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Introduction
金枪鱼主要分布在亚热带和热带地区，是世界上重要的生鱼片经济鱼类。金枪鱼具有很高的营养价值和丰富的水分含量，但其极易腐烂和氧化。因此，将冷藏作为一种方便和安全的方法来延长金枪鱼的货架期，防止氧化损伤和其他不良反应。然而，金枪鱼在低温下仍会发生各种生理和生化反应。
水产品储存条件的研究已逐步聚焦于其核心营养成分（包括蛋白质、脂质、水分及灰分）的变化规律。鉴于水产品富含高质量的脂质，特别是长链omega-3不饱和脂肪酸，如二十碳五烯酸和二十二碳六烯酸，其脂类水解过程成为了一个关键的研究点。此过程不仅促使脂类转化为风味化合物或香气前体，还生成了游离脂肪酸，后者是挥发性化合物的主要来源。遗憾的是，这些挥发性化合物的积累不仅削弱了水产食品的营养价值，还加速了其在冷藏条件下的品质劣变。同时，游离氨基酸（FAAs）对水产食品独特风味的形成起着至关重要的作用，尤其是谷氨酸和天冬氨酸这两种与鲜味紧密相关的氨基酸，它们对风味的变化具有显著影响。然而，目前关于鱼类在低温储存条件下营养成分及酶活性变化的详细资料仍然匮乏，这构成了本研究的主要动机。为了全面解析这一问题，代谢组学方法，特别是采用超高效液相色谱-质谱（UHPLC-MS）技术，被引入以鉴定和定量食品中的各类代谢物。该技术能够系统地审视食品样品中的代谢物组成及其生物合成路径，为海产品分析提供了快速、高分辨率的解决方案，同时极大地减少了样品预处理的需求。尽管如此，迄今为止，对于金枪鱼在变质过程中所有代谢产物的全面解析及其背后的生物过程，仍缺乏深入的理解。
上海交通大学医学院附属国际和平妇幼保健院的王馨云助理研究员，与上海海洋大学的谢晶教授及阎俊助理研究员等共同开展了一项研究，旨在全面评估金枪鱼在冷藏条件下的营养成分、酶活性、代谢物变化以及组织微观结构，以期为其潜在的变质机制和品质保存策略提供科学依据，旨在填补当前在金枪鱼冷藏过程中营养成分与品质变化方面认知的知识空白。
Results and Discussion
金枪鱼的微观结构
在贮藏第0天SEM、TEM观察金枪鱼的结构（细胞骨架、Z线、M线、I带和A带）完整性。金枪鱼贮藏第6天，肌原纤细胞骨架中变化较小、网状结构更加松散，肌原纤维结构发生紊乱，可归因于能量代谢酶活性的变化，说明金枪鱼品质发生劣变。
冷藏期间金枪鱼的代谢物变化
在UHPLC-MS分析的偏最小二乘判别分析（PLS-DA）模型中，PC1和PC2分别显示了49.6%和7.49%。结果显示，两组之间存在明显的分离，表明金枪鱼在冷藏过程中第0天和第6天的代谢物谱存在显著差异。UHPLC-MS平台在D6与D0中鉴定出524种显著差异代谢物，其中105种为上调代谢物，55种为下调代谢物。这些代谢物主要属于脂类、有机酸及其衍生物、有机杂环化合物、核苷类等。
金枪鱼贮藏期间代谢物和酶变化机制
通过腐败代谢物、代谢途径和酶解析金枪鱼冷藏6天品质变化。甘油酰胆碱和磷酸胆碱的产生与金枪鱼的脂质代谢有关，脂质代谢是由脂肪酶和脂氧合酶介导的。金枪鱼的氨基酸代谢也受到腐败的影响，可以通过L-组氨酸、5'-脱氧-5'-（甲基硫）腺苷、5'-甲基硫腺苷水平降低来证实。由于组织蛋白酶B、H、L的影响，金枪鱼的氨基酸降解也受到影响，这可能导致金枪鱼的营养价值降低。此外，随着碳水化合物代谢的波动，金枪鱼组织中α-D-葡萄糖-1,6-二磷酸β-D-果糖1,6-二磷酸和D-甘油醛3-磷酸化合物普遍减少，D-葡萄糖酸、单脱氢抗坏血酸普遍增加。NAD参与多种酶促氧化还原反应的辅酶，在能量产生和代谢中起着至关重要的作用。AG负责催化二磷酸腺苷葡萄糖转化为糖原，糖原是一种重要的能量储存分子。NAD的消耗或耗尽表明鱼体内氧化反应和能量代谢的能力受到损害。同样，AGPase、ATPase活性降低或耗尽表明糖原合成和能量储存过程受损。关键辅酶的耗竭凸显了储存条件对鱼类代谢功能和能量状态的影响。综上所述，脂质代谢、氨基酸代谢和碳水化合物代谢是金枪鱼腐败的关键代谢途径，这些代谢途径最有可能支持海产品腐败特性的合成。
Conclusion
研究表明，冷藏金枪鱼富含必需氨基酸，脂肪含量低。冷藏过程中，蛋白质和脂肪含量显著降低（P＜0.05），Asp、Gly和Ala含量显著升高（P＜0.05）。金枪鱼组织蛋白酶B、H、L活性升高，AG、NAG活性显著升高，表明金枪鱼肌纤维受损，蛋白质降解。脂肪酶和脂氧合酶活性增加表明它们加速了脂质的水解和氧化。金枪鱼在贮藏期间代谢物存在显著差异，包括一些腐败代谢物，分别涉及脂质代、氨基酸代谢和碳水化合物代谢。通过扫描电镜和透射电镜分析，肌肉肌原纤维结构紊乱，肌原纤维薄膜被能量代谢酶破坏，导致鱼肉组织品质的劣变。结果表明，冷藏对金枪鱼组织中的酶、营养成分和腐败代谢物的变化至关重要，进而反映金枪鱼的品质。
第一作者
