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大鲵（Andrias davidianus）是我国人工繁育与养殖技术较为成熟的特种水生野生动物之一，具有极高的食用和药用价值。目前，大鲵已在我国10多个省市实现了规模化养殖，但大鲵深加工与开发利用仍是养殖业提质增效的瓶颈。

气相色谱-质谱（GC-MS）具有较高的分辨率、重现性和检测灵敏度，可实现多组学混合物中未知组分的定性分析，是目前代谢组学研究中最成熟的分析技术。陕西理工大学生物科学与工程学院，秦巴生物资源与生态环境省部共建培育国家重点实验室的金文刚、裴金金*、高瑞昌*等采用GC-MS技术分析大鲵肉在不同冷藏时间代谢物的变化，并结合多元统计方法筛选差异代谢物，分析相关代谢通路并探究理化指标与差异代谢物的相关性，以期为丰富大鲵肉冷藏过程中肌肉代谢信息以及冷鲜肉品质控制提供一定参考。

1、大鲵肉不同冷藏期样品数据采集质控分析

如图1所示，QC样品的基线稳定，各色谱峰的保留时间基本一致，说明仪器数据采集稳定性较好，在整个实验过程中仪器误差引起的变异较小。

所有样品经7 次交叉循环验证的PCA得分图，如图2所示，大鲵肉QC样品相对聚集，QC样品间差异较小，实验过程中仪器检测稳定性较好，数据可靠。

2、不同冷藏时间大鲵肉中代谢物的多元统计分析

不同冷藏时间大鲵肉中代谢物的PCA

如图3所示，R2X＝0.743＞0.5，说明拟合性较好，Q2=0.566，与R2X相差较小，说明拟合方程的稳定性较好。此外，4 个冷藏期大鲵肉样品中除冷藏8 d的两个样品外，其余样品都在95%置信区间内，冷藏0、2、4 d的样品在置信区间内相对聚集在第2、3象限内，可能是由于样品的代谢物具有相似性。

不同冷藏时间大鲵肉中代谢物的PLS-DA

如图4A所示，与图3相比，各冷藏期样品间聚集相对集中。R 2X 、R 2Y 、Q 2 值分别为0.793、0.978、0.890，均大于0.5且接近1，说明建立的模型符合样品数据的真实情况并且能很好地解释样本之间的差异。为防止模型过拟合，采用200 次响应的置换检验对模型进行验证，其中R 2 、Q 2 为回归线与Y轴的截距值，R 2 表示模型能够解释的方差总和，Q 2 表示模型的预测能力，使用响应排序置换检验时，一般要求Q 2 小于0。由图4B可知，R 2 =0.675，Q 2 =－0.38，回归线呈线性关系，Q 2 小于0，没有出现过拟合的现象，表明模型可靠，可用于后续分析。此外，由图4A可知，冷藏8 d与冷藏0、2、4 d相比差异较大，这可能是微生物在大鲵肉表面分布不均，大鲵肉的品质发生明显的变化所致。

3、不同冷藏时间大鲵肉中差异代谢物的筛选与鉴定

结果可知，大鲵肉在冷藏过程中的差异代谢物共计69种，包括有机酸类及其衍生物（21种）、氨基酸类及其衍生物（14种）、糖类及其衍生物（7种）、核苷酸类及其衍生物（10种）、胺类及其衍生物（6种）和其他类（11种）。由图5可知，层次聚类热图可将不同冷藏期大鲵肉样品分为3 类，即冷藏前期（0～2 d）、冷藏中期（4 d）、冷藏后期（8 d），冷藏8 d与冷藏0、2、4 d具有明显差异。

由图6可知，有机酸类及其衍生物的累积相对丰度在冷藏0～4 d增加幅度较平缓，而在冷藏4～8 d急剧增加。有机酸类及其衍生物中葡萄糖酸、二甲基尿酸和异己糖酸的VIP值较大，分别为3.35、3.34和3.06，其余有机酸类代谢物的VIP值均小于2。丙酮酸是冷藏初期0 d样品中有机酸类化合物中相对丰度最高的代谢物，包括丙酮酸以及其余有机酸类及其衍生物相对丰度在整个冷藏过程中呈现波动，主要原因可能是在冷藏8 d微生物的群落结构发生了较大变化，优势菌属发生了演替，优势菌经过三羧酸循环、丙酮酸代谢等代谢途径，与其相关的差异代谢物相对丰度出现变化。丙酮酸是氨基酸代谢途径中的关键节点化合物，能通过各种支链氨基酸转氨酶的作用形成醛、酮、醇，并参与微生物代谢。富马酸、苹果酸在冷藏过程中相对丰度呈现一定波动，可能与细菌菌相构成变化有关。

4、不同冷藏时间大鲵肉中代谢物的代谢通路富集分析

如图7所示，共富集到21 条代谢通路。其中，气泡的大小表示富集代谢物个数的多少，气泡越大表示富集的代谢物越多；富集因子为显著差异代谢物个数与该通路中总代谢物个数之比，富集因子越大，说明富集程度越大；颜色由绿到蓝表示P值依次降低。由图7可知，富集代谢产物最多、P值较小的前5条代谢通路分别为嘌呤代谢、氨酰-tRNA生物合成、乙醛酸和二羧酸代谢、丙酮酸代谢、三羧酸循环。利用KEGG等权威代谢物数据库映射，得到具有显著差异（P＜0.05）的代谢物33种，具有极显著差异（P＜0.01）的代谢物32种。具有显著差异的21 条代谢通路和33种代谢物的富集关系如图8所示。

