基于LC-MS代谢组学技术探究铅胁迫大麦苗粉代谢产物及通路分析

通过模拟Pb污染区大麦种植,本研究采用液相色谱-质谱联用（LC-MS）代谢组学技术,结合主成分分析（PCA）、正交偏最小二乘法-判别分析（OPLS-DA）、层次聚类分析等多元统计学分析,探究Pb在大麦中的代谢通路及对大麦代谢物的动态变化影响。实验选用成苗期大麦（CMQ）和经Pb胁迫大麦（CMQPb）两组样本。共定性出84个代谢物,通过对显著代谢物进行筛选（p<0.05）共得到60个差异代谢物,发现Pb胁迫对大麦中有机酸及其衍生物、多酚类物质、多胺类物质、脂类及类脂质分子含量影响较大,说明Pb胁迫会对大麦苗营养成分产生一定影响。通过KEGG代谢通路分析,发现Pb胁迫对β-丙氨酸代谢影响最大。β-丙氨酸、二氢尿嘧啶、泛酸和尿嘧啶4个差异代谢物对大麦受Pb胁迫后的差异代谢分析具有重要意义。     

基于非靶向代谢组学分析副干酪乳杆菌发酵枸杞汁各阶段代谢差异

为研究副干酪乳杆菌NXU-19004发酵对枸杞汁品质特性的影响,采用气相色谱-质谱非靶向代谢组学技术对4 种不同阶段枸杞发酵液差异代谢物进行鉴定分析,结合主成分分析和偏最小二乘判别分析对其进行精确区分。再通过京都基因与基因组百科全书（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes,KEGG）数据库注释差异代谢物参与的代谢途径,从中筛选出关键代谢物。结果表明,4 种发酵液共检测到63 种非挥发性差异代谢物,其中氨基酸类、有机酸类、酯类等成分在枸杞发酵液中平均相对丰度总体呈上升趋势。多元统计分析结果显示,各样品之间差异显著,均有明显样本聚集区,表明代谢产物可用于甄别发酵阶段。共注释到47 条代谢途径,富集代谢产物较多且显著性高的关键通路有9 条,且多与氨基酸代谢相关,可见发酵阶段对枸杞发酵液中氨基酸类物质的代谢影响最大。进一步确认了关键代谢物为丙氨酸、柠檬烯、苯甲醛、苯甲酸、烟酰胺、烟酸、角鲨烯、脯氨酸、肌氨酸、2-苯基乙酰胺。该研究从代谢组学角度初步揭示了枸杞及其乳酸菌发酵产品的代谢产物差异性以及特征化合物,为进一步研究影响乳酸菌发酵形成差异的因素提供理论依据。     

储藏对稻谷代谢产物的影响研究

利用气相色谱-质谱联用(GC-MS)技术对查哈阳地理标志稻米保护区的稻谷样本以及储藏1年后的稻谷样本进行代谢组学研究,探讨储藏对稻谷代谢产物的影响。本实验采用主成分分析和正交偏最小二乘法-判别分析的多元统计分析以及层次聚类分析等方法对数据进行分析。结果显示,2021年和储藏样本分别定性到147、148个代谢产物,在数量上相差不大,但种类上存在差异。共筛选出39个差异代谢产物,层次聚类分析发现储藏前后稻谷代谢物的含量呈现反向变化趋势。代谢通路分析共筛选出8条与代谢物差异相关性最高的通路,可作为研究储藏对稻谷代谢通路影响中的参考物质。     

基于非靶向代谢组学的焙焦油莎豆粕精酿啤酒主发酵期代谢物变化研究

该研究利用非靶向代谢组学技术对油莎豆粕精酿啤酒主发酵期差异代谢物进行鉴定。结果表明,主成分分析（PCA）与偏最小二乘法判别分析（PLS-DA）反映出试验结果可信度高;层次聚类分析（HCA）结果显示平行样本具有相似的代谢物合成模式,且能够聚为同类;在啤酒主发酵期共鉴定到52种显著差异表达的代谢物,其中上调差异代谢物数目为30种,下调代谢物数目为22种。京都基因与基因组百科通路分析（KEGG）结果表明,ABC转运蛋白、中心碳代谢与氨基酸合成代谢、脂代谢、三羧酸循环代谢、碳代谢、氨酰-转移核糖核酸（tRNA）合成代谢等相关代谢途径在主酵期发挥了重要作用与生物学功能。研究成果为揭示本产品主发酵期代谢物形成及变化提供了基础理论信息。     

