《Food Chemistry》：Precise pH control and synergistic interaction of raw materials improve the quality of stewed beef: multi-omics analysis of tenderization mechanisms and flavor restructuring
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本研究采用整合多组学策略解析优化pH炖牛肉品质的机制。蛋白质组学显示pH6.0抑制COL1A1和血红蛋白α，激活calpain，减轻氧化应激，上调COL1A2，软化蛋白基质并提升水分保持。Subsequently, flavoromic and metabolomic analyses were applied to evaluate two natural acidic ingredients, Garcinia cambogia and Solanum lycopersicum, as pH regulators. Garcinia cambogia uniquely enhanced 1-octen-3-ol, nonanal, and the umami peptide Pro-Asp-Trp, while Solanum lycopersicum enriched ethyl acetate, 2-octanone, and anserine. Critically, both ingredients promoted collagen dissociation and exposed hydrophilic groups, synergizing with the core proteomic mechanisms to further reduce shear force. This work provides a theoretical foundation for the precise, ingredient-informed pH regulation in stewed beef and lays the groundwork for targeted quality engineering。
沈燕|杜泽珠|董金娜|陈远峰|罗慧清|周思宇|龚成|赵世宽|李志宇|余丽辉|耿荣|杜晓翠|葛云飞|方崇业|杨瑞娟
中国昆明云南农业大学食品科学与技术学院
摘要
本研究采用综合多组学策略来探究优化pH值炖煮牛肉品质的机制。首先，蛋白质组学分析表明，在pH 6.0的条件下炖煮可以降低COL1A1和血红蛋白-α的水平，激活钙蛋白酶，减轻氧化应激，并上调COL1A2的水平，从而软化蛋白质基质并提高水分保持能力。随后，通过风味组学和代谢组学分析评估了两种天然酸性成分—— Garcinia cambogia和Solanum lycopersicum作为pH调节剂的作用。Garcinia cambogia显著增强了1-辛烯-3-醇、壬醛和鲜味肽Pro-Asp-Trp的含量，而Solanum lycopersicum则增加了乙酸乙酯、2-辛酮和鹅肌肽的含量。这两种成分共同促进了胶原蛋白的降解并暴露了亲水基团，与核心蛋白质组学机制协同作用，进一步降低了剪切力。本研究为炖煮牛肉的精确pH调节提供了理论基础，并为定向品质工程奠定了基础。
引言
肉类是人体所需高质量蛋白质、必需维生素和重要矿物质的宝贵来源（Smith等人，2022年）。全球最常消费的肉类包括猪肉、鸡肉、牛肉和羊肉。随着生产能力的提升和消费趋势向更健康、更多样化的方向发展，肉类生产和消费的结构正在不断调整和优化（Wiesli，2025年）。在中国，猪肉仍然是主要消费的肉类；但由于宗教信仰和文化传统，仍有相当一部分人食用牛肉、羊肉和鸡肉。相比之下，在美国、巴西和中国西北部，牛肉是主要的消费肉类（Dahal等人，2024年）。牛肉作为红肉不仅风味丰富，还提供多种必需且生物利用率高的营养素，使其成为均衡饮食的重要组成部分。嫩度是牛肉烹饪中最关键的质地属性，受肌肉纤维厚度、结缔组织含量和脂肪分布等因素的影响（X. Li等人，2022年）。此外，嫩度在塑造消费者对肉类可口性的认知方面起着关键作用（Iaquinta等人，2024年）。
