吳涵,賀稚非,李洪軍*

1(西南大學(xué) 食品科學(xué)學(xué)院,重慶,400715)2(川渝共建特色食品重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,重慶,400715)

脂質(zhì)在生命體中扮演著諸多角色,主要作用是貯存和供給機(jī)體所需能量,同時(shí)具有維持細(xì)胞膜的完整性和功能、作為信使參與組織細(xì)胞間的信息傳遞、作為激素調(diào)節(jié)機(jī)體生理功能、潤(rùn)滑及防寒等功能。根據(jù)美國(guó)“脂質(zhì)代謝途徑研究計(jì)劃”項(xiàng)目Lipid Maps數(shù)據(jù)庫(kù)所使用的分類系統(tǒng),將脂質(zhì)分為8大類,即脂肪酰類、甘油酯類、甘油磷脂類、鞘脂類、固醇脂類、孕烯醇酮脂類、糖脂類和多聚乙烯類[1]。

不僅在生命體內(nèi),脂質(zhì)在農(nóng)產(chǎn)品內(nèi)同樣具有舉足輕重的地位。作為肉品的主要成分之一,脂質(zhì)對(duì)肉品的外觀、風(fēng)味、質(zhì)構(gòu)、營(yíng)養(yǎng)組成等均有顯著影響。在肉品加工及貯存過程中,脂質(zhì)會(huì)參與大量的生化反應(yīng),產(chǎn)生各種有利或有害于肉品品質(zhì)的物質(zhì),使肉品感官品質(zhì)有所改善(如高溫烘烤、油炸、蒸煮產(chǎn)生誘人香氣),或者發(fā)生劣變(如脂質(zhì)酸敗產(chǎn)生哈喇味)。肉品中的不飽和脂肪酸在加工過程中會(huì)氧化形成各類風(fēng)味物質(zhì),如醛類、酮類、醇類及酯類相關(guān)化合物。對(duì)肉類香氣形成具有重要貢獻(xiàn)的1-辛烯-3-醇,可由n-3、n-6不飽和脂肪酸氧化形成,而己醛、庚醛、辛醛、壬醛和(E,E)-2,4-癸二烯醛也可由多不飽和脂肪酸水解形成,所以肉品的脂肪酸組成與其產(chǎn)品風(fēng)味緊密相關(guān)。高脂肪含量的肉品在高溫或長(zhǎng)時(shí)間熱處理的過程中會(huì)產(chǎn)生多環(huán)芳烴、羥基十八碳二烯酸等有害氧化產(chǎn)物,這些氧化產(chǎn)物具有一定的病理生理學(xué)作用,會(huì)誘導(dǎo)炎癥及某些癌癥的發(fā)生。同時(shí)脂質(zhì)的大量氧化會(huì)誘導(dǎo)蛋白質(zhì)氧化,不僅會(huì)導(dǎo)致色氨酸、精氨酸、酪氨酸等氨基酸含量減少,而且會(huì)促進(jìn)蛋白質(zhì)的交聯(lián)聚合,導(dǎo)致肉品的保水性、色澤及質(zhì)構(gòu)特性發(fā)生劣變。所以肉品的脂質(zhì)變化關(guān)系著產(chǎn)品的食用品質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)及安全品質(zhì)等,脂質(zhì)組學(xué)通過監(jiān)測(cè)肉制品中脂質(zhì)組成的變化,可實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的預(yù)測(cè)、監(jiān)控并輔助加工技術(shù)的改善。從養(yǎng)殖場(chǎng)地到餐桌的過程中,肉品的品種、產(chǎn)地、養(yǎng)殖方式、收獲季節(jié)等原料因素及屠宰、運(yùn)輸、加工、包裝、貯存、熟制等各個(gè)環(huán)節(jié),每個(gè)環(huán)節(jié)都會(huì)對(duì)肉品中的脂質(zhì)產(chǎn)生影響,從而影響到肉品的商業(yè)價(jià)值[2]。因此,確定肉品中的脂質(zhì)及其衍生物的組成及含量,監(jiān)測(cè)從養(yǎng)殖場(chǎng)地到消費(fèi)者食用過程中各個(gè)環(huán)節(jié)中脂質(zhì)的變化,可以幫助更好地了解肉品質(zhì)量變化的原因,并為鑒定及調(diào)控肉品品質(zhì)、保證肉品安全奠定堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。由于脂質(zhì)在生物系統(tǒng)中的重要作用,越來越多的研究集中于脂質(zhì)分子及其與生理病理的聯(lián)系,脂質(zhì)組學(xué)漸漸從代謝組學(xué)中的一支獨(dú)立了出來,是繼基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、代謝組學(xué)之后迅速發(fā)展的一門學(xué)科[3]。

脂質(zhì)組學(xué)的概念由HAN等[4]在2003年正式提出,即從分子水平上系統(tǒng)、全面地對(duì)生物體體液、細(xì)胞和組織中的脂質(zhì)進(jìn)行分析,以研究脂質(zhì)在生物代謝中的分子種類、含量和功能的變化。脂質(zhì)組學(xué)在生命科學(xué)領(lǐng)域已有廣泛的應(yīng)用,通過揭示異常脂質(zhì)與各類疾病的緊密聯(lián)系,對(duì)疾病的預(yù)防診斷及控制、藥物研發(fā)等眾多方向均可提供理論支撐[5]。近年來,借鑒生命領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn)及研究方法,食品領(lǐng)域中脂質(zhì)組學(xué)的研究也得到了迅速的發(fā)展。其中脂質(zhì)組學(xué)的檢測(cè)技術(shù)隨著分離技術(shù)及質(zhì)譜檢測(cè)技術(shù)的快速發(fā)展,正朝著多元、快速、精準(zhǔn)的方向發(fā)展,以期為不同食品基質(zhì)中脂質(zhì)分子的定性定量檢測(cè)提供更多方法及更準(zhǔn)確的檢測(cè)結(jié)果。本文探討了脂質(zhì)組學(xué)分離檢測(cè)技術(shù)的最新進(jìn)展及脂質(zhì)組學(xué)技術(shù)在肉品中的應(yīng)用。

