基于核磁共振的代謝組學(xué)技術(shù)在食品科學(xué)中的應(yīng)用

陳黛安，葉央芳

(寧波大學(xué) 海洋學(xué)院，浙江 寧波，315211)

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基于核磁共振的代謝組學(xué)技術(shù)在食品科學(xué)中的應(yīng)用

陳黛安，葉央芳*

(寧波大學(xué) 海洋學(xué)院，浙江 寧波，315211)

摘要基于核磁共振(nuclear magnetic resonance, NMR)的代謝組學(xué)技術(shù)是組學(xué)研究中一個正在蓬勃興起的技術(shù)，該技術(shù)專注于生物體中所有小分子代謝物的高通量分析，但在對食品的物質(zhì)組成分析上也同樣行之有效。該文就近年來該技術(shù)在食品科學(xué)領(lǐng)域的最新研究進展做一簡要綜述。

關(guān)鍵詞核磁共振(nuclear magnetic resonance, NMR)；代謝組學(xué)；食品科學(xué)

代謝組學(xué)研究是“組學(xué)”中快速興起的一個領(lǐng)域，是對所有低分子量代謝物(<1 500 Da)進行定性和定量分析的一種技術(shù)[1]。核磁共振(nuclear magnetic resonance,NMR)和質(zhì)譜(mass spectrometry,MS)是代謝組學(xué)研究中系統(tǒng)獲取代謝物譜的主流方法[2]。由于NMR只需對樣品進行簡單的預(yù)處理、無偏向性和對樣品的非破壞性，使得基于NMR的代謝組學(xué)技術(shù)成為評估代謝物及其功能的新的強有力手段。在食品科學(xué)領(lǐng)域，該手段被廣泛應(yīng)用于食品組分分析、食品質(zhì)量鑒別、食品質(zhì)量控制、食品存貯和加工、鑒別和預(yù)測食品味道等方面。本文就基于NMR的代謝組學(xué)技術(shù)在食品科學(xué)研究中的應(yīng)用做一簡要綜述。

1基于NMR的代謝組學(xué)技術(shù)在食品組分分析中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的食品組分分析局限于較為寬泛的物質(zhì)組成，如蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物、纖維素、維他命、微量元素和灰分等。但代謝組學(xué)技術(shù)的出現(xiàn)，使得食品組分分析變得細致，可以檢測到成百上千種有機化合物單體。這種“化整為零”的策略可賦予人們了解某種食品之所以具有獨特口味、質(zhì)地、芳香或色澤的分子基礎(chǔ)。例如，HU[3]等利用一維1H譜和二維1H-13C異核譜對牛奶中的脂肪、乳糖、檸檬酸、N-乙酰類有機化合物、三甲胺、丁酸、三酰甘油的總單不飽和脂肪酸和總多不飽和脂肪酸等進行了定量，其中，N-乙酰類有機化合物和三甲胺在牛奶中被首次定量。除了利用NMR技術(shù)對食品的化合物做一系統(tǒng)分析外，NMR技術(shù)也可針對性地分析特定化合物。如RODRIGUES[4]等利用NMR方法對啤酒中的6種有機酸(乙酸、檸檬酸、乳酸、蘋果酸、丙酮酸和琥珀酸)進行了靶標(biāo)分析。發(fā)現(xiàn)NMR積分方法得到的有機酸定量結(jié)果基本上與偏最小二乘法回歸(PLS)分析的結(jié)果一致，但對蘋果酸和丙酮酸的含量略有高估，對檸檬酸的含量相對偏低，這可能是由于核磁信號的交疊導(dǎo)致了后續(xù)的積分錯誤。因此，對于NMR信號交疊嚴(yán)重的物質(zhì)的定量分析，采用PLS-NMR方法可得到較準(zhǔn)確的定量結(jié)果。又如，PREMA[5]等利用NMR技術(shù)特征性分析了41種加拿大牛肋眼牛排的共軛亞油酸(CLA)含量。研究者選定1H NMR譜上的CLA共軛雙鍵上的質(zhì)子信號(6.5～5.5 ppm)進行積分，所得積分面積與內(nèi)標(biāo)二甲醚亞甲基信號(3.54 ppm)的積分面積相比較，經(jīng)過一系列換算后得到CLA的濃度。NMR方法測定的CLA含量與氣相色譜(GC)結(jié)果具有很好的一致性，但用于NMR測定所需的樣品制備簡單，且溶劑用量少，相對簡便且環(huán)保。

