GC/MS代謝組學(xué)技術(shù)在食品分析中的應(yīng)用進(jìn)展

劉暢，李慧敏，梁麗雅，閆師杰，3*

（1.天津農(nóng)學(xué)院 食品科學(xué)與生物工程學(xué)院，天津 300392；2.天津農(nóng)學(xué)院 農(nóng)學(xué)與資源環(huán)境學(xué)院，天津 300392；3.天津市農(nóng)副產(chǎn)品深加工技術(shù)工程中心，天津 300392）

代謝組學(xué)是繼蛋白質(zhì)組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)和基因組學(xué)后的一種新興組學(xué)技術(shù)，是系統(tǒng)生物學(xué)的重要分支。它通過對(duì)生物體代謝產(chǎn)生的分子質(zhì)量低于1 kDa 的代謝產(chǎn)物進(jìn)行定性定量分析，以研究生物體系的代謝途徑[1-3]。代謝組學(xué)方法已廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、合成生物學(xué)、食品科學(xué)等領(lǐng)域。氣相色譜-質(zhì)譜（gas chromatographymass spectrometry，GC/MS） 技術(shù)經(jīng)過幾十年的發(fā)展已經(jīng)成為一項(xiàng)成熟的技術(shù)，它與液相色譜-質(zhì)譜（liquid chromatography-mass spectrometry，LC-MS）或核磁共振（nuclear magnetic resonance，NMR）相比，具有成本相對(duì)較低、重現(xiàn)性好、穩(wěn)定性好和數(shù)據(jù)處理方便等優(yōu)點(diǎn)，是代謝組學(xué)分析中最常用的技術(shù)之一[4-6]。由于各種衍生化方法的發(fā)展，氣質(zhì)聯(lián)用可以用于分析低分子量的非揮發(fā)性化合物[7]，這一進(jìn)展為GC/MS 在代謝組學(xué)領(lǐng)域的潛在應(yīng)用帶來了一個(gè)新的視角。GC/MS 通過計(jì)算樣品中檢測(cè)到的色譜峰保留時(shí)間指數(shù)，并與已有的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比較，如Fiehn 庫、Golm 代謝組數(shù)據(jù)庫、Mass Bank、Wiley 數(shù)據(jù)庫和美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所（National Institute of Standards and Technology，NIST）[8-9]，可以實(shí)現(xiàn)保留時(shí)間的高重復(fù)性，進(jìn)而就可以對(duì)被測(cè)物進(jìn)行定性和定量分析。迄今為止，已有研究者綜述了代謝組學(xué)在食品中從原材料到最終產(chǎn)品的應(yīng)用，例如食品科學(xué)與工程領(lǐng)域[10]、食品科學(xué)中的應(yīng)用研究[11]、發(fā)酵食品研究[12]、食品安全的非靶向檢測(cè)方法[13]、精準(zhǔn)營養(yǎng)研究[14]以及使用非靶向質(zhì)譜法鑒別食品真?zhèn)蝃15]等方面，但使用GC/MS 分析食品中非揮發(fā)性化合物如糖、氨基酸和有機(jī)酸等代謝組學(xué)方面的研究鮮見報(bào)道。鑒于此，在已有文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，本文綜述國內(nèi)外GC/MS 代謝組學(xué)技術(shù)在食品領(lǐng)域中的重要應(yīng)用進(jìn)展，以期為代謝組學(xué)在食品領(lǐng)域中的深入研究提供參考。

