王越男,孫天松

（內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)乳品生物技術(shù)與工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，呼和浩特010018）

代謝組學(xué)在乳酸菌發(fā)酵食品和功能食品中的應(yīng)用

王越男,孫天松

（內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)乳品生物技術(shù)與工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，呼和浩特010018）

對乳酸菌代謝組學(xué)研究中樣品的制備、分析鑒定和數(shù)據(jù)分析等主要方法進(jìn)行概述,并介紹了乳酸菌代謝組學(xué)在發(fā)酵食品中和益生菌食品對腸道的影響的應(yīng)用。

代謝組學(xué)；乳酸菌；發(fā)酵食品；益生菌；功能食品

0 引言

乳酸菌是一類革蘭氏染色呈陽性的桿菌或球菌、不形成芽孢、不運(yùn)動(dòng)、過氧化氫酶試驗(yàn)呈陰性、對葡萄糖發(fā)酵能產(chǎn)生50%以上乳酸，而且在缺少氧氣的環(huán)境中生長良好的兼性厭氧性細(xì)菌的總稱[1]。乳酸菌在自然界分布廣泛，可棲居于人和各種動(dòng)物的消化道及其它器官內(nèi)。在土壤、植物根際和許多人類食品、動(dòng)物的飼料，還有自然界的湖泊和河水、污泥以及一些臨床樣品中都發(fā)現(xiàn)有乳酸菌的存在[2]。它們在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、和醫(yī)藥等與人類生活密切相關(guān)的重要領(lǐng)域具有很高的應(yīng)用價(jià)值[3]。幾千年以前，人類就開始利用乳酸菌自然發(fā)酵來保藏食品，長期以來，乳酸菌廣泛應(yīng)用于乳制品、蔬菜及肉制品的發(fā)酵與防腐中。而且，乳酸菌是篩選益生菌菌種的主要來源之一。

20世紀(jì)90年代初以來,隨著基因組學(xué)(genomics)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)(transcriptomics)和蛋白質(zhì)組學(xué)(proteomics)的發(fā)展，代謝組學(xué)(metabonomics)作為一種檢測生物體整體水平代謝特征的組學(xué)技術(shù)應(yīng)用而生[4-5]。與轉(zhuǎn)錄組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)是在基因的轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后的蛋白質(zhì)翻譯與修飾水平上研究基因功能相比，代謝組學(xué)是通過考察生物體系受刺激其代謝產(chǎn)物的變化或其隨時(shí)間的變化，來研究生物體系的代謝途徑的一種技術(shù)[6-7]。因此，代謝組學(xué)是在整體水平上反應(yīng)生物體基因與環(huán)境因素互作的結(jié)果，是功能基因組學(xué)的重要發(fā)展，以及系統(tǒng)生物學(xué)的重要組成部分[8-9]。

代謝組學(xué)能夠高通量的鑒定和定量在代謝過程中的代謝物的變化[10]。代謝組學(xué)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于藥物科學(xué)[11]、食品科學(xué)和營養(yǎng)科學(xué)[12]。目前最常用的代謝組學(xué)分析技術(shù)為高分辨率質(zhì)子核磁共振（NMR），液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用聯(lián)用（LC-MS）和氣相色譜-質(zhì)譜（GC-MS）[13]。本文介紹了乳酸菌代謝組學(xué)的研究方法及代謝組學(xué)在發(fā)酵食品中和益生菌食品對腸道的影響的應(yīng)用。

1 乳酸菌代謝組學(xué)的研究方法

代謝組學(xué)力求分析生物體系中的所有代謝產(chǎn)物,因此整個(gè)過程中盡可能的保留和反映總的代謝產(chǎn)物的信息。乳酸菌代謝組學(xué)的研究主要包括實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、樣品處理、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)分析、生物學(xué)解釋和結(jié)論等。

1.1 樣品制備

乳酸菌代謝物的樣品的制備主要包括乳酸菌的培養(yǎng)、樣品的淬滅和代謝物的提取。樣品的預(yù)處理方法與研究對象、分析目和采用的分析技術(shù)有關(guān)。