2基于NMR的代謝組學(xué)技術(shù)在食品質(zhì)量鑒別中的應(yīng)用

通常人們采用感官評定、電子鼻等方式來鑒別食品的質(zhì)量，鑒于NMR基礎(chǔ)上的代謝組學(xué)技術(shù)在食品組分分析上的諸多優(yōu)勢，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于鑒別食品的原產(chǎn)地、等級、轉(zhuǎn)基因食品和偽劣產(chǎn)品等。

2.1食品的產(chǎn)地鑒別

早在2002年，BRESCIA[6]等就分析了41種來自意大利阿普利亞南部、中部和北部產(chǎn)區(qū)紅葡萄酒的NMR代謝譜。借助主成分分析(PCA)可把這3個產(chǎn)區(qū)的葡萄酒明顯區(qū)分開，導(dǎo)致葡萄酒產(chǎn)區(qū)差異的物質(zhì)主要是氨基酸。近來，F(xiàn)OTAKIS[7]等利用NMR技術(shù)分析了86種希臘葡萄酒的代謝譜，共檢測到35種代謝物，其中一些代謝物如多元醇類、乙酯類和糖類等含量主要與葡萄酒的產(chǎn)地相關(guān)，其次與葡萄品種、采摘年份和加工方式相關(guān)。除了葡萄酒，NMR技術(shù)也被用于其他食品的產(chǎn)地鑒別。如SCIUBBA[8]等利用該技術(shù)來鑒別開心果的產(chǎn)地。通過提取烘焙后的開心果的水相提取物組成，共檢測到包括有機酸、氨基酸和碳酸化合物在內(nèi)的48種物質(zhì)。根據(jù)PCA結(jié)果，意大利開心果和伊朗開心果有顯著差異，與土耳其和敘利亞開心果也差異明顯。意大利開心果中含有較高的尿囊素、蔗糖、甘氨酸甜菜堿、蘋果酸、檸檬酸、棉籽糖、脯氨酸和尿苷。而伊朗開心果含有較高的甲酸和沒食子酸，其他物質(zhì)都相比于其他3種開心果均含量較低。盡管土耳其和敘利亞開心果相比于其他2種開心果，其核磁譜差異較小，但兩者的PCA分析仍呈現(xiàn)顯著差異，這種差異體現(xiàn)在土耳其開心果具有高的乳酸乙酯和沒食子酸水平以及較低的琥珀酸、纈氨酸和異亮氨酸水平。這種開心果物質(zhì)組成的地域差異可應(yīng)用于開心果的質(zhì)量控制和原產(chǎn)地保護。又如，MALLAMACE[9]等利用NMR的魔角旋轉(zhuǎn)技術(shù)預(yù)測櫻桃番茄的產(chǎn)地來源。其預(yù)測的依據(jù)是意大利Pachino地區(qū)的櫻桃番茄具有較高水平的糖分、必要氨基酸和γ-氨基丁酸，而脂肪酸和甲醇的含量較低。該研究結(jié)果對于Pachino櫻桃番茄產(chǎn)地保護提供了重要的物質(zhì)基礎(chǔ)。再者，TOMITA[10]等分析了5個品種、2個不同產(chǎn)地的蘋果代謝譜差異。PCA分析顯示3個品種(Fuji-Orin-Jonagold)和與其他2個品種(Jazz-Envy)的差異顯著，這種差異體現(xiàn)在蔗糖、葡萄糖和果糖的含量上。如果去除這些糖類的主導(dǎo)影響，天冬氨酸、2-甲基蘋果酸和L-鼠李糖醇等代謝物含量也可作為蘋果產(chǎn)地的決定因素，而且L-鼠李糖醇具有作為蘋果產(chǎn)地認證標(biāo)志化合物的潛力。此外，LEE[11]等分析了來自中國、日本和韓國的多達284種茶葉的1H NMR譜。經(jīng)多元統(tǒng)計和定量分析發(fā)現(xiàn)，在這3個國家的茶葉中，韓國(濟州島)的茶葉含有最高水平的水平的葡萄糖、蔗糖、表沒食子兒茶素-3-沒食子酸酯、表兒茶素-3-沒食子酸酯、表兒茶素和咖啡因；中國的綠茶含有最高水平的茶氨酸、丙氨酸和蘇氨酸。造成綠茶代謝物地域差異的直接因子來自于環(huán)境，如采摘季節(jié)和氣候等，而基于NMR的代謝組學(xué)方法能明確鑒定環(huán)境因子主導(dǎo)的綠茶代謝物組成。