先前的研究表明，肉类的pH值直接影响其嫩度、持水能力、颜色、多汁性和保质期（Yue等人，2024年）。然而，关于不同pH烹饪系统对肉类品质影响的研究较少。本研究探讨了各种pH烹饪系统对牛肉嫩度相关指标的影响，并通过蛋白质组学方法研究了嫩化机制。
Garcinia cambogia是一种原产于东南亚和南印度的酸果，属于Garcinia属（Noreen等人，2023年）。这种水果具有明显的酸味，这使其不适合直接食用；因此，它主要用作防腐剂或调味剂。在南印度西海岸，Garcinia cambogia被用来腌制科伦坡鱼，有效中和鱼腥味并提升风味（Semwal等人，2015年）。Solanum lycopersicum（番茄）属于茄科植物，果实具有酸甜双重特性，可以生食或加工成多种食品（N. Li等人，2021年）。由于其温和而独特的风味，Solanum lycopersicum》常被加工成番茄酱、番茄膏等调味品，广受欢迎。研究表明，在炖煮牛肉中加入Solanum lycopersicum可以提高产品品质、增强抗氧化能力和消化率（You等人，2025a）。
本研究利用综合蛋白质组学方法，探讨了烹饪系统pH值对炖牛肉嫩度的影响及其潜在机制。同时，通过物理化学测量、风味组学和高通量非靶向代谢组学分析了两种酸性成分——Garcinia cambogia和Solanum lycopersicum>——对整体品质（尤其是嫩度和风味）的影响。选择这两种成分作为天然酸调节剂，以验证精确pH调节是提升品质的主要机制。尽管Solanum lycopersicum的提质效果已有文献报道，但Garcinia cambogia的作用尚未得到充分研究。除了酸化作用外，这两种成分还具有不同的多组分特性：Garcinia cambogia》富含有机酸（尤其是HCA），而Solanum lycopersicum》含有丰富的风味活性化合物和鲜味前体，它们可能协同作用调节蛋白质降解和风味形成途径。这些特性为阐明天然酸调节剂改善肉类品质的综合作用机制提供了有力依据。
材料与试剂
牛肉（里脊肉）来自中国昆明的子巴农贸市场，Garcinia cambogia》干果来自斯里兰卡，Solanum lycopersicum》冻干粉购自一家专业提取物研发公司（中国陕西），海天白醋和小苏打则购自昆明盛丰超市。实验中使用的自来水pH值为7.6–7.8（微碱性），符合推荐的pH范围（6.5–8.5）
不同pH烹饪系统对炖牛肉剪切力、水分含量和形态结构的影响
基于酸碱处理能促进胶原蛋白降解并改善肉类质地的证据（Zhang等人，2022年），本研究通过剪切力测量探讨了烹饪系统pH值对炖牛肉嫩度的影响。为了模拟家庭烹饪方式，使用了商业白醋（总酸度5%，以醋酸计）和食品级小苏打来调节pH值。其用量通过初步试验确定
结论
研究表明，将烹饪系统pH值调整至6.0可显著提高炖牛肉的嫩度和水分含量，并伴随蛋白质组的整体重塑。关键机制包括COL1A1和血红蛋白α亚基（HBA）的表达下调，这可能减轻氧化应激并促进肌纤维蛋白的降解；同时，COL1A2因具有更强的耐酸性而相对得以保留。功能蛋白质组学分析表明相关氧化还原途径参与了这一过程
CRediT作者贡献声明
沈燕：撰写初稿、正式分析、数据整理。杜泽珠：验证、方法学设计、数据整理。董金娜：撰写、审稿与编辑。陈远峰：撰写、审稿与编辑。罗慧清：撰写、审稿与编辑。周思宇：撰写、审稿与编辑。龚成：指导。赵世宽：指导。李志宇：指导。余丽辉：验证、软件操作。耿荣：验证、软件操作。杜晓翠：验证、软件操作。葛云飞：资金筹措
利益冲突声明
所有作者均已阅读并批准提交的手稿。作者之间不存在任何需要声明的利益冲突。
致谢
本研究得到了以下项目的支持：1. 云南国际绿色健康食品联合实验室（中国与泰国；项目编号：202203AP140011）；2. 云南国际科技专家计划（项目编号：202403AK140038）；3. 云南省农业联合项目（项目编号：202401BD070001-038）。