1 脂質(zhì)組學(xué)的檢測(cè)技術(shù)

脂質(zhì)分子的種類及含量是脂質(zhì)組學(xué)研究的數(shù)據(jù)基礎(chǔ),通過色譜、光譜配合質(zhì)譜檢測(cè),可以得到大量質(zhì)譜信息,配合使用Lipid Maps、Lipid Bank等數(shù)據(jù)庫(kù)可獲得脂質(zhì)分子種類、功能及代謝相關(guān)信息。對(duì)于異構(gòu)脂質(zhì)共流出、同位素峰重疊、潛在加和離子干擾和源內(nèi)碎裂等問題,可采用脂質(zhì)組學(xué)專用軟件,例如ALEX、LipidQA和LipidView等進(jìn)行進(jìn)一步分析識(shí)別。脂質(zhì)組學(xué)研究會(huì)產(chǎn)生大量多維數(shù)據(jù),通過采用主成分分析(principal components analysis,PCA)、偏最小二乘判別分析(partial least squares-discriminant analysis,PLS-DA)、正交偏最小二乘判別分析(orthogonal partial least squares-discriminant analysis,OPLS-DA)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行降維處理,然后經(jīng)過t檢驗(yàn)和變量權(quán)重重要性排序(variable importance in projection, VIP)值分析,即可篩選潛在的生物標(biāo)志物。所以脂質(zhì)組學(xué)分析首先需要進(jìn)行的關(guān)鍵步驟就是使用各種分離檢測(cè)技術(shù)對(duì)樣品中的脂質(zhì)分子進(jìn)行鑒定,獲得足量數(shù)據(jù)后進(jìn)行的生物信息學(xué)分析才具有指導(dǎo)意義。

1.1 基于色譜的分離檢測(cè)技術(shù)

色譜技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)相對(duì)成熟,可用于分析復(fù)雜食品基質(zhì)中的脂質(zhì)。色譜法種類多樣,如薄層色譜法(thin-layer chromatography, TLC)、HPLC、GC、超臨界流體色譜法(supercritical fluid chromatography, SFC)、毛細(xì)管電泳法(capillary electrophoresis, CE)等。對(duì)于更高靈敏度及精度的要求,二維色譜技術(shù)(two-dimensional, 2D)逐漸開始發(fā)展,如2D高效液相色譜法(LC×LC)、2D氣相色譜法(GC×GC)等,均可以實(shí)現(xiàn)食品基質(zhì)中的脂質(zhì)分離檢測(cè)。

1.1.1 薄層色譜法

薄層色譜法具有簡(jiǎn)單方便、成本較低、分析速度快、根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)可快速定量的特點(diǎn)[6]?，F(xiàn)代分析方法極少單獨(dú)使用TLC進(jìn)行脂質(zhì)分析,一般會(huì)聯(lián)合其他質(zhì)譜方法進(jìn)行分析,如基質(zhì)輔助激光解吸質(zhì)譜法(matrix-assisted laser desorption ionization mass spectrometry, MALDI-MS)、電噴霧電離質(zhì)譜(electrospray ionization mass spectrometry, ESI-MS)等,操作更安全且與目視檢查相比分辨率與精確度高得多。

1.1.2 液相色譜法

液相色譜法已經(jīng)在各檢測(cè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,具有分辨率高、重現(xiàn)性好的特點(diǎn)。液相色譜用于分析脂質(zhì)有其獨(dú)特的特點(diǎn),比如液相系統(tǒng)與外界隔離,避免了脂質(zhì)與空氣接觸,減少其氧化降解。脂類種類眾多,可使用不同的色譜柱及檢測(cè)器分類檢測(cè)。不需要類似GC的高溫,避免了脂質(zhì)在高溫下異構(gòu)化的風(fēng)險(xiǎn)。

正相液相色譜(normal-phase liquid chromatography, NPLC)可用于分析磷脂,根據(jù)磷脂極性的不同引起保留時(shí)間的不同區(qū)分磷脂種類。反向液相色譜(reverse phase liquid chromatography, RPLC)對(duì)磷脂的分離是通過親脂性的差異完成的,疏水性更強(qiáng)的脂質(zhì)更容易和固定相結(jié)合,保留時(shí)間就越長(zhǎng)。對(duì)于磷脂的分析,親水相互作用色譜(hydrophilic interaction liquid chromatography, HILIC)是比NPLC更常用的方法[7]。

1.1.3 氣相色譜法

氣相色譜在脂質(zhì)組學(xué)中的應(yīng)用較為局限,因?yàn)闅庀嗌V在分離前需要進(jìn)行復(fù)雜的衍生化,這個(gè)過程會(huì)消除很多脂質(zhì)的結(jié)構(gòu)信息,特別是極性脂質(zhì)。但是對(duì)于脂肪酸的分析,氣相色譜是比較常用的手段。最常用的檢測(cè)方法是使用GC分離后結(jié)合火焰離子化檢測(cè)器(flame ionization detector, FID)進(jìn)行分析,可以對(duì)復(fù)雜基質(zhì)中的脂質(zhì)進(jìn)行快速、簡(jiǎn)便、可靠的分析。但是FID的問題是在存在污染物以及偽影的情況下,其結(jié)果的精準(zhǔn)度及可靠性相對(duì)較差,所以這種檢測(cè)器在檢測(cè)豐度較低的脂肪酸時(shí)并不適用[8]。