2.2食品的等級鑒別

基于NMR的代謝組學(xué)技術(shù)也能很好地鑒別不同級別的食品。如CHO[12]等利用NMR技術(shù)和PCA方法分析了韓國4個級別的松茸代謝譜。PCA結(jié)果顯示，膽堿、海藻糖、蘇氨酸、亮氨酸/異亮氨酸、琥珀酸、丙氨酸和延胡索酸的含量差異是造成松茸等級差異的主要原因。如一級松茸中延胡索酸含量較高；二級松茸中海藻糖、膽堿、琥珀酸和亮氨酸/異亮氨酸的含量相對較高；三級松茸中蘇氨酸和丙氨酸占主導(dǎo)；而四級松茸中海藻糖和延胡索酸的含量是最大的，但膽堿、蘇氨酸、亮氨酸/異亮氨酸、琥珀酸和丙氨酸的含量卻是最少的。經(jīng)烹飪后，不同等級是松茸仍存在顯著的代謝物差異，如一級和二級松茸含有較少的琥珀酸和海藻糖，而三級松茸中絲氨酸和丙氨酸的含量較高，四級松茸中琥珀酸和海藻糖占絕對優(yōu)勢。然而，研究者并未對上述不同等級松茸之間的代謝物差異做顯著性分析，即差異的代謝物可能并沒有在不同等級松茸之間達到顯著水平。但這種依據(jù)代謝物差異區(qū)分松茸等級的方法預(yù)示著松茸質(zhì)量實現(xiàn)客觀評價的潛在可能性。KWON[13]等則對不同等級的咖啡豆進行了分析。結(jié)果顯示，哥倫比亞和危地馬拉的商品級綠咖啡豆與同樣來自哥倫比亞、危地馬拉以及布隆迪的特級綠咖啡豆具有具有明顯區(qū)分。與商品級相比，特級綠咖啡豆中的蔗糖含量較高，而γ-氨基丁酸、奎寧酸、膽堿、乙酸和脂肪酸的含量較低。這種基于NMR物質(zhì)分析的方法很好地鑒別了綠咖啡豆的級別。而本研究小組已利用NMR技術(shù)對沿海特色水產(chǎn)加工品——蟹糊進行了研究[14]。發(fā)現(xiàn)不同級別的蟹糊其所含小分子營養(yǎng)物質(zhì)存在顯著差異，這種差異主要體現(xiàn)在3A級蟹糊比2A級含有更高水平的亮氨酸、賴氨酸、組氨酸、酪氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、乳酸、二甲胺、1-甲基煙酰胺和2-吡啶甲醇，而絲氨酸、丙氨酸、谷氨酸、N-乙酰谷氨酸、脯氨酸、膽堿和尿苷的含量相對較低。如3A級蟹糊中亮氨酸、賴氨酸和色氨酸的平均濃度比2A級高70%左右。這些結(jié)果指示3A級蟹糊在蛋白質(zhì)質(zhì)量上優(yōu)于2A級，但從口味上來講，2A級蟹糊勝過3A級。另外，較高水平的二甲胺標(biāo)志著3A級蟹糊的新鮮度劣與2A級。顯然，基于NMR的代謝組學(xué)技術(shù)是一種有效的對水產(chǎn)品進行級別分類和質(zhì)量評價的方法。

