǐng)的執(zhí)政黨;十八屆五中全會,將綠色發(fā)展納入新發(fā)展理念;十九大報告提到“美麗”8次,“生態(tài)文明”多達12次,“綠色”15次,首次提出要把我國建成富強民主文明和諧美麗的社會主義現(xiàn)代化強國,強調(diào)我們要建設(shè)的現(xiàn)代化是美麗的;全國生態(tài)環(huán)境保護大會上首次提出“構(gòu)建生態(tài)文明體系”,其中就包括“以產(chǎn)業(yè)生態(tài)化和生態(tài)產(chǎn)業(yè)化為主體的生態(tài)經(jīng)濟體系”;強調(diào)“綠色發(fā)展是構(gòu)建高質(zhì)量現(xiàn)代化經(jīng)濟體系的必然要求,是解決污染問題的根本之策”。

2.1.3 野生與養(yǎng)殖肉品鑒別

養(yǎng)殖方式會影響到肉品中的代謝物,進而影響到肉的營養(yǎng)價值和風(fēng)味品質(zhì),使其具有不同的商業(yè)價值。近年來經(jīng)營者宣稱野生捕獲的動物其肉品的營養(yǎng)價值和風(fēng)味更好,但是消費者在購買時很難用肉眼直接區(qū)分其中的差異。由于動物在養(yǎng)殖及野生條件下攝食方式、攝食環(huán)境、攝食內(nèi)容等均有顯著差異,從而對自身脂質(zhì)的積累產(chǎn)生明顯影響,通過脂質(zhì)組學(xué)鑒定,可實現(xiàn)不同養(yǎng)殖方式的區(qū)分。FIORINO等[31]使用DART-HRMS研究野生鮭魚和養(yǎng)殖鮭魚脂質(zhì)構(gòu)成上的區(qū)別,認為多不飽和脂肪酸DHA及EPA等存在差異,野生鮭魚C20或C22的脂肪酸含量更高,而養(yǎng)殖鮭魚C18的脂肪酸含量更高。MAN等[32]使用UPLC-orbitrap-MS分析了有機養(yǎng)殖和其他養(yǎng)殖方式的牛肉,使用PLS-DA及OPLS-DA建立分類模型,用以尋找脂質(zhì)鋪組間差異及差異代謝物,最后篩選了7種代謝物用以區(qū)分養(yǎng)殖方式。WANG等[33]使用UPLC-QTOF-MS平臺區(qū)分圈養(yǎng)山羊/綿羊及散養(yǎng)山羊/綿羊,散養(yǎng)山羊/綿羊相比圈養(yǎng)山羊/綿羊具有更多的營養(yǎng)和更好的風(fēng)味,主要是由于攝食周期、總能量攝入、生長速度、脂肪沉積和脂肪酸比例不同造成的,其ω-3脂肪酸、共軛亞油酸及油酸含量更高,所以消費者愿意為此支付更高的價格;還使用PCA及OPLS-DA進行多元統(tǒng)計分析,篩選了46個潛在標記物,區(qū)分圈養(yǎng)及散養(yǎng)綿羊/山羊的識別率可以達到89.3%和98.3%。

