脂质组学在肉品中的研究进展

吕经秀，韩婷婷，刘 裕，姜 涛，李鹏鹏,，王道营,

（1.江苏省农业科学院农产品加工研究所，江苏 南京 210014；2.江苏大学食品与生物工程学院，江苏 镇江 212013；3.渤海大学食品科学与工程学院，生鲜农产品贮藏加工及安全控制技术国家地方联合工程研究中心，辽宁 锦州 121013）

脂质是重要生物大分子之一，也是十分重要的营养成分，在哺乳动物生物的细胞功能中起着多重作用。脂质的改变对于机体的各系统有着较大的影响，同时脂质也是影响代谢的主要成分之一，具有较强的功能特异性[1]。 脂质组学作为组学技术的一个分支，为庞大的脂质分子家族探索带来了更完善的分析方法与途径，也为生命科学领域和食品科学领域中脂质分子的作用与功能探索带来了更加宽广的思路[2]。脂质组学主要是通过利用质谱（mass spectrometry，MS）的优势，将其高灵敏度和准确性与对所有脂质类别的广泛选择性测定相结合。基于MS的脂质组学已被用于解决复杂食品基质中高丰度和低丰度脂质的定性和定量方面的难题[3]。

脂类氧化是肉品变质的主要原因之一，适当氧化有利于提高肉制品的风味，但是过度氧化会导致肉品的风味变差，产生哈喇味，并降低食品的营养价值，某些氧化产物可能具有毒性，所以研究和控制脂类氧化对保证肉品品质有重要意义[4]。随着科学技术的进步及生活水平的提高，食品的功能不再仅仅满足生存的需要。食品科学及其相关的营养健康问题越来越受到争议。脂质作为复杂的代谢物，对人类健康有着关键的影响[5]。随着各种慢性疾病研究方法的发展，食物被认为是与疾病有关的主要因素之一，例如炎症、心血管疾病[6]、阿尔茨海默病、肥胖症[7]等。因此，食品分析的目标已从确保食品安全扩大到减少不良饮食对健康和经济的不利影响。然而，食品脂质组学中存在许多挑战，如食品基质的复杂性、个体差异、环境因素以及多维和分散的数据[8]。同时，随着脂质文库、软件、平台的发展，以及计算机科学和生物信息学技术的发展，食品脂质组学的研究不断扩大。基于MS的分析是食品分析中发展最快、使用最广泛的方法之一[9]。

1 脂质对肉品品质的影响

脂质是脂肪和类脂的总称，是一类不溶于水而易溶于有机溶剂、可以为机体所利用的重要化合物。脂质是至关重要的生物小分子，通过充当细胞膜、细胞屏障、信号转导、能量源和信号通路中间体的成分，在各种生理病理事件中不可忽视。越来越多的研究表明，脂质代谢失衡与许多疾病有关，如肥胖、高血压、代谢综合征、糖尿病、心血管疾病、帕金森和癌症。同时脂肪是肉品中不可或缺的营养成分，脂肪酸的组成是衡量肉品营养价值的重要指标，所以对脂肪及其脂肪酸进行检测分析意义重大。

1.1 脂质的分类

脂质被细分为8 类：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）和异戊烯醇（prenol，PR）[10-11]。 GL主要包括所有含甘油的脂质，是膜的组成成分，也是重要的代谢燃料和信号分子。GP是指磷酸盐（或膦酸盐）基团酯化后的甘油脂质，是细胞脂质双层的关键成分[12]。SL是指脂肪酸直接与糖主链连接的化合物，进而形成与膜双层相容的结构。在SL中，糖替代甘油脂和甘油磷脂中存在的甘油主链，糖脂可以作为聚糖或磷酸化衍生物出现。SP是由磷脂、鞘糖脂和其他物质组合形成的。FA结构代表了复杂脂质的主要脂质构建块，是生物脂质的最基本类别之一。脂肪酸按其饱和度可以分为三大类：饱和脂肪酸（saturated fatty acid，SFA）、单不饱和脂肪酸（monounsaturated fatty acid，MUFA）和多不饱和脂肪酸（polyunsaturated fatty acid，PUFA）。PK是由PK生物合成途径合成PK的总称。PR是合成哺乳动物多萜醇及其衍生物的中间体，它们主要通过甲羟戊酸途径产生[13]。ST和PR通过二甲基烯丙基焦磷酸盐/异戊烯基焦磷酸盐的聚合共享一个共同生物合成途径，但其最终结构和功能存在明显差异。