2.3轉(zhuǎn)基因食品的鑒別

轉(zhuǎn)基因食品的安全性受到各方關(guān)注，如何鑒別轉(zhuǎn)基因食品也成為人們思考的問題。CHOZE[15]等嘗試?yán)肗MR的魔角旋轉(zhuǎn)技術(shù)來鑒別轉(zhuǎn)基因蕓豆。他們原位采集了轉(zhuǎn)基因蕓豆和普通蕓豆的代謝譜，經(jīng)PCA分析發(fā)現(xiàn)，3種普通蕓豆的代謝譜較相似，但與其各自的轉(zhuǎn)基因蕓豆有顯著區(qū)分。鑒于魔角旋轉(zhuǎn)技術(shù)無需預(yù)處理，只需加入少量重水用于鎖場，而且采集1H HR-MAS NMR僅需幾分鐘，因此該技術(shù)是一個簡單快速地鑒別轉(zhuǎn)基因蕓豆的方法。而LE GALL[16]等借助NMR分析了轉(zhuǎn)基因?qū)Ψ汛x物的影響。結(jié)果表明，在同時過表達玉米轉(zhuǎn)錄因子LC和C1后，番茄中的6種黃酮甙的含量顯著增加，同時包括檸檬酸、蔗糖、苯丙氨酸和葫蘆巴堿在內(nèi)的15種代謝物的含量也發(fā)生了顯著變化，但后者這些物質(zhì)的顯著含量變化實際上并不劇烈，只有小于3倍的濃度差異。說明NMR技術(shù)結(jié)合多變量統(tǒng)計學(xué)分析方法可檢測到轉(zhuǎn)基因?qū)Ψ汛x物的細微影響，而且這些差異并非來自轉(zhuǎn)錄因子LC和C1直接相關(guān)的代謝途徑。

2.4偽劣產(chǎn)品的鑒別

某些果汁和油等食品中含有特征性化合物如不飽和脂肪和氨基酸等，這些有些物質(zhì)的含量差異是很難憑借風(fēng)味、氣味或色澤等加以鑒別的，但通過借助代謝組學(xué)分析，可清楚地發(fā)現(xiàn)摻假或偽劣產(chǎn)品中這種差異。如橙汁摻假是一個比較普遍的現(xiàn)象，其中?；煊械土奈麒种?，從味道或色澤上很難辨別。而且西柚汁含有大量類似于香豆素的類黃酮和CYP450抑制劑[17]，這對某些正在藥物治療的消費者可能造成嚴(yán)重的后果。利用基于NMR的代謝組學(xué)技術(shù)，不需要組分分析，只需建立PCA模型，就能對摻假果汁實現(xiàn)快速鑒別[18]。另外，還有人用二次水果提取物摻到水果的原汁中，與原汁相比，二次水果提取物的味更淡更苦，摻雜后降低了果汁的質(zhì)量。LE GALL[19]等采用基于NMR的代謝組學(xué)技術(shù)分析了313種橙汁，成功鑒別出其中摻有二次水果提取物的橙汁，其鑒別準(zhǔn)確率可高達95%。而且，在摻假橙汁中發(fā)現(xiàn)了一個特征性的代謝物指標(biāo)——二甲基脯氨酸，這使得二次水果提取物摻假鑒別變得更加簡便和廉價。

事實上，食品質(zhì)量還受到食材品種等因素的影響。如KODA[20]等鑒別了5種芒果品種對芒果汁的物質(zhì)組成的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)這5種芒果品種的最大物質(zhì)差異在于其所含的精氨酸、組氨酸、苯丙氨酸、谷氨酸、莽草酸和葫蘆巴堿的含量。又如，SANTUCCI[21]等研究了蘋果汁原料差異對果汁物質(zhì)組成的影響。結(jié)果表明，用新鮮蘋果制作的蘋果汁含有較高水平的乳酸、檸蘋酸、蘋果酸、綠原酸和甲酸，而冷凍蘋果制作的蘋果汁含有較高水平的乙醇和蘇氨酸。因此，借助NMR技術(shù)可鑒別不同原料對蘋果汁產(chǎn)品的影響。