2.1.4 部位、年齡及性別鑒別

肉品中的脂質(zhì)組成會隨著動物屠宰的年齡、性別及部位發(fā)生顯著變化,而這種變化會導(dǎo)致肉品的營養(yǎng)品質(zhì)及風(fēng)味品質(zhì)等發(fā)生顯著改變,所以研究不同部位、年齡及性別的肉品中脂質(zhì)組成的變化可以幫助消費者更好地選擇合適的肉品。MI等[34]使用UPLC-ESI-MS/MS對不同年齡、性別及部位的太和烏骨雞肉進行脂質(zhì)組學(xué)分析,結(jié)果表明,306天的烏骨雞其不飽和脂肪酸,特別是DHA含量顯著高于89天組,說明日齡較大的烏骨雞其營養(yǎng)價值要高于日齡較小組。雄性烏骨雞中磷脂及DHA含量顯著高于雌性烏骨雞,所以對孕婦更加適宜。腿部肌肉中甘油三酯、多不飽和脂肪酸及植物神經(jīng)酰胺含量顯著高于胸部肌肉,證明腿部肌肉營養(yǎng)價值相對胸部更高。LI等[35]使用HPLC-TOF-MS對德州驢肉背最長肌、臀肌及腘繩肌的脂質(zhì)組成進行分析,認為背最長肌的肌內(nèi)脂肪含量高于臀肌和腘繩肌,主要由富含單不飽和脂肪酸及飽和脂肪酸的甘油三酯構(gòu)成。共鑒定出73類、1 143種脂質(zhì)的VIP>1、P<0.05,顯著差異主要集中在甘油三酯、甘油磷脂及鞘脂類,這些脂類的形成是調(diào)節(jié)肌內(nèi)脂肪沉積的關(guān)鍵途徑,可以明顯影響肉質(zhì)的多汁性、嫩度及風(fēng)味品質(zhì)。HE等[36]使用UPLC-ESI-Q-TOF-MS平臺對羅非魚頭部、內(nèi)臟及肌肉的脂質(zhì)組成進行研究,認為頭部和內(nèi)臟的脂質(zhì)含量明顯高于肌肉。甘油三酯是羅非魚脂質(zhì)的主要成分,但是磷脂中多不飽和脂肪酸的含量更高,特別是DHA和EPA,頭部和內(nèi)臟脂質(zhì)中發(fā)現(xiàn)了生物活性較高的糖脂類化合物,意味著羅非魚這部分脂質(zhì)在嬰幼兒配方食品及營養(yǎng)補充劑中有著巨大的應(yīng)用潛力。使用PCA及PLS-DA法分析脂質(zhì)原始數(shù)據(jù),根據(jù)VIP>1、P<0.05篩選了5類、33種脂質(zhì)用于區(qū)分羅非魚的不同部位,這一研究為了解羅非魚的脂質(zhì)組成及副產(chǎn)品高值化利用提供了理論基礎(chǔ)。

2.2 肉類加工及貯藏

2.2.1 加工方式及工藝優(yōu)化

肉品的加工方式是導(dǎo)致其成分變化的主要原因之一。脂質(zhì)在肉品中是一種不穩(wěn)定的營養(yǎng)素,極易發(fā)生氧化,這種氧化的適當進行可以產(chǎn)生令人愉悅的風(fēng)味物質(zhì),但是過度氧化會產(chǎn)生哈喇味等刺激氣味及有害的過氧化產(chǎn)物,導(dǎo)致肉品失去食用價值及營養(yǎng)價值。所以利用脂質(zhì)組學(xué)技術(shù)監(jiān)測分析肉品加工過程中脂質(zhì)的變化,可以幫助肉品確定合適的加工方法及參數(shù)。JIA等[37]使用UPLC-Q-Orbitrap-HRMS平臺分析鑒別煮制、蒸制及烘烤灘羊肉中的脂質(zhì)成分變化,結(jié)果表明煮制灘羊肉鞘磷脂損失程度比神經(jīng)酰胺多,更適合于動脈粥樣硬化和癌癥(乳腺癌、結(jié)直腸癌、前列腺癌)患者。蒸制灘羊肉其磷脂酰膽堿及溶血磷脂酰膽堿損失較少,比較適合老年人及嬰幼兒。作者使用PCA、PLS-DA及聚類分析對脂質(zhì)分子進行篩選分析,鑒定出了6類、90種VIP>1的脂質(zhì),可能成為區(qū)分不同熱加工方式的潛在標記物。SHI等[38]使用UPLC-Q-Exactive Orbitrap-MS對煮制、蒸制、烤制羅非魚片的脂質(zhì)分布進行研究,結(jié)果顯示熱加工過程對8類、137種脂質(zhì)影響顯著,與烤羅非魚片相比,蒸制和煮制對羅非魚片中不飽和脂肪酸的影響更小,說明蒸煮更容易維持羅非魚片的營養(yǎng)成分。LIU等[39]使用UPLC-ESI-MS/MS對0～15 min烤羊肉中的脂質(zhì)變化進行分析,可優(yōu)化烤羊肉工藝參數(shù),共檢測到2 488種脂質(zhì),其中TG(16∶0/18∶0/18∶1)和TG(18∶0/18∶0/18∶1)是與香氣結(jié)合穩(wěn)定性相關(guān)的主要脂質(zhì)。篩選出20類、488種VIP>1、P<0.05的脂質(zhì)用于區(qū)分不同烘烤時間,其中磷脂酰膽堿及磷脂酰乙醇胺是主要的氣味物質(zhì)前體,13種香氣成分確定為烤羊肉的特征風(fēng)味物質(zhì)。LU等[40]使用HILIC-MS研究了牡蠣空氣煎炸后血漿素的變化,血漿素是一種具有生物功能的乙醚磷脂。結(jié)果顯示牡蠣在空氣煎炸過程中脂肪含量降低,但血漿素損失較大。