1.2 不同脂质对肉品质的影响

肉品中脂肪含量和脂肪酸种类及其组成直接影响肉品的质量和风味。脂类化合物在酶作用或加热条件下发生水解，释放出游离脂肪酸，游离脂肪酸增多会加速脂肪氧化酸败[14]。崔伟等[15]通过对低温加热过程中牛肉挥发性风味物质进行研究发现，中心温度为65 ℃的牛肉中游离脂肪酸含量显著高于其他温度组，且醛类物质在牛肉中心温度为65～75 ℃时大量出现，牛肉的风味品质更好。甘油三酯（triacylglycerol，TAG）是一类中性脂质，其作为能量储存库，对细胞生长、代谢和功能很重要，是最丰富的脂质。一些研究[16-17]表明，TAG和磷脂是肉类脂质氧化的主要贡献者，这主要是由于脂质氧化同脂质的不饱和度之间具有直接联系。一般认为脂质过氧化是导致肉品质下降的主要原因，主要造成颜色和营养价值的改变以及可能产生有毒有害物质，通过调节脂质能够有效提高肉制品的品质。肉类及其制品的风味与磷脂的组成有关，磷脂酰胆碱和磷脂酰乙醇胺是磷脂的重要组成部分，Wang Daoying等[18]采用气相色谱（gas chromatography，GC）和高效液相色谱法对鸭肉中的游离脂肪酸和磷脂进行鉴定和定量分析，结果发现，鸭肉加工过程中磷脂分子种类发生较大的改变，这也是形成鸭肉产品风味的主要因素之一。SP对成骨细胞、破骨细胞以及骨稳态-成骨细胞和破骨细胞串扰的关键相互作用具有多方面的影响。SP及其代谢物在能量代谢之外还具有多种细胞功能[19]。甾醇是由不同合成途径产生的重要脂质，在所有生物体的各种生理过程中具有许多基本功能，包括细胞膜构成、细胞信号传导、维持能量和新陈代谢稳态[20-21]。脂肪酸组成是影响鸡肉品质的一个重要因素。PUFA的含量较低会减少肉脂质氧化反应的发生[22]，Enser等[23]指出，当脂肪酸分布在GP而不是TAG中时，它们具有更好的利用率和氧化稳定性。脂质分类及作用具体如表1所示。

表1 脂质分类及作用Table 1 Classification and function of lipids

2 脂质组学

脂质组学涉及到对单个细胞脂类的精确识别和全面研究，包括每种脂类中单个脂质分子的类型和数量，以及它们与邻近脂类和蛋白质的立体电子相互作用。脂质组学主要分为靶向脂质组学和非靶向脂质组学。通过借助高分辨质谱（high-resolution mass spectrometry，HRMS）对脂质结构和组成进行准确分析。

2.1 脂质组学中的机理

脂质组学是对特定时间生物系统中所有脂质的广泛研究，可以同时对脂质亚类进行定性和定量分析[24]。脂类化合物种类繁多，生物样品基质复杂，故脂质组学分析需要借助先进的分离技术和检测手段。脂质组学的分析方法主要包括样品处理、轮廓分析、目标分析、成像分析和数据处理[25]。许多现代技术（包括MS、核磁共振波谱、荧光光谱、柱色谱和微流体装置）已被用于脂质组学中，以鉴定、量化和了解生物系统中脂质的结构和功能[26]。靶向脂质组学侧重于准确定量通常参与一个或多个脂质途径的特定脂质亚类，靶向脂质组学中测定的脂质通常是那些通过非靶向脂质组学分析预先筛选或预定义为关键靶向分子或潜在生物标志物的脂质。非靶向脂质组学也称为全局脂质组学，旨在对生物基质中的脂质组进行全面分析。HRMS由于其强大的分辨率和准确性而有利于脂质结构组成的阐明，是非靶向脂质组学分析的首选。基于液相色谱-MS（liquid chromatography-MS，LC-MS）的非靶向分析已被广泛用于小分子分析，随着MS技术的最新进展，通过LC-MS能够获得MS光谱，且数据具有较高的准确性[27-28]。非靶向脂质组学中最受欢迎的平台主要包括直接进样HRMS和LC-HRMS，具体取决于在HRMS检测之前是否需要分离技术。

