查看原文
其他

科研 | Foods:利用猪肉渗出物代谢组学揭示老化对肉质的影响

微科盟萌依依 代谢组metabolome 2022-09-22

点击蓝字↑↑↑“微科享”,轻松关注不迷路

编译:微科盟萌依依,编辑:微科盟Tracy、江舜尧。

微科盟原创微文,欢迎转发转载。

导读本研究旨在评估宰后老化过程中肉质及肉分泌物代谢组学的变化。在宰后24小时,从10具猪肉上采集腰最长肌,分成3个部分,随机分为3个老化期组(2、9和16天)。作者采用超高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱联用(UHPC-QTOF-MS)分析平台,对肉的品质和化学成分进行了分析。结果表明,随着老化时间的延长,肉的显色稳定性下降(p<0.05),而汁液损失、肉嫩度和脂质氧化增加(p<0.05)。主成分分析和层次聚类分析显示,各老化处理的渗出液代谢谱有明显的聚类。根据这些特征的MS/MS信息,与METLIN数据库(www.metlin.scripps.edu)进行匹配,初步识别出39个显著改变的特征。其中一些特征与三磷酸腺苷代谢(肌酸和次黄嘌呤)、抗氧化(氧化谷胱甘肽和肌肽)和蛋白质水解(二肽和三肽)有关。这些发现提供了反映肉质属性的有价值的信息,可作为预测老化时间和肉质变化的潜在生物标志物。

论文ID


原名:Utilizing Pork Exudate Metabolomicsto Reveal the Impact of Aging on Meat Quality译名:利用猪肉渗出物代谢组学揭示老化对肉质的影响
期刊:Foods
IF:4.092发表时间:2021.03通讯作者:Yuan H. Brad Kim
通讯作者单位:美国普渡大学

实验设计



实验结果


1. pH


肌肉的pH值受年龄的显著影响(表1)。宰后24小时,由于宰后糖酵解和ATP水解产生的乳酸和氢离子积累,样品的最终pH值降至5.65。老化2天后样品pH值持续下降至5.55,老化9天和16天后pH值分别上升(p<0.05)至5.59和5.57。pH值升高可能是由于宰后老化过程中蛋白水解酶引起了电荷变化。

表1 猪腰肉在宰后老化过程中pH值和持水能力(WHC)的变化

注:结果以平均值±标准误表示。表示一行中不同字母(a - c)是不同的 (p < 0.05)。
 2. 持水能力(WHC)
血水损失(Purge loss)从宰后2天的3.23%增加到宰后16天的7.80%(p<0.05)(表1)。随着年龄的增长,血水损失的增加可能是由于蛋白质在老化过程中通过蛋白质水解降解,导致肌原纤维、细胞膜结构和细胞内骨架的分解,从而更容易诱导肌原纤维空间迁移。 随着年龄的增长,样品的汁液损失从6.17%显著降低至1.46%p<0.05)(表1)。在宰后的前2天,样品汁液损失更大,这与Straadt等人的研究结果一致。样品汁液损失从宰后24小时到48小时持续增加,并保持不变,直到宰后4天开始下降,直到宰后14天。根据KristensenPurslow的假设,从一个侧面来看,汁液损失的减少表明肉类在老化过程中的WHC增加,这表明细胞骨架在老化过程中的降解减少或者消除了肌原纤维的严重侧向收缩和整个肌纤维收缩之间的联系,因此,作者观察到样品肌肉肌原纤维膨胀,并且在老化过程中能够保持更多的水分。然而,在真空袋中熟化期间,作者也观察到肉的血水损失增加(表1),这意味着肉中渗出更多的水,这可能导致肉中可作为汁液损失释放的水量减少。至于蒸煮损失,虽然样品在宰后16天的数值较低(表1),但不同老化期之间没有显著差异。烹调过程中肉的重量损失与水的含量以及肌肉结构网络失水的容易程度有关。随着老化的增长,血水损失增加,表明肌肉中可用的水分较少,容易蒸发。因此,没有显著变化的蒸煮损失暗示了持水能力随老化过程下降。

