鄭床木，王 琳，陳天金，解 沛

(1 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與檢測技術(shù)研究所，北京 100081； 2 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技管理局，北京 100081； 3 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院國際合作局，北京 100081)

食品組學(xué)的概念最早于2007年開始出現(xiàn)[1-2]，西班牙高等科學(xué)研究理事會Cifuentes Alejandro教授將其定義為利用現(xiàn)代組學(xué)技術(shù)開展食品質(zhì)量安全與營養(yǎng)研究的學(xué)科[3]，其目的是保障食品安全，明確營養(yǎng)與健康關(guān)系，提升消費者信心。目前，食品組學(xué)研究論文發(fā)表數(shù)量逐年增加，已成為食品科學(xué)研究的前沿和熱點?；谖墨I(xiàn)計量分析，對學(xué)科開展現(xiàn)狀評價，揭示研究熱點和發(fā)展態(tài)勢，已廣泛應(yīng)用于多個學(xué)科[4-5]。為此，擬選取Web of Science收錄文獻(xiàn)，對國內(nèi)外食品組學(xué)研究進(jìn)行文獻(xiàn)計量分析，探究其發(fā)展現(xiàn)狀和態(tài)勢，以期為食品組學(xué)及食品科學(xué)未來的研究提供科學(xué)依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)來源與統(tǒng)計方法

在SCIE數(shù)據(jù)庫中，利用主題詞foodomic*檢索2007年以來發(fā)表文獻(xiàn)，文獻(xiàn)類型包括研究論文、研究綜述、會議論文及社論材料，數(shù)據(jù)采集時間為2017年6月20日。以這些文獻(xiàn)作為數(shù)據(jù)集，利用Web of Science統(tǒng)計功能，對食品組學(xué)研究發(fā)文量年度趨勢、主要國家和機(jī)構(gòu)以及來源刊物等進(jìn)行分析。同時，在閱讀相關(guān)文獻(xiàn)基礎(chǔ)上，簡要介紹食品組學(xué)主要研究內(nèi)容及分析方法。

2 結(jié)果與分析

2.1 文獻(xiàn)年度變化趨勢

2009—2017年，SCIE數(shù)據(jù)庫共收錄食品組學(xué)文獻(xiàn)117篇(附圖)，整體呈現(xiàn)緩慢上升趨勢，第一篇收錄論文發(fā)表于2009年，至2011年三年論文數(shù)量均較少，這也是剛開始提出食品組學(xué)概念的時期。自2009年起，意大利博洛尼亞大學(xué)每兩年一屆，召開食品組學(xué)國際研討會。隨著食品組學(xué)研究不斷拓展和深入，《Electrophoresis》于2012年出版了一期?？?，全面介紹了食品組學(xué)研究內(nèi)容及分析方法。2013年，捷克化工大學(xué)、荷蘭瓦赫寧根大學(xué)和國際環(huán)境分析化學(xué)協(xié)會聯(lián)合舉辦的第六屆國際食品分析進(jìn)展大會以及江南大學(xué)舉辦的第十屆國際食品科學(xué)與技術(shù)交流大會均將食品組學(xué)列入專題之一。

附圖 2009—2017年食品組學(xué)研究發(fā)表文獻(xiàn)數(shù)量

食品組學(xué)論文數(shù)量開始出現(xiàn)攀升，2012—2015年，年均文獻(xiàn)達(dá)15篇以上，2016年達(dá)到最多的39篇。可以看出，當(dāng)前食品組學(xué)論文數(shù)量仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于食品化學(xué)、食品加工與儲藏等食品科學(xué)其他分支，說明食品組學(xué)概念提出較新穎，屬于新興研究，在食品科學(xué)領(lǐng)域還沒有達(dá)到廣泛接受和普遍重視的程度。

2.2 研究力量分布

2009—2017年食品組學(xué)研究文獻(xiàn)來源國家/地區(qū)共有36個，發(fā)文量排名前6的國家/地區(qū)中，西班牙和意大利高居榜首，占論文總數(shù)的61.5%；美國、巴西、中國大陸和日本處于同一位置。從篇均被引頻次看，其他國家/地區(qū)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于西班牙，最高的意大利僅為其42.7%(表1)?？梢?，作為食品組學(xué)概念的首倡者，西班牙論文整體質(zhì)量最好。

表1 食品組學(xué)主要發(fā)文國家/地區(qū)