1.1.4 超臨界流體色譜

SFC是一種先進(jìn)的高分辨率色譜,可用于分離不同類別的脂質(zhì)。超臨界流體比液體具有更高的擴(kuò)散系數(shù)及更低的黏度,所以相比HPLC分離度更好且速度更快,可用于同時(shí)分析極性相差較大的脂類。近年來有研究對(duì)脂質(zhì)的異構(gòu)體及手性分子進(jìn)行分離,發(fā)現(xiàn)相比于HPLC和GC,SFC具有更好的分離特性,隨著超高效超臨界流體色譜(ultrahigh-performance supercritical fluid chromatography,UHPSFC)的發(fā)展,這項(xiàng)技術(shù)會(huì)在越來越多的領(lǐng)域得到應(yīng)用[9]。

1.2 基于光譜的分離檢測(cè)技術(shù)

光譜技術(shù)主要包括2種,紅外光譜(infrared spectroscopy, IR)和拉曼光譜(Raman spectroscopy, RS),IR測(cè)定的原理是基于紅外吸收而RS是基于非彈性光散射。這2種方法都是測(cè)定分子振動(dòng)能級(jí)之間的躍遷,即研究樣品中化學(xué)鍵相關(guān)的振動(dòng)能級(jí)。每個(gè)分子都有一個(gè)獨(dú)特的振動(dòng)光譜,所以根據(jù)解讀光譜可以推斷樣品中的化學(xué)成分。這2種方法是互補(bǔ)的,2種方法相結(jié)合才能得到樣品中分子組成的完整信息[10]。GAO等[10]將紅外光譜和拉曼光譜結(jié)合使用,根據(jù)不同的脂質(zhì)特征峰,成功建立了判別不同來源肉骨粉的物種判別模型。

另外核磁共振波譜(nuclear magnetic resonance spectroscopy, NMR)是光譜的一個(gè)分支技術(shù),其不同于先前討論的振動(dòng)光譜技術(shù),核磁共振根據(jù)原子核的磁性進(jìn)行測(cè)定。這種技術(shù)是基于外部磁場(chǎng)激發(fā)樣品核自旋,記錄由于弛豫現(xiàn)象(核自旋回到熱力學(xué)平衡)而產(chǎn)生的電磁輻射來分析分子結(jié)構(gòu)。

1.3 基于質(zhì)譜的檢測(cè)技術(shù)

MS是迄今為止分析脂質(zhì)的主要儀器,其在特異性、靈敏度、檢測(cè)動(dòng)態(tài)范圍及檢測(cè)吞吐量上具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)[11]。質(zhì)譜分析沒有通用的檢測(cè)技術(shù),根據(jù)檢測(cè)試樣的不同可以選擇合適的分離技術(shù)、離子源、質(zhì)量分析儀等。通?；贛S的脂質(zhì)分析技術(shù)主要可以分為直接進(jìn)樣質(zhì)譜法(direct infusion-mass spectrometry, DI-MS)和色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法。近年來離子遷移質(zhì)譜(ion mobility-mass spectrometry, IM-MS)和質(zhì)譜成像(mass spectrometry imaging, MSI)取得了巨大進(jìn)展,擴(kuò)大了基于質(zhì)譜的檢測(cè)技術(shù)在脂質(zhì)組學(xué)中的應(yīng)用。

1.3.1 直接進(jìn)樣質(zhì)譜法

DI-MS就是在不經(jīng)過色譜分離的情況下將粗脂質(zhì)的提取物或組分直接注入MS。ESI是應(yīng)用最廣泛的產(chǎn)生脂質(zhì)離子流的離子源。HAN等[12]將基于ESI-MS開發(fā)的平臺(tái)稱為“鳥槍法脂質(zhì)組學(xué)”,成為了脂質(zhì)組學(xué)研究的主要策略之一。鳥槍法脂質(zhì)組學(xué)通常使用三重四級(jí)桿高分辨率質(zhì)譜(triple quadrupole-high resolution mass spectrometry, QqQ-HRMS)進(jìn)行MS/MS掃描,包括產(chǎn)物離子掃描(product ion scanning, PIS),中性損失掃描(neutral loss scanning, NLS)模式。通過監(jiān)測(cè)不同掃描模式下的特征片段離子,可以很容易的識(shí)別出單個(gè)脂質(zhì)分子種?；谶@種模式,YANG等[13]結(jié)合化學(xué)衍生開發(fā)了基于多維質(zhì)譜的鳥槍脂質(zhì)組學(xué)(multidimensional mass spectrometry-based shotgun lipidomics, MDMS-SL),可以最大限度地利用脂質(zhì)及其亞基的獨(dú)特理化性質(zhì)進(jìn)行分離分析。ESI可以分離具有不同電性質(zhì)的脂質(zhì),只有帶電荷的脂質(zhì)才能進(jìn)入MS進(jìn)行分析,所以對(duì)于非極性和不易電離的脂質(zhì),可以使用化學(xué)衍生來增強(qiáng)極性,提高電離效率。

1.3.2 色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)

與DI-MS相比,色譜-質(zhì)譜聯(lián)用可以分離異構(gòu)體及等比重的脂質(zhì),在DI-MS中必須通過衍生或?qū)Ｓ迷O(shè)備才能區(qū)分。最主要的是經(jīng)過色譜的分離后,離子源室中的競(jìng)爭(zhēng)離子減少,間接提高了檢測(cè)的靈敏度[14]。最后通過保留時(shí)間來確定單個(gè)脂質(zhì)的分子種,保留時(shí)間和脂質(zhì)的理化性質(zhì)相關(guān)。增加了色譜分離后,脂質(zhì)分析的分辨率及可靠性都有很大提高,但是分析時(shí)間也相應(yīng)延長(zhǎng)。

