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Proteomics and its applications for food authenticationand food-technology researchReview马晓丹（马晓丹（13S027001)微生物专业微生物专业Abstract这篇文章是食品技术应用蛋白质组学研究进展中的一个关键的概述，这可分为两大主题：（i）食品组分认证作为一种工具，必须符合食品 标签法规和政策;（ii）食品技术的研究，主要是针对开发快速，可靠的方法来检测和识别食品的变质情况或者病原性微生物是否存在与食品中，同时也用于研究食品经过加工后，食物的成分是否发生改变。KeywordsFood authenticationFoodomicsFood processingFood technologyHigh-intensity focused ultrasound(HIFU)Mass spectrometry(MS)Microorganism detectionPathogenProteomicsSelected MS/MS ion monitoring(SMIM)Contents1.Introduction.2.Proteomics.2.1.Protein identification and characterization.2.2.Differential proteomics.2.3.Functional proteomics.2.4.Proteomics workflows.2.5.MS analysis.3.Proteomics in food authenticity.3.1.Discovery phase.3.2.Target-driven phase.4.Proteomics in food technology.4.1.Proteomics in food spoilage and microbiology 4.2.Proteomics in food processing.5.Concluding remarks and future direction.References.1.介绍介绍食品工业中的技术进步在全球粮食市场中增加了消费者的利益。现如今，学术界和 食品科学产业面临着新的挑战：安全安全 维持机体的健康维持机体的健康 抵抗特定疾病因素的发展抵抗特定疾病因素的发展2.蛋白质组学蛋白质组学蛋白质组学（Proteomics）一词，源于蛋白质（protein）与 基因组学（genomics）两个词的组合，意指“一种基因组所表达的全套蛋一种基因组所表达的全套蛋白质白质”，即包括一种细胞乃至一种生物所表达的全部蛋白质。蛋白质组本质上指的是在大规模水平上研究蛋白质的特征，包括蛋白质的表达水平蛋白质的表达水平，翻译后翻译后的修饰的修饰，蛋白与蛋白相互作用蛋白与蛋白相互作用等，由此获得蛋白质水平上的关于疾病发生，细胞代谢等过程的整体而全面的认识，2.1蛋白质鉴定和表征蛋白质鉴定和表征 质谱质谱（MS）是表征和鉴定蛋白质的首选方法.蛋白质组的分析通常依赖于随后的MS的一个或多个分离步骤 进行分析。在被称为肽质量指纹图谱的方法（PMF）的技术，如二维凝胶电泳（2-DE），是用于隔离一个未知的蛋白质，然后将其酶促消化成肽，并进行MS分析。另一种方法中，通常被称为肽碎片指纹（PFF），用串联质谱（MS/MS）,可以将肽的碎片分离的更细，更明确地识别该蛋白。2.2差异蛋白质组学差异蛋白质组学它是通过寻找各种因素引起的蛋白质表达差异，以解释细胞生理和病理机制，即主要通过比较分析不同状态下或近似物种间蛋白质的表达图谱，实现对体系内代谢调控的动态监测，从而揭示机体对内外界环境变化产生反应的本质规律2.2差异蛋白质组学差异蛋白质组学在蛋白质水平上的定量信息，例如在不同的样品中对某一特定蛋白做相对定量或者一种蛋白质的绝对定量，确定不同条件之间的差异，是非常有用的。相对定量可以用不同的方法来实现，可被分类为基于凝胶的，基于标签和无标签方法。2.3功能蛋白质组学功能蛋白质组学功能蛋白质组学研究解决不同的蛋白质的功能性相互作用的综合分析。