馬紅艷，張德權(quán)，陳 麗，鄭曉春

熒光特征分子表征冷鮮羊肉新鮮度

馬紅艷1,2，張德權(quán)1,2，陳 麗2，鄭曉春2※

（1. 寧夏大學食品與葡萄酒學院，銀川 750021；2. 中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全收貯運管控重點實驗室，北京 100193）

為明確羊肉中熒光物質(zhì)與新鮮度指標的關(guān)系，篩選能夠表征羊肉新鮮度的熒光特征標志物，以羊背最長肌為研究對象，在0 ℃條件下，測定羊肉中潛在熒光標志物酪氨酸（Tyrosine，Tyr）、核黃素（Riboflavin，VB2）、三磷酸腺苷（Adenosine Triphosphate，ATP）、色氨酸（Tryptophan，Trp）、煙酰胺腺嘌呤二苷酸（Nicotinamide Adenine Dicylate，NADH）、原卟啉（Protoporphyrin，PPIX）的含量，研究其與揮發(fā)性鹽基氮（Volatile Base Nitrogen，TVB-N）、硫代巴比妥酸值（Thiobarbituric Acid Value，TBARS）、菌落總數(shù)（Total Colony Count，TVC）的關(guān)系。結(jié)果表明：在貯藏期間羊肉發(fā)生酸敗，肉色劣變，當TVB-N超過15 mg/(100g)，羊肉在17 d時已腐敗，其中TVB-N、TBARS、TVC與Tyr、Trp、PPIX均呈顯著上升趨勢，而NADH、ATP均呈下降趨勢，VB2在貯藏期間呈現(xiàn)先上升后下降趨勢；通過相關(guān)性分析，證實ATP、NADH、Tyr、Trp、PPIX與TVB-N、TBARS、TVC具有顯著相關(guān)性（<0.05），相關(guān)系數(shù)在0.60～0.88范圍內(nèi)；并在4 ℃貯藏條件驗證各熒光物質(zhì)變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)各物質(zhì)變化規(guī)律與0 ℃一致，后續(xù)以ATP、NADH、Tyr、Trp、PPIX指標進行逐步回歸分析發(fā)現(xiàn)，基于Tyr和Trp構(gòu)建的TVB-N和TBARS回歸表征模型效果較好，決定系數(shù)分別為0.926、0.878，基于Tyr和NADH構(gòu)建的TVC回歸模型效果較好，決定系數(shù)為0.952。研究確證了NADH、Tyr、Trp可以作為羊肉新鮮度表征指標，并構(gòu)建了TVB-N、TBARS和TVC預(yù)測表征模型，為后續(xù)開發(fā)基于熒光特征標志物的羊肉新鮮度快速檢測技術(shù)提供了理論支撐。

模型；預(yù)測；冷鮮羊肉；新鮮度；熒光特征標志物；相關(guān)性；逐步回歸

0 引 言

中國是肉類生產(chǎn)和消費大國，生鮮肉是中國肉品消費的主體，占中國肉品消費總量的80%以上[1]。但由于生鮮肉營養(yǎng)豐富，含水率高，在加工、運輸和貯藏過程極易受到微生物和酶等諸多因素的作用腐敗變質(zhì)，而產(chǎn)生食品安全和食品資源浪費等問題[2]。新鮮度是評價冷鮮肉品質(zhì)的關(guān)鍵指標，直接影響產(chǎn)品的貨架期，但傳統(tǒng)檢測方法如凱氏定氮法、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（Gas Chromatography-Mass Spectrometer，GC-MS）、高效液相色譜法、平板計數(shù)法等操作過程復(fù)雜、需要使用化學藥品、費時費力，無法滿足產(chǎn)業(yè)快速檢測的需求[3]。因此，亟需一種快速和準確的新鮮度評估方法，這對于確保生鮮肉品質(zhì)和消費者安全至關(guān)重要。