脂質(zhì)組學(xué)分析中最常見的分離技術(shù)是液相色譜(liquid chromatography, LC)。LC-ESI是最常見的組合,而大氣壓化學(xué)電離(atmospheric pressure chemical ionization, APCI)技術(shù)通常用于ESI的補(bǔ)充電離技術(shù)。APCI-MS已經(jīng)廣泛用于檢測(cè)非極性或極性較低的脂質(zhì),如酰基甘油或甾醇類物質(zhì)[15]。近年來二維液相色譜配合質(zhì)譜分析在非靶向脂質(zhì)組學(xué)中有著廣泛應(yīng)用,二維液相色譜可以突破一維液相色譜的峰容量限制,但是會(huì)產(chǎn)生高度復(fù)雜的數(shù)據(jù)集。有研究使用ROIMCR(regions of interest multivariate curve resolution)策略對(duì)二維液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,可以從水稻中分離出超過200種脂質(zhì)[16]。

GC-MS通常用于揮發(fā)性化合物的分離鑒定。對(duì)于非揮發(fā)性的脂質(zhì)在GC分離前必須進(jìn)行衍生化,可能會(huì)顯著消除脂質(zhì)的部分結(jié)構(gòu)信息。GC-MS動(dòng)態(tài)范圍相對(duì)較窄,不適合于大規(guī)模的脂質(zhì)組學(xué)研究,但是其分辨率和靈敏度較高,仍是一種分析脂肪酸鏈,特別是區(qū)分順反異構(gòu)和區(qū)域異構(gòu)脂肪酸鏈的有效工具。此外,高溫氣相(high temperature-gas chromatography, HT-GC)的引入大大擴(kuò)展了脂質(zhì)的檢測(cè)范圍。

SFC-MS是近年來的新興技術(shù),相比LC-MS具有更高的分離效率和更短的分離時(shí)間。其可以在6 min內(nèi)分離鑒定涵蓋6個(gè)主要脂質(zhì)類別的30個(gè)非極性和極性脂質(zhì)。此外,通過向流動(dòng)相中添加改性劑來調(diào)整極性,使SFC-MS更適合分離具有廣泛極性的脂質(zhì)[17]。但SFC分離專用設(shè)備和色譜柱的高昂成本限制了其在食品脂質(zhì)分析中的廣泛應(yīng)用。其他分離技術(shù)包括薄層色譜法和毛細(xì)管電泳法也被應(yīng)用于脂質(zhì)分離,但是比例較低。

1.3.3 離子遷移質(zhì)譜

1.3.4 質(zhì)譜成像

一般的脂質(zhì)組學(xué)方法都需要從生物組織或食品基質(zhì)中將脂質(zhì)提取出來,而提取過程就會(huì)對(duì)樣品造成破壞,使脂質(zhì)的空間分布信息丟失。所以MSI就成為了使生物組織中不同脂質(zhì)類別動(dòng)態(tài)分布變化可視化的工具。MSI是將質(zhì)譜分析與分子成像結(jié)合,相當(dāng)于使用MS探針在每個(gè)像素點(diǎn)進(jìn)行了一次DI-MS分析[24]。MALDI和解吸電噴霧電離(desorption electrospray ionization, DESI)是脂質(zhì)MSI分析中最常用的離子源。MALDI依靠激光能量吸收矩陣,以最小的碎片從脂質(zhì)分子中產(chǎn)生離子,具有分析速度快、操作簡(jiǎn)便的特點(diǎn)。近年來質(zhì)譜成像技術(shù)在脂質(zhì)組學(xué)研究中已得到廣泛應(yīng)用,有研究使用MALDI-MSI對(duì)奇亞籽泡水前后的脂質(zhì)分布進(jìn)行分析,認(rèn)為奇亞籽在泡水24 h后增加了其ω-3的可萃取率及ω-6與ω-3的比率,并且發(fā)現(xiàn)所檢脂質(zhì)主要分布在奇亞籽的胚乳中[25]。環(huán)境電離質(zhì)譜,包括實(shí)時(shí)直接分析質(zhì)譜(direct analysis in real time-mass spectrometry, DART-MS)和快速蒸發(fā)電離質(zhì)譜(rapid evaporative ionization mass spectrometry, REIMS),也可用于MSI,主要作用是篩選給定樣品中的脂質(zhì)種類,為原位、實(shí)時(shí)和高通量分析脂質(zhì)種類提供了研究策略。

表1 基于質(zhì)譜的檢測(cè)技術(shù)在脂質(zhì)組學(xué)中的應(yīng)用對(duì)比Table 1 Applications of MS-based detection technologies in lipidomics

2 脂質(zhì)組學(xué)在肉品中的應(yīng)用

相比于單一的脂質(zhì)分離鑒定,脂質(zhì)組學(xué)能夠?qū)⒋嬖谟谌馄分锌蓹z測(cè)的脂質(zhì)進(jìn)行全面系統(tǒng)的分析,通過對(duì)較大的數(shù)據(jù)量進(jìn)行生物信息學(xué)的分析挖掘,可以得到除脂質(zhì)種類含量以外的其他信息,這是僅進(jìn)行脂質(zhì)定性定量檢測(cè)所無法獲得的信息,也是脂質(zhì)組學(xué)的優(yōu)勢(shì)所在。通過脂質(zhì)組學(xué)高通量的檢測(cè)數(shù)據(jù)及生物信息學(xué)對(duì)脂質(zhì)在分子種水平上的數(shù)據(jù)挖掘,通過尋找潛在的生物標(biāo)志物來確定肉品的產(chǎn)地、品種、加工方式等信息,為保障肉品安全、監(jiān)測(cè)肉品品質(zhì)、改進(jìn)加工方式等方面提供有力的檢測(cè)手段及科學(xué)依據(jù)。