2.2.2 品質(zhì)鑒別

影響肉品品質(zhì)的因素很多,除了上文提到的品種、產(chǎn)地、養(yǎng)殖及加工方式外,貯藏時間、運輸方式等都會對肉品本身品質(zhì)產(chǎn)生影響,通過脂質(zhì)組學(xué)研究可以從脂質(zhì)分子層面對這些肉的品質(zhì)進行區(qū)分鑒別。LI等[41]通過UPLC-Q-Exactive Orbitrap MS平臺研究了羔羊去勢對腰大肌肉質(zhì)的影響。結(jié)果顯示去勢羔羊的睪酮水平相對較低,這有利于脂肪的沉積,去勢后腰大肌中有14類、224種脂質(zhì)分子增加,提供了更為豐富的風(fēng)味前體物質(zhì),有利于羔羊肉品質(zhì)的提升。CHEN等[42]使用UPLC-ESI-MS研究了不同貯藏時間下鮭魚脂肪組成變化,與新鮮樣品相比,貯藏5、10、15 d后有92種脂質(zhì)發(fā)生變化。生物信息學(xué)分析顯示,第10天開始溶血磷脂酰膽堿(LPC)(17∶0)、LPC(18∶0)、LPC(22∶2)和磷脂酰膽堿(PC)(18∶4/16∶1)含量顯著增加。傳統(tǒng)方法如K值及揮發(fā)性鹽基氮(total volatile basic nitrogen,TVB-N)分析也顯示10 d后開始腐敗,所以這4種脂質(zhì)可以作為新鮮度的潛在標志物。SONG等[43]使用iKnife-REIMS研究了不同貯藏時間下干刺參的脂質(zhì)譜圖變化。在加速貯藏期間,使用PCA及PLS-DA篩選出特征離子m/z739.5、831.5、847.6、859.6作為候選生物標記物,用以區(qū)分不同貯藏時間的干海參,并通過ROC曲線構(gòu)建預(yù)測模型,準確度良好。JIA等[44]依靠UHPLC-Q-Orbitrap MS/MS平臺對灘羊肉-20 ℃下貯藏24 d內(nèi)脂質(zhì)圖譜的變化進行分析,通過PCA及PLS-DA篩選出了6類、66種脂質(zhì)可以區(qū)分不同的貯藏時間,貯藏的前12 d磷脂酰膽堿、磷脂酰乙醇胺及酯酰肉堿短暫增加,導(dǎo)致了脂肪自氧化速度加快,使貯藏12 d后的灘羊肉品質(zhì)迅速下降,故最佳冷鏈貯藏時間應(yīng)控制在12 d內(nèi)。

2.3 肉類摻假

肉品摻假通常是使用低品質(zhì)或者其他種類的肉類替代高品質(zhì)肉類,或者加入非肉類外源物質(zhì)以掩蓋品質(zhì)問題。脂質(zhì)組學(xué)通過對脂質(zhì)分子種的定性定量檢測,可以幫助研究人員建立肉品摻假的檢測方法。BALOG等[45]使用TOF-REIMS對混合肉餅中的肉品種進行分析,該實驗可以在5 s內(nèi)采用PCA-LDA監(jiān)督模型篩選出肉餅中是否含有馬肉、鹿肉或牛肉成分,檢出限為5%,為混合肉餡中摻入低品質(zhì)肉品種的檢測提供了一種快速可靠的方法,但痕量檢測可能需要采用不同的生物信息學(xué)方法。金槍魚是世界范圍內(nèi)最重要的商業(yè)魚類之一,交易最廣泛的金槍魚是藍鰭金槍魚、大眼金槍魚、長鰭金槍魚及黃鰭金槍魚。藍鰭金槍魚肉質(zhì)最好,價格較高,但是大眼金槍魚和黃鰭金槍魚在切去小鰭和背鰭后外形特征與藍鰭金槍魚沒有明顯差異,所以SONG等[46]使用iKnife-REIMS平臺分析金槍魚脂質(zhì)譜圖,利用PCA尋找4種金槍魚脂質(zhì)差異,使用OPLS-DA構(gòu)建預(yù)測模型,其準確度大于93%。并根據(jù)VIP>1、P<0.05篩選了m/z817.64和809.68作為潛在標記物用以判斷藍鰭金槍魚肉是否被其他魚肉摻假。TRIVEDI等[47]使用UPLC-MS對牛肉和豬肉的脂質(zhì)進行分析,可以鑒定牛肉碎中是否摻入了豬肉碎,且認為脂肪含量與代謝物含量具有一定的相關(guān)性。