熒光光譜技術(shù)是一種具有靈敏度高、檢測限低、操作簡單、分析時間短等特點的常用方法，而熒光是熒光分子或亞結(jié)構(gòu)（稱為熒光團）吸收紫外或可見光后發(fā)出的光[4]，其熒光特征包含激發(fā)波長和發(fā)射波長，是熒光分子具有熒光特異性和高光學靈敏度的原因。內(nèi)源熒光是肉樣自身存在或微生物代謝產(chǎn)生的物質(zhì)，具有熒光效應(yīng)的成分[4]。在肉品中，含有多種內(nèi)源熒光特性的物質(zhì)，如煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（Nicotinamide Adenine Dicylate，NADH）、色氨酸（Tryptophan，Trp）、核黃素（Riboflavin，VB2）、酪氨酸（Tyrosine，Tyr）、維生素A、膠原蛋白和席夫堿等，這些熒光分子對其貯藏環(huán)境非常敏感，熒光強度隨著物質(zhì)的濃度水平和組成而不同，可以利用它們的熒光信號追蹤它們在儲存過程中的變化，評估生鮮肉新鮮度[5-6]。Liu等通過正面熒光光譜法評估冷藏期間牛肉新鮮度的變化，利用Trp和膠原蛋白熒光信號值對揮發(fā)性鹽基氮（Volatile Base Nitrogen，TVB-N）和硫代巴比妥酸值（Thiobarbituric Acid Value，TBARS）進行預(yù)測，模型決定系數(shù)均高于0.900，利用Trp、共軛席夫堿熒光信號值預(yù)測菌落總數(shù)（Total Colony Count，TVC），模型決定系數(shù)達0.871[7]。Hassoun等利用NADH熒光響應(yīng)信號成功區(qū)分四種市售品牌堿漬魚（Lutefisk），其整體正確分類率為91.430%[8]。Liu等研究表明色氨酸（Tryptophan，Trp）、煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（Nicotinamide Adenine Dicylate，NADH）的熒光信號，可以用于牛肉新鮮度快速檢測[9]。Lee等發(fā)現(xiàn)豬肉中含有的熒光特性分子煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（Nicotinamide Adenine Dicylate，NADH）、核黃素（Riboflavin，VB2）、原卟啉（Protoporphyrin，PPIX）、鋅原卟啉（Zinc Protoporphyrin）可以作為主要貢獻物質(zhì)預(yù)測豬肉貯藏過程中TVB-N的變化，且熒光分子熒光強度與TVB-N具有良好的相關(guān)性，預(yù)測集決定系數(shù)為0.960[10]。Rahman等利用NADH熒光信號追蹤冷凍魚肉貯藏期間新鮮度的變化，并構(gòu)建偏最小二乘回歸模型，決定系數(shù)為0.850，證明了NADH熒光光譜具有表征冷凍狀態(tài)下魚類新鮮度的潛力[11]。高亞文等利用費舍爾判別分析了NADH的熒光光譜與大黃魚凍融次數(shù)的關(guān)系，結(jié)果表明，NADH的熒光光譜可以100%區(qū)分新鮮大黃魚和反復(fù)凍融大黃魚[12]。Zhuang等利用NADH和VB2熒光強度變化預(yù)測冷凍豬肉貯藏過程揮發(fā)性鹽基氮（Volatile Base Nitrogen，TVB-N）變化，預(yù)測模型的相關(guān)系數(shù)為0.95[13]。Abamba等利用熒光光譜采集不同貯藏時間鯪魚眼球和表面鱗片中Trp、NADH熒光信號，并構(gòu)建偏最小二乘回歸模型對K值進行預(yù)測，預(yù)測模型的決定系數(shù)為0.960[14]。

目前對于熒光分子表征新鮮度的研究缺乏共識且主要集中在水產(chǎn)品方面，對生鮮肉的新鮮度表征缺乏有力支撐?；谏鲜鲅芯浚姿嵯佘眨ˋdenosine Triphosphate，ATP）、煙酰胺腺嘌呤二苷酸（Nicotinamide Adenine Dicylate，NADH）、色氨酸（Tryptophan，Trp）、酪氨酸（Tyrosine，Tyr）、核黃素（Riboflavin，VB2）、原卟啉（Protoporphyrin，PPIX）具有表征新鮮度的潛力，熒光信號相對較強，但能否作為熒光特征標志物，如何表征羊肉新鮮度，尚需研究確證。

本研究以宰后24 h的羊背最長肌為研究對象，旨在探究空氣密封包裝后，在(0±0.5) ℃貯藏條件下羊肉中ATP、NADH、Trp、Tyr、VB2和PPIX含量的變化規(guī)律，對比分析熒光物質(zhì)含量與新鮮度指標隨貯藏時間的變化，明確潛在熒光特征標志物與新鮮度指標間的關(guān)系，篩選可以表征羊肉新鮮度變化的熒光特征標志物，為開發(fā)基于熒光特征標志物的羊肉新鮮度快速、無損檢測技術(shù)提供了理論支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

維生素B2（上海源葉生物科技有限公司）；三氯乙酸（上海麥克林生化科技有限公司）；平板計數(shù)瓊脂（北京陸橋技術(shù)股份有限公司）；磷酸鈉、丁基羥基茴香醚、磷酸二氫鉀、磷酸氫二鉀、三乙醇胺鹽酸鹽、二氯酚靛酚（國藥集團化學試劑北京有限公司）；ATP含量測定試劑盒、原卟啉（純度≥95%）、乙醇脫氫酶、木瓜蛋白酶、高峰淀粉酶、吩嗪硫酸甲酯、N，N-二甲基甲酰胺（高教研（北京）科技有限公司）；煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（寶如億（北京）生物技術(shù)有限公司）；色氨酸、酪氨酸（純度99%，北京山城偉業(yè)科技有限公司）。

1.2 儀器與設(shè)備

Testo 205便攜式pH計（德國德圖公司）；CM-600D型便攜式色差計（日本柯尼卡-美能達公司）；DHP-600電熱恒溫培養(yǎng)箱（天津市中環(huán)實驗電爐有限公司）；SpectraMax190全波長酶標儀（美國Molecular Devices公司）；KJELTEC 2300全自動凱氏定氮儀（丹麥FOSS集團有限公司）；1260高效液相色譜儀（美國Agilent公司）；F-2500熒光分光光度計（日本日立公司）。

1.3 試驗方法

1.3.1 樣品制備

在北京二商穆香源清真肉類食品有限公司隨機選取飼養(yǎng)環(huán)境一致，5～6月齡小尾寒羊公羊12只（體質(zhì)量60 kg左右）。宰后冷卻24 h后從胴體上取下兩側(cè)背最長肌，放入無菌袋中，置于內(nèi)置冰袋的保溫泡沫箱中，于2 h內(nèi)運回實驗室，去除筋膜、脂肪后，分割成180 g左右的肉塊共72塊，裝入標記好的聚丙烯塑料盒（PP5）進行空氣密封包裝（包裝膜厚度100m，透氧性<2 cm3/(m2·d)，透濕性<5 g/(m2·d)），放置于（0±0.5）℃環(huán)境貯藏0、1、3、5、7、9、11、13、15、17、19、21 d，每個時間點隨機取6個樣品測定pH值、色澤、TVC值、TVB-N值、TBARS值及VB2、PPIX、ATP、NADH、Tyr和Trp含量。

