食品組學(xué)在生物活性化合物 營(yíng)養(yǎng)功能特性研究中的應(yīng)用

隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，在生物學(xué)領(lǐng)域開展研究時(shí)，單一的研究方法無法解決全部問題，于是組學(xué)概念作為一種新興技術(shù)得以出現(xiàn)并應(yīng)用，近年來的相關(guān)研究也不斷深入。其中，食品組學(xué)是將生物信息技術(shù)、組學(xué)分析技術(shù)相結(jié)合，對(duì)食品開展分析的方法，能夠幫助人們更好地了解食品、汲取營(yíng)養(yǎng)。筆者結(jié)合自身經(jīng)驗(yàn)，從生物活性化合物的類別和營(yíng)養(yǎng)功能入手，介紹了食品組學(xué)的應(yīng)用現(xiàn)狀，闡述了食品組學(xué)在生物活性化合物營(yíng)養(yǎng)功能特性研究中的應(yīng)用，以期提高食品的營(yíng)養(yǎng)和安全特性。

一、生物活性化合物的類別和營(yíng)養(yǎng)功能

1.類別。在食品生產(chǎn)加工中，生物活性化合物作為功能基料，主要作用是提高體質(zhì)、保持健康。在目前的研究成果中，生物活性化合物包含11類，其中多糖類及膳食纖維、甜味劑類、油脂類、維生素類、礦物元素類比較常見。

2.營(yíng)養(yǎng)功能。生物活性化合物的營(yíng)養(yǎng)功能包括：（1）增強(qiáng)免疫力，典型代表是蛋白質(zhì)、香菇多糖，可以消除致病的氧自由基，降低食品中氧自由基的含量。（2）延緩衰老，以銀耳多糖為代表，可以降低心肌組織中的脂褐質(zhì)含量，提高臟器活力，對(duì)細(xì)胞損傷起到修復(fù)效果。（3）緩解疲勞，疲勞是因?yàn)榧∪饧?xì)胞短暫缺血，生成大量腺苷酸，以硫辛酸為代表的生物活性化合物具有較強(qiáng)的抗氧化功能，能夠激發(fā)細(xì)胞活力，抵御機(jī)體疲勞。（4）抗腫瘤，生物活性化合物可以影響腫瘤細(xì)胞合成DNA，刺激T淋巴細(xì)胞產(chǎn)生抗體，從而抑制腫瘤細(xì)胞增殖生長(zhǎng)。（5）調(diào)節(jié)血脂和血糖，降低血液粘稠度，促進(jìn)血液循環(huán)，保護(hù)心血管系統(tǒng)。

二、食品組學(xué)的應(yīng)用現(xiàn)狀

1.定義。簡(jiǎn)單來說，食品組學(xué)是研究食品質(zhì)量和營(yíng)養(yǎng)問題的一種新技術(shù)，關(guān)注點(diǎn)在于食品安全，一方面提高食品的質(zhì)量、追溯食物的來源，另一方面從分子水平來分析食品中各類活性物質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)功能。目前，食品組學(xué)的應(yīng)用主要是了解生物活性化合物的營(yíng)養(yǎng)功能以及相關(guān)機(jī)制，如何從天然食物中提取出生物活性化合物，是整個(gè)研究工作的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

2.工具方法。在食品組學(xué)中，常用的工具方法有四個(gè)：（1）基因組學(xué)?；蚪M學(xué)可以了解基因組結(jié)構(gòu)，確定生物體的DNA序列，將其用于食品分析領(lǐng)域，一方面能夠評(píng)價(jià)作物改良效果，了解風(fēng)味形成的原因;另一方面能夠指導(dǎo)病蟲害防治工作，提高環(huán)境適應(yīng)能力。（2）轉(zhuǎn)錄組學(xué)。全局分析基因表達(dá)，可以分析生物活性成分對(duì)穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)的影響及其在慢性疾病中的作用，還可以分析基因組在轉(zhuǎn)錄過程中的變化，常用技術(shù)是DNA測(cè)序和微陣列技術(shù)。（3）代謝組學(xué)。這是研究生命系統(tǒng)的常用方法，例如細(xì)胞、組織、器官乃至整個(gè)生物體的代謝變化特征。結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，代謝組學(xué)主要有三種方法：一是靶分析，對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行定量分析;二是代謝分析，重點(diǎn)研究特定的代謝途徑;三是代謝指紋，研究根據(jù)細(xì)胞環(huán)境而變化的代謝物模式。（4）蛋白質(zhì)組學(xué)。以色譜、質(zhì)譜技術(shù)為例，在食品藥品分析領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，2D電泳、SDS-PAGE等技術(shù)也屬于蛋白質(zhì)組學(xué)范疇。目前，蛋白質(zhì)組學(xué)的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，涉及人體健康、生物醫(yī)學(xué)、植物研究、細(xì)菌病毒等，既能明確疾病發(fā)生機(jī)制，又能鑒定疾病標(biāo)志物。

三、食品組學(xué)在生物活性化合物

營(yíng)養(yǎng)功能特性研究中的應(yīng)用

1.轉(zhuǎn)錄組學(xué)的應(yīng)用。轉(zhuǎn)錄組學(xué)可以分析食物在加工貯藏過程中的分子變化和部分毒素的形成機(jī)制，鑒定病原微生物基因和生物活性化合物的健康效應(yīng)。以表達(dá)譜芯片和核糖核酸轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)（RNA-SEQ）為例，可以得到轉(zhuǎn)錄組的完整特征，對(duì)數(shù)千個(gè)轉(zhuǎn)錄序列進(jìn)行快速分析。國(guó)外學(xué)者采用轉(zhuǎn)錄組學(xué)，研究補(bǔ)充硫辛酸或限制能量對(duì)基因表達(dá)的影響，以大鼠為研究對(duì)象，結(jié)果證實(shí)限制能量，預(yù)防基因的表達(dá)會(huì)改變;限制能量的同時(shí)補(bǔ)充硫辛酸，保護(hù)基因會(huì)過量表達(dá)。