1 GC/MS 代謝組學(xué)操作流程

1.1 氣相色譜-質(zhì)譜樣品制備及分析流程

GC/MS 代謝組學(xué)分析流程如圖1 所示。

圖1 GC/MS 代謝組學(xué)分析流程Fig.1 Flow chart of GC/MS metabonomics analysis

由圖1 可知，樣品采后需進(jìn)行預(yù)處理，一般要將食物樣品均質(zhì)化，以有效地提取樣品代謝物，減少試驗(yàn)誤差，液體樣品（如醬油、咖啡、牛奶）可以直接使用，但其他固態(tài)樣品需要冷凍干燥以去除水分并磨成粉末狀。在提取階段，將萃取溶劑添加到樣品中，以提取非揮發(fā)性、親水性、低分子量化合物，包括氨基酸、糖和有機(jī)酸等，提取溶劑常用甲醇或甲醇和氯仿的混合溶液[6]。之后對(duì)提取的化合物進(jìn)行衍生化，以增加極性化合物的揮發(fā)性。常用的衍生化方法主要有烷基化法、硅烷化法、?；?、酯化法、鹵化法、醚化法、環(huán)化法和離子化、成肟或腙等[7]。樣品一旦衍生化，需馬上將其轉(zhuǎn)移至氣相色譜瓶，并將小瓶放入氣相色譜-質(zhì)譜分析儀樣品盤中進(jìn)行檢測(cè)分析。

1.2 基于GC/MS 的食品代謝組學(xué)數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)處理步驟主要包括數(shù)據(jù)預(yù)處理、建立單變量或多變量分析模型和模型數(shù)據(jù)評(píng)估。GC/MS 的原始數(shù)據(jù)包含各種需要反卷積和識(shí)別的峰值，不同的峰值代表小分子代謝物的強(qiáng)度，反卷積將實(shí)際的小分子代謝物峰值從噪聲信號(hào)中分離出來[7]。然后根據(jù)與代謝物光譜庫中已知光譜的相似性，對(duì)識(shí)別的峰進(jìn)行注釋。在數(shù)據(jù)處理后，一個(gè)包含代謝物特征和強(qiáng)度的數(shù)據(jù)矩陣就可用于單變量和多變量分析，目前已有分析軟件有MSDIAL 程序和XCMS 在線平臺(tái)[4]。除此之外，PCA和PLS-DA 是代謝組學(xué)領(lǐng)域最常用的統(tǒng)計(jì)分析方法；其中，PCA 是代謝物定量分析中常用的一種無監(jiān)督降維方法，它將數(shù)據(jù)集降維到更少的維度以獲得更大的方差；PLS-DA 是一種有監(jiān)督的多變量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析方法，常用于篩選代謝物和分析組間整體代謝物變化[16]。

2 GC/MS 代謝組學(xué)技術(shù)在食品分析中的應(yīng)用

2.1 食品鑒別與鑒定

代謝組學(xué)著重研究的是生物整體、器官或組織的內(nèi)源性代謝物質(zhì)的代謝途徑及其所受內(nèi)在或者外在因素的影響隨時(shí)間變化的規(guī)律，是食品分析的重要工具之一。迄今為止，基于GC/MS 的非靶向代謝組學(xué)已被用于對(duì)瓜類和香料品種的分類，如萵苣、葡萄、豆豉、番茄等品種的區(qū)分和識(shí)別。Jumhawan 等[17]利用非靶向代謝組學(xué)通過對(duì)阿拉比卡和羅布斯塔咖啡分析顯示，檸檬酸、蘋果酸和乙醇酸是阿拉比卡咖啡的特征化合物，而肌醇、咖啡因和焦谷氨酸是羅布斯塔咖啡的特征化合物。基于這些化合物，研究者成功將魯瓦克咖啡從其他咖啡（商業(yè)魯瓦克咖啡、混合咖啡、商業(yè)普通咖啡和假咖啡）中分離出來。除此之外，非靶向代謝組學(xué)還用于綠茶種植環(huán)境差異鑒別[18]、紅茶發(fā)酵程度[19]以及不同食材醬油調(diào)味料的鑒定[20]。