食品組學(xué)主要研究機(jī)構(gòu)發(fā)文量排名前6的研究機(jī)構(gòu)中，有3家來自西班牙、3家來自意大利、1家來自中國。西班牙高等科學(xué)研究理事會發(fā)文數(shù)量排名第一，占論文總數(shù)的28.2%；高等科學(xué)研究理事會及米格爾·埃爾南德斯大學(xué)等2家西班牙研究機(jī)構(gòu)文獻(xiàn)篇均被引頻次不相上下，均遙遙領(lǐng)先其他機(jī)構(gòu)(表2)。

在發(fā)文量排名前6的作者中，有5位來自西班牙高等科學(xué)研究理事會，僅有1位來自意大利博諾尼亞大學(xué)，發(fā)文量最多的作者是西班牙高等科學(xué)研究理事會食品科學(xué)研究所食品組學(xué)實驗室的Cifuentes Alejandro教授，且2～5位全部來自同一個研究機(jī)構(gòu)(表3)。

表2 食品組學(xué)主要發(fā)文研究機(jī)構(gòu)

2.3 來源刊物分析

共有37種期刊刊載了食品組學(xué)相關(guān)文獻(xiàn)，發(fā)文量排名前6的期刊共刊載論文72篇，占總數(shù)的61.5%。其中，來自荷蘭的有3本期刊，刊載論文27篇，占總數(shù)的23.1%；來自美國的有3本期刊，刊載論文32篇，占總數(shù)的27.3%；來自英國的有1本期刊，刊載論文13篇，占總數(shù)的11.1%(表4)。可見食品組學(xué)研究論文主要發(fā)表在美國、荷蘭和英國期刊上。從期刊分類看，食品組學(xué)在化學(xué)分析、生物化學(xué)研究方法、食品科學(xué)與技術(shù)等3個領(lǐng)域發(fā)文量較多，說明食品組學(xué)屬于交叉學(xué)科。

表3 食品組學(xué)主要發(fā)文研究作者

表4 食品組學(xué)文獻(xiàn)主要刊載期刊

3 食品組學(xué)重點研究方向

3.1 食品質(zhì)量與安全研究

由于傳統(tǒng)的靶向分析難以檢測目標(biāo)分析物以外的潛在污染物，基于質(zhì)譜分析的代謝組學(xué)技術(shù)靈敏度高，能夠發(fā)現(xiàn)未知化合物并進(jìn)行結(jié)構(gòu)解析，易于與氣相色譜、液相色譜等高效分離技術(shù)偶聯(lián)，對食品進(jìn)行準(zhǔn)確的分析鑒定，為食品組成成分、食品貯藏加工過程中組分生理變化、食品中污染物非靶向分析提供了可行方法，可廣泛應(yīng)用于食品鑒別與溯源、食品生產(chǎn)過程控制及轉(zhuǎn)基因食品評價等。如Tengstrand[6]利用超高效液相色譜飛行時間質(zhì)譜，分析了含有不同污染物的果汁代謝指紋圖譜，鑒定了異?；衔锓?，建立了一種鑒定果汁中潛在未知污染物方法。Clementine[7]利用高效液相色譜質(zhì)譜結(jié)合指紋圖譜解析，研究了不同發(fā)酵時間奶酪組成成分變化情況，共發(fā)現(xiàn)45種不同代謝產(chǎn)物，為不同熟化程度及不同風(fēng)味奶酪評價提供了表征指標(biāo)。Cifuentes[8]基于食品組學(xué)技術(shù)，分析了轉(zhuǎn)基因大豆與傳統(tǒng)大豆中150多種蛋白水解肽段的蛋白質(zhì)譜，發(fā)現(xiàn)沒有明顯差異，為從蛋白質(zhì)組水平分析轉(zhuǎn)基因食品安全性提供了一種新型評價方法。

3.2 食品營養(yǎng)與人體健康

基于食品組學(xué)，可以分析不同食品對人體基因組、轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組及代謝組影響，從分子水平上研究食品營養(yǎng)機(jī)制，建立基因-飲食-健康之間的關(guān)系，對于設(shè)計合理膳食、開發(fā)功能食品、調(diào)節(jié)機(jī)體狀態(tài)、預(yù)防慢性疾病等具有重要意義[9]。如Valdes[10]基于食品組學(xué)，將迭迭香提取物作用于兩種不同結(jié)腸癌細(xì)胞，從分子水平上分析了轉(zhuǎn)錄組、蛋白組和代謝組變化情況，鑒定了與迭迭香抗氧化、促凋亡和抑制細(xì)胞增殖相關(guān)的變化基因、蛋白和代謝物，發(fā)現(xiàn)不同基因突變造成的兩種結(jié)腸癌細(xì)胞對相同活性成分反應(yīng)并不相同，結(jié)合生物信息學(xué)建立了迭迭香引起細(xì)胞周期阻抑和凋亡的可能信號通路。此外，已有科學(xué)家利用蛋白組學(xué)研究食品組成與人體疾病的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)新的食品過敏原，從而防止可能產(chǎn)生的健康威脅[11]。

