水产品营养价值高，是人类膳食中重要的动物蛋白质来源之一［1］。随着人们饮食习惯的改变，对鲜活及加工水产品的需求量逐年增加，但水产品受生长环境、微生物、贮运条件及加工方式等因素影响，具有易污染和易腐败变质等特点［2］，据统计，全球每年因腐败变质而失去食用价值的水产品占比高达30%［3］。随着生活水平的提高，消费者对于品质好、安全性高的水产品的需求不断增加，为此水产品品质与安全的分析检测成为研究热点。

科技高速发展，高通量检测技术也随之更新，以基因组学（Genomics）、转录组学（Transcriptomics）、蛋白质组学（Proteomics）和代谢组学（Metabonomics）为代表的组学技术得到迅速发展，并逐渐应用在解决食品安全、质量和营养等方面的问题，成为现代食品科学研究的重要工具［4-6］。其中，代谢组学是以最终代谢产物为研究对象，定性定量分析生物系统在受到刺激后机体内的小分子代谢物的变化情况，从而反映其应激代谢应答信息［7］。基因、转录和蛋白质3种组学技术主要是分析检测样品可能发生的变化，而代谢组学就是确定水产品以及水产品加工过程中使用的微生物的代谢物的变化。通过代谢组学检测分析，可以对引起水产品品质与质量安全变化的具体风险因子进行研究，对养殖营养代谢、微生物、贮运和加工等许多直接影响产品质量的因素进行全面分析，从分子水平探究水产品各项的理化指标变化的作用机制，为水产品品质与安全调控提供根源性、多角度及全方面的理论依据等优势［8-9］。近年来，越来越多的研究者将代谢组学技术应用于水产品安全与质量控制的研究中，从而更精确、深入了解水产品品质变化机理、探明其分子作用机制，提出了更合理有效的水产品品质与质量安全的调控方法。本文对代谢组学技术进行了介绍，综述了代谢组学技术在水产品原料鉴定、贮运保鲜、加工产品品质与安全领域的应用进展，旨对其进一步应用提供思路。

1 代谢组学概述

代谢组（Metabolome）是1998年Tweeddale等［10］在研究大肠杆菌的代谢时首次提出，定义为“代谢物整体”（Total metabolite pool），指细胞、组织、器官或者生物体内相对分子量小于1 kD的内源性小分子的集合。代谢组学通过应用各种高通量分析化学对实验样本进行系统分析，检测其中的内源性小分子代谢产物含量、组成成分，且利用模式识别方法对这种变化进行预测，确定生物标志物群体或者标志物簇（Biomarker clusters）［11］，以此寻找因刺激而受到影响的相关代谢途径，探究生物体内源性代谢物质整体及其变化规律。根据研究对象不同，代谢组学可以分为分析未知化合物的非靶向代谢组（Untargeted metabolomics）和研究已知化合物的靶向代谢组（Targeted metabolomics）［12］。非靶向代谢组学又称发现代谢组学，将对照组和实验组的代谢物进行比对，从中找出两组间的差异代谢物，并进行代谢物鉴定，进一步解释差异代谢物在其参与的代谢通路中发挥的生物学作用。与非靶向代谢组学相比，靶向代谢组学更具针对性，分析检测方法具有特异性强、灵敏度高、重复性好等特点，能对目标代谢物在样品中的绝对含量进行测定和分析验证，对非靶向代谢提出的假说［13-14］。靶向代谢组学是研究少数几种或几类结构、性质相似或生化功能相关的内源性代谢物，如与品质安全密切相关的脂质代谢组学、糖代谢组学和氨基酸代谢组学等［15］。

2 代谢组学技术

代谢组学以高能量检测和数据处理为手段，描绘出机体代谢物谱，即代谢轮廓，之后再利用统计学和生物信息学方法进行数据处理，研究机体的变化应答机制，为水产品品质变化与安全性的检测及调控开辟了一条新的道路。代谢组学技术的研究流程一般包括样品制备、样品预处理、化合物分离、检测及鉴定、数据分析［16］。

化合物分离和检测鉴定是代谢组学技术的核心步骤，在对样品进行处理之后，对代谢物进行检测鉴定的仪器分析技术至关重要［17］。在食品科学领域代谢组学常用的检测技术主要是有核磁共振（Nuclear magnetic resonance，NMR）技术和质谱技术［18］。由于样品中不同代谢物的分子量大小、极性、挥发性和稳定性有着很大的差别，所以不同的检测技术也都具有各自的优势与局限。核磁共振技术是代谢组学研究中最为常见的检测技术，其对样品要求简单，不需要复杂的前处理技术，具有对样品无破坏性的优点，能够客观研究样品内部化学变化和生化反应［19］。常用的核磁共振技术包括核磁共振氢谱（1H-NMR）、核磁共振碳谱（13C-NMR）、核磁共振氮谱（15N-NMR）和核磁共振磷谱（31P-NMR），其中以1H-NMR的应用最为广泛［20］。相较于NMR技术，质谱技术的分辨率和灵敏度更高［21］，质谱（Mass spectrometry，MS）、飞行时间质谱（Time of flight mass spectrometer，TOF/MS）和高分辨质谱（High resolution mass spectrometry，HRMS）是代谢组学研究中经常用到的技术，在研究中根据研究对象与目的不同可与气相色谱（Gas chromatography，GC）［22］、 液相色谱（Liquid chromatography，LC）［23］、毛细管电泳（Capillary electrophoresis，CE）［24］等技术联用，先对样品进行分离，再进行质谱检测。除了上述常用的质谱技术，快速蒸发离子化质谱（Rapid evaporative ionization mass spectrometry，REIMS）作为一种新兴起的技术具有无需前处理、检测时间短、能对样品进行高通量实时监测等优点，逐渐应用于代谢物的分析检测［25］。代谢组学得到的数据量巨大，先对原始数据进行预处理，保留与组分相关的信息，消除多余干扰因素的影响［26］，借助化学计量学对数据进行分析处理，主要包括主成分析（Principal component analysis，PCA）、聚类分析（Cluster analysis，CA）、最小二乘法（Partial least squares，PLS）、显著性分析（Discriminant analysis，DA）、偏最小二乘法-判别分析（PLS-DA）等方法［27］。

文章来源：《水产科技情报》 网址: http://www.sckjqbzz.cn/qikandaodu/2021/0220/369.html