气相色谱-质谱联用代谢组学技术分析不同产地稻米代谢物

采用气相色谱-质谱联用的代谢组学手段,对黑龙江省2?个地理标志稻米产区的60?个水稻样本进行代谢组学研究,使用SIMCA软件和R软件对数据进行主成分分析、正交偏最小二乘-判别分析（orthogonal partial least square-discriminant analysis,OPLS-DA）等多元统计分析及代谢途径分析,探讨产地对稻米代谢及代谢产物的影响。结果共鉴定出167?个代谢产物,分析发现产地对稻米代谢物的数量、种类和含量均有影响,其中对含量的影响最显著。共筛选出32?个差异代谢物,层次聚类分析表明其可以作为产地鉴别的参考指标。OPLS-DA结果显示,两产地稻米区分显著,均有明显样本聚集区,说明产地对水稻代谢的影响很大。代谢途径分析共检索到与差异代谢物相关性高的9?条关键通路,发现不同产地对水稻中脂类和氨基酸类物质的代谢影响最大。脲基丙酸、角鲨烯、胆固醇、月桂酸、反丁烯二酸5?个代谢产物在不同产地水稻的代谢差异方面具有重要的参考意义。研究为稻米产地鉴别提供理论依据,为农产品产地溯源提供一定参考。     

基于UPLC-MS/MS的不同产地蜂糖李果实初生代谢差异分析

采用超高效液相色谱-串联质谱技术对贵州省3个产地的蜂糖李果实初生代谢物进行代谢组学研究，通过主成分分析、正交偏最小二乘判别分析（orthogonal partial least squares-discriminant analysis,OPLS-DA）等多元统计分析和代谢途径分析，探讨产地对蜂糖李初生代谢产物的影响。实验共鉴定出307种代谢物，分析发现产地对蜂糖李代谢物的种类和含量均有影响。良田蜂糖李相比六马蜂糖李存在13种差异代谢物，惠水蜂糖李相比六马蜂糖李、良田蜂糖李都存在49种差异代谢物。同时OPLS-DA结果表明，不同产地蜂糖李区分明显，均有显著样本聚集区，说明产地对蜂糖李初生代谢的影响很大。代谢通路分析发现，不同产地间蜂糖李初生代谢差异机制主要在于氨基酸类物质的代谢，对氨基酸类物质的影响最为显著。本研究可为蜂糖李产地鉴别提供理论依据，为蜂糖李产地溯源提供一定参考。     

不同产地稻花香水稻代谢产物差异分析

基于气相色谱与质谱联用（GC-MS）的代谢组学技术,对黑龙江省宁安市和五常市两个产地的水稻代谢产物与代谢差异进行研究。使用SIMCA软件和R软件对数据进行多元统计分析。结果表明,产地对稻花香水稻代谢物的数量、含量、种类及种类占比均具有影响,两产地水稻样本共定性到127个代谢物,筛选出22个差异代谢物,且发现产地对脂肪酸及其衍生物含量的影响最明显。代谢途径分析结果表明,不同产地间水稻代谢差异机制主要在于脂肪酸类物质的代谢,亚油酸、棕榈酸和富马酸是三种关键代谢物。本研究从代谢产物组成方面对不同产地的稻花香水稻代谢差异进行分析,可为水稻产地区分及农产品溯源提供理论支撑。     

基于广泛靶向代谢组学的浅黄色和紫色核桃内种皮成分差异分析

为了解核桃内种皮的主要代谢成分,同时比较不同颜色内种皮的成分差异。利用超高效液相色谱-串联质谱广泛靶向代谢组学的方法,通过聚类分析、样本相关性分析和正交偏最小二乘判别分析等方法,测定并比较相同生境下浅黄色和紫色核桃内种皮的代谢物质成分。结果表明：2 种核桃内种皮共检测出23 类680 种代谢物,其中658 种为两者共有,浅黄色有670 种,紫色668 种;2 种核桃内种皮筛选得到差异代谢物244 种,占共有代谢物的37.08%;其中,紫色内种皮相对浅黄色内种皮有93 种代谢物含量较高,占比为38.11%,151 种成分含量较低,占比为61.89%;244 种显著差异的代谢物主要分布在20 条代谢途径中,前5 条通路分别是次生代谢产物生物合成通路、黄酮类生物合成通路、黄酮和黄酮醇生物合成通路、环境微生物相关代谢通路和苯丙烷生物合成通路,分别包括代谢物90 种（36.89%）、48 种（19.67%）、37 种（15.16%）、30 种（12.30%）和23 种（9.43%）;紫色核桃内种皮花青素差异代谢物数量较多且含量较高,可能是造成内种皮颜色差异的因素之一。     