MS方法的多项最新进展极大扩展了脂质组学的分析能力，以促进单个脂质的准确定量，从而为脂质代谢途径、代谢通量和系统集成提供新的见解。软电离技术，如电喷雾电离[29]和基质辅助激光解吸电离的发展，大大加快了现代脂质组学的进步。Hu等[30]通过超高效液相色谱-HRMS（ultra high-performance liquid chromatography coupled to HRMS，UPLC-HRMS）对金枪鱼的脂质谱进行表征，通过正、负离子模式鉴定了300多种脂质分子，并发现磷脂在金枪鱼脂质中的占比较大。

2.2 脂质组学和代谢组学

代谢组学是一个快速发展的领域，提供细胞、组织或生物流体中代谢物的定性和定量分析方法。脂质代谢组学的定义为研究生物体内所有脂质分子的特性及脂质分子在基因调控和蛋白质表达过程中作用的学科[31]。目前，脂质组学主要研究内容包括脂质功能与代谢调控、脂质及其代谢物分析鉴定、脂质代谢途径及代谢网络三方面[32]。脂质代谢组学数据库的建立和完善较快，同时能很好建立与其他组学之间的联系；脂质代谢组学建立的分析技术平台还可用于代谢组学其他研究，从而推动代谢组学的发展。据估计，不同脂质代谢物的总数从数千到数百万个不等，这些脂质代谢物在细胞环境改变期间含量和组成各不相同。代谢组学使科学家能够发现和表征食品加工产生的化学修饰，这可能显著改变食品的脂质含量和健康特性。Peng Bo等[33]采用基于GC-MS的代谢组学方法研究罗非鱼污染爱德华氏菌前后的代谢差异，确定了关键标志物。Chen Shanqiao等[34]通过基于GC-MS的代谢组学对扇贝中的糖原、乳酸和蛋白质等成分进行研究，观察到能量代谢模式的转换和脂肪酸的消耗，从生物角度对细胞的渗透调节能力和氧化损伤的关键代谢物变化进行说明。代谢物构成大分子（如DNA、蛋白质和寡糖）和细胞膜（如脂质双分子层）的构建块。因此，各种代谢物的生物利用度和相对组成直接决定了这些大分子的物理化学性质。

肌内脂肪（intramuscular fat，IMF）是影响肉质的重要因素，可以通过遗传选择得到适当增加。Liu Lu等[35]通过不同IMF含量的鸡研究IMF差异沉积背后的机制，对60 只鸡进行基因分型，结果发现，胸大肌中IMF增加的遗传选择可以增强脂肪酸的合成、运输和酯化，并减少TAG水解；过氧化物酶体增殖子激活受体信号通路、甘油酯代谢和脂肪酸降解途径可能导致了这些谱系之间IMF沉积的差异。

2.3 脂质组学分析技术

MS结合高效的分离技术，能快速、灵敏检测不同生物样品中存在的大量单个脂质。GC-MS和LC-MS是脂质组学中使用的主要检测方法。GC通常用于分离挥发性和具有热稳定性的化合物，主要与化学电离和电子电离MS相结合，提高其分离效率，增强再现性，使其相对经济。为了分析非挥发性脂质，有必要衍生样品，这很耗时，并且需要大量的样品。这些因素很容易引起样品的变化和/或导致引入新的干扰化合物[36]。

与传统的电离技术（如电子电离或化学电离）不同，新开发的软电离技术（如电喷雾离子源、基质辅助激光解吸电离）在适当的实验条件下产生最小或非常有限的源内碎片[37]。因此，用具有这种软离子源的质谱仪鉴定和表征脂质在很大程度上取决于串联MS分析。现代MS仪将不同的质量分析仪进行组合，这些仪器极大促进了脂质组学分析[26]。脂质组学分析方法面临的关键要素是脂质覆盖率、灵敏度、鉴定和定量。