在樣品淬滅和代謝物的提取過程中，許多研究者采用液氮冷凍或高氯酸滅活技術(shù)，但這種技術(shù)是植物和動(dòng)物代謝組學(xué)研究中主要使用的滅活方法，并不適用于微生物的研究。而冷甲醇和液氮是微生物代謝組學(xué)研究中最常用的淬滅方法，目前這種方法在L. lactis和E.coli等中均有應(yīng)用[14]。Magda Faijes[15]等研究了L.plantarum在代謝過程中樣品的淬滅和提取。研究發(fā)現(xiàn)含有0.85%碳酸銨的60%冷甲醇(pH=5.5)的淬滅效果顯著，而對于冷甲醇、沸騰的乙醇和高氯酸提取L.plantarum胞內(nèi)代謝物效果較好。Mingming Chen[16]等人分別應(yīng)用-40°C的60%甲醇/水、80%甲醇/水和80%甲醇/甘油三種方式淬滅保加利亞乳桿菌，并結(jié)合光密度(OD)回收率實(shí)驗(yàn)、流式細(xì)胞術(shù)和氣質(zhì)聯(lián)用(GC-MS)分析菌體細(xì)胞完整性和細(xì)胞內(nèi)外代謝物，結(jié)果發(fā)現(xiàn)采用80%冷甲醇/水更適用于淬滅保加利亞乳桿菌,能有效減少代謝物泄露程度和增加胞內(nèi)代謝物水平。冷甲醇的淬滅方法并不適用所有的乳酸菌，它也可能會(huì)引起其他乳酸菌胞內(nèi)代謝物的泄露，K B J?pelt[17]等人應(yīng)用冷甲醇緩沖液和冷甘油鹽兩種方式淬滅Lactobacillus paracasei subsp.Paracasei，發(fā)現(xiàn)冷甲醇緩沖液和碘化丙啶相結(jié)合的方法導(dǎo)致Lactobacillus paraca?sei subsp.Paracasei的細(xì)胞膜大約100%被破壞，大量的代謝物泄露，而在冷甘油鹽溶液中，細(xì)胞膜的完整性良好，代謝物的泄露程度有效的減少。因此，利用代謝組學(xué)分析細(xì)胞內(nèi)的代謝物，淬滅方法的選擇是后續(xù)分析的關(guān)鍵。

1.2 代謝產(chǎn)物的測定

代謝產(chǎn)物的測定是代謝組學(xué)分析的核心，常用的代謝組學(xué)的三種分析方法是NMR、LC-MS和GC-MS，這些分析方法都可以鑒定代謝物的結(jié)構(gòu)和測定分子濃度[18-19]。

核磁共振光譜(NMR)技術(shù)樣品預(yù)處理方法簡單，能夠快速準(zhǔn)確的對樣品進(jìn)行高通量分析。在乳酸菌代謝組學(xué)測定分析中應(yīng)用較為廣泛還有氣相色譜-質(zhì)譜(GC-MS)和液相色譜-質(zhì)譜(LC-MS),這兩種技術(shù)可以檢測包括糖、糖醇、有機(jī)酸、氨基酸、脂肪酸以及大量次級代謝物在內(nèi)的數(shù)百種化合物[20]。

1.3 數(shù)據(jù)的分析

數(shù)據(jù)采集后針對來自不同分析平臺的原始譜圖進(jìn)行去噪、校正保留時(shí)間、峰提取等預(yù)處理,并結(jié)合多元統(tǒng)計(jì)學(xué)和生物信息學(xué)的方法將數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，找出生物標(biāo)志物[21]。代謝組學(xué)數(shù)據(jù)分析采用MSFACTs[22]和XCMS[23]等分析軟件結(jié)合常見的微生物代謝數(shù)據(jù)庫BioCy、MctaCyc、EMP等[24]，找出差異的生物標(biāo)志物。

2 乳酸菌代謝組學(xué)的應(yīng)用研究

代謝組學(xué)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于藥物毒性和機(jī)理研究、微生物和植物研究、疾病診斷和動(dòng)物模型、食品及營養(yǎng)學(xué)及基因功能的闡明等領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用[25-26]。近年來,代謝組學(xué)又在乳酸菌代謝途徑研究及代謝工程、發(fā)酵工藝的監(jiān)控和優(yōu)化以及乳酸菌和疾病的關(guān)系等研究方面取得了新的突破和進(jìn)展。

