基于代谢组学的研究：不同类型猪肉中美拉德反应产生的香气物质及其前体

《Food Chemistry》：Research on maillard derived aroma and precursors in different types of pork based on metabolomics

中国本土猪种高温烹饪后风味形成机制研究，通过挥发性有机物分析（HS-SPME-GC-MS/HS-GC-IMS）和代谢组学揭示硫-containing化合物（如2-乙酰基噻唑）是主要芳香物质，并发现甘油磷脂代谢活性增强与美拉德反应促进相关。

　　

田志清|郑欣|李家林|李五顺|唐晓燕

中国农业科学院农产品质量标准与检测技术研究所，农产品质量安全重点实验室，中国北京100081

摘要

中国本土猪肉因其独特的香气而受到消费者的喜爱，但这种香气在高温加工过程中的形成机制尚不清楚。本研究评估了五个猪品种：巴马香（BM）、沈县猪（SX）、荣昌猪（RC）、藏猪（ZX）以及杜洛克×兰德瑞斯×约克夏（DLY）。采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱（HS-SPME–GC–MS）和顶空气相色谱-离子迁移谱（HS-GC-IMS）技术分析了挥发性化合物（VOCs）。非靶向代谢组学方法用于识别不同品种之间的差异代谢物及相关代谢途径。结果表明，含硫化合物如2-乙酰噻唑和3-巯基己基-1-醇是高温烹饪后中国本土猪肉香气的主要贡献者。非靶向代谢组学进一步揭示了中国本土猪肉的代谢特征。中国本土猪肉的甘油磷脂代谢更为活跃，溶血磷脂酰胆碱（LPCs）等磷脂可能促进美拉德反应的程度，从而在特征香味的形成中起关键作用。

引言

作为主要的动物蛋白来源，猪肉的风味是影响消费者偏好的关键质量属性。猪肉中的挥发性香气化合物主要在高温烹饪过程中通过复杂的反应产生，包括美拉德反应、脂质氧化、硫胺素降解以及肽和核苷酸的热分解。美拉德反应是一种在高温下发生的非酶促褐变反应，是产生强烈香气的主要途径。美拉德反应和糖的降解会产生多种低气味阈值的风味化合物，这些化合物主要包括含氮化合物（如吡嗪、吡咯）、含硫化合物（如硫醇、噻唑、噻吩）和某些含氧杂环化合物（如呋喃、呋喃酮），以及斯特雷克醛。这些化合物共同构成了加热食品中的特征性香气，如烤制风味、坚果风味、肉香和焦糖风味。已有研究在空气炸制过程中鉴定出猪肉中的多种香气化合物，并确定2-乙基-3,5-二甲基吡嗪是香气的主要贡献者（Li, Yang等，2022）。然而，大多数关于猪肉风味的研究集中在商业品种上，对中国本土猪肉在烹饪过程中的风味特征和形成机制的系统研究仍然有限（Tian等，2026；Wang, Gao等，2024）。

中国拥有丰富的本土猪品种，这些品种以其优良的肉质、高营养价值和独特的风味而受到消费者的喜爱。例如，巴马香猪（BM）以其独特的烤制风味而闻名；主要分布在高海拔地区的藏猪（ZX）具有鲜红色的肉色和低脂肪含量；荣昌猪（RC）体型较大，肌肉内脂肪丰富；而作为北方代表性品种的沈县猪（SX）皮下脂肪较厚。尽管这些本土品种在风味特性方面具有显著优势，但其风味成分的前体物质仍缺乏深入研究。

大量证据表明不同猪品种之间的风味前体存在显著差异，这些差异直接导致了它们独特的风味特征（Khan等，2015）。这些前体物质主要包括游离氨基酸、核苷酸及其降解产物、还原糖、硫胺素和脂质——尤其是不饱和脂肪酸（Tamura等，2022）。由于遗传背景和饲养方式的差异，中国本土品种的猪肉中含有更高水平的风味前体，尤其是脂溶性前体。有研究表明油酸（C18:1n9c）和二十二碳六烯酸（C22:6n3）是具有特征性的脂质前体，能够区分莱芜猪与商业品种杜洛克×兰德瑞斯×约克夏（DLY）（Wu等，2022）。除了脂质代谢外，莱芜猪肉的风味形成还涉及有机酸和氨基酸代谢网络中的水溶性前体，包括α-酮戊二酸、富马酸和L-天冬氨酸（Hou等，2023）。这些代谢物可能作为风味前体，促进香气的形成。

基于LC-MS/TOF的非靶向代谢组学方法能够全面分析肉类及其制品中的代谢物差异，并进行代谢途径分析。顶空气相色谱-离子迁移谱（HS–GC–IMS）、顶空固相微萃取-气相色谱-质谱（HS–SPME–GC–MS）和气相色谱-嗅觉法（GC–O）是筛查挥发性香气化合物的常用技术。结合风味组学的多组学策略可以更精确地描述风味前体与风味化合物之间的复杂关联和潜在调控机制。本研究识别了不同猪品种之间的差异代谢物，并分析了代谢物与风味之间的关联，以进一步阐明中国本土猪肉风味多样性的起源。这项工作对优质猪肉的生产实践和质量提升具有重要意义。

材料

本研究共使用了75头育肥猪（每个品种15头），包括巴马香猪（BM）、藏猪（ZX）、荣昌猪（RC）、沈县猪（SX）和杜洛克×兰德瑞斯×约克夏（DLY）。荣昌猪由重庆奇金食品集团有限公司（中国重庆）提供；巴马香猪由巴马原香猪农牧业有限公司（中国广西）提供；藏猪由黑水县兰塔种植养殖农民专业合作社（中国四川）提供；沈县猪由河北正农畜牧有限公司（中国河北）提供；杜洛克×兰德瑞斯×约克夏由安徽世芬伟道食品集团有限公司提供。

不同类型猪肉高温加热后的风味分析

通过保留指数（RI）和漂移时间（Dt）初步鉴定出挥发性化合物，结果见表S1。对所有猪肉样品的挥发性成分进行了正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）。如图1A所示，该模型能够清晰区分不同品种。模型的累积解释方差（R2X）为97.2%，预测能力（Q2）为75.0%，表明模型拟合度和预测性能良好。

结论

本研究调查了五种猪肉品种的代谢物和关键香气化合物。结果表明，不同类型猪肉之间的香气成分和香气强度存在显著差异。风味物质与特定品种的代谢物相关。特别是，中国本土品种中更为活跃的甘油磷脂代谢可能支持更高水平的不饱和脂肪酸和磷脂，这些特征可能增强了美拉德反应的效果。

CRediT作者贡献声明

田志清：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、概念构思。郑欣：撰写——审稿与编辑、方法学设计。李家林：撰写——审稿与编辑。李五顺：方法学设计。唐晓燕：撰写——审稿与编辑、项目监督、资源协调、项目管理。

未引用的参考文献

Li和Liu，2021 Wang等，2024

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本研究得到了中国农业研究系统（资助编号：CARS-35）、中国农业科学院农业科技创新计划（CAAS-ASTIP-IQSTAP-2025）以及国家自然科学基金（资助编号：32172152）的支持。