研究表明，使用天然乳清發(fā)酵劑生產(chǎn)的水牛馬蘇里拉奶酪樣品中蘇氨酸、絲氨酸、纈氨酸含量較高，而乳清酸和尿素含量較低；使用商業(yè)發(fā)酵劑生產(chǎn)的非水牛馬蘇里拉奶酪的嗜熱鏈球菌數(shù)量最高，半乳糖和苯丙氨酸含量較高，而直接酸化生產(chǎn)的馬蘇里拉奶酪的微生物數(shù)量較少，尿素和糖含量較高[21]。Yamada 等[22]采用氣相色譜-質(zhì)譜（GC/MS）聯(lián)用技術(shù)對(duì)日本黑牛（和牛）和荷斯坦牛的最長?。ㄎ骼洌┻M(jìn)行代謝組學(xué)分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，荷斯坦西冷牛肉富含谷氨酰胺、核糖-5 -磷酸、尿酸、單磷酸肌苷、5-羥脯氨酸和甘氨酸。相比之下，和牛西冷牛肉富含麥芽糖和木糖醇。因此，和牛西冷牛肉口感豐富，帶有一絲甜味。Trivedi 等[23]將非靶向代謝組學(xué)GC/MS 和脂質(zhì)組學(xué)與LC/MS 相結(jié)合，從確保食品安全的角度闡述了GC/MS 技術(shù)在檢測(cè)肉類污染方面的應(yīng)用。該研究通過對(duì)按不同比例混合的牛肉和豬肉樣品進(jìn)行分析，以確定可作為檢測(cè)豬肉摻假標(biāo)記的小分子代謝物。綜上所述，GC/MS 代謝組學(xué)技術(shù)在食品鑒別與鑒定這一領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。

2.2 食品代謝物表征分析

食品材料和產(chǎn)品的表征傳統(tǒng)上是針對(duì)特定的化合物進(jìn)行分析和驗(yàn)證，這種方法較為耗時(shí)且低效[24]。目前，該方法已被代謝組學(xué)技術(shù)所替代，以描述食品原材料和產(chǎn)品的差異代謝物。通過代謝物對(duì)食品進(jìn)行表征，已經(jīng)在大米、茄子、草莓、棕櫚棗、發(fā)酵食品和醬油中進(jìn)行了研究。Kusano 等[25]使用一維和二維（compre hensive two-dimensional gas chromatography-time of flight mass spectrometer，GC×GC-TOF-MS）技術(shù)鑒定了儲(chǔ)存在日本國家農(nóng)業(yè)生物科學(xué)研究所種子庫的3 000 個(gè)水稻品種中的非靶向代謝物，并揭示了天然水稻變異體代表性小分子代謝物的多樣性。

Hanifah 等[5]使用GC/MS 和LC/MS 兩種分析儀器，采用非靶向代謝組學(xué)技術(shù)表征了茄子的代謝物圖譜，并分析其與果實(shí)形態(tài)的相關(guān)性。通過Spearman 相關(guān)分析法將注釋的代謝物（GC/MS 的207 個(gè)代謝物和LC/MS 的51 個(gè)代謝物） 與14 種果實(shí)形態(tài)相關(guān)聯(lián)進(jìn)行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)有幾種代謝物可能對(duì)茄子的品種選育具有重要作用。Vallarino 等[26]對(duì)不同成熟期的7 個(gè)草莓品種代謝物進(jìn)行了定量研究，獲得了對(duì)水果屬性進(jìn)行分類的新認(rèn)識(shí)。Das 等[27]在糖椰棗經(jīng)甲醇提取及其皂化后的餾分中發(fā)現(xiàn)了包括有機(jī)酸、氨基酸、糖、糖醇、脂肪酸和酚在內(nèi)的71 種代謝產(chǎn)物。其中，棉子糖、蔗糖和海藻糖等糖類會(huì)抑制淀粉酶的活性，咖啡酸、3，4-二羥基苯甲酸和奎寧酸會(huì)抑制碳水化合物的消化，阿魏酸和4-羥基肉桂酸只抑制α-葡萄糖苷酶的活性。