图1 老化对猪肉5天内L*(a)、a(b)、b*(c)、色相角(d)、色度(e)变化的影响的显示
 3. 色泽稳定性
图1显示了湿老化的猪肉样品在不同展示时间(0、1、2、3、4和5天)的色相角(仪器检测)变化。光亮度(L*)受老化时间的影响;在第3天的展示中,2天老化的肉比9天和16天老化的肉显示出更低的L*值。此外,在展示期内,2天老化肉的L*显著增加(p<0.01)。在开始的两天展示中,从16天老化肉切下的肉片显示出比2天和9天老化样品更高的(p <0.01)a *值。然而,在显示期结束时,2天老化肉的a *值明显高于9天和16天样品组(p<0.05)。此外,无论老化处理如何,a *值均受显示的影响(p <0.01),并且与第1天相比,显示出明显降低的趋势,代表肉的颜色强度的色度也受到老化时间的影响(p <0.01)。与较短的时效处理相比,16天切割肉片在最初2天的展示中显示出最高的色度。但是,它们呈现出更显着的下降,并且在显示结束时显示出最低的色度。从显示的1到5天,色度降低表明表面膜肌红蛋白的积累逐渐增加。这些结果可能表明,更长的时效处理会降低展示期间的肉色稳定性。老化肉的腐化更快,但随后比新鲜肉更早地变成褐色。先前的研究还表明,经过3天的展示,与未老化的肉相比,老化肉的颜色稳定性较低。
4. 剪切力和肌原纤维分裂指数(MFI)
样品的剪切力随着老化时间的延长而下降,这表明肉的嫩度增加。同时,MFI显着增加(p <0.05),从宰后2 天后的80.92增加到9天后的110.76,并且在9天和16天老化处理之间没有发现显着差异(图2b)。 MFI越高表明肌原纤维的降解越严重,因此肉质越软。衰老通过细胞内蛋白水解系统(包括钙蛋白酶,溶酶体蛋白酶和组织蛋白酶)破坏肌肉超微结构而改善了肉的嫩度,这些系统具有降解肌原纤维和细胞骨架的能力。

图2 老化处理对猪肉剪切力(a)和MFI (b)的影响

5. 氧化稳定性
作者采用TBARS法对猪肉老化过程中的脂质氧化进行了研究。如图3a所示,9天陈化后猪肉样品的TBARS值显著高于2天陈化样品(p<0.05);然而,9天和16天老化处理之间没有发现显著差异。至于蛋白质氧化,羰基含量在老化过程中增加,即使没有发现统计意义(图3b)。脂肪氧化是肉类的一个关键变质反应,与氧化肌红蛋白氧化正相关。在宰后衰老过程中,由于抗氧化系统和结构完整性的崩溃,肌肉细胞逐渐失去维持还原状态的能力,这可能导致宰后肌肉更容易被氧化。14天真空老化的牛肉表明,如Popova等人所述,比非真空包装的肉的脂肪氧化更高。然而,一些研究人员报告说,未老化或清洗老化14天的牛肉的初始TBARS不受老化影响,或者说老化14天期间牛肉的TBARS没有显著变化。