基于非靶向代谢组学分析黄桃果肉褐变过程中代谢产物的差异

以黄桃果实为试验材料,利用非靶向代谢组学研究其贮藏期间不同褐变程度果肉中的代谢物差异。采用主成分分析、聚类分析、正交偏最小二乘判别分析等方法分析不同褐变程度果肉中的差异代谢产物。结果表明:PE包装明显降低了黄桃果肉褐变指数,以无褐变的果肉为对照,共检出991种代谢物。在CK 12 d vs CK 0 d样本中,共检出206种显著上调代谢物和26种显著下调代谢物,而在PE 12 d vs CK 0 d样本中,共检出145种显著上调代谢物和58种显著下调代谢物。经HMDB通路分析,代谢物主要富集在13条通路中,其中,富集排名前6的通路分别是丙烷和聚酮化合物、脂质和类脂质分子、有机杂环化合物、有机酸及其衍生物、苯甲酸酯类、有机氧化合物。KEGG通路分析表明,代谢物主要富集在10条通路中,其中,富集排名前4的通路为其它次生代谢产物的生物合成、氨基酸代谢、辅因子和维生素的代谢通路,其它氨基酸代谢等通路。研究从代谢组学角度初步揭示了黄桃果肉褐变过程中代谢产物的差异性,为提高黄桃果实品质提供理论参考。     

应用液质联用代谢组学技术探究Pb2+胁迫对大麦籽粒中差异代谢物及关键通路的影响

为评估铅（Pb2+）污染对大麦籽粒的影响。该研究应用液相色谱-质谱联用（LC-MS）代谢组学技术，结合主成分分析（PCA）、偏最小二乘-判别分析（PLS-DA）等多元统计学方法，在正、负离子模式中，将Pb2+胁迫大麦籽粒（GS1600）与对照组（GSCK）中共筛选出50种差异代谢物。研究发现：Pb2+胁迫对大麦中的脂质和类脂分子、有机酸及衍生物、有机氧化合物、有机杂环化合物含量变化影响显著。并通过KEGG功能通路富集分析，筛选出16条代谢通路，其中4条代谢通路（柠檬酸循环、谷胱甘肽代谢、糖氧化物和二羧酸代谢、苯丙烷代谢）为命中差异代谢物的关键代谢通路。结果表明，大麦受到胁迫后，Pb2+通过影响氨基酸代谢、碳水化合物代谢、辅因子和维生素的代谢以及其他次生代谢产物的生物合成对大麦中脂质和类脂分子、苯环型化合物及有机氧化合物等代谢物产生显著影响。说明Pb2+胁迫会对大麦籽粒的营养价值和风味品质造成一定的影响。     

基于非靶向代谢组学分析老面酵头传代发酵过程中的代谢差异

以老面酵头为研究对象，采用基于超高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱（UHPLC-QTOF-MS）的非靶向代谢组学分析技术对老面酵头传代发酵过程的差异代谢物进行鉴定分析，并研究老面酵头传代发酵过程中的风味特征代谢物的相对含量变化和关键代谢通路。结果表明，传代发酵1代、2代和4代的代谢产物存在差异，共鉴定出54种差异代谢物，主要的差异代谢物种类为氨基酸及肽类、有机酸类和糖类。共检索到15条与差异代谢物相关性高的关键代谢通路和14种主要参与的差异代谢物，其中关键代谢物为D-麦芽糖、鞘氨醇、L-谷氨酸、纤维二糖、鞘磷脂、甘油磷酸胆碱。该研究从代谢组学角度初步揭示了老面酵头传代发酵过程的代谢产物差异性以及特征化合物，为进一步对老面酵头发酵过程中的风味调控机制提供理论依据。     

低能离子注入诱变酿酒酵母菌胞外代谢产物的差异性分析

基于代谢组学方法研究低能离子束诱变重组菌株N6076与原始菌株Kh08在不同发酵时期的差异性胞外代谢产物,并通过网络药理学探讨了相关代谢通路。结果表明,不同时期两种菌株的胞外代谢产物存在明显差异,鉴定出VIP1的15种代谢差异物,其中吲哚3-丙酸不仅作为共同的代谢产物,而且其差异性也最为显著。基于网络药理学的差异代谢物的通路分析,结果表明该重组菌株中有四条代谢通路存在显著性差异,分别是:醚脂代谢、糖基磷脂酰肌醇(GPI)-锚定生物合成、泛酸和Co A的生物合成、甘油磷脂。论文研究为进一步认识重组酵母菌的代谢差异提供了科学依据,为下一步的菌种改良提供可能的驯化方向。     

