《Food Bioscience》：Exudate-Based Metabolomics: A Novel Strategy for Tracking Beef Freshness During Chilled Storage
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本研究利用非靶向代谢组学技术分析冷藏牛肉渗出液中的代谢物动态，发现其与肉组织新鲜度下降趋势一致，并鉴定了5'-甲基硫腺苷、7-甲基黄嘌呤等5种关键代谢物作为新鲜度生物标志物，为开发非侵入式肉品新鲜度监测技术提供了新依据。
吴 Wang | 冯佩琳 | 彭佳丽 | 王玉静 | 万兰芳 | 马飞 | 周慧
合肥工业大学食品与生物工程学院，中国合肥 230601
摘要
新鲜牛肉在冷藏储存过程中极易变质，但现有的新鲜度评估方法要么具有侵入性，要么灵敏度较低。牛肉渗出液是一种自然释放的液体，富含可溶性代谢物，是一种有前景但尚未得到充分利用的非侵入性新鲜度评估基质。本研究应用非靶向代谢组学技术来表征牛肉渗出液中的与变质相关的代谢物，并阐明它们与新鲜度的关系。将牛肉腿肉在7±1°C下储存，随后收集渗出液进行理化分析和非靶向代谢组学分析（使用UHPLC–MS/MS）。比较分析表明，渗出液中的代谢变化与相应牛肉组织中的理化劣化趋势密切相关。在检测到的1,703种代谢物中，有62种在储存过程中发生了显著变化。通路富集分析表明精氨酸代谢和氨基酸生物合成在变质过程中起着关键作用。相关性分析进一步确定了5’-甲基硫腺苷、7-甲基黄嘌呤、N-甲基色胺、L-苯丙氨酸和精胺五种化合物作为潜在的新鲜度标志物。总体而言，本研究表明基于渗出液的代谢组学提供了一种有效且非侵入性的牛肉新鲜度监测策略，为肉类行业的智能质量评估和变质预测提供了新的见解。
引言
新鲜牛肉因其高营养价值而受到广泛重视，尤其是其丰富的蛋白质和不饱和脂肪酸。然而，这些成分也使得牛肉在冷藏储存过程中极易受到氧化降解和微生物污染（Davis等人，2022年）。此外，蛋白质氧化可能因脂质氧化产生的自由基而加速，导致营养损失和肉质恶化（Bekhit等人，2021年）。主要牛肉生产区（主要是高原牧区）与消费市场之间的地理分离进一步加剧了这一脆弱性，给运输过程中的新鲜度保持带来了巨大挑战（H. Liu等人，2024年）。在消费市场中，大多数牛肉以“冷藏牛肉”的形式销售，这种牛肉在屠宰后经过快速冷却，并在加工、分销和零售过程中保持在0-4°C。然而，物流过程中的温度波动经常导致实际储存温度超出推荐范围，从而加速了变质过程。鉴于消费者的购买决策很大程度上受到新鲜度和安全性的影响，开发可靠、实时且非侵入性的新鲜度监测技术已成为行业和研究界的当务之急（You等人，2020年；Holman等人，2017年）。
牛肉渗出液是在储存过程中从肌肉组织中自然释放的一种液体，其中含有多种水溶性代谢物、肽和降解产物，直接反映了肉体内的生化变化（Bowker等人，2014年）。先前的核磁共振（NMR）研究表明牛肉组织与其渗出液之间存在强烈的光谱相关性（Castejón等人，2015年），最近的研究也支持渗出液作为追踪质量变化的可靠分析基质（Setyabrata等人，2023年）。然而，渗出液在新鲜度评估方面的全部潜力仍未得到充分探索。
非靶向代谢组学具有高通量、广泛的分析覆盖范围和灵活性，能够全面分析代谢物和小分子化合物（≤1000 Da）（Windarsih等人，2022年）。这种方法在肉类科学中得到了广泛应用，用于识别与品种差异、加工条件、储存环境和微生物污染相关的生物标志物。例如，代谢组学分析已确定尸胺、羟基褪黑素等化合物是主要食源性病原体污染的指标（Jadhav等人，2018年），而与机器学习的结合则揭示了猪肉变质的关键代谢途径（Gu等人，2023年）。尽管取得了这些进展，但专门针对牛肉渗出液作为新鲜度表征基质的全面代谢组学研究仍然有限。
因此，本研究的目的是通过联合分析牛肉组织和渗出液在冷藏储存过程中的代谢变化，系统地研究牛肉的新鲜度劣化。利用基于UHPLC–MS/MS的非靶向代谢组学技术，我们表征了渗出液中的代谢变化，识别了关键的变质相关通路，并筛选出了潜在的新鲜度生物标志物。通过建立渗出液组成与肉质劣化之间的紧密代谢联系，本研究突显了渗出液作为实用且非侵入性新鲜度评估基质的巨大潜力，为肉类供应链中的智能质量监测和变质预测提供了新的理论基础。
样本制备
样本制备
样本来自中国合肥永辉超市的六头18个月大的西门塔尔牛。为去除死后酸度，牛肉在屠宰后于4°C下冷却6至12小时。然后切除腿肉，并用冰袋将其运输到实验室。去除外部脂肪和可见的结缔组织后，将瘦肉无菌切片成100±5克的块状。每头动物的样本随机选取
新鲜度相关指标的分析
总挥发性碱性氮（TVB-N）被广泛认为是衡量肉品质量的关键指标，反映了储存过程中产生的碱性含氮化合物的积累（Holman等人，2021年）。如图1A所示，渗出液和牛肉组织中的TVB-N含量在储存过程中显著增加（p < 0.05）。到第4天时，其含量超过了通常接受的15 mg/100 g的新鲜度阈值。这种增加可以归因于微生物引起的氨基脱氨和脱羧反应
结论
总之，本研究初步证明了牛肉渗出液（EXU）是一种高度代表性和实用的基质，可用于监测冷藏牛肉的变质情况。通过将传统指标与非靶向代谢组学相结合，我们发现EXU能有效反映肌肉组织的变质动态。我们的非靶向方法识别了许多代谢变化，更重要的是，提出了5'-甲基硫腺苷、7-甲基黄嘌呤等关键标志物
CRediT作者贡献声明
周慧：数据可视化、软件开发、项目管理和资金筹集、概念构思。王玉静：软件开发、方法学设计、数据管理、概念构思。彭佳丽：实验研究。马飞：软件开发、实验研究、数据管理。万兰芳：软件开发、实验研究。冯佩琳：写作——审稿与编辑、初稿撰写、实验研究、数据管理、概念构思。吴 Wang：写作——审稿与编辑、结果验证、研究监督、方法学设计
未引用的参考文献
Sivashanmugam和K., 2017.
伦理批准
本文不包含任何由作者进行的涉及人类参与者或动物的研究。
利益冲突声明
作者声明在本手稿的提交过程中不存在利益冲突。所有作者均已批准该手稿的发表。
致谢
本研究得到了国家重点研发计划（2022YFD2100602）的财政支持。