Kwon 等[28]基于GC/MS 的非靶向代謝組學(xué)對(duì)6 種傳統(tǒng)發(fā)酵大豆產(chǎn)品進(jìn)行了代謝物分析。結(jié)果顯示，納豆和青果醬的氨基酸含量較高，味噌和甜面醬的糖和糖醇含量較高，青果醬中異黃酮苷和大豆皂苷含量較高。Shiga 等[29]利用GC/MS 和LC/MS 對(duì)25 種醬油進(jìn)行分析研究，確定了427 種小分子化合物，并通過偏最小二乘（partial least squares，PLS）回歸分析可知，對(duì)投影值影響最大的變量是N-（1-脫氧果糖-1-基） 谷氨酸（FruGLu），并發(fā)現(xiàn)在醬油中添加FruGLu 可提高其鮮味強(qiáng)度。Son 等[30]采用GC-TOF-MS 技術(shù)分析米酒中的小分子化合物，發(fā)現(xiàn)有18 種氨基酸含量較高，加入米曲霉會(huì)導(dǎo)致米酒中氨基酸含量的增加。除氨基酸外，木糖、2-甲基苯甲酸和草酸也是影響米酒品質(zhì)的主要因素。Seo 等[31]基于GC/MS 代謝組學(xué)方法研究普通麥芽啤酒和窖藏啤酒之間的代謝物差異。結(jié)果表明，窖藏啤酒的代謝物譜與普通麥芽啤酒相比，普通麥芽啤酒中丙二醇、2，3-丁二醇、丙酸、甘油、琥珀酸、蘋果酸、果糖、山梨醇、棕櫚酸、硬脂酸和蔗糖的含量明顯較高，但丙氨酸、甘氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、苯丙氨酸和色氨酸的含量較低。硬脂酸和棕櫚酸（r=0.98）、亮氨酸和異亮氨酸（r=0.95）、甘氨酸和丙氨酸（r=0.91）之間存在相對(duì)較高的相關(guān)性。

綜上，代謝組學(xué)不僅可以用來綜合評(píng)估所有的代謝物，而且還可以表征作為特定食品或原材料（如水果和蔬菜）的生物標(biāo)志物。因此，代謝組學(xué)被認(rèn)為是食品特性研究的一種較好的方法。

2.3 非生物性應(yīng)激反應(yīng)的評(píng)估

基于GC/MS 技術(shù)的代謝組學(xué)可以評(píng)估外部因素在食品生產(chǎn)過程中會(huì)對(duì)食品的營養(yǎng)價(jià)值、代謝物組成和感官屬性等產(chǎn)生的影響。二嗪農(nóng)是一種有機(jī)磷農(nóng)藥，從1952 年開始使用，它是提高水稻防御機(jī)制的重要化合物，該農(nóng)藥還會(huì)影響水稻碳水化合物和氨基酸的代謝，其主要原因是二嗪農(nóng)在處理水稻過程中可以防止水稻中的甘露糖、半乳糖和棉子糖氧化損傷[32]。Wu 等[33]研究發(fā)現(xiàn)，二氧化鈦納米顆粒（納米TiO2）的廣泛使用會(huì)降低水稻的生物量。在水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)中，飼料是實(shí)現(xiàn)魚類生長最大化的重要因素之一。Baumgarner等[34]利用二維氣相色譜/飛行時(shí)間質(zhì)譜（GC-GC/TOFMS）對(duì)饑餓虹鱒魚進(jìn)行了代謝組學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)其脂肪酸、氨基酸、三十六烷、十六烷和丙烷等外源化合物發(fā)生了顯著變化，饑餓的虹鱒魚可以增加肝臟和肌肉中脂肪酸的利用率，并促進(jìn)了肝臟中的蛋白質(zhì)分解代謝。

隨著工業(yè)化的加速發(fā)展，重金屬污染已成為環(huán)境危害的一個(gè)主要因素。鉛和鎘是被植物吸收并進(jìn)入食物鏈的最常見的污染物之一。Wang 等[35]發(fā)現(xiàn)鉛和鎘改變了蘿卜根整體代謝產(chǎn)物，特別是糖、氨基酸和有機(jī)酸。此外，將代謝組學(xué)數(shù)據(jù)與轉(zhuǎn)錄組學(xué)數(shù)據(jù)整合后發(fā)現(xiàn)，蘿卜被鉛危害會(huì)引起碳水化合物、能量和谷胱甘肽代謝的變化，而被鎘危害會(huì)引起能量生產(chǎn)、氨基酸代謝和氧化磷酸化相關(guān)途徑的變化。水果在冷藏過程中，由于溫度的變化而產(chǎn)生的冷害是最常見的問題之一。Tanou 等[36]以桃子為材料，經(jīng)GC-TOF-MS 分析顯示，糖類化合物（木糖、麥芽糖、焦糖、山梨糖醇、麥芽糖醇）、有機(jī)酸（檸檬酸、甘油酸）和氨基酸（異亮氨酸、纈氨酸、絲氨酸、天冬氨酸等）主要受冷害的影響，該研究還認(rèn)為異亮氨酸和纈氨酸可能是合成應(yīng)激誘導(dǎo)蛋白的底物。