為進一步說明各熒光物質(zhì)指標變化規(guī)律普適性，同時為了驗證0 ℃回歸模型的預(yù)測效果，開展4 ℃貯藏驗證試驗和0 ℃貯藏驗證試驗，試驗用的羊肉購買于北京市海淀區(qū)上地華聯(lián)超市，置于裝有冰袋的泡沫箱，30 min內(nèi)運回實驗室，去除筋膜、脂肪后，分割成100 g左右的肉塊共66塊，裝入標記好的托盤盒中，其中30塊羊肉樣品放置于(4±0.5) ℃環(huán)境貯藏0、1、3、5、7 d，每個時間點隨機取6個樣品測定TVC值、TVB-N值及PPIX、ATP、NADH、Tyr和Trp含量，剩余36塊羊肉樣品放置于(0±0.5) ℃環(huán)境貯藏0、1、3、5、7、9 d，測定其TVC值、TVB-N值、TBARS值及NADH、Tyr和Trp含量。

1.3.2 指標測定

肉色測定：參考馮平等[15]的方法。采用CM-600D色差計在羊肉表面隨機選取4個位點進行肉色（亮度值、紅度值、黃度值）測定，結(jié)果以測定4個位點、、*值的平均值表示。

pH值測定：參考任迎春等[16]的方法。采用便攜式pH計在肉表面隨機選取3個位點進行樣品pH值測定，測定時將pH計探頭插入肉中1.5～2.0 cm，結(jié)果以測定3個位點pH值的平均值表示。

TVC值測定：參照GB 4789.2-2022《食品安全國家標準食品微生物學檢驗菌落總數(shù)測定》方法，稱取10.0 g肉樣進行測定[17]。

TVB-N值測定：參照GB 5009.228-2016《食品安全國家標準食品中揮發(fā)性鹽基氮的測定》中自動凱氏定氮法，稱取10 g肉樣進行測定[18]。

TBARS值測定：參考Zhao等[19]的方法。稱取1.0 g肉樣，加入3 mL 1%硫代巴比妥酸液、17 mL 2.5%三氯乙酸-鹽酸混合溶液和1 mL丁基羥基茴香醚。將混合物在沸水中煮沸30 min后，流水冷卻，取上清液3 mL加3 mL三氯甲烷混勻，在3 000離心10 min，取上清液，在532 nm處測定其吸光度值，每個樣品平行測定3次，計算方法如下：

TBARS (mg/kg) =9.48532/（1）

式中532是溶液在532 nm處的吸光度值；是樣品的質(zhì)量，g；9.48是TBARS的稀釋因子與摩爾消光系數(shù)得出的常數(shù)。

VB2含量測定：參照GB 5009.85-2016《食品安全國家標準食品中維生素B2的測定》中高效液相色譜法，稱取2.0 g肉樣測定[20]。

ATP含量測定：利用ATP試劑盒測定肉樣中ATP含量。稱取0.10 g肉樣，加入1.5 mL ATP提取液，冰上勻漿后，4 ℃，8 000離心10 min，取上清液1 mL加入500L三氯甲烷混勻，在4 ℃ 10 000離心3 min后，取上清液待測。在340 nm測定吸光度值1，然后將測試樣品放入37 ℃恒溫箱孵育3 min后，在340 nm測定吸光度值2，每個樣品平行測定3次，計算方法如下：

ATP(mol/g)=(2-1)/((2s-1s)/0.625)/（2）

式中0.625是標準溶液濃度mol/mL；是加入提取液體積，mL；是肉樣質(zhì)量，g；1s、2s分別是標準管孵育前后的吸光度值。

NADH含量測定：參考辛建增等[21]的方法，稱取2.0 g肉樣，加入12 mL 0.5 mmol/L 氫氧化鉀-乙醇溶液，冰上勻漿30 s后，用振蕩器振蕩30 s，置于90 ℃水浴鍋中加熱5 min，取出迅速置于冰浴中，冷卻后，加入12 mL三乙醇胺鹽酸鹽-磷酸鹽混合物（0.5 mol/L三乙醇胺鹽酸鹽、0.4 mol/L 磷酸二氫鉀、0.1 mol/L 磷酸氫二鉀），并調(diào)節(jié)pH值至7.8。室溫放置15 min，使蛋白質(zhì)絮凝變性，在4 ℃ 25 000離心10 min，取上清液。NADH含量測定混合物由2.5 mL 17.5g/mL二氯酚靛酚、0.5 mL 1 mg/mL 吩嗪硫酸甲酯、0.1 mL乙醇溶液、0.5 mL 0.1 mol/L磷酸鈉緩沖液（pH=7.4）、0.1 mL上清液和0.05 mL乙醇脫氫酶組成，混勻后于室溫靜置20 min，在570 nm測定吸光度值并制作標準曲線計算肉樣中NADH的含量。

Tyr和Trp含量測定：Tyr采用酸水解法，稱取2.0 g肉樣于水解管中，加入10 mL 6 mol/L鹽酸溶液，放入110 ℃電熱鼓風干燥箱水解24 h后，取出冷卻至室溫，用1 mol/L氫氧化鈉溶液調(diào)pH值至4.0～5.0，定容100 mL容量瓶內(nèi)混勻，用0.22m濾膜過濾后，取濾液備用。Trp采用堿水解法，稱取0.1 g肉樣于水解管中，加入1.5 mL 4 mol/L氫氧化鈉溶液，放入110 ℃電熱鼓風干燥箱水解24 h，取出冷卻至室溫，用1 mol/L鹽酸溶液調(diào)pH值至4.0～5.0，超純水定容50 mL容量瓶內(nèi)，用0.45m濾膜過濾后，取濾液備用。參考楊永麗等[22]的測定方法，采用高效液相色譜-熒光檢測器，Agilent C18色譜柱（250 mm × 4.6 mm，顆粒直徑5m），流動相超純水-乙腈（80∶20），流速1.0 mL/min，柱溫30 ℃，進樣量10L，激發(fā)-發(fā)射波長260～340 nm下測定其峰面積，計算肉樣中Tyr和Trp的濃度。

