2024-06-12
食品在加工和贮藏过程中会经历一系列的物理、化学和生物变化，这些变化直接影响食品的品质、安全性和营养价值。传统方法往往聚焦于单一指标或特定成分的分析，难以全面捕捉食品的整体变化情况。随着消费者对食品健康、安全及可持续性的要求不断提高，开发能保持食品原有营养价值、减少添加剂使用、延长保质期的新技术和方法成为迫切需求。传统的食品加工和贮藏技术在面对新型食品原料、功能食品开发以及应对食品安全新挑战时显得力不从心。因此，需要更先进的科学技术来推动食品行业的创新与发展。多组学技术是一种系统生物学方法，它整合了基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学以及微生物组学等多个层面的数据，以全面理解生物体或系统的功能、结构和相互作用。在食品加工与贮藏研究领域，多组学技术的应用为深入解析食品品质变化、安全控制、营养保持及新型食品开发等关键问题提供了强大的工具。多组学技术在食品加工与贮藏研究中的应用，不仅能够深化我们对食品科学原理的理解，还能促进食品工业的技术革新，满足日益增长的高品质、安全及健康食品的需求。
多组学在食品加工与贮藏研究中的应用思路
在食品加工与贮藏研究中，多组学方法的应用思路可以帮助揭示食品在加工和贮藏过程中的变化及其对食品质量的影响。以下是一些应用思路：
微生物组学分析：
微生物群落结构分析：通过16S rRNA基因测序或宏基因组测序等技术，研究食品样品中微生物群落的结构变化，包括加工过程中和贮藏期间的微生物多样性、丰度和组成变化。
功能基因组分析：利用功能潜能预测或宏基因组测序等技术，研究食品样品中微生物的功能基因组，探索微生物在加工和贮藏过程中的代谢能力和功能特征。
基因组学分析：
基因表达谱分析：通过测定食品加工过程中和不同贮藏条件下的食品样品的基因表达谱，了解基因在转录水平上的变化，揭示加工和贮藏对食品品质的影响。
基因组变异分析：研究食品中的基因组变异，包括单核苷酸多态性（SNP）和基因组结构变异等，探索与食品品质相关的潜在遗传因素。
转录组学分析：
转录组表达分析：通过RNA测序等技术研究食品在加工和贮藏过程中基因的转录水平变化，识别差异表达基因，探索其与食品品质相关的调控机制。
非编码RNA分析：研究微RNA和长非编码RNA在食品加工和贮藏过程中的表达变化，了解其在调控食品品质方面的潜在作用。
蛋白质组学分析：
蛋白质组表达分析：通过质谱等技术研究食品中蛋白质的组成和表达水平变化，识别差异表达蛋白质，探究其与食品品质相关的调控机制。
蛋白质修饰分析：研究蛋白质在加工和贮藏过程中的翻译后修饰变化，如磷酸化、糖基化等，揭示其对食品品质的影响。
代谢组学分析：
代谢物组分析：通过质谱和核磁共振等技术研究食品中代谢产物的组成和变化，识别差异代谢物，探索其与食品品质相关的代谢通路。
代谢通路分析：研究代谢通路在食品加工和贮藏过程中的变化，揭示代谢调控网络对食品品质的影响。
数据整合与分析：
将多组学数据进行整合与分析，探索不同层面之间的关系和互作，从而全面理解食品加工和贮藏过程中的变化及其影响机制。
运用统计学和机器学习等方法，挖掘数据中的规律性和关联性，为食品加工和贮藏过程中的质量控制提供科学依据。
通过综合应用多组学方法，可以全面揭示食品加工和贮藏过程中的变化及其对食品质量的影响，为食品产业的技术改进和质量控制提供科学依据。
食品领域多组学案例分享
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1、Postharvest Biology and Technology：转录组+代谢组揭示β-葡萄糖苷酶抑制剂在草菇采后贮藏中的应用前景
草菇(Volvariella volvacea)又称兰花菇，味道鲜美，营养丰富，脂质含量低。低温贮藏是大多数食用菌保存和运输的常规方法。然而，在传统的保存温度(4℃)下，草菇会变软、液化，甚至腐烂，这种现象被称为“低温自溶”。草菇的低温自溶限制了这种商业栽培蘑菇的采后贮藏和销售。已有研究表明，UBEV2特异性泛素结合酶E2 (UBEV2)（L345-0044）是一种有效防止低温自溶的抑制剂。然而L345-0044作为食品防腐剂的安全性是有争议的。因此，寻找一种更为安全的保存草菇的食品添加剂是十分必要的。本研究采用绝对定量转录组和代谢组学方法，分析在4℃条件下L345-0044处理后草菇子实体的基因和代谢产物变化，并揭示UBEV2介导的酶通路。本文提供了一种更为安全的方法来管理草菇的采后贮藏，并有望应用于商业栽培模式。
2、Postharvest Biology and Technology：多组学联合分析揭示黄色金针菇采后氧化损伤的响应机制
金针菇因其风味鲜美、质地细嫩，具有生物活性以及营养丰富而在中国广泛食用。目前，不合理的存储和长途运输限制了黄色金针菇的市场增长。迄今为止，尚未成功选育出抗褐变的黄色金针菇品种，且在蘑菇栽培行业没有达成可靠的保存条件。本研究通过基因组、转录组、蛋白组的综合多组学分析，对氧化处理和厌氧处理的金针菇进行了比较研究。本研究旨在探黄色金针菇氧化变质的必要基因和代谢途径，解释细胞在储存过程中对氧化应激的响应，为黄色金针菇的保存提供实用建议，并有利于培育抗褐变品种。
3、Journal of Agricultural and Food Chemistry：转录组+代谢组联合分析揭示盐胁迫对粘红酵母的类胡萝卜素产量的影响
类胡萝卜素是一组1100多种天然脂溶性色素分子，不仅可以用作天然着色剂，且具有促进健康的功效，在制药、食品、饲料和化妆品行业中已经有广泛的应用。人类无法合成类胡萝卜素，因此必须在食物中补充这些化合物。粘红酵母ZHK是一种含油脂的红酵母，主要生产三种类胡萝卜素：圆酵母素、红酵母红素和β-胡萝卜素。相较于β-胡萝卜素，圆酵母素、红酵母红素的研究较少，近期有研究表明这两种类胡萝卜素具有很强的抗氧化性能、且表现出较强的维生素A原和抗前列腺癌活性。因此进一步提高圆酵母素和红酵母红素的产量具有商业应用价值。尽管有大量的文献介绍了环境因素对粘红酵母中圆酵母素和红酵母红素生物合成效率的影响，但盐胁迫的具体作用尚未研究。因此，本研究的主要目的是通过对转录组和代谢组的综合分析，研究盐胁迫对粘红酵母ZHK产生圆酵母素和红酵母红素的影响，并确定其分子机制。
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