食物從種植階段到端上餐桌要經(jīng)歷各種各樣的過程，在這些過程中，存在多種因素對(duì)食品造成影響，不僅可能改變其成分，還可能影響其質(zhì)量和安全。代謝組學(xué)能夠輔助了解食品材料如何對(duì)應(yīng)激源作出反應(yīng)，并評(píng)估這些變化是否對(duì)食用有害。此外，對(duì)應(yīng)激反應(yīng)的代謝組學(xué)研究還可以確定食品中的哪些代謝物對(duì)保護(hù)自身免受應(yīng)激因素（如由溫度、農(nóng)藥和饑餓引起的應(yīng)激）的影響具有重要作用。

2.4 優(yōu)化食品采后加工

代謝組學(xué)是優(yōu)化水果等食品采后加工的重要工具，已被廣泛用于食品產(chǎn)品質(zhì)量的改善，如芒果、山竹、火龍果和巧克力等。采后處理一般在果實(shí)收獲后進(jìn)行，基于GC/MS 的代謝組學(xué)通過跟蹤采后過程中代謝物的變化，確定最佳果實(shí)成熟度以達(dá)到改善品質(zhì)或提高貨架期的目的。

Ganneru 等[37]用3 種方式（室溫、乙烯和碳化鈣）對(duì)新鮮芒果進(jìn)行催熟處理，PLS-DA 顯示，碳水化合物、糖醇、1，2，3 丙烷三羧酸、2-硫代巴比妥酸和D-葡萄糖酸-δ-內(nèi)酯的水平與所使用的催熟處理有顯著差異，并且糖和淀粉半乳糖、肌醇、抗壞血酸和醛酸代謝的變化也取決于不同成熟方法的處理，該試驗(yàn)闡明了不同的成熟處理方法對(duì)果實(shí)生理狀況的影響。Clark 等[38]利用GC/MS 代謝組學(xué)技術(shù)研究了在巧克力生產(chǎn)加工過程中3 種不同溫度和時(shí)間組合對(duì)香氣的影響，結(jié)果顯示，共有88 種小分子代謝物被質(zhì)譜標(biāo)記，主要包括吡嗪類、醛類、萜烯類、醇類、酯類和酮類等。分析發(fā)現(xiàn)，時(shí)間對(duì)香氣的影響大于溫度。受時(shí)間影響的化合物包括2-甲基丙醛、二甲基硫化物和苯甲醛等。Wu 等[39]研究表明，紅光照射可延緩火龍果的腐爛速率，有助于維持火龍果的品質(zhì)和保質(zhì)期；采后早期的紅光照射增強(qiáng)了糖酵解、三羧酸循環(huán)（tricarboxglic acid cycle，TCA）和醛代謝，而在晚期階段，則誘導(dǎo)了與抗性有關(guān)的代謝物，如脂肪酸和揮發(fā)性化合物。因此，就優(yōu)化食品采后加工而言，通過GC/MS 代謝組學(xué)技術(shù)識(shí)別差異性代謝物可以更好地了解發(fā)生在水果等食品中的生理變化，進(jìn)而為加工優(yōu)質(zhì)的綠色食品提供科學(xué)依據(jù)。