2.1 代謝組學(xué)在乳酸菌發(fā)酵食品中的應(yīng)用

代謝組學(xué)是研究在特定的條件下所有的代謝物，代謝產(chǎn)物能夠反映細(xì)胞的基因和環(huán)境的相互作用，代謝組學(xué)對特定環(huán)境中的細(xì)胞狀態(tài)給出了公證的評價(jià)[27-28]。

乳酸菌在不同的環(huán)境下會(huì)產(chǎn)生大量的代謝產(chǎn)物，主要是碳水化合物、揮發(fā)性的醇、酮、氨基酸、短鏈有機(jī)酸、長鏈脂肪酸和一些復(fù)雜的成分（抑菌物質(zhì)、肽類等），所以監(jiān)測乳酸菌代謝過程中產(chǎn)物的變化變得尤為重要[29-31]。L.acidophilus NCFM是一株具有益生特性的菌株，從1972年開始就已經(jīng)應(yīng)用于發(fā)酵食品中。Karolina Sulek[32]等人利用代謝組學(xué)技術(shù)研究了L.aci?dophilus NCFM在不同pH值下的代謝圖譜，發(fā)現(xiàn)在培養(yǎng)基中L.acidophilus NCFM能夠提高乳酸、琥珀酸、腺嘌呤和精氨酸的濃度，在pH值為5和7的條件下代謝物沒有明顯的變化，這就意味著其他因素也許比pH值這個(gè)因素更大影響其在腸道的定植。Kamalrul Azlan[33]等研究了在不同培養(yǎng)溫度（30℃和37℃）下L.lactis的代謝圖譜，研究發(fā)現(xiàn)，在30℃和37℃（不攪拌的情況下），主要的代謝產(chǎn)物是伯醇、醛、酮和有機(jī)酸。在30℃攪拌的培養(yǎng)條件下，代謝產(chǎn)物最為豐富的是天冬氨酸、谷氨酸、精氨酸、絲氨酸、蘇氨酸、苯丙氨酸和酪氨酸。Margreet I.Pastink等人利用代謝組學(xué)的方法研究了S.thermophilus和兩株其它的乳酸菌（L.lactis和L.plantarum），S.thermophilus在生長過程中需要兩種氨基酸（半胱氨酸和組氨酸），而L.lactis和L.plantarum在其生長過程中分別需要6種和11種氨基酸[34]。

研究人員應(yīng)用代謝組學(xué)的方法研究乳酸菌發(fā)酵食品在發(fā)酵過程中的代謝產(chǎn)物的變化能夠預(yù)測發(fā)酵產(chǎn)品的感官和營養(yǎng)性質(zhì)，Seung-ok Yang等人利用NMR分析技術(shù)研究乳酸菌發(fā)酵豆乳的代謝圖譜，研究發(fā)現(xiàn)在發(fā)酵期間碳水化合物的數(shù)量顯著減少，同時(shí)乳酸和琥珀酸的濃度增加，而蘋果酸、檸檬酸、草酰乙酸、棉籽糖、水蘇糖、蔗糖、苯丙氨酸在發(fā)酵期間逐漸減少，這是因?yàn)槭葻徭溓蚓鷮⒀雍魉徂D(zhuǎn)化為琥珀酸，將蘋果酸轉(zhuǎn)化為乳酸[35]。大醬調(diào)料是韓國傳統(tǒng)的烹飪調(diào)料和制作傳統(tǒng)的韓國大醬和大醬膏的主要原料，主要利用自然界中的霉菌和乳桿菌。Hee Joo Kang[36]等人利用UPLC-QTOF-MS分析了在發(fā)酵期間代謝物的變化，共鑒定氨基酸、小肽、核酸、尿素循環(huán)的中間產(chǎn)物和有機(jī)酸等22種代謝物，這些代謝物都和它的感官性質(zhì)有著密切的關(guān)系，可以作為它的生物標(biāo)記物。