2.1 肉類來源鑒別

2.1.1 產(chǎn)地鑒別

產(chǎn)地是消費(fèi)者們?cè)谫?gòu)買肉品時(shí)相對(duì)關(guān)心的問題,不同地域出產(chǎn)的肉品在品質(zhì)上可能存在顯著的差異。使用脂質(zhì)組學(xué)對(duì)不同產(chǎn)地肉品進(jìn)行分析,可以找出區(qū)分不同產(chǎn)地的潛在標(biāo)志物。藏豬是一種中國(guó)特有的高海拔豬種,具有更強(qiáng)的抗病性、更小的體型、更好的肉質(zhì)及較慢的生長(zhǎng)速度,由于藏豬數(shù)量稀少、感官特性良好,其價(jià)格往往是其他品種的5倍以上。為了確保產(chǎn)地的真實(shí)性,MI等[26]研究了產(chǎn)于西藏、吉林及三門峽的黑豬的脂質(zhì)指紋圖譜,共檢測(cè)出1 180種脂質(zhì),使用偏最小二乘判別分析可以得到100種脂質(zhì)具有較高潛力判別不同產(chǎn)地的豬肉,包括61種甘油酯、17種甘油磷脂、4種甾醇、2種鞘脂、3種聚酮、7種脂?；?種丙烯醇酯。牛肉是主要的肉類之一,根據(jù)牛肉產(chǎn)地的不同,價(jià)格從每公斤9.4美元至21.8美元不等,所以鑒定牛肉產(chǎn)地是防止經(jīng)營(yíng)者欺騙消費(fèi)者以謀取非法利潤(rùn)的保障。WANG等[27]研究了使用實(shí)時(shí)直接分析-飛行時(shí)間質(zhì)譜(direct analysis in real time-quadrupole time-of-flight mass spectrometry, DART-QTOF)和LC-ESI-QTOF對(duì)來自加拿大、阿根廷、新西蘭、巴西、澳大利亞和烏拉圭的牛肉進(jìn)行脂質(zhì)組學(xué)分析,發(fā)現(xiàn)了40種脂質(zhì)作為潛在標(biāo)記物區(qū)別不同產(chǎn)地的牛肉。

2.1.2 品種鑒別

脂質(zhì)作為肉品中的主要成分之一,也可以提供全面的信息來評(píng)估其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值及判斷肉品種類,通過脂質(zhì)組學(xué)分析能夠可靠地篩選出不同的物種及營(yíng)養(yǎng)成分。鮭魚是一種重要的經(jīng)濟(jì)魚類,蛋白質(zhì)及ω-3脂肪酸含量較高,且經(jīng)常為生食。但是最近發(fā)布了一項(xiàng)有爭(zhēng)議的標(biāo)準(zhǔn),將虹鱒魚歸類為鮭魚,但是虹鱒魚寄生蟲相對(duì)較多,這就引起了消費(fèi)者們的擔(dān)憂。SONG等[28]使用iKnife電刀聯(lián)合REIMS對(duì)2種魚類的脂質(zhì)進(jìn)行分析,利用PCA、PLS、OPLS方法對(duì)脂質(zhì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,篩選出了12種脂肪酸和37種磷脂可以作為潛在標(biāo)記物區(qū)分鮭魚和虹鱒魚。而YU等[29]使用了HILIC-MS技術(shù),通過PCA區(qū)分大馬哈魚、大西洋鮭及虹鱒魚,篩選了PC34∶2和PC36∶0作為潛在標(biāo)志物區(qū)分3種魚肉,其差異可能來源于遺傳或者生活環(huán)境。WANG等[30]使用UPLC-QTOF-MS對(duì)3種海洋魚類(尖吻鯛、大菱鲆和鉤吻鯛)和一種淡水魚類(草魚)的脂質(zhì)進(jìn)行分析,認(rèn)為使用PCA法可以有效區(qū)分不同的魚類,共檢測(cè)出12類、700多種脂質(zhì)分子,主要是甘油酯及磷脂,部分磷脂及鞘脂(d19∶3)可作為潛在生物標(biāo)志物。

新時(shí)代,我國(guó)把“美麗”作為建設(shè)現(xiàn)代化強(qiáng)國(guó)必須達(dá)到的目標(biāo)。黨的十八大把生態(tài)文明建設(shè)納入“五位一體”總布局,“美麗中國(guó)”成為中華民族追求的新目標(biāo);中國(guó)共產(chǎn)黨更是第一個(gè)將生態(tài)文明建設(shè)寫入行動(dòng)綱領(lǐng)的執(zhí)政黨;十八屆五中全會(huì),將綠色發(fā)展納入新發(fā)展理念;十九大報(bào)告提到“美麗”8次,“生態(tài)文明”多達(dá)12次,“綠色”15次,首次提出要把我國(guó)建成富強(qiáng)民主文明和諧美麗的社會(huì)主義現(xiàn)代化強(qiáng)國(guó),強(qiáng)調(diào)我們要建設(shè)的現(xiàn)代化是美麗的;全國(guó)生態(tài)環(huán)境保護(hù)大會(huì)上首次提出“構(gòu)建生態(tài)文明體系”,其中就包括“以產(chǎn)業(yè)生態(tài)化和生態(tài)產(chǎn)業(yè)化為主體的生態(tài)經(jīng)濟(jì)體系”;強(qiáng)調(diào)“綠色發(fā)展是構(gòu)建高質(zhì)量現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)體系的必然要求,是解決污染問題的根本之策”。