4 食品組學(xué)分析技術(shù)

4.1 基因組技術(shù)

根據(jù)已知基因組信息，利用微陣列技術(shù)設(shè)計各種基因芯片，測定生物個體基因組差異，或者利用重測序、從頭測序等二代測序技術(shù)，測定未知基因組信息?；诨驕y序，改進(jìn)大宗農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)，在全基因組水平分析不同基因組結(jié)構(gòu)與功能對不同食品的反應(yīng)情況，建立食品營養(yǎng)成分與人體健康及疾病關(guān)系，開展個體營養(yǎng)基因組學(xué)研究，為營養(yǎng)失調(diào)等疾病提供解決方法。

4.2 轉(zhuǎn)錄組技術(shù)

mRNA和非編碼RNA表達(dá)水平反映了食品對于基因表達(dá)調(diào)控影響，利用轉(zhuǎn)錄組技術(shù)可以研究食品活性成分在體內(nèi)生理功能穩(wěn)態(tài)平衡調(diào)節(jié)和在疾病預(yù)防中的作用。轉(zhuǎn)錄組分析技術(shù)與基因組技術(shù)類似，也包括微陣列技術(shù)和DNA測序技術(shù)兩類。

4.3 蛋白質(zhì)組技術(shù)

食品蛋白組成與食品安全、來源、品種與加工等密切相關(guān)，分析食品進(jìn)入人體后的蛋白組成變化有助于尋找預(yù)防疾病在內(nèi)的食物活性物質(zhì)。蛋白質(zhì)組技術(shù)關(guān)鍵在于蛋白的分離與鑒定，傳統(tǒng)上采用凝膠電泳，現(xiàn)代更多采用多維液相色譜技術(shù)，目前已發(fā)展到基于微陣列的蛋白芯片技術(shù)，將蛋白分離、提取、鑒定等步驟集成在一張微流體芯片上完成，極大提高了分析效率[12]。

4.4 代謝組技術(shù)

代謝組技術(shù)主要是基于質(zhì)譜或核磁共振技術(shù)，研究生物體系中內(nèi)外源小分子代謝物及其代謝通路，區(qū)分不同食品成分在人體內(nèi)的代謝途徑以及引起的代謝變化，分析不同代謝產(chǎn)物對身體機(jī)能影響，鑒定與人體健康相關(guān)的代謝標(biāo)志物，監(jiān)測食品生產(chǎn)加工、貯藏運輸過程中營養(yǎng)物質(zhì)變化情況，評價食品營養(yǎng)功能。如Vazquez[13]利用氫核磁共振圖譜技術(shù)，獲得人們飲用葡萄酒后的尿液中葡萄酒代謝圖譜和飲用葡萄酒后內(nèi)源性生理標(biāo)志物。

4.5 生物信息學(xué)與化學(xué)計量學(xué)

生物信息學(xué)挖掘食品組學(xué)研究海量數(shù)據(jù)，通過統(tǒng)計分析鑒別潛在的食品營養(yǎng)與健康的生物標(biāo)志物，建立可能的信號通路，推測營養(yǎng)分子機(jī)制，解析食品特定成分對人體調(diào)控作用?；瘜W(xué)計量學(xué)將數(shù)學(xué)、統(tǒng)計學(xué)等其他相關(guān)學(xué)科理論和方法綜合運用到化學(xué)分析過程，通過解析化學(xué)測定數(shù)據(jù)以最大限度地獲取化學(xué)物質(zhì)成分、結(jié)構(gòu)與其功能之間的復(fù)雜關(guān)系?；瘜W(xué)計量學(xué)結(jié)合紅外光譜、色譜、質(zhì)譜等技術(shù)，可廣泛應(yīng)用于食品營養(yǎng)成分分析以及食品生產(chǎn)加工過程中營養(yǎng)成分監(jiān)測[14-16]。