代謝組學(xué)技術(shù)在干酪的感官模型的建立中應(yīng)用也非常廣泛。Ochi[37]等人采GC-TOF–MS技術(shù)分析了來自不同國家、不同種類的干酪（Cheddar、Gouda和Parmigiano Reggiano）的主要成分。Parmigiano Reg?giano的色譜圖明顯和Cheddar、Gouda不同，盡管Cheddar和Gouda制作方法和成熟過程不同，但對代謝圖譜沒有顯著的影響，并顯示相似的峰。結(jié)果表明大量小分子的親水性物質(zhì)和精氨酸、亮氨酸、焦谷氨酸、甘氨酸、谷氨酸、纈氨酸等氨基酸賦予干酪特有的風(fēng)味。而干酪酸味的主要成分是4-氨基丁酸、乳酸和鳥氨酸。Mazzei[38]等利用HRMAS-NMR代謝組學(xué)技術(shù)探討了Mozzarella di Bufala Campana(MBC)的性質(zhì)，和其他樣品相比，主要是半乳糖、乳糖、乙酸和甘油有明顯的區(qū)別。C.Le Boucher[39]等人利用LC-MS和GC-MS技術(shù)研究了干酪的微生物代謝圖譜。45個(gè)差異代謝物質(zhì)被鑒定，包括12種氨基酸、25種風(fēng)味物質(zhì)、4種維生素、還有尿酸、肌酸、L-肉毒堿等。Fio?re Sardo(FS)是一種以羊奶為原料制作的意大利的傳統(tǒng)干酪，Cristina Piras[40]等人利用NMR技術(shù)研究了傳統(tǒng)的FS在成熟階段的代謝圖譜，四種FS采用傳統(tǒng)工藝制作，在制作過程中添加了不同的乳酸菌（Lactococ?cus、Enterococcus、Lactobacillus.Lactococci和lactobacilli）和市售發(fā)酵劑。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，采用傳統(tǒng)工藝制作添加了從干酪中分離的乳酸菌的干酪和市售發(fā)酵劑所制作的干酪的代謝圖譜顯著不同，通過有機(jī)酸、碳水化合物、氨基酸等代謝產(chǎn)物的變化表明在傳統(tǒng)的FS干酪的制作過程中，應(yīng)使用本土的乳酸菌發(fā)酵劑才能保持FS干酪的特有的風(fēng)味。

工業(yè)化生產(chǎn)發(fā)酵制品通常采用多菌株進(jìn)行混合發(fā)酵，利用之間的相互作用保障產(chǎn)品的基本特性?；旌习l(fā)酵的代謝物直接和發(fā)酵制品在發(fā)酵期間和發(fā)酵后的感官等性質(zhì)有著密切的聯(lián)系，也和所涉及的菌株的群體動(dòng)力學(xué)有關(guān)，因此微生物的組成和群體動(dòng)力學(xué)微小的變化對產(chǎn)品的基本性質(zhì)影響很大[41-42]。Frank A.M.de Bok[43]等人采用GC-MS分析了不同的混合發(fā)酵劑發(fā)酵的酸奶樣品芳香物質(zhì)的圖譜，研究發(fā)現(xiàn)很多來源于關(guān)鍵風(fēng)味的質(zhì)量峰在單個(gè)菌株或其制品中沒有，而在混合菌株的發(fā)酵產(chǎn)物中濃度較高?？梢宰C明這種方法可以用來根據(jù)不同的風(fēng)味物質(zhì)來源于不同的菌株或混合菌株，可以把這些物質(zhì)作為其特有菌株的生物標(biāo)記物。

2.2 代謝組學(xué)在功能食品中的應(yīng)用

功能性食品中所包含的一些特有成分能夠減輕一些疾病的危害，提高人體健康。近幾年來，在國內(nèi)外市場上益生菌、益生元和合生元的功能性食品引起了廣泛的關(guān)注，在下面的綜述中，主要討論利用代謝組學(xué)技術(shù)研究益生菌對人體腸道的影響。

人的腸道是一個(gè)復(fù)雜、活躍、同時(shí)維持著相對平衡的系統(tǒng)。其中定植著數(shù)目龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的微生物群落，因此，被人們稱為“超級生物體”。這個(gè)生態(tài)系統(tǒng)擁有大約1014個(gè)細(xì)胞，大約500～1000種細(xì)菌，包含100多萬個(gè)基因，數(shù)目是人類基因組的100倍。其中的30～40種優(yōu)勢細(xì)菌構(gòu)成了人體腸道細(xì)菌總量的99%[44]。利用基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究益生菌對腸道的影響研究較多，近年來，通過代謝組學(xué)研究益生菌對腸道的影響的研究也逐漸增加。