王馨云，工学博士，上海交通大学医学院附属国际和平妇幼保健院-助理研究员，上海高等教育人才揽蓄计划C类。主要研究方向：食品质量控制、食品微生物、食品营养。发表SCI论文十余篇（JCR一区12篇，2篇封面文章）。主持国家青年基金、上海市启明星计划扬帆专项人才计划等项目。担任“上海市残疾人康复协会残疾预防专委会-妇女与儿少健康学组”委员。参编中文论著2部。《Frontiers in Nutrition》客座编辑，《Modern Agriculture》副主编，《Journal of Future Foods》、《Food Safety and Health》、《Food Science of Animal Products》青年编委。
通信作者
谢晶，工学博士，教授，博导，上海海洋大学食品学院院长，上海市食品科学与工程高原学科带头人。上海水产品加工及贮藏工程技术研究中心常务副主任、农业部水产品质量安全贮藏保鲜风险评估实验室副主任、绿色冷藏链实验研究中心主任。国务院学位委员会第七届学科评议组成员、国家“万人计划”科技创新领军人才、国家百千万人才工程入选专家、科技部中青年创新领军人才，享受国务院政府特殊津贴，上海市曙光学者，上海市优秀学科带头人，上海市领军人才。2001~2002年美国俄勒岗州立大学（OSU）博士后研究。
主要研究方向：食品冷藏链设备与技术、食品保鲜、食品冷冻冷藏工艺、制冷工程。承担或已完成主持的国家863重点项目、国家科技支撑计划项目、国家农业科技成果转化项目、国家自然科学基金面上项目、教育部博士点博导基金、上海科委重点项目、市科委国际合作项目、上海市科技兴农重点攻关项目等研究工作。兼任国际制冷学会食品科学和工程（C2委员会）专业委员会副主席、中国水产学会渔业制冷分会主任委员、中国食品科学技术学会青年工作委员会副主任委员、中国食品工业协会食品物流专业委员会专家组成员、上海市制冷学会副理事长、上海冷藏库协会专家委员会主任委员、首届上海市食品安全风险评估专家委员会专家、上海市农委农产品质量安全专家委员会专家等。主编《食品冷藏链技术与装置》、《食品冷冻冷藏原理与技术》、《中央空调技师手册》等著作10余部，担任《制冷学报》、《食品工业科技》、《上海海洋大学学报》编委及《Aquaculture & Fisheries》副主编。近几年在国内外核心期刊上发表论文300余篇，其中SCI/EI收录期刊60余篇、获得授权发明专利30余件、实用新型专利30余件，软件著作权20余项；以第一完成人获得上海市技术发明奖一等奖、二等奖、三等奖各1项，上海市科技进步奖2项，其他省部级奖项5项。
阎俊，工学博士，上海海洋大学食品学院助理研究员，上海市教委“食品冷链及品质控制”高水平团队成员。主要研究方向：食品微生物、水产品贮藏保鲜等。近3年，以第一作者或通讯作者发表SCI论文12篇（其中JCR 1区论文11篇）。参与多项国家级、省部级课题，主持乳业生物技术国家重点实验室、自然资源部海洋生物资源开发利用工程技术创新中心等项目。担任Journal of Future Foods期刊青年编委，Foods专刊客座编辑，Food Chemistry、Food Science and Human Wellness等期刊审稿人。高等学校“十四五”食品科学与工程类新形态教材《食品供应链》副主编。参与获得2022年度中国发明协会发明创业奖一等奖，2022年“中国食品工业协会科学技术奖”二等奖等。
Untargeted metabolomic profiling, nutritional composition and enzyme changes on bigeye tuna (Thunnus obesus) during cold storage by UPLC-MS coupled with logistic regression
Xinyun Wanga,b,c,d, Zixuan Zhaoa,c,d, Jun Yana,c,d,*, Jing Xiea,c,d,*
a Shanghai Engineering Research Center of Aquatic Product Processing & Preservation, Shanghai Ocean University, Shanghai 201306, China
b The International Peace Maternity and Child Health Hospital, School of Medicine, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200030, China
c National Experimental Teaching Demonstration Center for Food Science and Engineering, Shanghai Ocean University, Shanghai 201306, China
d College of Food Science & Technology, Shanghai Ocean University, Shanghai 201306, China
*Corresponding author.