PPIX含量測定：參考Wakamatsu等[23]的方法，稱取1.0 g肉樣，加入10 mL乙酸乙酯-乙酸（4∶1）冰上均漿后，冰上靜置15 min，在4 ℃ 3 000 r/min離心15 min，取上清液3 mL，加入4 mL 0.5 mol/L鹽酸溶液，靜置10 min，取下清液，用熒光分光光度計在激發(fā)-發(fā)射波長400～630 nm，狹縫10 nm，掃描速度3 000 nm/min進行熒光強度的測定，根據(jù)制作的標準曲線和測得熒光強度計算出樣品中PPIX的濃度。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗結(jié)果用Excel 2019進行數(shù)據(jù)整理，采用Origin 2021作圖和聚類分析、相關(guān)性分析，IBM SPSS Statistics 26.0進行多元線性回歸和單因素方差分析，選用Duncan法進行多重比較分析，結(jié)果表示以平均值±標準差，以<0.05為差異顯著，<0.01為差異極顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 羊肉貯藏過程中新鮮度變化

2.1.1 羊肉貯藏過程中pH值和色澤的變化

羊肉貯藏過程中pH值和色澤的變化如表1所示，pH值在貯藏過程中整體呈先下降后上升趨勢。pH值在0～5 d緩慢下降，這是由于糖原無氧酵解產(chǎn)生乳酸及ATP分解產(chǎn)生磷酸造成，后期pH值升高，主要是蛋白質(zhì)降解生成堿性物質(zhì)造成[24]。羊肉貯藏過程值、值、值總體上均呈先上升后下降趨勢。值在15 d，值在3 d，值在11 d分別達到最高值，可能是羊肉在貯藏過程中汁液流失導(dǎo)致肉表面水分含量升高以及氧合肌紅蛋白的形成，導(dǎo)致值值值上升，隨著貯藏時間的延長，高鐵肌紅蛋白（Metmyoglobin，MetMb）的積累以及脂質(zhì)氧化產(chǎn)生的自由基與肉中胺類物質(zhì)反應(yīng)生成黃色素，此外微生物產(chǎn)生的氫過氧化物也會與肌紅蛋白反應(yīng)生成黃色物質(zhì)，使值、值、值降低[24]。綜上，隨著貯藏時間延長，羊肉pH值升高，色澤變暗，肉表面失去光澤。

表1 冷鮮羊肉貯藏過程pH值和色澤的變化

注：不同小寫字母表示不同貯藏時間顯著差異（<0.05）。

Note: Different lowercase letters indicates significant differences in storage time (<0.05).

2.1.2 羊肉貯藏過程新鮮度指標的變化

羊肉貯藏過程TVC值的變化如圖1所示，TVC值在羊肉貯藏過程中呈上升趨勢，主要是微生物利用蛋白質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)，進行了自身的生長繁殖。0～13 d，其TVC值上升變化不大，當貯藏到15 d時，TVC值進入快速增長期顯著升高（<0.05），并在17 d超過6 lg CFU·g-1，已超出國家標準對TVC值的規(guī)定，說明羊肉已腐敗。

注：不同字母表示不同貯藏時間顯著差異（P<0.05），下同。

羊肉貯藏期間TVB-N值的變化如圖2所示，TVB-N值在貯藏期間總體呈上升趨勢，在0～17 d上升變化不明顯，這是由于前期微生物數(shù)量較少，脂質(zhì)氧化程度較低，蛋白分解較少，后期，隨著微生物數(shù)量增加以及脂肪的氧化程度加深，蛋白質(zhì)和非蛋白質(zhì)含氮化合物的降解，加速TVB-N值的生成[5]。第17天時，TVB-N值達到15.72 mg/(100g)，已超過GB/T 9961-2008《鮮、凍胴體羊肉》中對TVB-N值規(guī)定的限值15 mg/(100g)，這與TVC值的變化情況較一致，表明羊肉在17 d時已經(jīng)腐敗，不能食用。TBARS值是評價肉在貯藏過程中脂質(zhì)氧化產(chǎn)物丙二醛的變化，是引起肉品腐敗變質(zhì)重要因素之一。羊肉貯藏期間TBARS值的變化如圖2所示，TBARS值在貯藏0～17 d期間上升不明顯，17 d后TBARS值迅速增加，可能是貯藏前期羊肉脂肪氧化不明顯，肉新鮮程度較高，這與貯藏前期羊肉呈現(xiàn)鮮紅色的結(jié)果一致；在貯藏后期，微生物數(shù)量不斷增加，脂肪的氧化速率加快，氧化程度加深，肉品表面發(fā)黏變暗。因此，隨著貯藏時間的延長，羊肉在微生物及內(nèi)外源酶的作用下，肉中蛋白質(zhì)、脂肪被分解成小分子代謝物，產(chǎn)生不良氣味，從而導(dǎo)致肉腐敗變質(zhì)，失去食用價值[4]。