通過GC-MS分析技術(shù)，De Preter[45]等人通過體外的糞便模型，研究了富含低聚果糖菊粉的益生元的糖化發(fā)酵對腸道的影響。共鑒定了107種揮發(fā)性有機(jī)化合物，酸、酯和某些醛的濃度隨著菊粉的添加量的增加而增加，而有一些有毒蛋白發(fā)酵產(chǎn)生的含硫化合物和酚類化合物的濃度降低。最近幾年，以無菌動(dòng)物模型研究益生菌或病原微生物對宿主的影響的方法也逐漸發(fā)展起來。Martin[46]等人通過NMR技術(shù)分析了無菌小鼠的腸道的不同部分，證實(shí)了一些益生菌對宿主的影響。研究者發(fā)現(xiàn)飼喂一定劑量的L.paracasei NCC2461能夠提高空腸中乳酸的含量，在空腸和回腸中膽堿、磷脂酰膽堿、醋酸的含量降低，而這些成分是脂肪代謝的重要的中間產(chǎn)物，說明乳酸菌能夠調(diào)整腸道的脂代謝。Martin[47]等人還模擬嬰兒腸道內(nèi)的微生物種群，在無菌小鼠的腸道內(nèi)定植益生菌L.paraca?sei NCC2461和L.rhamnosus NCC4007，并采用HRMAS-NMR技術(shù)分析腸道、血液、尿液和糞便的提取物，發(fā)現(xiàn)這些益生菌能夠改變肝脂肪代謝，減少血液中脂蛋白的水平和促進(jìn)糖酵解。Martin[48]等人研究了共生系統(tǒng)對無菌小鼠的影響，利用益生菌和益生元來模擬嬰兒腸道的微生物。這些菌的變化直接關(guān)系到一些脂肪酸的濃度，高濃度的低聚糖能夠提高乙酸的濃度。谷氨酸、鳥氨酸、甘氨酸和纈氨酸的濃度降低，5-氨基戊酸的濃度提高。Wikoff等人采用LC-MS代謝組學(xué)技術(shù)分析了無菌小鼠和常規(guī)小鼠的血液中代謝物，證實(shí)益生菌能夠影響腸道微生物的氨基酸代謝和抗氧化物質(zhì)吲哚-3-丙酸的合成[49]。

另一個(gè)研究腸道微生物對宿主影響的模型就是腸應(yīng)激綜合癥模型，Hong[50]等人通過NMR技術(shù)分析了曾經(jīng)患有腸應(yīng)激綜合癥的患者服用2個(gè)月含有乳酸菌和雙歧桿菌的發(fā)酵乳的血清和糞便樣品。研究發(fā)現(xiàn)在食用發(fā)酵乳后，血液中葡萄糖、酪氨酸和乳酸的濃度發(fā)生了改變。Simon M.M.Pedersen[51]等人通過GC-MS分析患有腸應(yīng)激綜合癥的患者在食用了8周含有益生菌L.paracasei F19、L.acidophilus LA-5和Bifi?dobacterium lactis BB-12的酸奶，研究發(fā)現(xiàn)短期的酸奶的干預(yù)導(dǎo)致血清中乳酸、谷氨酸、脯氨酸、肌酸和天冬氨酸的濃度增加，而降低了患者血清中葡萄糖的濃度。Young-Shick Hong[52]等人通過NMR代謝組學(xué)的方法研究了益生菌對小鼠的大腸炎的影響。研究發(fā)現(xiàn)益生菌通過改變小鼠的腸道微生物對腸道起到保護(hù)作用，谷氨酸、脯氨酸、乙酸、丁酸和谷氨酰胺等代謝物濃度增加，而三甲胺的濃度降低。Ponnusamy[53]等人發(fā)現(xiàn)患有腸應(yīng)激綜合癥的患者和正常成年人的腸道的代謝物有明顯的不同，并發(fā)現(xiàn)了代謝物和腸道內(nèi)微生物的相關(guān)性。

代謝組學(xué)的方法是一種非常有效的研究益生菌對宿主健康的影響的分析工具。這個(gè)“組學(xué)”和宿主的蛋白質(zhì)組學(xué)和基因組學(xué)一起能夠提供新的生物學(xué)信息來解釋益生菌對消費(fèi)者健康的影響。