嗜黏蛋白阿克曼氏菌ATCC BAA-835肠道益生作用的体外评价

嗜黏蛋白阿克曼氏菌(Akkermansia muciniphila,Akk)具有良好的肠道益生作用,与宿主肠道健康、代谢、神经等生理状态密切相关。研究采用体外厌氧培养的方法评价1株Akk模式菌株(ATCC BAA-835)的肠道益生作用,从菌株水平考查菌株对模拟胃肠环境的耐受性、对Caco-2细胞的黏附性,以及利用低聚糖产短链脂肪酸和形成生物膜的能力。结果表明,Akk对人工胃肠液和胆盐的耐受性良好,能够黏附在分化的Caco-2细胞微绒毛尖端上。Akk在低聚糖培养基中生长良好,培养12 h内快速消耗还原糖并产生短链脂肪酸,乙酸产量最高,其次是丁酸。Akk自身具有弱生物膜形成能力,低聚糖可显著提高其成膜能力,在壳寡糖质量浓度为250μg/mL时,Akk具有中等生物膜形成能力。该研究借助微生物纯培养与细胞模型等体外研究方法,进一步了解了Akk发挥肠道益生作用的微生物学基础。     

Metabolic footprint analysis of volatile metabolites to discriminate between different key time points in the fermentation and storage of starter cultures and probiotic Lactobacillus casei Zhang milk

Interest has been growing in the co-fermentation of starter cultures with probiotic bacteria in milk. However, the representative metabolites and metabolic changes at different key time points during milk fermentation and storage in starter cultures and probiotic bacteria are still unclear. In this study, we used gas chromatography/mass spectrometry–based metabolomics to identify volatile metabolites and discriminate between 6 different time points [fermentation initiation (FI), fermentation curd (FC), fermentation termination (FT), storage 1 d (S1d), storage 7 d (S7d), and storage 14 d (S14d)] during the fermentation and storage of starter cultures and Lactobacillus casei Zhang milk. Of the 52 volatile metabolites identified, 15 contributed to discrimination of the 6 time points. Then, using the profile from the different time points, we analyzed pairwise comparisons (FI vs. FC; FC vs. FT; FT vs. S1d; S1d vs. S7d; S7d vs. S14d); these time-lapse comparisons showed metabolic progressions from one fermentation stage to the next. We found representative and exclusive metabolites at specific fermentation and storage time points. The greatest difference in metabolites occurred between FC and FT, and the metabolic profiles between S7d and S14d were most similar. Interestingly, decanoic acid, octanoic acid, and hexanoic acid reached their highest level at storage 14 d, indicating that the post-fermentation storage of fermented milk with L. casei Zhang may add more probiotic functions. This work provides detailed insight into the time-specific profiles of volatile metabolites and their dynamic changes; these data may be used for understanding and eventually predicting metabolic changes in milk fermentation and storage, where probiotic strains may be used.     

基于GC-TOF-MS的大黄鱼鱼卵鱼露快速发酵过程中代谢产物分析

为了解大黄鱼鱼卵鱼露快速发酵过程中代谢产物的差异及变化，采用气相色谱-飞行时间质谱技术对发酵30 d的大黄鱼鱼卵鱼露进行监测。对所得的数据进行多元统计分析，根据统计学上显著差异P值不大于0.05，且正交偏最小二乘判别分析第1主成分变量重要性值投影值不小于1的条件对差异代谢物进行筛选并进行凝聚层次聚类。结果表明：大黄鱼鱼卵鱼露发酵过程中的显著差异代谢产物共有46 种，其中包括10 种糖、9 种醇、7 种氨基酸、6 种有机酸、4 种酯、3 种醛、1 种脂肪酸以及6 种其他化合物。差异代谢产物主要参与的代谢通路为缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸的生物合成，蛋白质消化吸收，半乳糖代谢，氨酰-tRNA生物合成，甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢，硫代葡萄糖苷生物合成，三羧酸循环，氨基酸的生物合成，莽草酸类生物碱的生物合成，磷酸肌醇代谢，不饱和脂肪酸的生物合成。所映射出的15 种极显著差异代谢物中氨基酸类代谢物参与了多条代谢通路。本研究结果为大黄鱼鱼卵鱼露的工业化提供一定理论依据。     