3基于NMR的代謝組學(xué)技術(shù)在食品質(zhì)量控制中的應(yīng)用

不少食品是由微生物發(fā)酵而來，發(fā)酵過程中化合物的組成變化是影響發(fā)酵食品最終口感和品質(zhì)的重要因素?；贜MR的代謝組學(xué)技術(shù)在揭示食品發(fā)酵過程中的化合物組成變化方面具有獨特的全局洞察力。例如，KO[22]等利用該技術(shù)分析了醬油在不同陳化年份的代謝特征。醬油中氨基酸和有機酸水平隨著陳化年份而提高，而碳酸化合物處于不斷的消耗當(dāng)中。這種物質(zhì)組成的變化與發(fā)酵菌群結(jié)構(gòu)變化密切相關(guān)。例如，隨著陳化時間不斷升高的乳酸水平與嗜鹽或耐滲透的乳酸菌的代謝活動相關(guān)聯(lián)。而谷氨酸作為乳酸菌在氨基酸代謝中的一個關(guān)鍵中間產(chǎn)物，也隨著醬油陳化時間的延長得以累積。當(dāng)然，包括谷氨酸在內(nèi)的氨基酸水平提高也可能歸因于微生物對黃豆的蛋白質(zhì)和多肽的水解作用。此外，作為大多數(shù)細菌分解膽堿的代謝產(chǎn)物——甜菜堿，其水平在陳化過程中的持續(xù)升高，指示著醬油中耐鹽菌甚至嗜鹽菌的存在。這種發(fā)酵食品的化合物組成變化特征的揭示對于深入理解食品發(fā)酵機理和產(chǎn)品質(zhì)量控制具有非常重要的作用。又如，清麴醬是熟黃豆和稻草混合發(fā)酵的產(chǎn)物。CHOI[23]等分析了不同發(fā)酵時期清麴醬的化合物組成，發(fā)現(xiàn)清麴醬的物質(zhì)組成隨著發(fā)酵時間的延長發(fā)生了顯著變化，各發(fā)酵階段的差異物質(zhì)主要包括：亮氨酸/異亮氨酸、乳酸、乙酸、檸檬酸、膽堿、果糖、葡萄糖和蔗糖。這種物質(zhì)差異對于確定最佳發(fā)酵時間和控制清麴醬的質(zhì)量具有指導(dǎo)意義。

除了發(fā)酵食品，其他食品的養(yǎng)殖期、采摘期和農(nóng)作方式等也同樣影響者食品的質(zhì)量。本研究小組曾就養(yǎng)殖時間對鴨肉肉質(zhì)的營養(yǎng)物質(zhì)組成進行了分析[24]，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，4個不同養(yǎng)殖期(27、50、 170和270 d)的鴨肉的代謝譜均存在顯著差異。盡管乳酸和鵝肌肽水平隨著養(yǎng)殖期顯著升高，但延胡索酸、甜菜堿、?；撬?、肌苷和烷基取代的自由氨基酸水平卻顯著下降。這些化合物的變化影響著鴨肉的質(zhì)量和口感，綜合考慮肉的色澤、老嫩程度、持水能力及營養(yǎng)價值，養(yǎng)殖50 d的鴨子是最佳養(yǎng)殖時間。其他研究者如GALLO[25]等研究了農(nóng)作方式對鮮食葡萄物質(zhì)組成的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，受農(nóng)作方式影響最大的物質(zhì)包括葡萄糖、果糖、精氨酸和乙醇。對優(yōu)質(zhì)無核葡萄而言，有機農(nóng)作方式種植的葡萄含有更多的糖，具有更高的糖-酸比。而對紅地球和意大利2個葡萄品種而言，農(nóng)作方式更多的影響了葡萄糖-果糖比以及精氨酸和乙醇的含量。而MASETTI[26]等把基于NMR的代謝組學(xué)技術(shù)應(yīng)用于生長季節(jié)對櫻桃番茄脂類化合物的影響。季節(jié)顯著影響了2個番茄品種的脂類組成，對Naomi品種影響最大的是α-生育酚和不飽和脂含量，對Shiren品種影響最大的是葉綠素和磷脂含量。IGLESIAS[27]等和WATANABE[28]等也對番茄進行了分析，但前者關(guān)注的是番茄的品種、栽培方式和采收日期對其NMR代謝譜的影響；而后者關(guān)注施肥方式對番茄代謝譜的影響。此外，還有研究者把基于NMR的代謝組學(xué)技術(shù)應(yīng)用在可可豆的地域差異及其在不同發(fā)酵階段的物質(zhì)差異[29]、多種地中海水果產(chǎn)品的物質(zhì)差異[30]和油菜的品種和地域差異[31]等。

