神奇食物在哪里 ——成像质谱显微镜在食品研究中的应用

2022-03-25

  饮食一直是人们生活中绕不开的话题,既有开门七件事,柴米油盐酱醋茶的烟火日常,也有“松花酿酒,春水煎茶”,“鲜鲫银丝脍,香芹碧涧羹”的精致浪漫,饮食文化已经渗透进入中国人人际交往、日常生活的方方面面。

  在现代社会人们在保证食品安全的基础上,更加注重食品的营养与健康,正如英国哲学家弗朗西斯·培根在随笔集中写道:“人应当善于鉴别哪些物品食用有益、哪些物品食用有害,这种智慧,是一味最好的保健药”。随着现代分析仪器的不断发展,科学仪器的分析手段越来越多的应用于食物的研究中。测定农产品等中残留农药,确保食品的食用安全;检测食物的营养成分及含量,选择或培育更佳风味、更优营养的品种,使我们的餐桌更加安全、更加丰富。一些食品研究的新的概念方法也被不断提出,例如食品组学系统研究某类食物的化学组分进而进行品质分等分级、产地溯源等等工作。近些年在传统对食物的相关化学组分进行定性、定量分析的基础上,进一步希望对目标物质的空间分布进行深入研究,将相关成分的空间定位信息引入现有研究工作,提供更多维度的说明信息。在这样的背景下成像质谱技术得到了极大的发展,而成像质谱显微镜正是以在保留样品空间结构的基础上进行多组分同时成像的仪器分析平台,如图1所示。利用成像质谱显微镜对不同的样品进行检测,揭示了不同食品中多种化合物有趣的分布现象,为进行深入科学研究提供丰富数据基础。


图1 成像质谱显微镜工作原理

  磷脂是大米中重要的脂类化合物,占谷物总脂质含量的10%,具有重要的营养价值。磷脂分子的分布模式与大米植物学结构密切相关,在大米组织切片中显示出不同的空间分布模式。溶血卵磷脂类化合物(LPC)分布于整个籽粒中,内胚乳中的含量相对较高。卵磷脂类化合物(PC)主要位于胚芽和种皮中,胚芽中含量相对较高,内胚乳中含量极少。而糙米经过研磨、抛光,美白等系列加工过程,去除了米糠层和胚芽成为精白米,这一加工过程中随着研磨、抛光程度的增加,大米表层卵磷脂的含量逐渐减少直至消失,大米表面的卵磷脂可以作为重要指标用以大米加工程度的鉴定。大米中磷脂化合物的可视化分析,为大米营养价值的评价、保证粮食安全提供更精确的理论依据[1]。


图2 大米中不同磷脂分布差异
及精白米与糙米磷脂分布比较

  米曲是清酒酿造中的关键元素,在清酒酿造中提供分解淀粉和蛋白质的消化酶,对清酒的品质(味道和香气)有很大的影响。目前对米曲质量的评估经常依赖于人工经验,对米曲结构和成分关系的研究仍然较少,将成像质谱显微镜应用于米曲结构及对应区域可视化分析,可视化研究从生米到蒸米和米曲过程中代谢物的变化,拓展成像质谱技术在食品科学研究中发酵领域的应用。


图3 米曲及生米、蒸米和米曲中胆碱分布的比较

  图3显示了生米、蒸米和米曲中胆碱的分布,胆碱是在米曲制作过程中分布和含量都会发生巨大变化的成分,生米中的胆碱集中分布于大米胚芽中,蒸米中的胆碱含量会大幅减少,而在米曲内部再次观察到胆碱的信号,表明在米曲的制作过程中即其发酵过程中,会再次形成胆碱。使用成像质谱显微镜清晰地呈现了米曲制作过程中胆碱含量及空间分布发生变化的现象[2]。


图4 样品前处理、质谱检测
及数据解析的完备成像质谱分析平台

  成像质谱技术被广泛的应用于食品科学研究领域,提供更加丰富、更多维度的数据,在食品安全、食品营养、食品加工、品质评价、品种改良优选等方面发挥越来越多的作用。“国以民为本,民以食为天,食以安为先,安以质为本,质以诚为根”,岛津公司致力于分析仪器的开发,不断为科学研究提供稳定、性能卓越的分析系统与平台。岛津新一代成像质谱显微镜iMScope QT(Imaging Mass Microscope QT),在保留高空间分辨率成像及内置光学成像系统等原有仪器特点的基础上,进一步提升检测性能及数据分析能力,为食品科学领域研究工作提供更多助力。

参考文献
1.岛津应用报告《大米中磷脂类化合物的空间分布质谱成像分析》
2.岛津应用报告《成像质谱显微镜用于米曲中磷脂和葡萄糖的可视化分析》

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