圖2 冷鮮羊肉貯藏過程TVB-N和TBARS值變化

2.2 羊肉貯藏過程潛在熒光標志物含量變化

2.2.1 羊肉貯藏過程VB2和PPIX含量變化

肉中VB2是以黃素單核苷酸和黃素腺嘌呤二核苷酸形式參與體內(nèi)能量代謝，起到遞氫的作用，是機體中一些重要的氧化還原酶的輔酶，通過VB2合成途徑、嘌呤代謝途徑和磷酸戊糖途徑催化產(chǎn)生核黃素，其中VB2合成直接受嘌呤代謝途徑的調(diào)控[25]。圖3是羊肉貯藏過程VB2的變化，VB2含量在貯藏過程中整體呈先上升后下降趨勢，主要與微生物數(shù)量、脂質(zhì)氧化程度、嘌呤含量有關(guān)。在本研究中前期貯藏過程中VB2含量在0～15 d時呈上升趨勢，原因是鳥嘌呤核苷酸是VB2的生物前體物質(zhì)，貯藏過程代謝產(chǎn)生的嘌呤在核黃素合成酶作用下可進一步轉(zhuǎn)化為VB2[25]，且貯藏前期脂肪氧化程度較低，氧化消耗VB2較少，使其含量上升。貯藏后期含量下降，由于嘌呤含量下降、MetMb的積累以及生成脂質(zhì)氧化程度加深、速率加快，導(dǎo)致氧化產(chǎn)生的自由基含量增加，而VB2具有清除自由基的功能，導(dǎo)致后期VB2含量下降[26]。因此，羊肉在貯藏過程中VB2含量的變化與嘌呤含量、微生物種類和數(shù)量有關(guān)。

圖3 冷鮮羊肉貯藏過程VB2和PPIX含量變化

PPIX是由原卟啉原在血紅素生物合成系統(tǒng)中被原卟啉原氧化酶氧化形成的，形成的原卟啉在亞鐵螯合酶（Ferrochelatase，F(xiàn)ECH）和鋅螯合酶作用下進一步生成血紅素和ZnPP[27]。PPIX在羊肉貯藏過程中的變化結(jié)果如圖3所示，隨貯藏時間增加羊肉中PPIX含量上升，可能與包裝中氧氣、肉pH值、微生物數(shù)量和酶促反應(yīng)有關(guān)[28]。PPIX在0～3 d上升緩慢，可能是包裝中氧氣濃度較高，抑制PPIX生成；FECH的活性在pH值約為5.5最佳，而貯藏過程pH值是逐漸升高，使FECH活性降低，抑制PPIX轉(zhuǎn)化為血紅素，促進PPIX積累，同時隨著包裝中氧氣的耗盡及微生物數(shù)量增加，PPIX生成量增加[29]。Ricard等利用PPIX熒光特性評估加工過程Serrano干腌火腿脂肪分解和脂質(zhì)氧化程度，發(fā)現(xiàn)PPIX為脂質(zhì)氧化過程中主要發(fā)光成分，且氧化程度加深導(dǎo)致干腌火腿PPIX峰的熒光強度增加，F(xiàn)ECH活性減弱，抑制PPIX向ZnPP的進一步轉(zhuǎn)化[30]。Maere等研究表明高氧氣條件下無亞硝酸鹽干發(fā)酵香腸PPIX含量下降，但在真空條件下，PPIX含量增加[31]，再次證明氧氣的存在會抑制PPIX的生成。

2.2.2 羊肉貯藏期間ATP和NADH的變化

羊肉貯藏過程ATP含量的變化結(jié)果如圖4所示，隨著貯藏時間的延長，ATP含量整體呈下降的趨勢，在0～7 d時下降速率較快，7～21 d ATP下降速率較為緩慢，21 d時ATP 含量降至（2.038±0.187）mol/g。宰后肌肉血液循環(huán)中斷，氧氣供應(yīng)停止，導(dǎo)致呼吸電子傳遞鏈發(fā)生功能障礙，不能正常通過三羧酸循環(huán)合成ATP，細胞呼吸由有氧呼吸進入無氧糖酵解，導(dǎo)致ATP的生成量迅速降低，同時宰后肌肉收縮、蛋白質(zhì)降解、離子運輸都會消耗ATP，使ATP含量下降。任馳研究了4 ℃貯藏條件下羊肉中ATP含量變化情況，結(jié)果表明在0～1 d時ATP含量迅速降低，在1～5 d下降速度變慢[32]。羅輝等研究4 ℃條件下，牛肉ATP含量在0～4 d時呈現(xiàn)顯著下降，在4～8 d時呈現(xiàn)緩慢下降[33]。因此，宰后隨著貯藏時間延長ATP發(fā)生明顯下降，但貯藏后期下降速度變緩。

圖4 冷鮮羊肉貯藏過程ATP和NADH含量變化

NADH是MetMb還原反應(yīng)中的輔酶和電子載體，在高鐵肌紅蛋白還原酶的作用下，可有效將MetMb中Fe3+還原成Fe2+，使肌肉中肌紅蛋白保持還原狀態(tài)，進而延緩MetMb的累積，維持宰后肉色穩(wěn)定性[34]。乳酸脫氫酶（Lactate Dehydrogenase，LDH）與3-磷酸甘油醛脫氫酶（Glyceraldehyde-3-phosphate Dehydrogenase，GAPDH）是糖酵解過程中能夠產(chǎn)生NADH僅有的兩種脫氫酶，LDH催化乳酸及其鹽類產(chǎn)生NADH，而GAPDH通過催化底物3-磷酸甘油醛也能夠產(chǎn)生NADH，在細胞質(zhì)中LDH能夠與GAPDH聯(lián)合調(diào)控NADH的含量[21]。羊肉貯藏過程NADH含量的變化結(jié)果如圖4所示，隨著貯藏時間的延長，NADH含量顯著下降（<0.05），這與LDH-B和GAPDH兩種酶的活性及細胞結(jié)構(gòu)的破壞有關(guān)。宰后隨著貯藏時間的延長，線粒體結(jié)構(gòu)受損、功能失調(diào)，GAPDH和LDH兩種酶活性降低，導(dǎo)致NADH含量顯著下降，而NADH可以抑制MetMb的還原，MetMb氧化是直接影響蛋白質(zhì)氧化的主要途徑之一，蛋白氧化會引起氨基酸側(cè)鏈的氧化，導(dǎo)致肌肉蛋白營養(yǎng)價值損失[35]。

