不同品种牛肉的风味特征：基于UHPLC-MS/MS、GC×GC-TOFMS和化学计量学的多维综合分析

《Food Research International》：Flavor characteristics of beef from different breeds: multi-dimensional integrated analysis via UHPLC-MS/MS, GC×GC-TOFMS, and chemometrics

　　

•AG组的C18:1n9c和风味氨基酸含量最高，其次是PL组，而SM组富含PUFAs。
•共鉴定出14个潜在脂质生物标志物和47个核心特征VOCs。
•平凉红牛肉呈现更浓郁的脂肪味、黄瓜香、青草味和坚果香气特征。
•牛肉VOCs谱受脂肪酸、游离氨基酸和脂质的组成及含量影响。
•2-甲基丁醛和2-十一酮被鉴定为区分SM牛肉与AG和PL的关键香气化合物。

**引言**

随着肉类消费从数量充足向质量导向需求的转变，消费者对牛肉的期望已超越基本的营养价值和安全性，延伸至风味、嫩度和多汁性等感官属性（Cui et al., 2026）。在这些属性中，风味是决定消费者接受度和复购意愿的关键因素，因此已成为推动牛肉产业从数量驱动型生产向质量导向型发展升级的重要科学问题。肉类风味源于味觉与嗅觉的协同感知，本质上是非挥发性化合物与挥发性有机化合物（VOCs）与味觉受体和嗅觉化学感受器相互作用后产生的整合感官反应（Kaffarnik et al., 2015）。牛肉风味一般由两个主要组成部分构成：滋味和香气。前者主要受非挥发性成分的影响，包括游离氨基酸、核苷酸、肽类及无机盐等；后者则主要来源于脂质氧化、美拉德反应和Strecker降解等热反应过程中产生的VOCs。游离氨基酸是滋味感知的直接贡献者，同时也是热风味形成的重要前体物质，而总氨基酸组成则提供了关于不同牛种肌肉组织整体氨基酸（AAs）储备库和代谢特征的互补信息。美拉德反应有助于赋予熟肉制品典型的烘烤风味和基本的肉香气（Park & Choi, 2025）。脂质作为特征性肉风味的重要前体，其氧化反应被认为是挥发性风味化合物形成的核心途径，据报告约占熟肉香气的90%左右（Sohail et al., 2022）。已有研究表明，风味前体物质（包括脂肪酸（FAs）、氨基酸和还原糖）在加热过程中可转化为多种VOCs，如醛类、酮类、醇类、酸类、酯类、呋喃类和吡嗪类等，这些化合物共同塑造了肉类的特征香气谱（Park & Choi, 2025; Wang, Zhong, et al., 2026）。因此，系统阐明牛肉中风味前体、脂质组成与VOCs之间的内在关系，对于阐明牛肉风味形成的化学基础具有重要意义。尽管已有大量研究聚焦于宰后加工条件（如烹饪（Wang, Zhang, et al., 2026）、熟成（Hernandez et al., 2025）和储存（Liu, Su, et al., 2025））对牛肉风味的影响，但鲜牛肉中的固有非挥发性成分不仅调控基本滋味感知，还作为核心风味前体物质从根本上决定了熟肉的风味特征（Bleicher et al., 2022）。然而，从鲜牛肉固有成分角度出发研究风味形成的相关研究仍相对有限。

