冷藏牦牛肉在托盘、真空和气调包装下的腐败指标、细菌动态和代谢组学特征：一项以托盘与MAP条件为重点的综合多组学比较研究

《Foods》：Spoilage Indicators, Bacterial Dynamics, and Metabolomic Profiles of Chilled Yak Meat Under Tray, Vacuum, and Modified-Atmosphere Packaging: A Comparative Study with Integrated Multi-Omics Focused on Tray Versus MAP Conditions

　　

研究人员指出牦牛肉在可用的包装方法上存在局限性，以延长其货架期并维持品质。该研究比较了托盘包装（YM）、真空包装（YZ）和70% O₂/30% CO₂ 气调包装（MAP, Modified-Atmosphere Packaging）（YP）对4 °C贮藏的牦牛背最长肌的保鲜效果。对所有三组样品测定了理化参数和总活菌数（TVC, Total Viable Count），同时对YM和YP样品进行了16S rRNA（核糖体RNA）测序和非靶向代谢组学分析，以探究品质差异背后的机制。与YM和YZ相比，YP处理显著延缓了pH升高和色泽劣化。此外，在贮藏期间，YP样品的总挥发性盐基氮（TVB-N, Total Volatile Basic Nitrogen）、TVC和滴水损失的增加幅度低于YZ和YM样品。Brochothrix属、Macrococcus属、Photobacterium属、Delftia属、Acinetobacter属、Pseudomonas属和Lactococcus属被认为是牦牛肉的主要腐败菌。值得注意的是，在贮藏过程中，YP样品中Lactococcus属和Pseudomonas属的比例显著降低。通过非靶向代谢组学，共鉴定出818种代谢物。在接近腐败阶段，2-氧代羧酸代谢、组氨酸代谢、氨基酸生物合成和D-氨基酸代谢等若干通路被确定为影响YP和YM样品之间代谢差异的主要通路。Pearson相关分析表明，Macrococcus属、Photobacterium属、Pseudomonas属、Lactococcus属和Enhydrobacter属等细菌属与关键差异代谢物显著相关。此外，1-甲基组氨酸、3-甲基组氨酸、α-酮戊二酸、PC 34:2（磷脂酰胆碱34:2）、麦角硫因、鹅肌肽、LPC 16:0（溶血磷脂酰胆碱16:0）和L-蛋氨酸砜与主要腐败微生物呈正相关。这些发现加深了研究人员对在最普遍的商业选择（托盘包装）和最有前景的气调包装替代方案（70% O₂/30% CO₂ MAP）下贮藏的牦牛肉腐败特性的理解。

**研究背景、问题与目的**

牦牛肉是一种低脂肪（约1%）、高蛋白（约21%）且富含必需氨基酸、多不饱和脂肪酸和矿物质的特色肉类，为青藏高原原住民提供稳定的食物来源，并因其半野生放牧方式被视为健康有机食品。近年来，随着营养和健康意识的增强，牦牛肉产业在国内外市场显著扩张。然而，牦牛生产面临利润空间狭窄的挑战，主要原因是核心产区（如青藏高原）偏远、运输网络不足，且新鲜牦牛肉在冷藏过程中易受污染和腐败，目前缺乏有效的保鲜方法。商业上，托盘包装、真空包装和气调包装（MAP）结合低温被广泛用于分割肉展示。托盘包装便捷廉价但货架期短；真空包装创造厌氧环境控制腐败菌，但导致汁液流失和肉色紫红；高氧MAP（70~80% O₂/20~30% CO₂）在保持肉色方面更有效。鉴于托盘包装是最普遍的商业选择，而MAP在优化牦牛肉品质方面潜力最大，研究人员对两者进行系统比较研究。现有研究多关注微生物对牦牛肉货架期的影响，但仅依赖微生物分析不足以全面理解腐败过程，非靶向代谢组学可提供整体评估。本研究旨在探究不同包装对牦牛肉品质指标的影响，通过高通量测序和液相色谱-质谱联用（LC-MS/MS）技术评估托盘和MAP下细菌群落动态及代谢组学特征，并探索细菌群落与代谢物的相互作用，为后续肉类贮藏提供参考。该论文发表在《Foods》期刊。

**主要关键技术方法**

研究人员从四川省阿坝州红原县选取5头自然放牧的24月龄牦牛，在当地屠宰场宰杀后取背最长肌，于4°C成熟24小时，然后切割成均匀切片（约10 cm × 5 cm × 1.5 cm，重约100 g），随机分配到三种包装处理中：真空包装（YZ）、托盘包装（YM）和70% O₂/30% CO₂ 气调包装（YP），每个处理组合5个重复，共90个样本。所有样品在4°C贮藏0、3、7、11、15、18天，根据TVB-N结果确定采样时间点进行理化分析；对YM和YP样品在新鲜、中鲜和近腐败阶段（分别对应YM1-3和YP1-3）收集样本用于16S rRNA V3-V4区高通量测序（Illumina HiSeq 2500平台）和非靶向代谢组学分析（UHPLC-Orbitrap Q Exactive HF-X质谱仪）。通过QIIME2进行序列分析，利用Compound Discoverer和SIMCA-P进行代谢物鉴定与差异分析，采用线性混合效应模型和Pearson相关进行统计。