2.4 肉類營養(yǎng)及安全

食品安全是現(xiàn)代人們面臨的最重要的挑戰(zhàn)之一。肉品作為食品主要的一部分,在動物飼養(yǎng)、屠宰、運輸、分銷等各個環(huán)節(jié)都有幾率被污染,可能來源于內(nèi)源性物質(zhì),也可能是生產(chǎn)、加工、存儲過程中故意或無意帶入的。通過脂質(zhì)組學(xué)鑒定,可以幫助從業(yè)者尋找各環(huán)節(jié)潛在的安全隱患,為保證肉品的安全及營養(yǎng)價值提供一定的指導(dǎo)。CHIESA等[48]使用HPLC-HR orbitrap MS平臺對輻照雞肉、火雞及混合碎肉(雞肉、火雞、豬肉)的脂質(zhì)譜變化,以判斷是否存在任何食品安全問題。5種輻照強度下通過PCA及VP分析鑒定出14類、345種脂類受到輻射強度影響,認為雖然輻照會引起脂質(zhì)的部分氧化,但是依然可以保持肉類的原始品質(zhì),是一種較好的肉類保藏方法。CHIU等[49]使用QuEChERS-GC-MS(Quick, easy, cheap, effective, rugged, and safe-gas chromatography-mass spectrometry)檢測膽固醇氧化產(chǎn)物的生成。肉品中都含有一定量的膽固醇,膽固醇在加熱后易產(chǎn)生膽固醇氧化產(chǎn)物,易導(dǎo)致動脈粥樣硬化及各種心血管疾病。此研究對雞排、豬排、秋刀魚、水煮豬肉、熏雞及香腸6種肉制品及豬油、牛油和黃油3種動物油脂中的膽固醇氧化產(chǎn)物含量的變化進行測定。結(jié)論顯示,秋刀魚中的膽固醇氧化產(chǎn)物含量最高,其次是水煮豬肉、香腸、熏雞、豬排和炸雞排,而牛油中的膽固醇氧化產(chǎn)物遠高于豬油和黃油。

3 展望

隨著社會的發(fā)展,人們愈發(fā)追求食品的安全及更高的品質(zhì)。脂質(zhì)組學(xué)依靠現(xiàn)代精密儀器,在分離技術(shù)、質(zhì)譜技術(shù)及數(shù)據(jù)處理技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展允許研究者分析更加復(fù)雜的食品基質(zhì),為食品安全溯源、食品質(zhì)量保障、功能成分分析等方面提供了優(yōu)越的平臺。但是由于食品中脂質(zhì)的復(fù)雜性,仍然存在許多亟待解決的問題。如數(shù)據(jù)庫積累不足,肉品貯藏加工過程中脂質(zhì)變化產(chǎn)生的一些中間產(chǎn)物難以鑒定。對于一些豐度較低的脂質(zhì),儀器檢測限難以達到,或者前處理過程繁瑣,檢測成本高昂。由于數(shù)據(jù)庫及分析方法的多樣,不同的檢測方法可能會得到有差異的脂質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)。這些問題在脂質(zhì)組學(xué)未來的發(fā)展中將會被慢慢解決,在肉品中將會得到更廣泛的應(yīng)用,為確保肉品質(zhì)量安全、提供高品質(zhì)個性化的肉制品提供理論基礎(chǔ)。