2.2.3 羊肉貯藏期間Trp和Tyr含量變化

Trp和Tyr作為芳香族氨基酸中主要的熒光發(fā)色團，是絕大多數(shù)蛋白質(zhì)內(nèi)源熒光的主要來源。羊肉貯藏過程中Trp和Tyr的變化如圖5所示，貯藏期間Trp和Tyr含量整體呈緩慢上升趨勢（<0.05），這與周蓓蓓等[36]和Hassoun等[8]的結(jié)果基本一致。前期兩種氨基酸含量變化較平緩，主要是由于肉中內(nèi)源酶作用，引起蛋白分解代謝產(chǎn)生的部分氨基酸用于微生物自身增長繁殖所致[37-38]。而后期含量增加與包裝中微生物群落的結(jié)構(gòu)改變密切相關(guān)，已有研究證實生鮮羊肉貯藏期間滋生的巨球菌、棒狀桿菌、葡萄球菌、腸桿菌、乳酸菌均能代謝產(chǎn)生Trp和Tyr[39-41]；且其形成的優(yōu)勢種群可以降低肉品中Trp和Tyr脫羧酶的含量，從而有效減緩它們由于發(fā)生脫羧降解引起含量降低[42]。另一方面，隨著貯藏時間的延長，優(yōu)勢菌發(fā)生演替變化，甘氨酸、半胱氨酸、絲氨酸是可以進一步代謝轉(zhuǎn)化生成Trp，苯丙氨酸經(jīng)苯丙氨酸羥化酶轉(zhuǎn)化為Tyr[43-46]。此外，由于貯藏期間羊肉冷藏失水會增加干物質(zhì)的相對含量，也可能引起肉中氨基酸的含量上升[47]。因此，氨基酸含量變化主要與微生物代謝、汁液流失及氨基之間轉(zhuǎn)化有關(guān)。

圖5 冷鮮羊肉貯藏過程Tyr和Trp含量變化

2.2.4 羊肉新鮮度指標與熒光物質(zhì)含量間的關(guān)系

為明確新鮮度指標及各熒光物質(zhì)在貯藏過程變化規(guī)律，對各指標進行聚類分析。通過圖6a可以直觀看出不同貯藏時間新鮮度指標與熒光物質(zhì)含量間的差異變化，在貯藏期間，TVB-N、TVC、TBARS及Tyr、Trp、PPIX變化規(guī)律一致，其中TVB-N、TBARS、Tyr的增長略滯后于TVC、Trp和PPIX，TBARS、TVB-N、TVC、Tyr前期增長較為緩慢，這可能與貯藏過程微生物增殖、包裝中初始菌群有關(guān)；貯藏過程pH值呈先下降后上升，但卻有所波動；而肉中NADH、ATP變化規(guī)律類似，NADH、ATP在整個貯藏過程顯著下降，且在貯藏后期下降緩慢；值、值、值、VB2雖在肉中呈現(xiàn)先上升后下降，但具體變化規(guī)律并不完全一致，這一結(jié)果與上述貯藏過程變化規(guī)律分析結(jié)果一致。

采用皮爾遜相關(guān)性，分析羊肉中熒光物質(zhì)與新鮮度指標的相關(guān)性。結(jié)果如圖6b所示，NADH與TVB-N、TVC、TBARS呈顯著負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.81、-0.87、-0.70；ATP與TVB-N、TVC、TBARS呈顯著負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.71、-0.77、-0.60；Trp與TVB-N、TVC、TBARS呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.86、0.85、0.78；Tyr與TVB-N、TVC、TBARS呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.86、0.87、0.88；PPIX與TVB-N、TVC、TBARS顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.78、0.79、0.69；VB2與TVB-N、TVC、TBARS呈負相關(guān)，通過相關(guān)性分析，說明NADH、ATP、Tyr、Trp、PPIX含量在一定程度上反映TVB-N、TVC、TBARS的含量。綜上，NADH、ATP、Tyr、Trp、PPIX含量與新鮮度各指標密切相關(guān)，具有用于表征羊肉新鮮度的潛力，可作為潛在熒光特征標志物質(zhì)。

圖6 冷鮮羊肉新鮮度指標與熒光物質(zhì)含量間的關(guān)系

2.3 4 ℃羊肉貯藏過程中新鮮度和潛在熒光特征物質(zhì)的變化規(guī)律驗證

2.3.1 4 ℃羊肉貯藏過程中新鮮度指標的變化

4 ℃羊肉貯藏過程TVC值和TVB-N值的變化結(jié)果如圖7所示，TVC值和TVB-N值在整個羊肉貯藏過程中顯著上升（<0.05），在貯藏3 d時TVC值和TVB-N值已超出國家標準規(guī)定的限值6 lg CFU/g和15 mg/(100g)，可推測4 ℃貯藏條件下，羊肉貯藏期可達3 d。

