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)用帶來了一個新的視角。GC/MS 通過計算樣品中檢測到的色譜峰保留時間指數(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]，可以實現(xiàn)保留時間的高重復(fù)性，進(jìn)而就可以對被測物進(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)評估。GC/MS 的原始數(shù)據(jù)包含各種需要反卷積和識別的峰值，不同的峰值代表小分子代謝物的強(qiáng)度，反卷積將實際的小分子代謝物峰值從噪聲信號中分離出來[7]。然后根據(jù)與代謝物光譜庫中已知光譜的相似性，對識別的峰進(jìn)行注釋。在數(shù)據(jù)處理后，一個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[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)分和識別。Jumhawan 等[17]利用非靶向代謝組學(xué)通過對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?；谶@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)對日本黑牛（和牛）和荷斯坦牛的最長肌（西冷）進(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)在檢測肉類污染方面的應(yīng)用。該研究通過對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)上是針對特定的化合物進(jìn)行分析和驗證，這種方法較為耗時且低效[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 個代謝物和LC/MS 的51 個代謝物） 與14 種果實形態(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茄子的品種選育具有重要作用。Vallarino 等[26]對不同成熟期的7 個草莓品種代謝物進(jìn)行了定量研究，獲得了對水果屬性進(jìn)行分類的新認(rèn)識。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抑制淀粉酶的活性，咖啡酸、3，4-二羥基苯甲酸和奎寧酸會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）之間存在相對較高的相關(guān)性。

綜上，代謝組學(xué)不僅可以用來綜合評估所有的代謝物，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)的評估

基于GC/MS 技術(shù)的代謝組學(xué)可以評估外部因素在食品生產(chǎn)過程中會對食品的營養(yǎng)價值、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）的廣泛使用會降低水稻的生物量。在水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)中，飼料是實現(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/飛行時間質(zhì)譜（GC-GC/TOFMS）對饑餓虹鱒魚進(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應(yīng)激源作出反應(yīng)，并評估這些變化是否對食用有害。此外，對應(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，該試驗闡明了不同的成熟處理方法對果實生理狀況的影響。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 種不同溫度和時間組合對香氣的影響，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)，時間對香氣的影響大于溫度。受時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)測食品生長和加工過程

在果實發(fā)育的過程中，基因表達(dá)的變化會導(dǎo)致不同組成酶的合成，進(jìn)而對反映果實成熟指標(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)測火龍果、人參漿果的果實發(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。

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)測食品生長和加工過程研究中，可以通過監(jiān)測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)育或加工過程動態(tài)變化的相對關(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)量評估與預(yù)測

通過代謝組學(xué)對食品質(zhì)量進(jìn)行評估和預(yù)測是常用的方法，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)測清酒感官評估中的苦味感官成分。You 等[49]評估了冷凍羊肉中的腐敗生物標(biāo)志物。該研究將3 個食品腐敗變質(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]通過對小麥籽粒的研究確定了74 種與籽粒發(fā)育不同階段相對應(yīng)的代謝物，研究發(fā)現(xiàn)小麥籽粒每個發(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]評估了日本綠茶人工栽培條件與專家評定記錄的茶葉排名得分之間的相關(guān)性，試驗通過調(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)測排名仍低于對照樣品（自然條件下生長）。趙燕妮等[52]為評價不同品種獼猴桃果實品質(zhì)差異，采用氣相色譜-質(zhì)譜（GC/MS）聯(lián)用技術(shù)對3 個不同品種獼猴桃（海沃德、啞特和徐香）果實進(jìn)行分析檢測，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，表明這個品種可以有效保持果實的新鮮香味。

盡管這些研究是基于GC/MS 和其他食品質(zhì)量評價方法，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)量控制的評估標(biāo)準(zhǔn)。

2.7 食品貨架期和保藏期的評估

基于GC/MS 的代謝組學(xué)也被用來評估食品的貨架期和保藏期。例如，對水稻種子耐貯性評估、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。

對于植物產(chǎn)品如水稻，種子儲藏是作物育種的一個重要方面。然而，到目前為止涉及到種子可儲藏性的機(jī)制仍不清晰。Yan 等[53]評價了貯藏時間（貯藏期短和貯藏期長）對兩個不同表現(xiàn)型雜交水稻品種的影響。在貯藏24 個月期間，貯藏期短的品種中有19 個代謝產(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，氨基酸在儲藏期短的品種中的積累高于儲藏期長的品種。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，實現(xiàn)了對深色肌肉的評價，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)計模型探究大鯢肉在4 ℃不同冷藏時間（0、2、4、8 d）肌肉代謝物的差異。結(jié)果表明，不同冷藏時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?；贕C/MS 的代謝組學(xué)技術(shù)在氣調(diào)條件下測定了草莓的糖（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)域的一個重要方法，此技術(shù)不僅能夠評估非揮發(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?；贕C/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、評估外部環(huán)境因素對食品生產(chǎn)鏈中的影響、優(yōu)化水果和蔬菜的采后過程、監(jiān)測植物生長或食品加工過程、評估和預(yù)測食品的質(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)建一個全國共享的具有數(shù)據(jù)庫作用的在線統(tǒng)一平臺，進(jìn)而將單獨(dú)的代謝物數(shù)據(jù)庫組合起來，形成一個全面的、豐富的GC/MS代謝組數(shù)據(jù)資源和知識庫。研究人員可以利用這些信息研發(fā)用于食品評估的快速診斷工具，工程師可以開發(fā)提高生產(chǎn)線食品質(zhì)量的工藝。