在众多影响牛肉风味的因素中，品种被认为是最重要的内在决定因素之一。不同牛种在生长速度、肌肉内脂肪沉积能力、脂肪酸合成与去饱和以及蛋白质和氨基酸代谢等方面存在显著的遗传差异。这些差异进一步决定了牛肉的营养组成和脂质特征，从而为品种相关的风味差异提供了生化基础。在不同肉牛品种中，安格斯牛（AG）以其高脂肪沉积能力、肉质嫩滑和丰富的大理石花纹而闻名，而西门塔尔牛（SM）则以生长速度快、瘦肉率高为特征，在中国牛肉生产中应用广泛。因此，AG和SM在肌肉生长和脂肪沉积特征上表现出明显的差异。同时，随着消费者对高品质、具有特色和地域特征牛肉产品需求的增加，中国地方牛种也日益受到关注。经过对特定生态环境、饲养体系和育种目标的长期适应，这些地方品种已形成了独特的肉质和风味特征。此外，部分具有地理标志属性的牛肉产品已获得了较高的市场认可度，展现了可观的消费潜力（R. Fu et al., 2024）。平凉红牛（PL）是陇东黄土高原地区一种独特的地方肉牛资源。平凉红牛是在当地黄牛的基础上，通过长期选育培育而成的，具有特征性的肉质性状，特别是在肉色、嫩度、大理石花纹和风味方面。以往的研究已从加工方法（Wang, Bu, et al., 2023）、饲养体系（Li et al., 2025）和代谢调控（Wang, An, et al., 2023）等方面对平凉红牛的肉质进行了研究。然而，在统一饲料和管理条件下，平凉红牛与安格斯牛和西门塔尔牛等商业品种在风味前体和脂质组成方面是否存在稳定的差异，以及这些差异是否能进一步转化为可识别的品种特异性挥发性风味特征谱，目前仍不清楚。鉴于不同的香气特征通常与不同的消费者偏好相关，因此对多个品种的牛肉风味组成及其形成生化基础的比较研究是必要的。此类研究将有助于弥补目前关于平凉红牛与主流引进品种之间风味差异的知识空白，为评价优质地方肉牛资源、鉴定差异化风味标志物以及促进更精准的消费者导向型产品定位提供科学依据。

脂质组学和风味组学的发展为系统阐明肉类风味形成的分子基础提供了强大的分析工具（Wang, Bu, et al., 2023）。近年来，脂质组学与风味组学相结合的多组学整合方法越来越多地应用于反刍动物肉类的风味研究。例如，将挥发组学与非靶向脂质组学相结合的研究揭示了羊肉类中挥发性风味化合物的品种特异性差异与PE和PC等脂质前体之间的关联（Yang et al., 2026）。在谷饲和草饲牛肉的研究中，研究人员鉴定出与关键香气形成密切相关的TG、DG和游离脂肪酸，进一步证明了脂质组成与风味分化之间的密切关系（Li et al., 2025）。在现有的脂质组学技术中，超高效液相色谱-串联质谱（UHPLC–MS/MS）凭借其高覆盖率和灵敏度，能够对包括甘油脂质（GLs）、甘油磷脂（GPs）、鞘脂（SPs）和甾醇脂质（STs）在内的复杂脂质种类进行高通量定性和定量分析。该方法能够全面表征肉类脂质谱。气相色谱-质谱联用（GC–MS）是目前肉类VOCs分析中最广泛使用和最为成熟的技术。然而，由于肉类挥发性物质高度多样且存在于复杂基质中，常规GC–MS往往面临一些局限性，包括峰容量有限、共流出化合物分离不充分以及对痕量化合物鉴定能力不足等。随着分析技术的不断进步，全二维气相色谱-飞行时间质谱（GC × GC-TOFMS）有效地克服了部分上述局限。该技术通过采用两种具有不同选择性的色谱柱实现二维分离，并结合飞行时间质谱的高采集速率和灵敏度，可显著提高复杂挥发性混合物中的分离分辨率、峰容量和化合物鉴定能力。因此，该技术在复杂食品风味体系的全面表征方面表现出明显优势（Lu et al., 2025; Shen et al., 2023）。该技术已被应用于羊肉（Liu, Yu, et al., 2025a）、猪肉（Wang et al., 2024）、茶叶（Liu et al., 2026）、葡萄（Du et al., 2026）和白酒（Wang, Zhao, et al., 2026）等多种食品挥发性成分的系统表征。然而，该技术尚未在牛肉风味研究中得到广泛应用，特别是在不同牛种挥发性风味特征谱的比较研究中更是如此。