2.1.3 野生與養(yǎng)殖肉品鑒別

養(yǎng)殖方式會(huì)影響到肉品中的代謝物,進(jìn)而影響到肉的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和風(fēng)味品質(zhì),使其具有不同的商業(yè)價(jià)值。近年來經(jīng)營(yíng)者宣稱野生捕獲的動(dòng)物其肉品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和風(fēng)味更好,但是消費(fèi)者在購(gòu)買時(shí)很難用肉眼直接區(qū)分其中的差異。由于動(dòng)物在養(yǎng)殖及野生條件下攝食方式、攝食環(huán)境、攝食內(nèi)容等均有顯著差異,從而對(duì)自身脂質(zhì)的積累產(chǎn)生明顯影響,通過脂質(zhì)組學(xué)鑒定,可實(shí)現(xiàn)不同養(yǎng)殖方式的區(qū)分。FIORINO等[31]使用DART-HRMS研究野生鮭魚和養(yǎng)殖鮭魚脂質(zhì)構(gòu)成上的區(qū)別,認(rèn)為多不飽和脂肪酸DHA及EPA等存在差異,野生鮭魚C20或C22的脂肪酸含量更高,而養(yǎng)殖鮭魚C18的脂肪酸含量更高。MAN等[32]使用UPLC-orbitrap-MS分析了有機(jī)養(yǎng)殖和其他養(yǎng)殖方式的牛肉,使用PLS-DA及OPLS-DA建立分類模型,用以尋找脂質(zhì)鋪組間差異及差異代謝物,最后篩選了7種代謝物用以區(qū)分養(yǎng)殖方式。WANG等[33]使用UPLC-QTOF-MS平臺(tái)區(qū)分圈養(yǎng)山羊/綿羊及散養(yǎng)山羊/綿羊,散養(yǎng)山羊/綿羊相比圈養(yǎng)山羊/綿羊具有更多的營(yíng)養(yǎng)和更好的風(fēng)味,主要是由于攝食周期、總能量攝入、生長(zhǎng)速度、脂肪沉積和脂肪酸比例不同造成的,其ω-3脂肪酸、共軛亞油酸及油酸含量更高,所以消費(fèi)者愿意為此支付更高的價(jià)格;還使用PCA及OPLS-DA進(jìn)行多元統(tǒng)計(jì)分析,篩選了46個(gè)潛在標(biāo)記物,區(qū)分圈養(yǎng)及散養(yǎng)綿羊/山羊的識(shí)別率可以達(dá)到89.3%和98.3%。

2.1.4 部位、年齡及性別鑒別

肉品中的脂質(zhì)組成會(huì)隨著動(dòng)物屠宰的年齡、性別及部位發(fā)生顯著變化,而這種變化會(huì)導(dǎo)致肉品的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)及風(fēng)味品質(zhì)等發(fā)生顯著改變,所以研究不同部位、年齡及性別的肉品中脂質(zhì)組成的變化可以幫助消費(fèi)者更好地選擇合適的肉品。MI等[34]使用UPLC-ESI-MS/MS對(duì)不同年齡、性別及部位的太和烏骨雞肉進(jìn)行脂質(zhì)組學(xué)分析,結(jié)果表明,306天的烏骨雞其不飽和脂肪酸,特別是DHA含量顯著高于89天組,說明日齡較大的烏骨雞其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值要高于日齡較小組。雄性烏骨雞中磷脂及DHA含量顯著高于雌性烏骨雞,所以對(duì)孕婦更加適宜。腿部肌肉中甘油三酯、多不飽和脂肪酸及植物神經(jīng)酰胺含量顯著高于胸部肌肉,證明腿部肌肉營(yíng)養(yǎng)價(jià)值相對(duì)胸部更高。LI等[35]使用HPLC-TOF-MS對(duì)德州驢肉背最長(zhǎng)肌、臀肌及腘繩肌的脂質(zhì)組成進(jìn)行分析,認(rèn)為背最長(zhǎng)肌的肌內(nèi)脂肪含量高于臀肌和腘繩肌,主要由富含單不飽和脂肪酸及飽和脂肪酸的甘油三酯構(gòu)成。共鑒定出73類、1 143種脂質(zhì)的VIP>1、P<0.05,顯著差異主要集中在甘油三酯、甘油磷脂及鞘脂類,這些脂類的形成是調(diào)節(jié)肌內(nèi)脂肪沉積的關(guān)鍵途徑,可以明顯影響肉質(zhì)的多汁性、嫩度及風(fēng)味品質(zhì)。HE等[36]使用UPLC-ESI-Q-TOF-MS平臺(tái)對(duì)羅非魚頭部、內(nèi)臟及肌肉的脂質(zhì)組成進(jìn)行研究,認(rèn)為頭部和內(nèi)臟的脂質(zhì)含量明顯高于肌肉。甘油三酯是羅非魚脂質(zhì)的主要成分,但是磷脂中多不飽和脂肪酸的含量更高,特別是DHA和EPA,頭部和內(nèi)臟脂質(zhì)中發(fā)現(xiàn)了生物活性較高的糖脂類化合物,意味著羅非魚這部分脂質(zhì)在嬰幼兒配方食品及營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充劑中有著巨大的應(yīng)用潛力。使用PCA及PLS-DA法分析脂質(zhì)原始數(shù)據(jù),根據(jù)VIP>1、P<0.05篩選了5類、33種脂質(zhì)用于區(qū)分羅非魚的不同部位,這一研究為了解羅非魚的脂質(zhì)組成及副產(chǎn)品高值化利用提供了理論基礎(chǔ)。