图3 老化处理对猪肉脂质(a)和蛋白质(b)氧化的影响

6. 猪肉渗出物的代谢谱
作者通过UHPLC-QTOF-MS技术在15个净化样品(5个生物复制品)中检测到1483个特征× 3个老化处理),其中20个因缺失值超过50%而被删除。因此,共有1463个特征用于PCA和HCA分析。从PCA图(图4a)可以看出,三种不同老化处理之间存在完全分离,这可能表明在不同老化天数观察到的非常明显的渗出物代谢谱。热图还显示了两个不同的簇,其中2天血水样品聚集在一起,与9天和16天样品显著不同(图4b)。尽管9天和16天的样品表现出相似的代谢组学特征,但这些样品仍然分成了不同的簇。腰部9号样本的代谢组显示出与其它样本的一些差异,这可能源于生物样品本身的差异。基本上,由于老化处理对猪肉血水的代谢谱有显著影响,值得强调的是,较短老化(宰后2天)猪肉的渗出物表现出与较长老化(9天和16天)时间的猪肉完全不同的代谢谱。共有933个特征物在三对比较中发生了显著变化(16天对2天,9天对2天,16天对9天)(图4c),变化倍数为2(比率>2或<0.5),错误发现率(FDR)<0.05,其中34个特征根据MS/MS信息通过匹配METLIN数据库进行了初步识别(表2)。作者发现有10种化合物在宰后2天后的老化过程中过量表达(表2),这些化合物涉及ATP合成和代谢(肌酸、次黄嘌呤)、组氨酸代谢(L-组氨酸、肌肽)、苯丙氨酸代谢(2-苯乙酰胺)以及活性氧(ROS)和自由基(谷胱甘肽,氧化的GSSH)抗氧化作用。宰后ATP的合成和代谢从根本上决定了生肉的大部分关键品质。肌酸有能力增加肌肉储存的磷酸肌酸,有可能增加肌肉从ADP重新合成ATP的能力,以满足增加的能量需求。肌肉ATP浓度在宰后早期通过磷酸肌酸穿梭保持稳定。然而,肌肉储存的磷酸肌酸也是有限(约25 mmol/g肌肉组织),磷酸肌酸缓冲系统只能短暂维持宰后细胞ATP,即使在猪肉老化44 天后仍能检测到一定浓度的肌酸和磷酸肌酸。在本研究中,猪肉中肌酸含量在老化过程中的下降与猪肉中肌酸和磷酸肌酸水平在长期老化处理后的下降趋势一致。这可能意味着在老化过程中磷酸肌酸穿梭细胞逐渐衰竭。同时,次黄嘌呤(ATP的降解产物)在猪肉老化过程中也有所下降。据报道,宰后24小时,猪腰最长肌(LL)ATP含量迅速下降至几乎耗尽,随后ATP降解的下游产物增加。次黄嘌呤可以通过黄嘌呤脱氢酶氧化成黄嘌呤;因此,随着猪肉的老化,其含量也会降低。当宰杀动物时,肉因为缺氧会导致线粒体呼吸受损,从而产生ROS(活性氧类)。谷胱甘肽及其氧化还原形式(氧化型谷胱甘肽为GSSH,还原型谷胱甘肽为GHS)在防止ROS(如自由基,过氧化物,脂质过氧化物和重金属)对细胞成分造成的损害中起着至关重要的作用。当过氧化物被谷胱甘肽过氧化物酶解毒并通过谷胱甘肽还原酶再循环变回它们的还原形式时,就会产生GSSG,这是以烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸酯(NADPH)为代价的。与2天老化样品相比,16 天老化样品中GSSG的水平显着降低,这可能表明猪肌肉在老化过程中逐渐失去了抗氧化防御能力。同时,肌肽和L-组氨酸在16 天老化样品中的水平明显低于2 天老化样品的水平。肌肽是由L-组氨酸和-丙氨酸组成的二肽,是一种潜在的内源性抗氧化剂,可清除ROS并在氧化应激过程中抑制脂质氧化。L-组氨酸还被证实具有抗氧化作用,且是活性1O2种类的极佳清除剂。两者合计,作者推断在老化过程中的猪肉汁液中发现的GSSG肌氨酸和L-组氨酸的减少可能与猪肉中脂质和蛋白质氧化的增加有关(图3)。同时,在9天和16天的老化猪肉血水(较长的老化处理)中鉴定出24种化合物过量,这些化合物基本上都是二肽和三肽。老化9天后,这些肽在化血水过程中的含量显著增加,这可以通过屠宰后开始的累积蛋白质水解来解释。几种内源性蛋白水解酶系统(钙蛋白酶、组织蛋白酶和蛋白酶体)的宰后蛋白水解主要负责结构蛋白的降解,这些结构蛋白被分解成多肽片段,导致肉的嫩度增加(反映为剪切力下降和MFI增加,如图2所示)。接着是肽基和肽酶作用产生小肽。上述变化导致肌肉中肽浓度相对显著增加,死亡后老化时间延长。因此,作者推测,随着水分流失,肉中肌肉分泌肽的数量增加,因而可以在清洁过程中检测分泌肽的数量作为肉质老化的评价指标(表2),将它们作为预测老化期间肉嫩度的潜在生物标记物。

图4 主成分分析(PCA)得分图(a),层次聚类分析(HCA)得分图(b),和猪肉渗出物代谢组的火山图(c)D02、D09、D16为宰后分别进行老化处理第2、9、16天的猪肉渗出液。

表2 三种老化处理方法中初步鉴定的变化显著的代谢物


结论


总之,本研究表明老化显著影响肉质属性以及肉类渗出物代谢谱。与ATP合成和代谢(肌酸和次黄嘌呤)、抗氧化(GSSG和肌肽)和蛋白质水解(二肽和三肽)相关的代谢物可以作为潜在的生物标记物来监测老化时间和指示肉质变化,例如增加的脂质和蛋白质氧化、变色以及老化过程中的嫩度。未来非常有必要开展目标化合物(潜在的生物标志物)的定量和肉渗出物的蛋白质组图谱的研究,以提供更多与肉的质量相关的有价值的信息。


原文链接:  
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33804730/

----------微科盟更多推荐---------- 


   免费生信作图平台——生科云




长按左侧二维码 

进入生科云

生科云所有分析工具可以免费使用,不收取任何直接或间接费用;您还可以在微信上联系微生态老师,随时获取免费的指导,帮助您解决分析时遇到的问题;专业的生信分析团队,持续添加、更新、优化生信云上的分析工具,集成多种生信分析流程,一键批量生成主流科研图,帮您节省时间,有更多的时间探究生物学意义。


----------微科盟精彩文章----------
 


科研 | Front. Cell Dev. Biol.:研究者揭示严重脂肪变性在肝移植失败中的分子致病机理(国人佳作)

科研 | Cell Death Dis:神经胶质瘤干细胞对酸中毒应激反应中的嘌呤代谢重组


如果需要原文pdf,请扫描文末二维码,加助理获取





微科享期待与您交流更多代谢组学问题

(联系代谢组学老师即可申请入群)

请关注下列二维码

了解更多代谢组学知识


您可能也对以下帖子感兴趣

文章有问题?点此查看未经处理的缓存