4基于NMR的代謝組學(xué)技術(shù)在食品存貯和加工中的應(yīng)用

在擺上消費者餐桌之前，食品往往被存貯和加工。為了解存貯和加工過程中食品的品質(zhì)變化，人們采用多種方法對食品進行分析。其中，基于NMR的代謝組學(xué)技術(shù)已被不少研究者認可和應(yīng)用。例如，PIRAS[32]等利用該技術(shù)研究了冷凍保藏和干腌加工對生鯔魚魚籽低分子量代謝譜的影響。發(fā)現(xiàn)在-20 ℃下凍存期的前6個月，其代謝譜沒有顯著差異；但在凍存到12個月時，魚籽中的膽堿衍生物、二甲胺、乳酸和大部分自由氨基酸水平發(fā)生了顯著變化。而腌制和干燥加工可導(dǎo)致膽堿衍生物、尿嘧啶和自由氨基酸水平的顯著提高，同時可引起?；撬?、葡萄糖、乳酸和肌酸/磷酸肌酸水平的大量下降。這些物質(zhì)的變化可能是由于脂肪和蛋白質(zhì)降解所導(dǎo)致的。本研究小組已利用基于NMR的代謝組學(xué)技術(shù)分析了加工對條斑紫菜產(chǎn)品——海苔的營養(yǎng)物質(zhì)組成的影響[33]。通過測定條斑紫菜原材料、半成品和成品的水相提取物中的化合物組成，發(fā)現(xiàn)調(diào)味品毫無意外地導(dǎo)致了成品中蔗糖、葡萄糖和谷氨酸的顯著提高，分別上升到(38.67 ± 4.91)、(4.22 ± 0.55)和(17.60 ± 1.93) mg/g。然而，其他加工方式如清洗和烘培可能引起自由氨基酸(包括丙氨酸、谷氨酰胺、天冬氨酸和甘氨酸)、有機羧酸(包括6-脫氧-抗壞血酸、2-氧代-5-氨基纈草酸、2-羥基-5-氨基纈草酸、?；撬岷土u乙基磺酸)、膽堿及其代謝物(膽堿-O-硫酸和甜菜堿)和海帶醇含量的顯著下降。這些結(jié)果提供了加工對紫菜產(chǎn)品營養(yǎng)組成影響的信息，NMR技術(shù)對于人們認識和調(diào)控海苔的質(zhì)量和口味具有重要價值。又如，ZANARDI[34]等研究了輻照對牛肉代謝譜的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，鑒別輻照和非輻照牛肉的重要指標(biāo)物質(zhì)是甘油、乳酸酯、酪胺和一個p-取代的酚化合物。這種基于指標(biāo)物質(zhì)鑒別輻照牛肉的方法比目前官方正采用的分析方法更便捷。