2.5 監(jiān)測(cè)食品生長和加工過程

在果實(shí)發(fā)育的過程中，基因表達(dá)的變化會(huì)導(dǎo)致不同組成酶的合成，進(jìn)而對(duì)反映果實(shí)成熟指標(biāo)的代謝物產(chǎn)生影響。Parijadi 等[40]基于代謝組學(xué)技術(shù)研究了山竹在成熟階段的代謝物情況，通過使用PLS 回歸模型將代謝物與山竹顏色變化聯(lián)系起來，發(fā)現(xiàn)2-氨基異丁酸、阿洛酮糖和多種氨基酸含量隨著成熟度的增加而增加，并建議將這些代謝物用作山竹成熟階段的生物標(biāo)志物。同樣，基于GC/MS 的代謝組學(xué)也已被用于監(jiān)測(cè)火龍果、人參漿果的果實(shí)發(fā)育以及大麥種子的生長發(fā)育[41-43]。

除了植物生長發(fā)育，基于GC/MS 的代謝組學(xué)通常還用于監(jiān)測(cè)食品加工過程中代謝物的變化。在食品領(lǐng)域中，食品加工是指將原料食品轉(zhuǎn)變?yōu)榭墒秤卯a(chǎn)品的任何方法，諸如發(fā)酵和烘烤等技術(shù)。食品加工導(dǎo)致食品的化學(xué)成分發(fā)生動(dòng)態(tài)變化，進(jìn)而影響到代謝物。代謝組學(xué)在食品加工中的應(yīng)用已在咖啡豆[44]和奶酪[45]中得到證實(shí)。

發(fā)酵是一種常見的食品加工技術(shù)，Aditiawati 等[45]利用基于GC/MS 技術(shù)的代謝組學(xué)評(píng)估了阿拉比卡咖啡豆的發(fā)酵情況，研究結(jié)果表明，風(fēng)味的豐富程度在于糖類化合物，如阿拉伯糖、果糖、葡萄糖、半乳糖和氨基酸（如丙氨酸、甘氨酸、脯氨酸、蘇氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺和絲氨酸）等特定代謝物的有無及含量的多少。Oliveira 等[46]運(yùn)用頂空固相微萃取-氣相色譜/質(zhì)譜（headspace solid-phase microextraction gas chromatography/mass spectrometry，HS-SPME-GC/MS）聯(lián)用技術(shù)研究了軟木瓶塞和合成瓶塞對(duì)白葡萄酒揮發(fā)性成分的影響，結(jié)果表明，軟木瓶塞與合成瓶塞相比，在白葡萄酒中使用軟木瓶塞能夠保留一些更高濃度的酯類揮發(fā)性化合物，且鑒定出的大多數(shù)化合物都與白葡萄酒的感官特性有關(guān)。因此，用軟木塞密封的樣品在感官上具有更好的葡萄酒香氣。

因此，在監(jiān)測(cè)食品生長和加工過程研究中，可以通過監(jiān)測(cè)代謝物組成及含量變化的詳細(xì)信息，尋找代謝物與食品生長發(fā)育或加工過程動(dòng)態(tài)變化的相對(duì)關(guān)系，進(jìn)而篩選出與其變化相關(guān)的生物標(biāo)志物。

2.6 食品質(zhì)量評(píng)估與預(yù)測(cè)

通過代謝組學(xué)對(duì)食品質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估和預(yù)測(cè)是常用的方法，它是通過將代謝物圖譜與食品質(zhì)量特性相關(guān)聯(lián)來實(shí)現(xiàn)。Pongsuwan 等[47]通過研究確定了綠茶的排名與綠茶代謝產(chǎn)物之間的相關(guān)性，結(jié)果表明，酚類化合物的含量高低是鑒別高低級(jí)別綠茶之間差異的標(biāo)志物。Taniguchi 等[48]分析了15 種清酒樣品與LC/MS 和GC/MS 數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)D-氨基酸圖譜可以用來預(yù)測(cè)清酒感官評(píng)估中的苦味感官成分。You 等[49]評(píng)估了冷凍羊肉中的腐敗生物標(biāo)志物。該研究將3 個(gè)食品腐敗變質(zhì)指標(biāo)（pH 值、總活菌數(shù)和總揮發(fā)性堿性氮）與冷鮮羊肉的代謝產(chǎn)物特征相關(guān)聯(lián)，預(yù)測(cè)模型顯示，13 種代謝物可作為冷鮮羊肉的腐敗指標(biāo)。