2.2 肉類加工及貯藏

2.2.1 加工方式及工藝優(yōu)化

肉品的加工方式是導(dǎo)致其成分變化的主要原因之一。脂質(zhì)在肉品中是一種不穩(wěn)定的營(yíng)養(yǎng)素,極易發(fā)生氧化,這種氧化的適當(dāng)進(jìn)行可以產(chǎn)生令人愉悅的風(fēng)味物質(zhì),但是過度氧化會(huì)產(chǎn)生哈喇味等刺激氣味及有害的過氧化產(chǎn)物,導(dǎo)致肉品失去食用價(jià)值及營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。所以利用脂質(zhì)組學(xué)技術(shù)監(jiān)測(cè)分析肉品加工過程中脂質(zhì)的變化,可以幫助肉品確定合適的加工方法及參數(shù)。JIA等[37]使用UPLC-Q-Orbitrap-HRMS平臺(tái)分析鑒別煮制、蒸制及烘烤灘羊肉中的脂質(zhì)成分變化,結(jié)果表明煮制灘羊肉鞘磷脂損失程度比神經(jīng)酰胺多,更適合于動(dòng)脈粥樣硬化和癌癥(乳腺癌、結(jié)直腸癌、前列腺癌)患者。蒸制灘羊肉其磷脂酰膽堿及溶血磷脂酰膽堿損失較少,比較適合老年人及嬰幼兒。作者使用PCA、PLS-DA及聚類分析對(duì)脂質(zhì)分子進(jìn)行篩選分析,鑒定出了6類、90種VIP>1的脂質(zhì),可能成為區(qū)分不同熱加工方式的潛在標(biāo)記物。SHI等[38]使用UPLC-Q-Exactive Orbitrap-MS對(duì)煮制、蒸制、烤制羅非魚片的脂質(zhì)分布進(jìn)行研究,結(jié)果顯示熱加工過程對(duì)8類、137種脂質(zhì)影響顯著,與烤羅非魚片相比,蒸制和煮制對(duì)羅非魚片中不飽和脂肪酸的影響更小,說明蒸煮更容易維持羅非魚片的營(yíng)養(yǎng)成分。LIU等[39]使用UPLC-ESI-MS/MS對(duì)0～15 min烤羊肉中的脂質(zhì)變化進(jìn)行分析,可優(yōu)化烤羊肉工藝參數(shù),共檢測(cè)到2 488種脂質(zhì),其中TG(16∶0/18∶0/18∶1)和TG(18∶0/18∶0/18∶1)是與香氣結(jié)合穩(wěn)定性相關(guān)的主要脂質(zhì)。篩選出20類、488種VIP>1、P<0.05的脂質(zhì)用于區(qū)分不同烘烤時(shí)間,其中磷脂酰膽堿及磷脂酰乙醇胺是主要的氣味物質(zhì)前體,13種香氣成分確定為烤羊肉的特征風(fēng)味物質(zhì)。LU等[40]使用HILIC-MS研究了牡蠣空氣煎炸后血漿素的變化,血漿素是一種具有生物功能的乙醚磷脂。結(jié)果顯示牡蠣在空氣煎炸過程中脂肪含量降低,但血漿素?fù)p失較大。

2.2.2 品質(zhì)鑒別

影響肉品品質(zhì)的因素很多,除了上文提到的品種、產(chǎn)地、養(yǎng)殖及加工方式外,貯藏時(shí)間、運(yùn)輸方式等都會(huì)對(duì)肉品本身品質(zhì)產(chǎn)生影響,通過脂質(zhì)組學(xué)研究可以從脂質(zhì)分子層面對(duì)這些肉的品質(zhì)進(jìn)行區(qū)分鑒別。LI等[41]通過UPLC-Q-Exactive Orbitrap MS平臺(tái)研究了羔羊去勢(shì)對(duì)腰大肌肉質(zhì)的影響。結(jié)果顯示去勢(shì)羔羊的睪酮水平相對(duì)較低,這有利于脂肪的沉積,去勢(shì)后腰大肌中有14類、224種脂質(zhì)分子增加,提供了更為豐富的風(fēng)味前體物質(zhì),有利于羔羊肉品質(zhì)的提升。CHEN等[42]使用UPLC-ESI-MS研究了不同貯藏時(shí)間下鮭魚脂肪組成變化,與新鮮樣品相比,貯藏5、10、15 d后有92種脂質(zhì)發(fā)生變化。生物信息學(xué)分析顯示,第10天開始溶血磷脂酰膽堿(LPC)(17∶0)、LPC(18∶0)、LPC(22∶2)和磷脂酰膽堿(PC)(18∶4/16∶1)含量顯著增加。傳統(tǒng)方法如K值及揮發(fā)性鹽基氮(total volatile basic nitrogen,TVB-N)分析也顯示10 d后開始腐敗,所以這4種脂質(zhì)可以作為新鮮度的潛在標(biāo)志物。SONG等[43]使用iKnife-REIMS研究了不同貯藏時(shí)間下干刺參的脂質(zhì)譜圖變化。在加速貯藏期間,使用PCA及PLS-DA篩選出特征離子m/z739.5、831.5、847.6、859.6作為候選生物標(biāo)記物,用以區(qū)分不同貯藏時(shí)間的干海參,并通過ROC曲線構(gòu)建預(yù)測(cè)模型,準(zhǔn)確度良好。JIA等[44]依靠UHPLC-Q-Orbitrap MS/MS平臺(tái)對(duì)灘羊肉-20 ℃下貯藏24 d內(nèi)脂質(zhì)圖譜的變化進(jìn)行分析,通過PCA及PLS-DA篩選出了6類、66種脂質(zhì)可以區(qū)分不同的貯藏時(shí)間,貯藏的前12 d磷脂酰膽堿、磷脂酰乙醇胺及酯酰肉堿短暫增加,導(dǎo)致了脂肪自氧化速度加快,使貯藏12 d后的灘羊肉品質(zhì)迅速下降,故最佳冷鏈貯藏時(shí)間應(yīng)控制在12 d內(nèi)。