因此，本研究以平凉红牛、安格斯牛和西门塔尔牛为研究对象。基于上述考虑，我们提出假设：品种依赖性的肌肉内脂质代谢差异会产生特定的脂质特征，这些特征作为不同的风味前体物质库，随后通过脂质氧化和热反应参与香气活性VOCs的形成。因此，品种特异性脂质谱可能作为潜在分子决定因素，促成不同牛种牛肉的特征风味分化。通过整合基于UHPLC–MS/MS和GC × GC-TOFMS的脂质组学和风味组学分析，本研究旨在：(i) 测定三种牛种牛肉中风味相关前体（氨基酸、脂肪酸）的含量，表征脂质组成，并鉴定VOCs组成和风味特征谱；(ii) 通过化学计量学分析，鉴定与品种区分和风味形成密切相关的差异脂质分子和特征VOCs标志物；(iii) 构建VOCs、氨基酸、脂肪酸与脂质分子之间的关联网络，以探索其潜在关联和内在机制。本研究对三种牛种牛肉的风味前体、脂质谱和挥发性风味特征进行了整合表征，从而推进了对品种相关风味差异的理解，并为特色牛肉产品的开发以及未来风味品质改良策略提供了理论基础。

**段落摘要**

**动物与肌肉采样**

本实验随机选取了18头体格条件优良的健康安格斯牛（AG，n = 6）、平凉红牛（PL，n = 6）和西门塔尔牛（SM，n = 6）。实验牛平均月龄为18个月，AG、PL和SM的平均初始体重分别为567.7 kg、425.3 kg和481.9 kg。本研究中涉及的所有动物饲养和实验程序均经过甘肃农业大学伦理委员会审查和批准（批准号：）。

**风味相关前体的分析**

如图1所示，三种牛种牛肉中关键风味前体的含量存在显著差异。AG组总氨基酸（TAA）含量最高（19.23 g/100 g），其次为PL组（18.45 g/100 g）和SM组（18.19 g/100 g）（图1A）。图1B展示了包括鲜味氨基酸（UAAs）、甜味氨基酸（SAAs）、苦味氨基酸（BAAs）、芳香族氨基酸（AAAs）和必需氨基酸在内的各类氨基酸的相对含量和比例。

**讨论**

牛肉风味的形成并非由单一化合物决定，而是由水溶性和脂溶性前体物质的协同贡献，结合其在加工、储存和烹饪过程中的氧化、降解及相互作用所驱动。在标准化饲养管理和饲料条件下，我们比较了AG、PL和SM牛的腰最长肌（LTL）肌肉中的关键风味前体物质。牛肉被认为是优质膳食蛋白的理想来源，提供了完整的

**结论**

本研究采用整合食品组学策略，系统表征了AG、PL和SM三种牛种牛肉在氨基酸、脂肪酸、脂质组成和VOCs谱方面的品种相关差异。AG牛肉整体表现为风味相关氨基酸和单不饱和脂肪酸（MUFAs）含量较高，而SM牛肉则表现出更高的多不饱和脂肪酸（PUFAs，包括C18:3n3、C18:2n6c和CLA）水平和更丰富的甘油磷脂（GPs）；PL和AG牛肉的甘油脂质（GLs）含量相对较高，凸显了不同的脂质

**CRediT作者贡献声明**

李倩：初稿撰写、方法设计、调查研究、形式分析。何超：审阅与编辑、软件操作、调查研究、数据整理。沙玉竹：审阅与编辑、项目监督。马上武：调查研究。张凌云：调查研究。赵盛国：项目监督、资源提供、经费获取、概念构思。

**实验动物声明**

本研究按照以下动物福利和/或报告指南进行：《实验动物——动物福利伦理审查指南》（中国国家标准）。本研究已获得甘肃农业大学伦理委员会批准（批准号：GSAU-Eth-VMC-2025-061）。

**利益冲突声明**

作者声明，没有已知的竞争性经济利益或个人关系可能影响本论文中报告的工作。

**致谢**

本工作得到平凉红牛新品种选育技术集成示范项目（GYGG-2024-8）、校级动物科学学科创新团队——健康牛羊育种与环境控制技术、清城县委2024年省级均衡性转移支付项目——科技奖励与补贴（2024-1）以及甘肃省现代旱作农业特色项目的资助。

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