Food Chemistry|可以用于打假?代谢组学助力食品安全!

2021年2月15日,香港理工大学的团队在Food Chemistry发表了“Mass spectrometry-based untargeted metabolomics approach for differentiation of beef of different geographic origins”,在该研究中,使用基于质谱的代谢组学方法来研究不同产地的牛肉样品的代谢产物谱,筛选出了一些biomarker来区分不同产地、品种和养殖方式的牛肉。

通过这篇文章的内容,我们了解到如何运用最新的多组学技术研究去探寻一些人们时下的热切需求,获得广泛关注。也让我们对于食品安全亦或是其他生活中方方面面的探索研究有了更高效,准确的途径。



Food Chemistry|可以用于打假?代谢组学助力食品安全!


Food Chemistry|可以用于打假?代谢组学助力食品安全!

让我们一起来看看如何利用组学研究“打假”吧!


Mass spectrometry-based untargeted metabolomics approach for differentiation of beef of different geographic origins

基于质谱的非靶向代谢组学方法用于区分不同产地的牛肉

期刊:Food Chemistry

影响因子:6.305

发表时间:2021年

DOI:10.1016/j.foodchem.2020.127847

作者单位:香港理工大学

研究方法:LC-MS/MS非靶向代谢、GC-MS非靶向代谢组学

研究对象:不同产地牛肉(购自香港本地零售商)——澳大利亚(n = 20)、日本(n = 5)和美国(n = 14),产自澳大利亚的样品进一步被分为有机牛肉(n = 8)、安格斯牛肉(n = 4)、和牛牛肉(n = 3)、传统牛肉(n = 5)。‍



一、代谢组学的平台优化


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根据文献综述,对不同类型的组织可采用单有机溶剂萃取、液液萃取和固相萃取等多种提取方法。液-液萃取法是一种常用的从组织中提取代谢物的技术,并在该研究中得到应用。在提取溶剂方面,作者根据检测到的离子丰度和代谢物数量,比较了三种常用的溶剂体系,即氯仿:甲醇:(1:1:2)、氯仿:甲醇:(2:1:0.5)和甲基叔丁基醚:甲醇:(5:1:1)。结果表明,氯仿:甲醇:(1:1:2)和氯仿:甲醇:(2:1:0.5)这两种提取方法检测的代谢物数量最多,离子丰度最高。最终根据绿色化学原则选择了氯仿:甲醇:(1:1:2)。为了优化样本量,比较了样品和溶剂比1:101:20。由于在质谱检测下,用1:10的比例获得的色谱图是饱和的,所以取1:20 (0.1 g / 2 mL)


二、代谢组学模型的可靠性


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首先基于线性、精密度和回收率,作者对他们开发的代谢组学分析方法进行了评估和验证。然后对LC-MS/MSGC-MS检测的34种代谢物计算CV值,检验牛肉样品的同质性,结果显示CV值几乎小于30%。最后通过QC样本来评估仪器稳定性,结果显示QC中的内标物质的保留时间和m/z都没有明显的偏离,CV值都在合理范围内。并且PCA得分图显示QC样本都有高度的聚集,表明两个分析平台都具有良好的稳定性。以上代谢组学模型的稳健性保证了由于产地、养殖和饲养方式等生物多样性引起的群体间差异。


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QC样品中选定的代谢产物进行验证



三、牛肉样品的代谢组学谱和多元统计分析筛选标志物


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对澳大利亚和美国牛肉样品进行交叉验证,图1a显示了两组样本的组内重复性和组间差异性。进一步进行了s-plot分析,图1b突出显示了几个潜在的生物标志物。另外,图1c显示了重叠置信区间的载荷图,清楚地显示了具有较高统计可靠性的代谢物。通过重叠置信区间筛选出PC(15:0/18:1)9-HODE、肌醇、FA 22:4等标志物,两个产地的代谢物相对强度如图1d所示。


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a)得分图,b) S-plot图,c)载荷图,d)峰面积柱状图



四、产地区分


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从不同产地中筛选出24个显著差异代谢物,其中氨基酸及其衍生物占8种,可用于区分牛肉的产地。鲨肌醇和肌醇在美国牛肉样品中的丰度比澳大利亚和日本更高。此外,还有8PCs,一个Lyso PE3PEs和一个游离脂肪酸。9-羟基十八碳二烯酸(9-HODE)在所有牛肉样品中被鉴定到,在澳大利亚样品中含量很低,这种物质可作为评价牛肉质量和新鲜度的良好指标。


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来自不同产地的牛肉样品差异代谢物归一化峰面积柱状图


五、区分有机牛肉和非有机牛肉


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从澳大利亚的有机牛肉和其他养殖方式的牛肉中筛选出7种代谢物,其中2种PCs和一种PE可作为区分不同养殖方式的生物标志物。此外,有机牛肉中的L-丙氨酸和L-缬氨酸相对含量最高,烟酰胺较高,较高的烟酰胺含量可能会提高牛肉的功能价值。


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不同饲养方式下澳大利亚牛肉样品差异代谢物归一化峰面积柱状图


六、区分不同产地的安格斯牛肉‍


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从澳大利亚安格斯牛肉与美国安格斯牛肉中筛选到10个代谢物。其中8种PC脂质代谢产物是合适的标志物。在氨基酸代谢方面,美国安格斯牛肉中脯氨酸的相对含量最高。此外,澳大利亚安格斯牛肉的葡萄糖含量高于美国安格斯牛肉。


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不同产地安格斯牛肉样品差异代谢物归一化峰面积柱状图


七、牛肉样品中脂肪酸含量的比较


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脂肪是决定牛肉品质的主要因素,包括风味、口感和营养价值。日本牛肉的MUFA/SFA比值高于美国和澳大利亚。与此同时,美国牛肉的omega- 6/omega-3比值最高,澳大利亚最低。通过s-plot和loading-plot分析,发现FA18:3是鉴别美国牛肉和澳大利亚牛肉的特殊标记物,安格斯牛肉模型中也表现出一致的趋势。澳大利亚有机牛肉的PUFA/SFA比值比其他养殖方式的牛肉样品都高,而且FA20:6表现出显著差异,但omega-6/omega-3没有显著差异。


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 脂肪酸表达谱的归一化柱状图

a不同产地,b澳大利亚和美国安格斯牛肉,c澳大利亚的饲养方式


代谢组学为牛肉产品的溯源和鉴别提供了一种有效的策略,以保证牛肉产品的质量和保护消费者权益。该文采用的LC-MS/MS和GC-MS两种分析平台为鉴定不同极性的代谢物提供更多的帮助。此外,脂质组学方法可能适用于评估安格斯牛肉样品的来源。

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