3 結(jié)束語

代謝組學(xué)技術(shù)已經(jīng)成功的應(yīng)用于乳酸菌發(fā)酵的食品，如大豆發(fā)酵食品、干酪、酒等，在對功能性食品的研究中也取得了一定的進(jìn)展，作為一個(gè)新興的領(lǐng)域，還有許多問題需要我們?nèi)ス餐鎸徒鉀Q：(1)淬滅導(dǎo)致的胞內(nèi)代謝物泄露，影響數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，研究者應(yīng)對每一種微生物的淬滅的方法進(jìn)行優(yōu)化，建立完整可行的淬滅方法；(2)缺少標(biāo)準(zhǔn)化、全面的代謝組學(xué)數(shù)據(jù)庫。大腸桿菌、酵母菌已經(jīng)建立了相應(yīng)的代謝組學(xué)數(shù)據(jù)庫，帶關(guān)于乳酸菌的標(biāo)準(zhǔn)代謝數(shù)據(jù)庫目前還沒有完善，為了系統(tǒng)的研究生物科學(xué)，應(yīng)建立系統(tǒng)完整的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)庫，從而能全面的和其他組學(xué)相聯(lián)系，更好的詮釋生物體的生物信息。在今后的研究中，將代謝組學(xué)技術(shù)進(jìn)一步應(yīng)用于乳酸菌發(fā)酵食品的質(zhì)量和安全性等評估，并結(jié)合基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)更好的詮釋益生菌對人類疾病的有益的影響。

[1]金世琳.乳酸菌的科學(xué)與技術(shù)[J].中國乳品工業(yè),1998,26（2）:14-16.

[2]郭興華，曹郁生.益生乳酸細(xì)菌—分子生物學(xué)及生物技術(shù)[M].北京:科學(xué)出版社，2008:168-170.

[3]ROSS R P,MORGAN S,HILL C.Preservation and fermentation: past,present and future[J].International Journal of Food Microbiolo?gy,2002,79(1):3-16.

[4]GOODACRE R.Making sense of the metabolome using evolution?ary computation:seeing the wood with the trees[J].Journal of Experi?mental Botany,2005,56(410):245-254.

[5]KEUN H C,EBBELS T M D,ANTTI H,et al.Analytical reproduc?ibility in 1H NMR-based metabonomic urinalysis[J].Chemical Re?search in Toxicology,2002,15(11):1380-1386.

[6]KELL D B.Metabolomics and systems biology:making sense of the soup[J].Current Opinion in Microbiology,2004,7(3):296-307.

[7]LENZ E M,WILSON I D.Analytical strategies in metabonomics[J]. Journal of Proteome Research,2007,6(2):443-458.

[8]GERMAN J B,BAUMAN D E,BURRIN D G,et al.Metabolomics in the opening decade of the 21st century:building the roads to indi?vidualizedhealth[J].TheJournalofNutrition,2004,134(10): 2729-2732.

[9]MASHEGO M R,RUMBOLD K,DE MEY M,et al.Microbial me?tabolomics:past,present and future methodologies[J].Biotechnology Letters,2007,29(1):1-16.

[10]GERMAN J B,HAMMOCK B D,WATKINS S M.Metabolomics: building on a century of biochemistry to guide human health[J].Me?tabolomics,2005,1(1):3-9.

[11]LINDON J C,HOLMES E,NICHOLSON J K.Metabonomics techniques and applications to pharmaceutical research&develop?ment[J].Pharmaceutical Research,2006,23(6):1075-1088.

[12]WISHART D S.Metabolomics:applications to food science and nu?trition research[J].Trends in Food Science&Technology,2008,19 (9):482-493.

[13]SUNDEKILDE U K,LARSEN L B,BERTRAM H C.NMR-based milk metabolomics[J].Metabolites,2013,3(2):204-222.

[14]周大煒,朱之燕.微生物代謝組學(xué)的樣品前處理[J].化學(xué)通報(bào), 2008,71(6):404-407.

[15]FAIJES M,MARS A E,SMID E J.Comparison of quenching and extraction methodologies for metabolome analysis of Lactobacillus plantarum[J].Microbial Cell Factories,2007,6(1):27.

[16]CHEN M,LI A,SUN M,et al.Optimization of the quenching method for metabolomics analysis of Lactobacillus bulgaricus[J].Jour?nal of Zhejiang University Science B,2014,15(4):333-342.

[17]JPELT K B,CHRISTENSEN J H,VILLSA-B?as S G.Metabolic fingerprinting of Lactobacillus paracasei:the optimal quenching strate?gy[J].Microbial Cell Factories,2015,14(1):132.

