基于代谢组学解析冻融过程中藏鸡胸肉风味与安全的分子机制

《Food Chemistry: X》：Metabolome analysis of frozen chicken breast during thawing at room temperature

本研究针对传统理化分析难以揭示冻藏鸡肉解冻过程中分子机制的研究空白，采用广泛靶向代谢组学技术，系统分析了25°C空气解冻条件下藏鸡胸肉在不同解冻阶段（冷冻、半解冻、完全解冻）的代谢动态变化。研究成功鉴定出788种代谢物，发现代谢物总丰度随解冻显著增加，筛选出18β-甘草次酸、FFA(22:6)等关键差异代谢物。KEGG富集分析揭示解冻早期以"甘油酯代谢"和"坏死性凋亡"通路为主，后期则显著富集"ABC转运蛋白"及"苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸生物合成"通路。研究首次系统阐明了解冻过程中代谢物积累对风味的双重影响：小肽和核苷酸代谢物增强风味，而苦味物质和生物胺则导致异味及潜在安全风险。该研究为优化冷冻鸡肉解冻策略、提升产品安全性与风味品质提供了重要理论依据。

　　

当一块冷冻的鸡胸肉从冰箱取出，在室温下慢慢解冻时，其内部正发生着一场复杂的生化剧变。这种看似简单的过程，实际上直接关系到鸡肉的食用安全性和风味品质。传统上，研究人员通过质地分析、色泽测定和保水性等指标来评估解冻肉品的质量变化，但这些方法难以全面揭示其背后的分子机制和代谢途径。随着高通量组学技术的发展，代谢组学为深入理解鸡肉解冻过程中的分子变化提供了全新视角。

在这项发表于《Food Chemistry: X》的研究中，研究人员对冻藏藏鸡胸肉在25°C空气解冻过程中的代谢变化进行了系统分析。研究采用广泛靶向代谢组学技术，重点关注三个关键解冻阶段：完全冷冻状态（核心温度-18°C）、半解冻状态（核心温度0.0±0.3°C）和完全解冻状态（核心温度20.0±0.4°C）。每个阶段采集5个藏鸡胸肉样本，使用70%甲醇溶液提取水溶性小分子代谢物，通过UPLC-MS/MS（超高效液相色谱-串联质谱）进行分析鉴定。

主要研究方法

研究选取15只500日龄藏鸡，在-18°C完全冷冻72小时后，于25°C、70%相对湿度条件下进行空气解冻。通过实时监测核心温度，在三个关键状态点采集样本。代谢物提取采用70%甲醇溶液，使用Waters ACQUITY UPLC HSS T3 C18色谱柱进行分离，在正负离子模式下进行MRM（多反应监测）扫描。数据分析采用PCA（主成分分析）和OPLS-DA（正交偏最小二乘判别分析）等多变量统计方法，差异代谢物筛选标准为VIP（变量重要性投影）≥1，p<0.05，FC（倍数变化）≥1.5或≤0.67。

代谢组学概览

研究共鉴定出788种代谢物，涵盖氨基酸及其代谢物（254种）、有机酸及其衍生物（108种）、脂肪酰基（87种）、核苷酸及其代谢物（69种）等多个类别。总离子流图显示QC（质量控制）样本具有高度重叠性，证明数据重复性好、可靠性高。值得注意的是，水溶性小分子代谢物的总丰度随解冻程度增加而显著上升，完全解冻组达到最高累积水平。

代谢物谱的多变量统计分析

PCA分析显示五个重复样本聚集良好，表明分析具有高稳定性和重复性。OPLS-DA模型能明显区分各组间的代谢物差异，模型拟合优度R²Y(cum)达到0.998，预测能力Q²(cum)为0.806-0.908，表明模型具有出色的区分能力和预测可靠性。

差异丰度代谢物分析

在解冻早期（冷冻vs半解冻），共鉴定出60个DAMs（差异丰度代谢物），其中38个上调，22个下调，主要包括13个"甘油磷脂"和12个"脂肪酰基"。VIP值排名前五的DAMs为16-脱氢孕酮、18β-甘草次酸、3-氨基-5-羟基苯甲酸、游离脂肪酸FFA(22:6)和肉碱C3:0。而在解冻后期（半解冻vs完全解冻），鉴定出54个DAMs，其中"氨基酸及其代谢物"占比最高（33/54），包括Trp-Ile、肉碱C5:1、L-蛋氨酸等。

KEGG富集分析显示，解冻早期DAMs显著富集于"甘油酯代谢"和"坏死性凋亡"通路，后期则主要富集于"ABC转运蛋白"和"苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸生物合成"通路。这种通路富集的阶段性特征揭示了解冻过程中代谢重编程的动态变化规律。

关键代谢物类别变化

"氨基酸及其代谢物"是占比最高的类别（30.62%-30.68%），包括165个小肽、58个氨基酸衍生物和31个氨基酸。完全解冻后该类代谢物总丰度显著增加12.05%，其中缬氨酰异亮氨酸和异亮氨酰亮氨酸等呈味二肽含量显著上升。"核苷酸及其代谢物"占比16.19%，完全解冻后丰度增加15.06%，肌苷、鸟苷等风味前体物质显著积累。

同时，研究也发现了一些潜在风险物质的积累。三种生物胺（组胺、腐胺和酪胺）在完全解冻组中的丰度比冷冻组高13.72%。苯衍生物（如4-氨基苯酚）和杂环化合物（如3-氨基喹啉）的含量也显著增加。

讨论与意义

研究表明，藏鸡胸肉解冻过程中的品质变化受复杂的生化信号过程调控。解冻早期以细胞膜脂质降解和脂质氧化为主，18β-甘草次酸的积累表明细胞启动了抗氧化防御机制。FFA(22:6)的显著积累提示PLA₂（磷脂酶A₂）介导的膜磷脂降解通路被激活。解冻后期则转向广泛的蛋白质水解和氨基酸代谢，ABC转运蛋白通路的富集表明细胞正在主动运输水解产生的小肽和游离氨基酸。

风味形成方面，解冻过程具有双重作用：一方面，蛋白质降解产生的呈味二肽和核苷酸代谢物增强了鸡肉的鲜味；另一方面，苦味肽、生物胺等物质的积累可能导致异味和潜在安全风险。生物胺的形成与微生物代谢活动密切相关，其积累可能引发食品安全问题。

这项研究首次系统揭示了解冻过程中藏鸡胸肉的代谢动态变化规律，为理解冻融肉品的品质变化机制提供了分子水平的见解。通过识别解冻过程中的关键代谢标志物，为优化冷冻鸡肉的解冻策略、提高产品安全性和风味品质奠定了理论基础。未来研究可结合蛋白质组学和宏基因组学技术，进一步阐明特定酶和微生物过程在解冻肉品品质变化中的具体作用机制。