由图8可知，丙酮酸、琥珀酸、富马酸、甘氨酸、丝氨酸是参与代谢通路较多的化合物，在连接各通路和代谢物上具有重要的作用，所涉及到的代谢通路中绝大部分为氨基酸代谢通路和能量代谢通路。将所有差异代谢物按它们在冷藏过程中的变化趋势分为3 类：A类化合物：在冷藏8 d相对丰度显著增加（如图8红色方框所示）；B类化合物：在冷藏0、2 d相对丰度较高（如图8蓝色方框所示）；C类化合物：没有明确的变化趋势（如图8绿色方框所示）。对3 类化合物进行累积分析，如图9所示。

由图9可知，A类化合物的累积相对丰度在冷藏0、2、4 d内轻微增加，而冷藏4～8 d上升幅度急增，以氨酰-tRNA代谢通路中差异代谢物最多。有研究将氨酰-tRNA合成酶作为抗菌类药物的靶点，该类化合物在冷藏4～8 d快速增加与冷藏后期优势腐败微生物的大量繁殖及微生物群落结构的改变密切相关。B类化合物累积相对丰度在0～8 d冷藏期内呈平稳下降趋势，以嘌呤代谢通路中差异代谢物最多；该类化合物在整个冷藏过程中的下降趋势与大鲵肉在冷藏过程中鲜度的流失密切相关。

5、不同冷藏时间大鲵肉中代谢物的相关性分析

由图10可知，B1类化合物与TVB-N值、菌落总数、致腐微生物呈负相关；其中L-丝氨酸与假单胞菌属、气单胞菌属、Hafnia-Obesumbacterium呈显著负相关（P＜0.05）；L-赖氨酸与气单胞菌属、Hafnia-Obesumbacterium呈显著负相关（P＜0.05）。A1类化合物与TVB-N值、菌落总数、致腐微生物呈正相关；除乙酰鸟氨酸外，均与TVB-N值呈显著正相关（P＜0.05），以L-异亮氨酸、L-蛋氨酸、丙酮酸、丁二酸的相关性较强（P＜0.01）；甘氨酸、丙酮酸、乙酰鸟氨酸与菌落总数呈显著正相关（P＜0.05），以甘氨酸相关性较强（P＜0.01）。因此，可将L-赖氨酸、L-丝氨酸、L-异亮氨酸、L-蛋氨酸、丙酮酸、丁二酸和甘氨酸作为大鲵肉冷藏品质变化的潜在标记物。

结 论

采用GC-MS非靶向代谢组学技术结合多元统计分析方法，对不同冷藏时间（0、2、4、8 d）大鲵肉中的代谢物进行研究。结果表明，大鲵肉在冷藏过程中的差异代谢物共计69种，包括有机酸类及其衍生物（21种）、氨基酸类及其衍生物（14种）、糖类及其衍生物（7种）、核苷酸类及其衍生物（10种）、胺类及其衍生物（6种）和其他类（11种）。层次聚类热图可将不同冷藏期大鲵肉样品分为3 类，即冷藏前期（0～2 d）、冷藏中期（4 d）和冷藏后期（8 d）。KEGG富集分析表明，在大鲵肉冷藏期间较为重要的代谢通路为嘌呤代谢、氨酰-tRNA生物合成、乙醛酸和二羧酸代谢、丙酮酸代谢、三羧酸循环。代谢通路映射及Pearson相关性分析表明，L-赖氨酸、L-丝氨酸、L-异亮氨酸、L-蛋氨酸、丙酮酸、丁二酸和甘氨酸可作为大鲵肉品质变化的潜在标记物。

第一作者简介

金文刚，博士，副教授，硕士生导师。2013年6月获得西北农林科技大学水产品加工及贮藏工程博士学位，美国马萨诸塞大学阿莫斯特分校食品系访问学者。现就职于陕西理工大学生工学院，主要从事食品科学与工程专业教学与科研工作。同时任陕西省资源生物重点实验室肉类食品研究室主任，兼陕西理工大学大鲵研究所负责人，2019年入选汉中市首批青年科技创新团队-大鲵深加工与高值化利用团队带头人。承担食品专业本科生《食品营养学》、《食品工程原理》、研究生《水产品加工及贮藏工程专题》等课程。主持完成厅局级科研项目3项。目前负责国家自然科学基金面上项目合作课题1项、陕西省“三秦学者”科技创新团队课题1项。参与完成的“大鲵加工关键技术及副产物高值化利用研究”，2020年获陕西省科学技术进步三等奖（排名第二）。参编科学出版社《食品物性学》教材1部。以第一作者或通讯作者在Food Hydrocolloids、Food Chemistry、Drying Technology、《食品科学》和《中国食品学报》等国内外食品领域核心刊物发表论文40篇，其中SCI收录16篇，EI收录8篇。主要研究方向为秦巴山区特色食品资源深度开发利用。

本文《基于GC-MS代谢组学分析大鲵肉冷藏过程中肌肉代谢产物差异》来源于《食品科学》2022年43卷24期192-201页，作者：金文刚，赵萍，刘俊霞，兰阿峰，陈德经，裴金金，高瑞昌。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20220218-140。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

图片来源于文章原文及摄图网。

Food Science of Animal Products（ISSN: 2958-4124, e-ISSN : 2958-3780）是一本国际同行评议、开放获取的期刊，由北京食品科学研究院、中国肉类食品综合研究中心主办，中国食品杂志社《食品科学》编辑团队运营，属于食品科学与技术学科，旨在报道动物源食品领域最新研究成果，涉及肉、水产、乳、蛋、动物内脏、食用昆虫等原料，研究内容包括食物原料品质、加工特性，营养成分、活性物质与人类健康的关系，产品风味及感官特性，加工或烹饪中有害物质的控制，产品保鲜、贮藏与包装，微生物及发酵，非法药物残留及食品安全检测，真实性鉴别，细胞培育肉，法规标准等。

投稿网址：

https://www.sciopen.com/journal/2958-4124

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