**研究结果**

**3.1 肉品质属性的变化**

通过理化测试和TVC测定，研究人员发现初始pH为5.87±0.09，所有组pH随贮藏时间升高，但YP样品pH增长率低于YM和YZ，表明MAP延缓了蛋白质水解和微生物生长。颜色方面，L*（亮度）和a*（红度）值随贮藏下降，但YP组在各时间点保持较高值，b*（黄度）逐渐增加，YP组增加较慢，表明MAP延缓了氧化和细菌增殖导致的色泽劣化。TVB-N含量：YM组在第11天达到15.85 mg/100 g，超过国家鲜肉标准（15 mg/100 g），而YP组在第15天接近该限值，YZ组居中，表明MAP显著延缓了蛋白质腐败。TBARS值：所有组均未超过0.5 mg MDA/kg，且组间无显著差异，说明脂质氧化程度整体较低。TVC：所有组随时间增加，YP组在第18天显著低于其他组。滴水损失：所有组随时间增加，YP组在11天后显著较低，表明MAP提高了持水能力。综上，MAP延缓了品质劣化。

**3.2 包装类型改变细菌群落结构**

基于16S rRNA测序，α多样性（Shannon和Chao1指数）表明YP组各阶段值均高于YM组，且随贮藏时间下降，说明初始菌群中少数特定腐败菌逐渐占优。β多样性（NMDS基于Weighted和Unweighted UniFrac距离）显示YP和YM样品明显分离，ANOSIM检验确认组间差异显著。在门水平，Firmicutes和Proteobacteria是主要菌门。在属水平，主要菌属包括Brochothrix、Macrococcus、Photobacterium、Delftia、Acinetobacter、Pseudomonas和Lactococcus。MAP条件下，菌群优势从Macrococcus（42.47%）演替至Brochothrix（73.67%）；Pseudomonas在两组中相对丰度均随时间增加，在YM3中达27.02%；Lactococcus在YP样品中相对丰度显著低于YM样品。LEfSe分析表明，在近腐败阶段，YM样品中Lactococcus和Pseudomonas是显著富集的生物标志物，而YP样品中Firmicutes门相关菌群占优。

**3.3 包装对牦牛肉代谢组谱的影响**

非靶向代谢组学共鉴定818种代谢物。PCA分析显示YP和YM样品明显分离，且随贮藏时间聚类。热图表明YP3样品代谢物水平升高最显著，代谢物分类中脂质及类脂分子占47.92%，有机酸及其衍生物占22.05%。差异代谢物（DAMs）分析：YP1 vs YM1共有380个DAMs，YP3 vs YM3共有394个DAMs（上调317个，下调77个）。KEGG富集分析显示，YP1 vs YM1中富集通路包括核心碳代谢、氨基酸和辅因子代谢及信号转导，但均未达到统计学显著性；YP3 vs YM3中显著富集通路包括2-氧代羧酸代谢、组氨酸代谢、氨基酸生物合成和D-氨基酸代谢，这些通路与微生物降解蛋白质和脂质有关，在包装相关腐败过程中起关键作用。近腐败阶段变化最大的35种代谢物涉及脂质代谢重塑（如PC 16:0/16:0、LPC 16:0等）、氨基酸代谢紊乱（如苯丙酮酸、组胺、肌肽等）和能量代谢（如柠檬酸、ZMP等），这些代谢物积累源于内源酶和微生物催化的复杂生化反应。

**3.4 主要微生物与代谢物的相关性分析**

Pearson相关分析表明，Macrococcus、Photobacterium、Pseudomonas、Lactococcus和Enhydrobacter等菌属与近腐败阶段的关键差异代谢物存在广泛相关性。其中，1-甲基组氨酸、3-甲基组氨酸、α-酮戊二酸、PC 34:2、麦角硫因、鹅肌肽、LPC 16:0和L-蛋氨酸砜与Pseudomonas呈正相关，且与Photobacterium和Lactococcus也呈正相关。这些代谢物在YM3样品中显著富集，与Lactococcus和Pseudomonas作为生物标志物一致，表明MAP抑制了这些菌属的代谢活性，从而延长货架期。

**总结与结论**

讨论部分总结了研究局限性：未进行感官评价，限制了理化与微生物变化与实际货架期的直接关联；未监测包装内气体组成变化；真空包装样品的多组学特征未完全表征；结论基于特定包装条件和温度，可能不适用于其他肉类或加工参数。未来需结合感官分析和更广泛实验条件来验证和扩展结论。研究结论部分翻译如下：本研究中，研究人员通过理化测试和总活菌数（TVC）测定，表征了三种包装条件（YM、YZ和YP）下牦牛肉的品质。与YM和YZ相比，YP中腐败指标的进展更慢。整合16S rRNA测序和代谢组学分析揭示了YP和YM之间不同的微生物和代谢特征，其中Lactococcus和Pseudomonas在YM中占主导地位，关键差异通路包括2-氧代羧酸代谢、组氨酸代谢、氨基酸生物合成和D-氨基酸代谢。相关性分析进一步将特定菌属（Macrococcus、Photobacterium、Pseudomonas、Lactococcus和Enhydrobacter）与特征代谢物联系起来。这些发现为MAP在延长牦牛肉货架期中的应用提供了科学依据。