圖7 羊肉貯藏過程TVC和TVB-N值變化

2.3.2 4 ℃羊肉貯藏過程熒光物質(zhì)含量變化

4 ℃在羊肉貯藏過程中熒光物質(zhì)含量變化結(jié)果如圖8所示，隨貯藏時間增加羊肉中PPIX含量上升（圖 8a），ATP和NADH含量整體呈逐漸下降（圖8b），Trp和Tyr含量整體呈上升趨勢（<0.05）含量上升（圖8c），這與0 ℃貯藏條件下熒光物質(zhì)含量的變化規(guī)律一致，有研究也證實了貯藏溫度不會改變熒光物質(zhì)的含量變化趨勢。任夢佳等[48]研究4 ℃和20 ℃存儲條件下，冷鮮豬肉熒光物質(zhì)的熒光強度隨存儲時間變化的規(guī)律，結(jié)果表明，熒光物質(zhì)的熒光強度隨存儲時間變化的趨勢不受存儲溫度影響，這與本研究結(jié)果一致。綜上，前期篩選的NADH、ATP、Tyr、Trp、PPIX熒光物質(zhì)的變化規(guī)律適用于其他貯藏溫度，且它們的含量與新鮮度各指標密切相關(guān)，能夠用于表征羊肉新鮮度。

圖8 羊肉貯藏過程熒光物質(zhì)含量變化

2.4 羊肉新鮮度預(yù)測模型構(gòu)建

研究表明NADH、ATP、Tyr、Trp、PPIX有表征羊肉新鮮度的潛力。Rahman等利用NADH熒光信號追蹤冷凍魚肉貯藏期間新鮮度的變化，并構(gòu)建偏最小二乘回歸模型，決定系數(shù)為0.850，證明了NADH熒光光譜具有表征冷凍狀態(tài)下魚類新鮮度的潛力[11]。Liu等利用正面同步熒光光譜數(shù)據(jù)檢測牛肉新鮮度，構(gòu)建芳香族氨基酸與TVB-N、TBARS和TVC模型，其效果良好（決定系數(shù)分別為0.951、0.938和0.871）[9]，而本研究通過分析羊肉中NADH、ATP、Tyr、Trp、PPIX、VB2與TVB-N、TVC、TBARS之間的相關(guān)系數(shù)，表明NADH、ATP、Tyr、Trp、PPIX均可在一定程度上表征羊肉新鮮度，并且在4 ℃貯藏條件下，其變化規(guī)律也同樣適用，這也充分印證羊肉熒光分子與新鮮度存在明顯的關(guān)聯(lián)性，但具體相關(guān)關(guān)系如何有待于進一步明確。

本研究利用逐步多元回歸分析法，以TVB-N、TVC、TBARS為因變量，ATP、NADH、Tyr、Trp、PPIX為自變量，顯著水平值≤0.05時，選擇自變量；顯著水平值為≥0.01時，剔除自變量。按照顯著程度，逐步引入ATP、NADH、Tyr、Trp、PPIX，得到6個模型（表2），利用Trp和Tyr、Trp構(gòu)建的TVB-N模型的決定系數(shù)分別為0.734、0.926，比較發(fā)現(xiàn)Tyr和Trp共同構(gòu)建TVB-N預(yù)測模型較優(yōu)。NADH與NADH、Tyr分別構(gòu)建的TVC模型的決定系數(shù)分別為0.765、0.952，比較后發(fā)現(xiàn)Tyr、NADH構(gòu)建的TVC模型決定系數(shù)較高。Trp構(gòu)建的TBARS預(yù)測模型的決定系數(shù)0.761，Tyr和Trp構(gòu)建TBARS模型的決定系數(shù)0.878，利用Tyr、Trp共同構(gòu)建的模型較優(yōu)。為了驗證模型的預(yù)測效果，重新制備36個羊肉樣品進行外部驗證，測定其NADH、Tyr、Trp含量，并代入上述較優(yōu)模型中，計算得出新鮮度各指標的值，將預(yù)測值和實測值繪制在散點圖上，比較TVB-N、TBARS和TVC實測值與預(yù)測值之間的關(guān)系，將其線性關(guān)系繪制如圖9，發(fā)現(xiàn)TVB-N、TBARS和TVC實測值與預(yù)測值相關(guān)系數(shù)高達0.930、0.916、0.918，均呈現(xiàn)較好的線性關(guān)系，模型較為可靠。

高亞文等利用Trp熒光光譜鑒別不同凍融次數(shù)處理的大黃魚品質(zhì)，判別準確率分別為68.3%[12]。本研究構(gòu)建的回歸模型Trp、Tyr與TVB-N、TBARS，Tyr、NADH與TVC決定系數(shù)較高，雙變量構(gòu)建的模型預(yù)測性能優(yōu)于單一變量構(gòu)建的模型，確證了NADH、Tyr、Trp可以作為新鮮度熒光特征標志物，下一步研究利用熒光高光譜成像技采集羊肉熒光特征標志物熒光信號響應(yīng)特征，開發(fā)基于熒光特征標志物的羊肉新鮮度快速、無損檢測技術(shù)。

表2 羊肉潛在熒光特征標志物預(yù)測新鮮度逐步回歸擬合模型

注：1、2、3分別為TVB-N、TVC、TBARS；1、2、3分別為NADH、Tyr、Trp。

Note:1,2,3are TVB-N, TVC, TBARS, respectively;1,2and3are NADH, Tyr and Trp, respectively.