[18]REAVES M L,RABINOWITZ J D.Metabolomics in systems mi?crobiology[J].Current Opinion in Biotechnology,2011,22(1): 17-25.

[19]NICHOLSON J K,LINDON J C.Systems biology:metabonomics [J].Nature,2008,455(7216):1054-1056.

[20]黃強(qiáng),尹沛源,路鑫,等.色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)在代謝組學(xué)中的應(yīng)用[J].色譜,2009,27(5):566-572.

[21]溫錦波,楊叔禹,肖嫻,等.基于核磁共振的代謝組學(xué)數(shù)據(jù)預(yù)處理[J].廈門大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2007,46(6):783-787.

[22]DURAN A L,YANG J,WANG L,et al.Metabolomics spectral for?matting,alignment and conversion tools(MSFACTs)[J].Bioinformat?ics,2003,19(17):2283-2293.

[23]SMITH C A,WANT E J,O'MAILLE G,et al.XCMS:processing mass spectrometry data for metabolite profiling using nonlinear peak alignment,matching,and identification[J].Analytical Chemistry, 2006,78(3):779-787.

[24]夏建飛,梁瓊麟,胡坪,等.代謝組學(xué)研究策略與方法的新進(jìn)展[J].分析化學(xué),2009,37(1):136-143.

[25]LINDON J C,HOLMES E,NICHOLSON J K.Metabonomics techniques and applications to pharmaceutical research&develop?ment[J].Pharmaceutical Research,2006,23(6):1075-1088.

[26]WISHART D S.Metabolomics:applications to food science and nu?trition research[J].Trends in Food Science&Technology,2008,19 (9):482-493.

[27]ROCHFORT S.Metabolomics reviewed:a new“omics”platform technology for systems biology and implications for natural products research[J].Journal of Natural Products,2005,68(12):1813-1820.

[28]SPRATLIN J L,SERKOVA N J,ECKHARDT S G.Clinical appli?cations of metabolomics in oncology:a review[J].Clinical Cancer Research,2009,15(2):431-440.

[29]DUROT M,BOURGUIGNON P Y,SCHACHTER V.Ge?nome-scale models of bacterial metabolism:reconstruction and ap?plications[J].FEMS Microbiology Reviews,2009,33(1):164-190.

[30]VILLAS‐B?as S G,MAS S,?kESSON M,et al.Mass spectrometry in metabolome analysis[J].Mass Spectrometry Reviews,2005,24(5): 613-646.

[31]TANG J.Microbial metabolomics[J].Current Genomics,2011,12 (6):391-403.

[32]SULEK K,FRANDSEN H L,SMEDSGAARD J,et al.Metabolic footprint of Lactobacillus acidophilus NCFM at different pH[J].Me?tabolomics,2012,8(2):244-252.

[33]AZIZAN K A,BAHARUM S N,MOHD NOOR N.Metabolic profiling of Lactococcus lactis under different culture conditions[J]. Molecules,2012,17(7):8022-8036.

[34]PASTINK M I,TEUSINK B,HOLS P,et al.Genome-scale model of Streptococcus thermophilus LMG18311 for metabolic comparison of lactic acid bacteria[J].Applied and Environmental Microbiology, 2009,75(11):3627-3633.

[35]YANG S O,KIM S H,CHO S,et al.Classification of fermented soy?milk during fermentation by 1H NMR coupled with principal com?ponent analysis and elucidation of free-radical scavenging activities[J]. Bioscience,Biotechnology,andBiochemistry,2009,73(5): 1184-1188.

[36]KANG H J,YANG H J,KIM M J,et al.Metabolomic analysis of meju during fermentation by ultra performance liquid chromatogra?phy-quadrupole-time of flight mass spectrometry(UPLC-Q-TOF MS)[J].Food Chemistry,2011,127(3):1056-1064.

[37]OCHI H,NAITO H,IWATSUKI K,et al.Metabolomics-based component profiling of hard and semi-hard natural cheeses with gas chromatography/time-of-flight-mass spectrometry,and its applica tion to sensory predictive modeling[J].Journal of Bioscience and Bio?engineering,2012,113(6):751-758.

[38]MAZZEI P,PICCOLO A.1 H HRMAS-NMR metabolomic to as?sess quality and traceability of mozzarella cheese from Campania buffa?lo milk[J].Food Chemistry,2012,132(3):1620-1627.

