食品组学在生物活性化合物 营养功能特性研究中的应用

随着科学技术的迅猛发展，在生物学领域开展研究时，单一的研究方法无法解决全部问题，于是组学概念作为一种新兴技术得以出现并应用，近年来的相关研究也不断深入。其中，食品组学是将生物信息技术、组学分析技术相结合，对食品开展分析的方法，能够帮助人们更好地了解食品、汲取营养。笔者结合自身经验，从生物活性化合物的类别和营养功能入手，介绍了食品组学的应用现状，阐述了食品组学在生物活性化合物营养功能特性研究中的应用，以期提高食品的营养和安全特性。

一、生物活性化合物的類别和营养功能

1.类别。在食品生产加工中，生物活性化合物作为功能基料，主要作用是提高体质、保持健康。在目前的研究成果中，生物活性化合物包含11类，其中多糖类及膳食纤维、甜味剂类、油脂类、维生素类、矿物元素类比较常见。

2.营养功能。生物活性化合物的营养功能包括：（1）增强免疫力，典型代表是蛋白质、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）延缓衰老，以银耳多糖为代表，可以降低心肌组织中的脂褐质含量，提高脏器活力，对细胞损伤起到修复效果。（3）缓解疲劳，疲劳是因为肌肉细胞短暂缺血，生成大量腺苷酸，以硫辛酸为代表的生物活性化合物具有较强的抗氧化功能，能够激发细胞活力，抵御机体疲劳。（4）抗肿瘤，生物活性化合物可以影响肿瘤细胞合成DNA，刺激T淋巴细胞产生抗体，从而抑制肿瘤细胞增殖生长。（5）调节血脂和血糖，降低血液粘稠度，促进血液循环，保护心血管系统。

二、食品组学的应用现状

1.定义。简单来说，食品组学是研究食品质量和营养问题的一种新技术，关注点在于食品安全，一方面提高食品的质量、追溯食物的来源，另一方面从分子水平来分析食品中各类活性物质的营养功能。目前，食品组学的应用主要是了解生物活性化合物的营养功能以及相关机制，如何从天然食物中提取出生物活性化合物，是整个研究工作的关键环节。

2.工具方法。在食品组学中，常用的工具方法有四个：（1）基因组学。基因组学可以了解基因组结构，确定生物体的DNA序列，将其用于食品分析领域，一方面能够评价作物改良效果，了解风味形成的原因;另一方面能够指导病虫害防治工作，提高环境适应能力。（2）转录组学。全局分析基因表达，可以分析生物活性成分对稳态调节的影响及其在慢性疾病中的作用，还可以分析基因组在转录过程中的变化，常用技术是DNA测序和微阵列技术。（3）代谢组学。这是研究生命系统的常用方法，例如细胞、组织、器官乃至整个生物体的代谢变化特征。结合实际应用，代谢组学主要有三种方法：一是靶分析，对目标物进行定量分析;二是代谢分析，重点研究特定的代谢途径;三是代谢指纹，研究根据细胞环境而变化的代谢物模式。（4）蛋白质组学。以色谱、质谱技术为例，在食品药品分析领域应用广泛，2D电泳、SDS-PAGE等技术也属于蛋白质组学范畴。目前，蛋白质组学的应用范围不断扩大，涉及人体健康、生物医学、植物研究、细菌病毒等，既能明确疾病发生机制，又能鉴定疾病标志物。

三、食品组学在生物活性化合物

营养功能特性研究中的应用

1.转录组学的应用。转录组学可以分析食物在加工贮藏过程中的分子变化和部分毒素的形成机制，鉴定病原微生物基因和生物活性化合物的健康效应。以表达谱芯片和核糖核酸转录组测序技术（RNA-SEQ）为例，可以得到转录组的完整特征，对数千个转录序列进行快速分析。国外学者采用转录组学，研究补充硫辛酸或限制能量对基因表达的影响，以大鼠为研究对象，结果证实限制能量，预防基因的表达会改变;限制能量的同时补充硫辛酸，保护基因会过量表达。

近年来，随着人们生活水平的提高，糖尿病的发病率也在增高。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。在一项研究中，研究人员对苦瓜、大蒜、番红花的提取物进行分析，发现可以保护糖尿病动物中β细胞的功能，从而发挥出抗糖尿病的        效果。

2.代谢组学的应用。代谢组学的特点是对小分子进行定量分析，但是因为代谢产物较多、浓度动态变化，单一的技术方法无法满足分析要求，因此可将代谢分析和代谢指纹技术联合起来应用。比如，核磁共振技术（NMR）就是代谢分析和代谢指纹常用的技术方法，优点是样品制备简单、适用范围广、稳定性和重现性高，缺点是灵敏度低。有学者采用NMR技术对枸杞浆果的结构进行鉴定，发现除了芦丁、香草酸、咖啡酸以外，还有一种高含量的多酚，即N-阿魏酰酪胺二聚体。此外，质谱技术因分辨率高、灵敏度高，和分离技术相结合也是一种常用的分析方法。以肉桂为例，采用气相色谱-质谱法分析在巨噬细胞中的抗炎活性，结果表明，通过调整一氧化氮、肿瘤坏死因子-α的水平，可以发挥出抗炎活性。

3.蛋白质组学的应用。蛋白质结构多样，随着外界环境的变化，自身也会发生改变，研究工作具有一定难度。仪器设备的更新和基因组测序技术的进步，推动了蛋白质组学的发展，可以监测食物在加工前后的变化，定量分析致敏蛋白的含量。有学者以虎奶菇为对象，研究其对乳腺癌细胞的影响，采用电泳分离技术和液相色谱-电喷雾静电场-质谱技术，结果发现虎奶菇中的F5蛋白可以抵抗乳腺癌细胞增殖。在另一项研究中，研究人员制造心肌梗死大鼠模型，采用同位素标记法和液相色谱-电喷雾静电场-质谱技术，分析植物中的活性成分对心肌损伤的影响，结果表明在植物化合物中，细胞壁多糖中的一些单糖可以改善心肌细胞，降低冠心病风险。另外，针对迷迭香提取物的研究发现，其可以降低结直肠癌的发生率，作用机制和蛋白质调节、RNA转录修饰、氨基酸代谢等有关。

4.多组学联用。多组学联用能够突出不同组学技术的优势，发挥出协同增效的作用，其中，如何整合不同组学技术的数据，是研究人员的处理重点。在实际应用中，两种组学技术联用比较常见，例如有学者将转录组学和代谢组学相结合，对迷迭香提取物进行分析，发现鼠尾草酸、鼠尾草酚等多酚化合物具有抗增殖作用，并且进一步分析了这两种化合物在作用机制上的差异。

综上所述，食品问题已经成为人们生活中的一个关注重点，分析生物活性化合物的营养功能，能够帮助人们更好地理解食物的特性。本文以转录组学、代谢组学、蛋白质组学为例，详细介绍了它们在生物活性化合物营养功能特性研究中的应用。未来，多组学联用技术将成为一个新趋势，旨在解决更加复杂的研究项目，确保人们的饮食安全与健康。

作者简介：吴航（1987-），男，陕西汉中人，硕士研究生，主要研究方向为茶叶的加工技术及其相关食品质量安全与营养对人体健康的影响。