圖9 擬合模型中TVB-N、TBARS、TVC實測值與預(yù)測值之間的線性關(guān)系

3 結(jié) 論

1）羊肉貯藏過程中酪氨酸（Tyrosine，Tyr）、色氨酸（Tryptophan，Trp）、原卟啉（Protoporphyrin，PPIX）含量均呈顯著上升趨勢，而煙酰胺腺嘌呤二苷酸（Nicotinamide Adenine Dicylate，NADH）、三磷酸腺苷（Adenosine Triphosphate，ATP）含量均呈下降趨勢，核黃素（Riboflavin，VB2）呈現(xiàn)先上升后下降趨勢；貯藏期間ATP、NADH、Tyr、Trp、PPIX與揮發(fā)性鹽基氮（Volatile Base Nitrogen，TVB-N）、菌落總數(shù)（Total Colony Count，TVC）、硫代巴比妥酸值（Thiobarbituric Acid Value，TBARS）均顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)絕對值在0.60～0.88范圍內(nèi)，可作為表征羊肉新鮮度的重要因子，并且在4 ℃貯藏條件下，ATP、NADH、Tyr、Trp、PPIX變化規(guī)律也同樣適用，確證了Tyr、Trp、NADH為羊肉新鮮度的標志物。

2）利用Tyr、Trp共同構(gòu)建的TVB-N、TBARS預(yù)測模型最優(yōu)，Tyr、NADH構(gòu)建的TVC預(yù)測模型最優(yōu)，預(yù)測決定系數(shù)分別為0.926、0.878、0.952。另外制備樣品進行外部驗證發(fā)現(xiàn)，TVB-N、TBARS、TVC實測值與預(yù)測值相關(guān)系數(shù)分別高達0.930、0.916、0.918，模型較為可靠。系統(tǒng)證實了NADH、Tyr、Trp可以作為新鮮度熒光特征標志物，表征羊肉新鮮度。后續(xù)研究以確證表征新鮮度的熒光物質(zhì)為切入點，利用熒光高光譜成像技采集熒光特征標志物熒光響應(yīng)信號，開發(fā)基于熒光特征標志物的羊肉新鮮度快速、無損檢測技術(shù)。

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Characterization of the freshness of chilled lamb meat by fluorescent molecules

Ma Hongyan1,2, Zhang Dequan1,2, Chen Li2, Zheng Xiaochun2※

(1.,,750021,; 2.,,,,100193,)

Freshness is one of the most important attributes to assess meat quality, sale ability, and consumption. However, traditional freshness detection cannot fully meet the rapid and non-destructive monitoring of meat at present, due to the labor intensity and destructive measurement. Therefore, a rapid and non-destructive fluorescence imaging technique can be expected to evaluate lamb meat freshness in the meat industry. The fluorescence substances in meat can be identified as a potential indicator of freshness. Accordingly, this study aims to clarify the relationship between fluorescent substances and freshness index in meat. The fluorescent characteristic markers were also screened to characterize the change in lamb meat freshness. The longissimus dorsi muscle of sheep at 24 h postmortem was prepared in the air-sealed packaging, and then stored at 0℃ for 0, 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, and 21 days. The specific contents were measured in the lamb meat, including the tyrosine (Tyr), adenosine triphosphate (ATP), nicotinamide adenine dicylate (NADH), tryptophan (Trp), riboflavin (VB2), protoporphyrin (PPIX), and several freshness indexes (TVB-N, TBARS, TVC, pH value, and meat color). The results showed that the TBARS, TVB-N, and TVC of the lamb meat increased significantly during storage, whereas, the pH value decreased first and then increased, and the,, andvalues increased first and then decreased in the meat. The potential fluorescent markers (Tyr, Trp and PPIX) of freshness showed a significant increasing trend, while the NADH and ATP were the opposite change pattern, and the VB2was a trend of increase firstly and then decrease in the meat. The correlation and cluster analysis demonstrated that the ATP, NADH, Tyr, Trp, and PPIX shared a significant positive correlation with the TVB-N and TVC, where the correlation coefficients ranged from 0.60 to 0.88. The fluorescence features molecule was verified at 4 ℃. It was found that the fluorescence features molecule was consistent with that at 0℃. Stepwise regression analysis was conducted with the ATP, NADH, Tyr, Trp, and PPIX indexes. Among them, the TVB-N (mg/100g) =87.926247.2223–26.773 (2=0.926) and TBARS (mg/kg) =1.8502-2.2273-1.072 (2=0.878) were obtained for the optimal regression models to predict the TVB-N and TBARS in the lamb meat by Tyr and Trp, respectively. The optimal regression model of the TVC was the TVC (lg CFU/g)=-0.0181+15.1312-2.273 (2=0.952) by the NADH and Tyr. Thus, the NADH, Tyr, and Trp can be expected to serve as fluorescent characteristic markers for the detection of lamb meat freshness during storage. The findings can provide a theoretical basis for the subsequent development of lamb freshness detection using hyperspectral fluorescence imaging.

models; forecasting; chilled lamb meat; freshness; fluorescent markers; correlation; stepwise regression

10.11975/j.issn.1002-6819.2022.22.029

TS251.1

A

1002-6819(2022)-22-0270-10

馬紅艷，張德權(quán)，陳麗，等. 熒光特征分子表征冷鮮羊肉新鮮度[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報，2022，38(22)：270-279.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2022.22.029 http://www.tcsae.org

Ma Hongyan, Zhang Dequan, Chen Li, et al. Characterization of the freshness of chilled lamb meat by fluorescent molecules[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2022, 38(22): 270-279. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2022.22.029 http://www.tcsae.org

2022-08-30

2022-11-01

國家自然科學青年基金項目（32001767）；國家重點研發(fā)計劃項目 (2021YFD1600705)；肉類加工四川省重點實驗室開放基金科研項目(20-R-31)

馬紅艷，研究方向為肉品質(zhì)監(jiān)測。Email：1628412286@qq.com；

鄭曉春，博士，副研究員，研究方向為肉品品質(zhì)智能識別。Email：zhengxiaochun321@163.com