近年來，隨著人們生活水平的提高，糖尿病的發(fā)病率也在增高。一些生物活性化合物具有降糖功能，可用于糖尿病的防治工作。在一項(xiàng)研究中，研究人員對(duì)苦瓜、大蒜、番紅花的提取物進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)可以保護(hù)糖尿病動(dòng)物中β細(xì)胞的功能，從而發(fā)揮出抗糖尿病的? ? ? ? 效果。

2.代謝組學(xué)的應(yīng)用。代謝組學(xué)的特點(diǎn)是對(duì)小分子進(jìn)行定量分析，但是因?yàn)榇x產(chǎn)物較多、濃度動(dòng)態(tài)變化，單一的技術(shù)方法無法滿足分析要求，因此可將代謝分析和代謝指紋技術(shù)聯(lián)合起來應(yīng)用。比如，核磁共振技術(shù)（NMR）就是代謝分析和代謝指紋常用的技術(shù)方法，優(yōu)點(diǎn)是樣品制備簡(jiǎn)單、適用范圍廣、穩(wěn)定性和重現(xiàn)性高，缺點(diǎn)是靈敏度低。有學(xué)者采用NMR技術(shù)對(duì)枸杞漿果的結(jié)構(gòu)進(jìn)行鑒定，發(fā)現(xiàn)除了蘆丁、香草酸、咖啡酸以外，還有一種高含量的多酚，即N-阿魏酰酪胺二聚體。此外，質(zhì)譜技術(shù)因分辨率高、靈敏度高，和分離技術(shù)相結(jié)合也是一種常用的分析方法。以肉桂為例，采用氣相色譜-質(zhì)譜法分析在巨噬細(xì)胞中的抗炎活性，結(jié)果表明，通過調(diào)整一氧化氮、腫瘤壞死因子-α的水平，可以發(fā)揮出抗炎活性。

3.蛋白質(zhì)組學(xué)的應(yīng)用。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)多樣，隨著外界環(huán)境的變化，自身也會(huì)發(fā)生改變，研究工作具有一定難度。儀器設(shè)備的更新和基因組測(cè)序技術(shù)的進(jìn)步，推動(dòng)了蛋白質(zhì)組學(xué)的發(fā)展，可以監(jiān)測(cè)食物在加工前后的變化，定量分析致敏蛋白的含量。有學(xué)者以虎奶菇為對(duì)象，研究其對(duì)乳腺癌細(xì)胞的影響，采用電泳分離技術(shù)和液相色譜-電噴霧靜電場(chǎng)-質(zhì)譜技術(shù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)虎奶菇中的F5蛋白可以抵抗乳腺癌細(xì)胞增殖。在另一項(xiàng)研究中，研究人員制造心肌梗死大鼠模型，采用同位素標(biāo)記法和液相色譜-電噴霧靜電場(chǎng)-質(zhì)譜技術(shù)，分析植物中的活性成分對(duì)心肌損傷的影響，結(jié)果表明在植物化合物中，細(xì)胞壁多糖中的一些單糖可以改善心肌細(xì)胞，降低冠心病風(fēng)險(xiǎn)。另外，針對(duì)迷迭香提取物的研究發(fā)現(xiàn)，其可以降低結(jié)直腸癌的發(fā)生率，作用機(jī)制和蛋白質(zhì)調(diào)節(jié)、RNA轉(zhuǎn)錄修飾、氨基酸代謝等有關(guān)。

4.多組學(xué)聯(lián)用。多組學(xué)聯(lián)用能夠突出不同組學(xué)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，發(fā)揮出協(xié)同增效的作用，其中，如何整合不同組學(xué)技術(shù)的數(shù)據(jù)，是研究人員的處理重點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用中，兩種組學(xué)技術(shù)聯(lián)用比較常見，例如有學(xué)者將轉(zhuǎn)錄組學(xué)和代謝組學(xué)相結(jié)合，對(duì)迷迭香提取物進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)鼠尾草酸、鼠尾草酚等多酚化合物具有抗增殖作用，并且進(jìn)一步分析了這兩種化合物在作用機(jī)制上的差異。

綜上所述，食品問題已經(jīng)成為人們生活中的一個(gè)關(guān)注重點(diǎn)，分析生物活性化合物的營(yíng)養(yǎng)功能，能夠幫助人們更好地理解食物的特性。本文以轉(zhuǎn)錄組學(xué)、代謝組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)為例，詳細(xì)介紹了它們?cè)谏锘钚曰衔餇I(yíng)養(yǎng)功能特性研究中的應(yīng)用。未來，多組學(xué)聯(lián)用技術(shù)將成為一個(gè)新趨勢(shì)，旨在解決更加復(fù)雜的研究項(xiàng)目，確保人們的飲食安全與健康。

作者簡(jiǎn)介：吳航（1987-），男，陜西漢中人，碩士研究生，主要研究方向?yàn)椴枞~的加工技術(shù)及其相關(guān)食品質(zhì)量安全與營(yíng)養(yǎng)對(duì)人體健康的影響。