5 結(jié)論

利用Web of Science數(shù)據(jù)庫開展食品組學(xué)文獻(xiàn)計量分析，結(jié)果顯示，食品組學(xué)屬于新興學(xué)科，也屬于交叉學(xué)科，與生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)等結(jié)合緊密，為食品營養(yǎng)與人體健康研究帶來了重要的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，已逐漸成為食品科學(xué)未來發(fā)展的重點。西班牙發(fā)文量和被引頻次均遙遙領(lǐng)先，研究力量主要分布在西班牙和意大利。研究機(jī)構(gòu)中，西班牙高等科學(xué)研究理事會研究力量最強(qiáng)。來源刊物中，研究文獻(xiàn)主要發(fā)表在美國、荷蘭和英國的期刊上，其中又以美國《Electrophoresis》最多。文獻(xiàn)分析發(fā)現(xiàn)，食品組學(xué)主要基于基因組、轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組、代謝組、生物信息學(xué)與化學(xué)計量學(xué)研究食品本身質(zhì)量與安全以及食品營養(yǎng)如何影響人體健康等，將極大地促進(jìn)食品質(zhì)量、營養(yǎng)、安全、溯源及新型食品、功能食品、保健食品及轉(zhuǎn)基因食品等全方位研究?！?/p>

[1]Garcia-Canas V，Simo C，Herrero M，et al.Present and future challenges in food analysis：foodomics[J].Analytical Chemistry，2012，84(23)：10150-10159.

[2]University of Cambridge.Horizon seminar：foodomics? why we eat，what we eat，and what’s new on the menu[EB/OL].(2007-6-19)[2017-07-20].

[3]Cifuentes A.Food analysis and foodomics[J].Journal of Chromatography A，2009，1216(43)：7109.

[4]劉學(xué)，鄭軍衛(wèi)，趙紀(jì)東，等.基于文獻(xiàn)計量的銅礦研究進(jìn)展分析[J].科學(xué)觀察，2014，9(3)：12-17.

[5]劉志英，李西良，齊曉，等.1950年以來中國學(xué)者對苜蓿屬的研究：歷史脈絡(luò)與啟示[J].草業(yè)學(xué)報，2015，24(10)：58-69.

[6]Tengstrand E，Rosen J，Hellenas KE，et al.A concept study on non-targeted screening for chemical contaminants in food using liquid chromatography-mass spectrometry in combination with a metabolomics approach[J].Analytical and Bioanalytical Chemistry，2013，405(4)：1237-1243.

[7]Ibanez C，Valdes A，Garcia-Canas V，et al.Global Foodomics strategy to investigate the health benefits of dietary constituents[J].Journal of Chromatography A，2012，1248(1248)：139-153.

[8]Simo C，Domínguez-Vega E，Marina ML，et al.CE-TOF MS analysis of complex protein hydrolyzates from genetically modified soybeans--a tool for foodomics[J].Electrophoresis，2010，31(7)：1175-1183.

[9]Wittwer J，Rubio-Aliaga I，Hoeft B，et al.Nutrigenomics in human intervention studies：current status，lessons learned and future perspectives[J].Molecular Nutrition & Food Research，2011，55(3)：341-358.

[10]Valdes A，Garcia-Canas V，Rocamora-Reverte L，et al.Effect of rosemary polyphenols on human colon cancer cells：transcriptomic profiling and functional enrichment analysis[J].Genes Nutrition，2013，8(1)：43-60.

[11]Picariello G，Mamone G，Addeo F，et al.Foodomics：advanced Mass spectrometry in modern food science and nutrition[M].Wiley Press，2013.

[12]Nazzaro F，Nazzaro F，Orlando P，et al.Protein analysis-on-chip systems in foodomics[J].Nutrients，2012，4(10)：1475-1489.

[13]Vazquez-Fresno R，Llorach R，Alcaro F，et al.H-NMR-based metabolomic analysis of the effect of moderate wine consumption on subjects with cardiovascular risk factors[J].Electrophoresis，2012，33(15)：2345-2354.

[14]Ammor MS，Argyri A，Nychas GJE.Rapid monitoring of the spoilage of minced beef stored under conventionally and active packaging conditions using Fourier transform infrared spectroscopy in tandem with chemometrics[J].Meat Science，2009，81(3)：507-514.

[15]Lijuan X，Xingqian Y，Donghong L.Quantification of glucose，fructose and sucrose in bayberry juice by NIR and PLS[J].Food Chemistry，2009，114(3)：1135-1140.

[16]Jalali-Heravi M，Zekavat B，Sereshti H.Characterization of essential oil components of Iranian geranium oil using gas chromatography-mass spectrometry combined with chemometric resolution techniques[J].Journal of Chromatography A，2006，1114(1)：154-163.