2.3 肉類摻假

肉品摻假通常是使用低品質(zhì)或者其他種類的肉類替代高品質(zhì)肉類,或者加入非肉類外源物質(zhì)以掩蓋品質(zhì)問題。脂質(zhì)組學(xué)通過對(duì)脂質(zhì)分子種的定性定量檢測(cè),可以幫助研究人員建立肉品摻假的檢測(cè)方法。BALOG等[45]使用TOF-REIMS對(duì)混合肉餅中的肉品種進(jìn)行分析,該實(shí)驗(yàn)可以在5 s內(nèi)采用PCA-LDA監(jiān)督模型篩選出肉餅中是否含有馬肉、鹿肉或牛肉成分,檢出限為5%,為混合肉餡中摻入低品質(zhì)肉品種的檢測(cè)提供了一種快速可靠的方法,但痕量檢測(cè)可能需要采用不同的生物信息學(xué)方法。金槍魚是世界范圍內(nèi)最重要的商業(yè)魚類之一,交易最廣泛的金槍魚是藍(lán)鰭金槍魚、大眼金槍魚、長(zhǎng)鰭金槍魚及黃鰭金槍魚。藍(lán)鰭金槍魚肉質(zhì)最好,價(jià)格較高,但是大眼金槍魚和黃鰭金槍魚在切去小鰭和背鰭后外形特征與藍(lán)鰭金槍魚沒有明顯差異,所以SONG等[46]使用iKnife-REIMS平臺(tái)分析金槍魚脂質(zhì)譜圖,利用PCA尋找4種金槍魚脂質(zhì)差異,使用OPLS-DA構(gòu)建預(yù)測(cè)模型,其準(zhǔn)確度大于93%。并根據(jù)VIP>1、P<0.05篩選了m/z817.64和809.68作為潛在標(biāo)記物用以判斷藍(lán)鰭金槍魚肉是否被其他魚肉摻假。TRIVEDI等[47]使用UPLC-MS對(duì)牛肉和豬肉的脂質(zhì)進(jìn)行分析,可以鑒定牛肉碎中是否摻入了豬肉碎,且認(rèn)為脂肪含量與代謝物含量具有一定的相關(guān)性。

2.4 肉類營(yíng)養(yǎng)及安全

食品安全是現(xiàn)代人們面臨的最重要的挑戰(zhàn)之一。肉品作為食品主要的一部分,在動(dòng)物飼養(yǎng)、屠宰、運(yùn)輸、分銷等各個(gè)環(huán)節(jié)都有幾率被污染,可能來源于內(nèi)源性物質(zhì),也可能是生產(chǎn)、加工、存儲(chǔ)過程中故意或無意帶入的。通過脂質(zhì)組學(xué)鑒定,可以幫助從業(yè)者尋找各環(huán)節(jié)潛在的安全隱患,為保證肉品的安全及營(yíng)養(yǎng)價(jià)值提供一定的指導(dǎo)。CHIESA等[48]使用HPLC-HR orbitrap MS平臺(tái)對(duì)輻照雞肉、火雞及混合碎肉(雞肉、火雞、豬肉)的脂質(zhì)譜變化,以判斷是否存在任何食品安全問題。5種輻照強(qiáng)度下通過PCA及VP分析鑒定出14類、345種脂類受到輻射強(qiáng)度影響,認(rèn)為雖然輻照會(huì)引起脂質(zhì)的部分氧化,但是依然可以保持肉類的原始品質(zhì),是一種較好的肉類保藏方法。CHIU等[49]使用QuEChERS-GC-MS(Quick, easy, cheap, effective, rugged, and safe-gas chromatography-mass spectrometry)檢測(cè)膽固醇氧化產(chǎn)物的生成。肉品中都含有一定量的膽固醇,膽固醇在加熱后易產(chǎn)生膽固醇氧化產(chǎn)物,易導(dǎo)致動(dòng)脈粥樣硬化及各種心血管疾病。此研究對(duì)雞排、豬排、秋刀魚、水煮豬肉、熏雞及香腸6種肉制品及豬油、牛油和黃油3種動(dòng)物油脂中的膽固醇氧化產(chǎn)物含量的變化進(jìn)行測(cè)定。結(jié)論顯示,秋刀魚中的膽固醇氧化產(chǎn)物含量最高,其次是水煮豬肉、香腸、熏雞、豬排和炸雞排,而牛油中的膽固醇氧化產(chǎn)物遠(yuǎn)高于豬油和黃油。

3 展望

隨著社會(huì)的發(fā)展,人們愈發(fā)追求食品的安全及更高的品質(zhì)。脂質(zhì)組學(xué)依靠現(xiàn)代精密儀器,在分離技術(shù)、質(zhì)譜技術(shù)及數(shù)據(jù)處理技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展允許研究者分析更加復(fù)雜的食品基質(zhì),為食品安全溯源、食品質(zhì)量保障、功能成分分析等方面提供了優(yōu)越的平臺(tái)。但是由于食品中脂質(zhì)的復(fù)雜性,仍然存在許多亟待解決的問題。如數(shù)據(jù)庫(kù)積累不足,肉品貯藏加工過程中脂質(zhì)變化產(chǎn)生的一些中間產(chǎn)物難以鑒定。對(duì)于一些豐度較低的脂質(zhì),儀器檢測(cè)限難以達(dá)到,或者前處理過程繁瑣,檢測(cè)成本高昂。由于數(shù)據(jù)庫(kù)及分析方法的多樣,不同的檢測(cè)方法可能會(huì)得到有差異的脂質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)。這些問題在脂質(zhì)組學(xué)未來的發(fā)展中將會(huì)被慢慢解決,在肉品中將會(huì)得到更廣泛的應(yīng)用,為確保肉品質(zhì)量安全、提供高品質(zhì)個(gè)性化的肉制品提供理論基礎(chǔ)。