通过集成代谢物和脂质分析，并结合特定标志物评估，研究反复冻融循环过程中牛肉新鲜度的丧失情况

《Food Bioscience》：Integrated metabolite and lipid profiling with targeted marker assessment of beef freshness loss during repeated freeze-thaw cycles

　　

摘要

反复的冻融循环会破坏牛肉的肌肉完整性和代谢稳态，从而加速其新鲜度的下降。然而，这一过程中代谢物和脂质的协同变化尚未得到完全解析。本研究通过UHPLC-QTOF-MS/MS技术进行了非靶向代谢组学和脂质组学分析，筛选出70种差异代谢物（DMs）和52种差异脂质（DLs），并利用离子迁移度来辅助脂质的鉴定。这些变化反映了嘌呤分解代谢、蛋白质降解相关变化以及膜脂质重塑的过程。随后，通过UPLC-MS/MS的多反应监测（MRM）技术对23种候选标志物进行了进一步评估；对于缺乏相应参考标准的脂质候选物，则仅分析了其相对变化趋势。Mantel分析显示这些标志物与传统的新鲜度指标（如pH值、颜色、TVB-N和TBARS）之间存在显著关联。基于这23种候选标志物的O2PLS-DA建模表明，不同冻融处理组之间存在显著的区别（R2Y = 0.972，Q2 = 0.966）。这些发现将反复冻融循环导致的牛肉新鲜度下降与嘌呤分解代谢、蛋白质降解和膜磷脂重塑联系起来，同时也证明了该标志物组合在新鲜度评估中的潜力。

引言

牛肉的新鲜度是其食用品质、营养价值和加工适用性的关键决定因素，也是消费者在购买时的主要考虑因素（Bhandari, Devage, Kumar, Ramanathan, & Krishnan, 2025）。牛肉能够较好地保留其天然的肌肉结构、营养成分和风味，这与消费者对高质量、加工程度较低的肉类产品的日益偏好相符（Granato & Wassmann, 2024）。因此，近年来牛肉在鲜食零售和食品服务领域的市场份额显著增加。然而，在复杂的冷链运输和家庭储存过程中，任何阶段的温度异常都可能破坏冷链 integrity（Leng, Zhang, Gao, & Wang, 2024; C. Y. Liu et al., 2022）。在实际物流中，反复的冷冻和解冻现象几乎不可避免，导致产品在保质期结束前经历了多次冻融循环。这种反复的冻融过程会破坏肌肉细胞结构，加速脂质氧化和蛋白质变性，并加剧肉汁流失，不仅造成经济损失，还会显著影响肉品的感官品质和安全性（Bhandari et al., 2025）。因此，全面了解反复冻融循环对牛肉新鲜度的影响对于确保肉品质量和改进冷链管理具有重要的理论和实践意义。

传统的新鲜度评估指标（如pH值、颜色、TVB-N和TBARS）能够有效反映肉品的宏观质量变化。然而，传统指标难以揭示冻融损伤的早期机制及其分子层面的动态进展（Du et al., 2022; Zhu et al., 2023）。组学技术的快速发展，特别是代谢组学和脂质组学，为食品科学研究提供了全面的分子视角（Ferrocino et al., 2023）。代谢组学能够捕捉小分子代谢物的动态变化，揭示能量代谢和生化途径的紊乱（Su, Yu, Liang, Wang, & Wang, 2024）。脂质组学则专注于脂质分子的分析，这对理解膜结构破坏和脂质氧化过程至关重要（Xue et al., 2025）。近年来，基于离子迁移度的脂质组学技术得到了发展。离子迁移度分离（IMS）为传统的LC-MS技术增加了额外的分离维度，有效区分了异构体和同系物（Tortorella, Bartels, Suman, Heeren, & Righetti, 2025），显著提高了脂质鉴定的准确性、覆盖范围和通量，为复杂食品基质中的脂质变化提供了有力的技术支持。

然而，单一组学方法提供的分子信息不足以完全阐明涉及多途径相互作用的复杂降解机制。因此，将代谢组学和脂质组学相结合，可以为食品分析提供一个从脂质降解到小分子代谢物变化的全面分子级解释框架（Bansal, Rodriguez, Thompson-Witrick, Wang, Taft, & Zhang, 2025; Hu, Zhang, Xing, Yu, & Chen, 2022; S. Li, Tian, Jiang, Lin, Liu, & Yang, 2021; W. B. Li et al., 2023; Y. Z. Li et al., 2025; Wu & Jia, 2024; Z. C. Zhang, Wang, Dong, Cui, Huang, & Qin, 2025）。本研究基于多组学整合的优势，试图将其应用于冻融损伤的机制解析中。

本研究旨在阐明反复冻融循环对牛肉新鲜度下降的生化机制，并利用综合代谢组学和脂质组学方法评估潜在的损伤标志物。实验程序的详细步骤如图1所示。首先系统地分析了牛肉的代谢组和脂质组学特征；随后通过多反应监测（MRM）技术对选定的候选标志物进行了分析；最后评估了这些标志物与传统新鲜度指标之间的关联及其区分不同冻融处理的潜力。

章节片段

试剂和样品准备

试剂详情见支持信息-1（步骤1.1）。

样品采集与制备：样品由中国无锡方庙农贸市场提供的杂交黄牛（约2岁，体重700 ± 150公斤）的里脊肉，由恒义屠宰场（证号A12120601）提供。屠宰后3小时内采集肌肉样本并冷藏运输至实验室。所有样品均来自相同的解剖部位。

非靶向代谢组学分析

使用质量控制（QC）样品来评估系统的稳定性，因为它们代表了整个分析流程。QC样品的基线峰强度（BPI）色谱图显示出高度一致性（图S1A和C），在主成分分析（PCA）得分图中QC样品形成了一个紧密的簇（图2C–D）。此外，超过75%的检测特征的时间标准偏差（RSD）≤ 30%（图S1B和D）。这些结果表明...

讨论

反复冻融处理会破坏代谢稳态，引发能量代谢崩溃、膜脂质相变与损伤、蛋白质降解级联反应以及氧化应激的协同作用（Tai et al., 2025; Yi et al., 2024）。这些系统性扰动最终导致肉品新鲜度下降。本研究的主要差异特征包括氨基酸和肽类、核苷酸衍生物、甘油磷脂（GP）和溶血磷脂等。

结论

通过对反复冻融处理的牛肉进行综合代谢组学和脂质组学分析，并结合半定量多反应监测（MRM）技术，系统地分析了其代谢物和脂质的变化。选取的23种候选标志物中包含具有参考标准的分析物以及使用替代标准评估的脂质候选物。这些标志物与新鲜度下降有关，并展现出区分不同冻融处理的潜力。

CRediT作者贡献声明

Wei Ma：监督、资源协调。Alberta Osei Barimah：验证、方法论指导。Chifang Peng：撰写、审稿与编辑、资金获取、概念构思。Zhouping Wang：监督、资源协调。Shengmei Tai：初稿撰写、验证、方法论设计、实验设计、数据分析、概念构思。Yina Cai：验证、资源协调、实验设计。Zheyuan Yao：验证、方法论指导、实验设计、数据分析

未引用参考文献

Chen et al., 2022; Zhang et al., 2025.

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

数据可用性

相关文件（特征表）已存储在Zenodo平台上，网址为：https://sandbox.zenodo.org/records/496151

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本工作得到了国家重点研发计划（2023YFF1104900）的支持。

Shengmei Tai|Zheyuan Yao|Yina Cai|Alberta Osei Barimah|Wei Ma|Zhouping Wang|Chifang Peng