Abstract
Bigeye tuna is a protein-rich fish that is susceptible to spoilage during cold storage, however, there is limited information on untargeted metabolomic profiling of bigeye tuna concerning spoilage-associated enzymes and metabolites. This study aimed to investigate how cold storage affects enzyme activities, nutrient composition, tissue microstructures and spoilage metabolites of bigeye tuna. The activities of cathepsins B, H, L increased, while Na+/K+-ATPase and Mg2+-ATPase decreased, α-glucosidase, lipase and lipoxygenase first increased and then decreased during cold storage, suggesting that proteins undergo degradation and ATP metabolism occurs at a faster rate during cold storage. Nutrient composition (moisture and lipid content), total amino acids decreased, suggesting that the nutritional value of bigeye tuna was reduced. Besides, a logistic regression equation has been established as a food analysis tool and assesses the dynamics and correlation of the enzyme of bigeye tuna during cold storage. Based on untargeted metabolomic profiling analysis, a total of 524 metabolites were identified in the bigeye tuna contained several spoilage metabolites involved in lipid metabolism (glycerophosphocholine and choline phosphate), amino acid metabolism (L-histidine, 5-deoxy-5′-(methylthio)adenosine, 5-methylthioadenosine), carbohydrate metabolism (D-gluconic acid, α-D-fructose 1, 6-bisphosphate, D-glyceraldehyde 3-phosphate). The results of tissue microstructures of tuna showed a looser network and visible deterioration of tissue fiber during cold storage. Therefore, metabolomic analysis and tissue microstructures provide insight into the spoilage mechanism investigations on bigeye tuna during cold storage.
Reference:
WANG X Y, ZHAO Z X, YAN J, et al. Untargeted metabolomic profiling, nutritional composition and enzyme changes on bigeye tuna (Thunnus obesus) during cold storage by UPLC-MS coupled with logistic regression[J]. Food Science and Human Wellness, 2025, 14(7): 9250172. DOI:10.26599/FSHW.2024.9250172.
本文编译内容由作者提供
编辑：梁安琪；责任编辑：孙勇
封面图片：摄图网
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