3 脂质组学在肉品中的应用

脂质在结构和功能上是多样化的分子，涵盖广泛的极性范围，从非极性（如甘油脂）到极性（如甘油磷脂），部分食品中的脂质含量较高，通过对脂质进行分析能够较好说明食品的优劣。基于LC-MS的脂质组学方法具有灵敏度高、定量准确等优点，已应用于肉类中复杂的脂质分析，以研究脂质组成和营养价值。通过脂质组学能够对肉品中的脂质进行全面分析，确定不同处理条件和肉品中的脂质差异，进而明确潜在脂质标志物，提高肉品的风味和品质[38]。

3.1 脂质组学在肉品风味形成中的应用

脂质是肉品主要的风味前体物质，对于肉品的风味有直接影响[39]。脂质在水解和氧化过程中所生成的挥发性风味物质是重要的香味化合物，同时这些化合物对于香味的形成有较大影响。其中TAG对于风味的影响程度较小，但是磷脂对于风味的影响较大[40]。当前对于脂质热降解过程中所形成的风味物质依旧存在争议，特征性风味物质并没有得到明确。使用脂质组学不仅能够实现特定细胞类型中所有脂质的完整表征，而且能够全面了解所有脂质对生物系统在细胞信号传导、膜结构、转录和翻译调节及细胞-蛋白质相互作用方面的影响。 Li Jing等[41]以北京黑猪和莱芜黑猪为研究对象，通过非靶向脂质组学和挥发性风味物质分析对脂质和挥发性风味物质进行全面表征和比较，结果发现，通过比较潜在脂质标志物能够明显区分2 种猪肉之间的差异，这一研究也为鉴定中国黑猪肉提供了重要依据。Mi Si等[42]采用LC-MS/MS和多变量统计对藏族、吉林和三门峡猪肉中脂质进行鉴别，进而对这3 种猪肉进行了较好地区分。Zhang Zhiwang等[43]通过采用脂质组学和代谢组学方法对陆川猪和杜洛克猪肉中的脂质成分进行对比，结果发现，与杜洛克猪相比，陆川猪肉中与风味相关的TAG和甘油二酯含量更高。IMF含量与羊肉风味有关，并且在同一品种的个体之间差异很大。Li Jing等[44]对高IMF和低IMF含量胡羔羊肉进行脂质组和挥发性风味物质分析，结果表明，高IMF含量组的TAG和甘油二酯含量显著高于低IMF含量组。Li Jing等[45]使用脂质组学和代谢组学研究绵羊腰肌肉中风味前体，确认共有614 个脂质分子，并根据主成分分析研究不同处理组之间的脂质差异，结果表明，不同处理组肌肉中的脂质、亲水代谢物和挥发性化合物差异显著，通过该研究发现有益于提高羔羊肉品质的潜在脂质。γ-六内酯是牛肉香气的指标，Ueda等[46]测定牛脂中γ-六内酯的前体，并确定了γ-六内酯产生的潜在机制。 Luísa等[47]研究γ-六内酯的形成与牛肉中亚油酸含量的相关性，并通过LC-三重四极杆MS分析亚油酸衍生的10 种氧化脂肪酸，并在牛脂中检测到2 种羟基十八碳二烯酸（9S-HODE和13S-HODE），在皮下脂肪、IMF和肌肉组织中观察到花生四烯酸15-脂氧合酶和环氧合酶蛋白表达水平的显著差异，研究结果表明，亚油酸和来自牛肉肌肉和IMF的脂质氧化酶的表达组合产生羟基脂肪酸，从而产生香味。

3.2 脂质组学在肉品品质形成中的应用

IMF是影响肉质的重要因素。Li Mengmeng等[48]采用脂质组学方法研究德州驴不同部位肉的脂质特征。结果表明，IMF在背长肌中比臀部肌肉和腿筋肌中更丰富，主要由富含SFA和MUFA的TAG组成。Lü Shuang等[49]主要对草鱼骨、黑鲤骨、虾壳、蟹壳中提取的脂质进行全面脂质组学分析，高效液相色谱分析显示，从虾壳和蟹壳中提取的脂质分别含有60.65%和77.25%的甘油二酯，PUFA高度富集，同时该研究表明，脂质中均鉴定出乙酰左旋肉碱、鞘磷脂和磷脂等多种脂质，但磷脂和鞘磷脂最丰富。电离辐射处理食品是一种保护技术，旨在保持食品的卫生质量并延长其保质期。Chiesa等[50]基于非靶向 LC-HRMS脂质组学策略，对辐照鸡肉、火鸡肉和混合碎肉（鸡肉、火鸡肉和猪肉）的脂质分布变化进行研究，以评估是否存在与脂质组改变有关的食品安全问题，结果发现，辐照会改变肉品中的脂质组，其中混合碎肉中的脂质组变化最为明显，在辐照火鸡肉中鉴定出特征性磷脂，说明辐照前后脂质组分发生明显改变。