Zhen 等[50]通過對(duì)小麥籽粒的研究確定了74 種與籽粒發(fā)育不同階段相對(duì)應(yīng)的代謝物，研究發(fā)現(xiàn)小麥籽粒每個(gè)發(fā)育階段的代謝標(biāo)志物與該階段的小麥面筋質(zhì)量相關(guān)。Miyauchi 等[51]評(píng)估了日本綠茶人工栽培條件與專家評(píng)定記錄的茶葉排名得分之間的相關(guān)性，試驗(yàn)通過調(diào)節(jié)綠茶栽培過程中的光照量，以收獲到理想質(zhì)量的綠茶。雖然人工培養(yǎng)能夠提高綠茶氨基酸含量，但人工培養(yǎng)綠茶的預(yù)測(cè)排名仍低于對(duì)照樣品（自然條件下生長）。趙燕妮等[52]為評(píng)價(jià)不同品種獼猴桃果實(shí)品質(zhì)差異，采用氣相色譜-質(zhì)譜（GC/MS）聯(lián)用技術(shù)對(duì)3 個(gè)不同品種獼猴桃（海沃德、啞特和徐香）果實(shí)進(jìn)行分析檢測(cè)，共定性出76 種化合物，主要包括糖、脂肪酸、有機(jī)酸、氨基酸等。其中，海沃德中單糖（如葡萄糖、果糖、半乳糖等）含量較高，表明海沃德甜味較佳；徐香中雙糖、有機(jī)酸、TCA 循環(huán)中間體和氨基酸含量較高，表明徐香黏度較高，風(fēng)味較佳；啞特中抗壞血酸含量較高，表明這個(gè)品種可以有效保持果實(shí)的新鮮香味。

盡管這些研究是基于GC/MS 和其他食品質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，但這些研究也可以應(yīng)用到其他領(lǐng)域。未來有關(guān)代謝標(biāo)志物的信息有可能被食品工業(yè)用于開發(fā)快速診斷工具，這種工具的開發(fā)將大大改變用于食品質(zhì)量控制的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。

2.7 食品貨架期和保藏期的評(píng)估

基于GC/MS 的代謝組學(xué)也被用來評(píng)估食品的貨架期和保藏期。例如，對(duì)水稻種子耐貯性評(píng)估、魚和肉的新鮮度鑒定。除此之外，GC/MS 技術(shù)也已經(jīng)在水果和蔬菜中得到了廣泛應(yīng)用。

對(duì)于植物產(chǎn)品如水稻，種子儲(chǔ)藏是作物育種的一個(gè)重要方面。然而，到目前為止涉及到種子可儲(chǔ)藏性的機(jī)制仍不清晰。Yan 等[53]評(píng)價(jià)了貯藏時(shí)間（貯藏期短和貯藏期長）對(duì)兩個(gè)不同表現(xiàn)型雜交水稻品種的影響。在貯藏24 個(gè)月期間，貯藏期短的品種中有19 個(gè)代謝產(chǎn)物發(fā)生了顯著變化，而貯藏期長的品種中只有8 個(gè)代謝產(chǎn)物發(fā)生了顯著變化；在貯藏過程中，糖類物質(zhì)可能在調(diào)節(jié)種子活力和耐干燥性方面發(fā)揮重要作用，氨基酸在儲(chǔ)藏期短的品種中的積累高于儲(chǔ)藏期長的品種。Mabuchi 等[54]基于GC/MS 代謝組學(xué)方法，研究證明有機(jī)酸、糖類和維生素是評(píng)估魚肉新鮮的很重要標(biāo)志物，這些代謝物在普通肌肉和深色肌肉之間的表現(xiàn)不同。此外，通過對(duì)魚肉新鮮度的代謝組學(xué)研究，結(jié)合正交偏最小二乘法（orthogonal partial least square，OPLS）回歸多變量分析，實(shí)現(xiàn)了對(duì)深色肌肉的評(píng)價(jià)，而傳統(tǒng)方法難以做到的。金文剛等[55]采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用非靶向代謝組學(xué)結(jié)合多元統(tǒng)計(jì)模型探究大鯢肉在4 ℃不同冷藏時(shí)間（0、2、4、8 d）肌肉代謝物的差異。結(jié)果表明，不同冷藏時(shí)間大鯢肉中共篩選出69 種差異代謝物，包括有機(jī)酸類及其衍生物（21 種）、氨基酸類及其衍生物（14 種）、糖類及其衍生物（7 種）、核苷酸類及其衍生物（10 種）、胺類及其衍生物（6 種）和其他類化合物（11 種）。代謝通路映射及Pearson 相關(guān)性分析表明，L-賴氨酸、L-絲氨酸、L-異亮氨酸、L-蛋氨酸、丙酮酸、丁二酸和甘氨酸可作為大鯢肉品質(zhì)變化的潛在標(biāo)記物。