5基于NMR的代謝組學(xué)技術(shù)在鑒別和預(yù)測食品味道中的應(yīng)用

NMR代謝指紋包含的多種小分子化合物與各種味覺緊密相關(guān)，因此NMR波譜學(xué)技術(shù)被作為一個非常有用的“磁舌”對食品的味道進行特征化和預(yù)測。如WEI[35]等利用基于NMR的代謝組學(xué)技術(shù)和多變量統(tǒng)計方法對多種咖啡豆的味道進行了預(yù)測，結(jié)果顯示，摩卡咖啡的酸味最強，淡味咖啡、克里曼加羅咖啡和焦炒咖啡的酸味依次減小。焦炒咖啡的味道最苦，克里曼加羅咖啡、淡味咖啡和焦炒咖啡的苦味依次減小。這種客觀的預(yù)測結(jié)果與傳統(tǒng)的感官測試完全吻合。跟人類的舌頭相比，基于NMR的感官預(yù)測具有明顯的優(yōu)勢，如更快速、更準(zhǔn)確、更客觀、更便宜。這種技術(shù)優(yōu)勢可更清楚地揭示食品的質(zhì)量。然而，“磁舌”也存在明顯的缺陷，它不能像人的舌頭一樣準(zhǔn)確感知某一化合物的味道，它預(yù)測食品的味道僅僅通過抓住化合物組分的含量變化，這意味著那些含量沒有變化的組分是被忽略了，但是這些組分可能對食品的味道具有相當(dāng)重要的貢獻。同時，多變量統(tǒng)計分析會把變化相同的化學(xué)組分設(shè)為既定的味覺指標(biāo)，如苦味，而不管這些化合物是否真的是苦的。

6展望

基于NMR的代謝組學(xué)技術(shù)是一個在分子水平系統(tǒng)分析食品組分的組學(xué)方法，它讓食品組分分析變得更加細致。然而，該方法仍然受到技術(shù)上的限制，目前僅能檢測到食品中大約十分之一的代謝物，如能提高測定物質(zhì)的寬度和廣度，將更有利于食品科學(xué)的研究。事實上，食品研究者已經(jīng)意識到這個問題，他們利用各種技術(shù)的特點，如NMR較適合檢測高豐度極性代謝物，而GC-MS或者LC-MS更適合測定低豐度非極性或半極性代謝物[36]，因而采用NMR與MS聯(lián)用技術(shù)以拓寬代謝物檢測的覆蓋面。如SETTACHAIMONGKON[37]等利用NMR與GC-MS聯(lián)用技術(shù)分析了酸奶發(fā)酵過程中蛋白質(zhì)水解細菌的互作對微生物生長、酸化和物質(zhì)組成的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，NMR與GC-MS可分別測定酸奶中的43種非揮發(fā)性和35種揮發(fā)性極性代謝物，兩種技術(shù)獲得的代謝物信息可互相補充，因此能檢測到了比單一技術(shù)更多的物質(zhì)信息。又如，SOININEN[38]等采用NMR和HPLC-MS聯(lián)用技術(shù)分析了幾種蔥科植物的代謝物差異。結(jié)果表明，中國的洋蔥含有最高水平的果糖和低聚果糖，而這些物質(zhì)在德國長蔥中的含量最低。延胡索酸在法國韭菜中含量相對較高，而黃酮醇卻相對較低。而且黃洋蔥含有最高水平的氨基酸，而紅洋蔥最低。該研究表明NMR和HPLC-MS聯(lián)用技術(shù)可有效地定性和定量分析蔥科植物中絕大部分的高豐度代謝物。

此外，隨著越來越多的食品的代謝物NMR波譜數(shù)據(jù)得到解析，期待在不久的將來能建成食品的代謝組數(shù)據(jù)庫，并能將數(shù)據(jù)庫公共化，最終為研究者、企業(yè)或政府進行食品質(zhì)量評價和控制提供科學(xué)依據(jù)。

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Application of NMR-based metabolomic technique on the food science

CHEN Dai-an， YE Yang-fang*

(School of Marine Sciences, Ningbo University, Ningbo 315211,China)

ABSTRACTNMR-based metabolomic technique is an emerging method in the “omics” research. It focuses on high-throughput characterization of all small molecule metabolites in biological matrices. However, it also works powerfully in the compositional analyses of food. In this paper, the recent applications of NMR-based metabolomic technique on the food science were reviewed.

Key wordsnuclear magnetic resonance (NMR); metabolomics; food science

收稿日期：2015-07-20，改回日期：2015-11-06

基金項目：寧波市農(nóng)業(yè)科技公關(guān)項目(2012C10027);寧波市自然科學(xué)基金項目(2014A610183)

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201603045

第一作者：碩士研究生(葉央芳教授為通訊作者，E-mail, yeyangfang@nbu.edu.cn)。