3.3 脂质组学在肉品加工中的应用

不同加工方式对肉品质量的影响差异较大，通过脂质组学能够对不同加工方式的肉品进行全面分析，说明肉品中脂质的损失和变化情况。首先，热处理对肉制品中的脂质组成影响较大，Jia Wei等[51]研究煮沸、蒸煮和烘烤加工方法对滩羊肉脂质的影响，采用经过验证的UPLC-HRMS脂质筛选方法，结合鞘脂代谢和脂质组学的相关研究表明，煮沸后肉制品磷脂损失较大，更加适用于动脉粥样硬化患者。Sun Rui等[52]采用高效液相色谱与脂质组学相结合的方式对罗非鱼肉蒸煮过程中的脂质谱迁移情况进行分析，对不同蒸煮时间的罗非鱼肉进行对比研究，结果表明，在加热过程中罗非鱼肉的脂质谱会发生改变。Shi Cuiping等[53]研究蒸、煮和烧烤对罗非鱼片脂质的影响，结果表明，3 种类型的热处理方法具有不同的效果。Zhao Bing等[54]分析盐含量对水煮鸭加工过程中脂质组分的影响，结果发现，不同盐含量会直接影响加工过程中磷脂分子组成，并会在一定程度上促进脂质的降解。Guo Xin等[55]使用基于 UPLC-MS/MS的脂质代谢组学方法鉴定干腌羊肉火腿主要脂质代谢物的变化及所涉及的主要途径，甘油磷脂代谢和鞘脂代谢是干腌羊肉火腿加工的关键代谢途径，研究结果为干腌羊肉火腿的质量控制和产品改进提供了依据。Wang Shengnan等[56]通过生物信息学分析方法鉴定虾中12 种代谢途径中富集的531 个个体脂质变量，结果表明，3 种低贮藏温度（4、-2、-18 ℃）对虾脂质的影响不同，磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺、甘油二酯和TAG可能成为虾脂质氧化研究的重点。目前基于MS的脂质组学在食品领域的应用范围较广，脂质组学可用于在分子水平上研究食品中脂质成分的结构、类型和性质之间的关系，以及脂质变化对食品加工、贮藏和运输过程中质量的影响，从而为探索更安全、更有效的食品质量控制体系提供参考。

3.4 脂质组学在肉品安全性评价中的应用

基于MS的高通量、灵敏和可靠的脂质组学是表征和定量样品中单个脂质的强大工具，并且已成功应用于食品科学和技术领域的脂质组成表征、掺假和可追溯性分析[57-58]。Chiesa等[50]基于非靶向LC-HRMS脂质组学策略，对辐照鸡肉、火鸡肉和混合碎肉（鸡肉、火鸡肉和猪肉）的脂质分布变化进行研究，以评估是否存在与脂质组改变有关的食品安全问题，结果发现，在辐照火鸡肉中鉴定出氧化的甘油磷酸乙醇胺和氧化的甘油磷酸丝氨酸，3 种肉中均发现了特征性甘油二酯谱。海洋脂质，特别是n-3 PUFA、二十碳五烯酸和二十二碳六烯酸，在很大程度上与预防饮食引起的疾病有关。

4 结 语

在不同的肉制品中，脂质的含量和种类差异明显，脂质的潜在标志物已经逐渐成为分析肉品质量和种类的方法之一，脂质组学和液相色谱-质谱联用能够很好地说明肉品中的脂质变化，在当前的研究中应用十分广泛，但是依旧有许多肉品和食品中的脂质变化没有得到明确的分析，脂质组学具有较大的发展空间。本文主要将脂质组学对肉品风味、品质、安全的影响相关研究进行整合，突出当前脂质组学在肉品研究中的重要性。