氣調(diào)是延長水果和蔬菜貨架期常用的方法之一。氣調(diào)條件主要是降低氧和提高二氧化碳水平，從而降低呼吸速率，推遲成熟過程，最終改善水果和蔬菜的質(zhì)量和感官特性。基于GC/MS 的代謝組學(xué)技術(shù)在氣調(diào)條件下測(cè)定了草莓的糖（葡萄糖、核糖和肌醇）和有機(jī)酸（蘋果酸、草酸、乙酸和磷酸）含量，進(jìn)而解釋了較高的糖度可能調(diào)控了草莓成熟和衰老的延遲[56]。帝皇烏藍(lán)是一種常用的食品和傳統(tǒng)草藥，在室溫下，代謝產(chǎn)物在0、2、4 h 和12 h 隨貯藏時(shí)間變化而變化，在早期發(fā)現(xiàn)肌醇、苯甲酸和其他次生代謝物如兒茶素和α-生育酚可以區(qū)分貯藏的樣品和新鮮樣品，貯藏12 h 后，發(fā)現(xiàn)蔗糖、吡喃半乳糖和松二糖等糖與新鮮樣品中的糖不同[57]。

上述研究結(jié)果表明，在研究食品的貨架期和保藏期方面，代謝組學(xué)不僅可以識(shí)別食品變質(zhì)過程中起關(guān)鍵作用的代謝物，而且還可以通過代謝物上調(diào)或下調(diào)這些數(shù)據(jù)來解決與食品貨架期短相關(guān)的問題。

3 結(jié)語

在食品分析中，GC/MS 是代謝組學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)重要方法，此技術(shù)不僅能夠評(píng)估非揮發(fā)性、低分子量的親水化合物，而且還可以提供反映食品樣品表型差異或質(zhì)量的重要信息。基于GC/MS 的代謝組學(xué)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于區(qū)分和鑒定食品樣品、描述食品樣品代謝物的特征、評(píng)估外部環(huán)境因素對(duì)食品生產(chǎn)鏈中的影響、優(yōu)化水果和蔬菜的采后過程、監(jiān)測(cè)植物生長或食品加工過程、評(píng)估和預(yù)測(cè)食品的質(zhì)量、食品貯藏條件和貨架期。但是，基于GC/MS 的代謝組學(xué)方法并不完美，亟需擴(kuò)大可標(biāo)注高置信度代謝物的覆蓋范圍，制定樣品衍生化的標(biāo)準(zhǔn)操作程序。因此，未來創(chuàng)建一個(gè)全國共享的具有數(shù)據(jù)庫作用的在線統(tǒng)一平臺(tái)，進(jìn)而將單獨(dú)的代謝物數(shù)據(jù)庫組合起來，形成一個(gè)全面的、豐富的GC/MS代謝組數(shù)據(jù)資源和知識(shí)庫。研究人員可以利用這些信息研發(fā)用于食品評(píng)估的快速診斷工具，工程師可以開發(fā)提高生產(chǎn)線食品質(zhì)量的工藝。