Metabolomic analysis of significant changes in Lactobacillus casei Zhang during culturing to generation 4,000 under conditions of glucose restriction

Lactic acid bacteria are being consumed more frequently as awareness of their health benefits has increased. The industrial production of lactic acid bacteria requires a comprehensive understanding of their survival stress, especially regarding changes in metabolic substances in a glucose-limited environment. In the present study, a metabolomic approach was applied to investigate Lactobacillus casei Zhang using cultures from a common ancestor that were permitted to evolve under conditions with normal or glucose-restricted media for up to 4,000 generations. Metabolomic analyses of intracellular and extracellular differential metabolites under De Man, Rogosa and Sharpe broth (2% vol/vol glucose; Oxoid Ltd., Basingstoke, UK) and glucose-restricted (0.02% vol/vol glucose in De Man, Rogosa and Sharpe broth) conditions were performed at generations 0, 2,000, and 4,000 and revealed 23 different metabolites. Myristic acid, ergothioneine, Lys-Thr, and palmitamide contents exhibited significant reductions between 0 and 4,000 generations, whereas nicotinate, histidine, palmitic acid, l-lysine, urocanate, thymine, and other substances increased. The dynamics of the pathways involved in AA metabolism, including glycine, serine, and threonine metabolism, histidine metabolism, lysine degradation, and arginine and proline metabolism, were also a focus of the present study. There were also changes in several other metabolic pathways, including vitamin B₆, thiamine, nicotinate, and nicotinamide, according to generation time. Additionally, in the present study we screened for key metabolites involved in the glucose-restricted response and provided a theoretical basis for comprehensively revealing the regulatory mechanisms associated with L. casei Zhang glucose restriction at the metabolic level. These findings also provide novel ideas and methods for analyzing the glucose-restricted stress response at the metabolic level.     

Comparison of volatile metabolic profiles in fermented milk of Streptococcus thermophilus during the postripening period at different incubation temperatures

Streptococcus thermophilus has been extensively applied in fermented milk. This study used gas chromatography-ion mobility spectroscopy to determine and evaluate the volatile metabolites in raw milk, milk fermented at 37°C, and milk fermented at 42°C. Ten discriminatory volatile metabolites were identified at different incubation temperatures: acetone, 2-heptanone, 2-pentanone, 2-hexanone, butanal, hexanal, ethyl acetate, 3-methylbutanal, 3-methylbutanoic acid, and 2-methylpropanoic acid, indicating that fermentation temperature affected the spectrum of volatiles in milk fermented by different strains of S. thermophilus. Specifically, fermentation at 37°C led to accumulation of short-chain fatty acids, whereas fermentation at 42°C enriched ketones and other flavor substances in the fermented milk, enhancing the flavor of the product. This work examined the differences between the volatile metabolites produced by different S. thermophilus strains fermented at different temperatures to evaluate the effect of temperature on the metabolic pathways.     

发酵条件对酸樱桃发酵汁挥发性风味物质的影响探究

目的 考察发酵条件对酸樱桃发酵汁中风味物质的影响。方法 利用3株乳酸菌发酵酸樱桃汁, 以pH为指标明确最佳发酵菌种和稀释比例。随后利用气相色谱-离子迁移谱法(gas chromatography-ion mobility spectrometry, GC-IMS)探究糖添加量、pH、氮源、稀释比例对发酵挥发性风味物质的影响。结果 最佳发酵菌为鼠李糖乳杆菌(Lactobacillus GG, LGG), 最佳稀释比例为1:3, 氮源对挥发性风味物质几乎没有影响; 而不同添加量的碳源(葡萄糖)导致发酵液乙偶姻、双乙酰等含量差异; 随着pH增加, 乙偶姻、双乙酰、2-戊酮等含量显著升高; 稀释比例通过影响发酵原汁的浓度导致发酵后风味物质乙偶姻含量显著增加、2-戊酮含量显著降低。进一步差异比对3株乳酸菌酸樱桃发酵汁的风味, 发现LGG代谢脂肪酸可产生较多的2-庚酮及2-戊酮。结论 菌种、糖添加量、稀释比例、起始pH均可导致发酵液中乙偶姻、2-庚酮及2-戊酮等挥发性风味物质产生显著影响, 本研究为酸樱桃的加工利用提供理论指导。