[39]LE BOUCHER C,COURANT F,JEANSON S,et al.First mass spectrometry metabolic fingerprinting of bacterial metabolism in a model cheese[J].Food Chemistry,2013,141(2):1032-1040.

[40]PIRAS C,MARINCOLA F C,SAVORANI F,et al.A NMR me?tabolomics study of the ripening process of the Fiore Sardo cheese produced with autochthonous adjunct cultures[J].Food Chemistry, 2013,141(3):2137-2147.

[41]CHENG H.Volatile flavor compounds in yogurt:a review[J].Criti?cal Reviews in Food Science and Nutrition,2010,50(10):938-950.

[42]OTT A,FAY L B,CHAINTREAU A.Determination and origin of the aroma impact compounds of yogurt flavor[J].Journal of Agricul?tural and Food Chemistry,1997,45(3):850-858.

[43]DE BOK F A M,JANSSEN P W M,BAYJANOV J R,et al.Vola?tile compound fingerprinting of mixed-culture fermentations[J].Ap?plied and Environmental Microbiology,2011,77(17):6233-6239.

[44]TUOHY K M,COSTABILE A,FAVA F.The gut microbiota in obesity and metabolic disease-a novel therapeutic target[J].Nutr Ther Metab,2009,27(3):113-133.

[45]DE PRETER V,FALONY G,WINDEY K,et al.The prebiotic, oligofructose‐enriched inulin modulates the faecal metabolite pro?file:An in vitro analysis[J].Molecular Nutrition&Food Research, 2010,54(12):1791-1801.

[46]MARTIN F P J,WANG Y,SPRENGER N,et al.Effects of probi?otic Lactobacillus paracasei treatment on the host gut tissue metabolic profiles probed via magic-angle-spinning NMR spectroscopy[J]. Journal of Proteome Research,2007,6(4):1471-1481.

[47]MARTIN F P J,WANG Y,SPRENGER N,et al.Probiotic modu?lation of symbiotic gut microbial–host metabolic interactions in a humanized microbiome mouse model[J].Molecular Systems Biology, 2008,4(1):157.

[48]MARTIN F P J,SPRENGER N,MONTOLIU I,et al.Dietary modulation of gut functional ecology studied by fecal metabonomics [J].Journal of Proteome Research,2010,9(10):5284-5295.

[49]WIKOFF W R,ANFORA A T,LIU J,et al.Metabolomics analysis reveals large effects of gut microflora on mammalian blood metabolites [J].Proceedings of the National Academy of Sciences,2009,106(10): 3698-3703.

[50]HONG Y S,HONG K S,PARK M H,et al.Metabonomic under?standing of probiotic effects in humans with irritable bowel syndrome [J].Journal of Clinical Gastroenterology,2011,45(5):415-425.

[51]PEDERSEN S M M,NEBEL C,NIELSEN N C,et al.A GC–MS-based metabonomic investigation of blood serum from irritable bowel syndrome patients undergoing intervention with acidified milk products[J].European Food Research and Technology,2011,233(6): 1013-1021.

[52]HONG Y S,AHN Y T,PARK J C,et al.1 H NMR-based metabo?nomic assessment of probiotic effects in a colitis mouse model[J].Ar?chives of Pharmacal Research,2010,33(7):1091-1101.

[53]PONNUSAMY K,CHOI J N,KIM J,et al.Microbial community and metabolomic comparison of irritable bowel syndrome faeces[J]. Journal of Medical Microbiology,2011,60(6):817-827.

Application of metabolomics in fermented and functional food with Lactic acid bacteria

WANG Yuenan,SUN Tiansong
(Key Laboratory of Dairy Biotechnology and Engineering,Ministry of Education,Inner Mongolia Agricultural University, Hohhot 010018,China)

The sample preparation,analysis and identification of metabolites and data analysis involved in the research of metabolomics of Lac?tic acid bacteria are summarized in the review.The achievements of fermented foods by Lactic acid bacteria and the beneficial effects of probiotic food in gut are discussed.

metabolomics;Lactic acid bacteria;fermented food;probiotics;functional food

Q935

B

1001-2230（2017）05-0027-05

2016-10-09

王越男（1978-），女，講師，博士研究生，研究方向?yàn)檗r(nóng)產(chǎn)品加工及貯藏工程。

孫天松