2024-06-12
食品在加工和貯藏過程中會經歷一系列的物理、化學和生物變化，這些變化直接影響食品的品質、安全性和營養價值。傳統方法往往聚焦于單一指標或特定成分的分析，難以全面捕捉食品的整體變化情況。隨著消費者對食品健康、安全及可持續性的要求不斷提高，開發能保持食品原有營養價值、減少添加劑使用、延長保質期的新技術和方法成為迫切需求。傳統的食品加工和貯藏技術在面對新型食品原料、功能食品開發以及應對食品安全新挑戰時顯得力不從心。因此，需要更先進的科學技術來推動食品行業的創新與發展。多組學技術是一種系統生物學方法，它整合了基因組學、轉錄組學、蛋白質組學、代謝組學以及微生物組學等多個層面的數據，以全面理解生物體或系統的功能、結構和相互作用。在食品加工與貯藏研究領域，多組學技術的應用為深入解析食品品質變化、安全控制、營養保持及新型食品開發等關鍵問題提供了強大的工具。多組學技術在食品加工與貯藏研究中的應用，不僅能夠深化我們對食品科學原理的理解，還能促進食品工業的技術革新，滿足日益增長的高品質、安全及健康食品的需求。
多組學在食品加工與貯藏研究中的應用思路
在食品加工與貯藏研究中，多組學方法的應用思路可以幫助揭示食品在加工和貯藏過程中的變化及其對食品質量的影響。以下是一些應用思路：
微生物組學分析：
微生物群落結構分析：通過16S rRNA基因測序或宏基因組測序等技術，研究食品樣品中微生物群落的結構變化，包括加工過程中和貯藏期間的微生物多樣性、豐度和組成變化。
功能基因組分析：利用功能潛能預測或宏基因組測序等技術，研究食品樣品中微生物的功能基因組，探索微生物在加工和貯藏過程中的代謝能力和功能特征。
基因組學分析：
基因表達譜分析：通過測定食品加工過程中和不同貯藏條件下的食品樣品的基因表達譜，了解基因在轉錄水平上的變化，揭示加工和貯藏對食品品質的影響。
基因組變異分析：研究食品中的基因組變異，包括單核苷酸多態性（SNP）和基因組結構變異等，探索與食品品質相關的潛在遺傳因素。
轉錄組學分析：
轉錄組表達分析：通過RNA測序等技術研究食品在加工和貯藏過程中基因的轉錄水平變化，識別差異表達基因，探索其與食品品質相關的調控機制。
非編碼RNA分析：研究微RNA和長非編碼RNA在食品加工和貯藏過程中的表達變化，了解其在調控食品品質方面的潛在作用。
蛋白質組學分析：
蛋白質組表達分析：通過質譜等技術研究食品中蛋白質的組成和表達水平變化，識別差異表達蛋白質，探究其與食品品質相關的調控機制。
蛋白質修飾分析：研究蛋白質在加工和貯藏過程中的翻譯后修飾變化，如磷酸化、糖基化等，揭示其對食品品質的影響。
代謝組學分析：
代謝物組分析：通過質譜和核磁共振等技術研究食品中代謝產物的組成和變化，識別差異代謝物，探索其與食品品質相關的代謝通路。
代謝通路分析：研究代謝通路在食品加工和貯藏過程中的變化，揭示代謝調控網絡對食品品質的影響。
數據整合與分析：
將多組學數據進行整合與分析，探索不同層面之間的關系和互作，從而全面理解食品加工和貯藏過程中的變化及其影響機制。
運用統計學和機器學習等方法，挖掘數據中的規律性和關聯性，為食品加工和貯藏過程中的質量控制提供科學依據。
通過綜合應用多組學方法，可以全面揭示食品加工和貯藏過程中的變化及其對食品質量的影響，為食品產業的技術改進和質量控制提供科學依據。
食品領域多組學案例分享
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1、Postharvest Biology and Technology：轉錄組+代謝組揭示β-葡萄糖苷酶抑制劑在草菇采后貯藏中的應用前景
草菇(Volvariella volvacea)又稱蘭花菇，味道鮮美，營養豐富，脂質含量低。低溫貯藏是大多數食用菌保存和運輸的常規方法。然而，在傳統的保存溫度(4℃)下，草菇會變軟、液化，甚至腐爛，這種現象被稱為“低溫自溶”。草菇的低溫自溶限制了這種商業栽培蘑菇的采后貯藏和銷售。已有研究表明，UBEV2特異性泛素結合酶E2 (UBEV2)（L345-0044）是一種有效防止低溫自溶的抑制劑。然而L345-0044作為食品防腐劑的安全性是有爭議的。因此，尋找一種更為安全的保存草菇的食品添加劑是十分必要的。本研究采用絕對定量轉錄組和代謝組學方法，分析在4℃條件下L345-0044處理后草菇子實體的基因和代謝產物變化，并揭示UBEV2介導的酶通路。本文提供了一種更為安全的方法來管理草菇的采后貯藏，并有望應用于商業栽培模式。
2、Postharvest Biology and Technology：多組學聯合分析揭示黃色金針菇采后氧化損傷的響應機制
金針菇因其風味鮮美、質地細嫩，具有生物活性以及營養豐富而在中國廣泛食用。目前，不合理的存儲和長途運輸限制了黃色金針菇的市場增長。迄今為止，尚未成功選育出抗褐變的黃色金針菇品種，且在蘑菇栽培行業沒有達成可靠的保存條件。本研究通過基因組、轉錄組、蛋白組的綜合多組學分析，對氧化處理和厭氧處理的金針菇進行了比較研究。本研究旨在探黃色金針菇氧化變質的必要基因和代謝途徑，解釋細胞在儲存過程中對氧化應激的響應，為黃色金針菇的保存提供實用建議，并有利于培育抗褐變品種。
3、Journal of Agricultural and Food Chemistry：轉錄組+代謝組聯合分析揭示鹽脅迫對粘紅酵母的類胡蘿卜素產量的影響
類胡蘿卜素是一組1100多種天然脂溶性色素分子，不僅可以用作天然著色劑，且具有促進健康的功效，在制藥、食品、飼料和化妝品行業中已經有廣泛的應用。人類無法合成類胡蘿卜素，因此必須在食物中補充這些化合物。粘紅酵母ZHK是一種含油脂的紅酵母，主要生產三種類胡蘿卜素：圓酵母素、紅酵母紅素和β-胡蘿卜素。相較于β-胡蘿卜素，圓酵母素、紅酵母紅素的研究較少，近期有研究表明這兩種類胡蘿卜素具有很強的抗氧化性能、且表現出較強的維生素A原和抗前列腺癌活性。因此進一步提高圓酵母素和紅酵母紅素的產量具有商業應用價值。盡管有大量的文獻介紹了環境因素對粘紅酵母中圓酵母素和紅酵母紅素生物合成效率的影響，但鹽脅迫的具體作用尚未研究。因此，本研究的主要目的是通過對轉錄組和代謝組的綜合分析，研究鹽脅迫對粘紅酵母ZHK產生圓酵母素和紅酵母紅素的影響，并確定其分子機制。
食品領域多組學文章集錦
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