2.4蛋白质组学工作流程蛋白质组学工作流程2.5质谱分析质谱分析 MS和生物信息学是已经彻底改变了蛋白质组学研究的两个工具，在一个实验中，能够高通量分析数千种蛋白质。简单地说，MS 由在离子源电喷雾电离（ESI）或基质辅助激光解吸电离（MALDI）处分析物的电离和被分析物离子的分离组成，这种分离取决于它们的分离质荷比（m/z）的在一个或几个质量分析器四极杆（Q），离子阱（IT），飞行时间质谱（TOF）或傅立叶变换离子回旋共振（FTICR）中的偏转。随后，检测器寄存器从分析器释放的离子电流，产生相应的质谱。3.蛋白质组学在食品认证中的作用蛋白质组学在食品认证中的作用食品认证是涉及食品质量和安全的主要领域之一。多项法规已实施以确保正确的信息，和避免其他种类的替代品。食品物种鉴定历来依靠形态学和解剖学分析。对于亲缘关系近的的种类，特别是对于那些加工过的食品。因此，对于快速的可靠的分子检测方法有着强烈愿望，提供主管部门和食品行业需要遵守标签和可追溯性要求的工具，从而保证产品质量和保护消费者。蛋白质组学方法最近已被提议作为有希望的战蛋白质组学方法最近已被提议作为有希望的战略食品认证方法略食品认证方法。蛋白质组学工具利用MS的高通量能力的优点达到对快速，稳固的和敏感蛋白和肽的鉴定，检测和定量。这些方法可以应用到数据库中没有特征在基因组物种，避免了耗时的DNA扩增和测序的步骤。此外，蛋白质组学为基础的方法可以实现自动化，以产生快速，可重复的结果，允许食品的高通量分析。蛋白质组学为基础的研究的汇编应用于食品品种的日期认证中3.1发现阶段发现阶段发现阶段的目标是要全面地探索一个特定的蛋白质组。使用的参考样本，以确定潜在的物种特异性肽生物标志物。这些诊断肽的鉴定和表征是常采用自下而上的蛋白质组学来研究的。来自小白蛋白（PRVB）和精氨酸激酶（AK）的种特异性肽已被证明是对鱼和贝类进行分别鉴定良好的标记。这些肽的生物标记物的表征是对他们在下一个步骤中作为敏感，诊断指标管道的第一步。3.2目标驱动的阶段目标驱动的阶段一旦物种特异性肽被收集时，MS分析仪集中于分析由SRM，MRM或SMIM MS模式获得的的一个或几个肽链。上述策略最近开始被用于食品掺杂物掺杂物的定量。因此，通过高效液相色谱与质谱的结合方式（LC-MS/MS）检测品种中标准的稳定同位素合成肽（即AQUA 肽）被评估用于相对和绝对定量的肉混合分析，如工业生产蟹30鸡肉。4.1在食物腐败和食物中病原体的蛋在食物腐败和食物中病原体的蛋白质组学白质组学食物变质是由于微生物的活动而引起的不同的生化过程变化。这些变化取决于 固有和非固有菌群及生长条件，如温度，pH和活度。食品加工过程中受到污染会造成显著的经济损失。已知病原体超过250种，主要是微生物及其毒素，会导致食源性疾病。目前鉴定食品中的病原微生物或者至腐微生物以及对微生物的分类是基于形态学，生物化学和DNA的方法学，蛋白质组学方法 新的快速平台：如实验室级芯片，nanoproteomics或蛋白质阵列的实施，将是快速的非常有用的工具可以检测，鉴定任何食品中微生物进行定量4.2食品加工过程中的蛋白质组学食品加工过程中的蛋白质组学经常有报道在已经经受热加工的食品中，氧化修饰，如羰基，巯基氧化 和芳族羟基化，以及美拉德糖基化（该反应使用AA侧链糖）是最常见的修改蛋白质的方法。然而，侧链的缩合或肽主链分解也已被描述。羰基化发生在一些AA侧链，是氧化成酮或醛衍生物反应。这些蛋白质的羰基的化合物是蛋白质氧化的标记物。在肉蛋奶鱼的蛋白质中这些氧化标记物位点的确定使用一个经典自下而上蛋白质组学方法，以2-DE和MS/MS为基础美拉德糖化是另一个最热研究，蛋白质的修改和主要发生的加热和储存期间的牛奶和奶制品中。美拉德糖基化是指蛋白质的氨基基团和还原糖（乳糖）之间的非酶促反应，产生的糖缀合物缩合产物。根据不同的蛋白质组学策略自下而上的方法已被用于研究在乳及乳制品美拉德反应。5 结束语和未来发展方向结束语和未来发展方向在这篇综述中，蛋白质组学的方法是越发的利于解决食品认证和食品技术中面临的主要挑战：（1）食物成分的鉴定;（2）食品技术的研究，主要是针对开发快速 可靠的方法来检测和识别食品的变质情况或者病原性微生物是否存在与食品中（3）研究食品经过加工后，食物的成分是否发生改变食物成分5 结束语和未来发展方向结束语和未来发展方向现在我们在实验室用的蛋白质组学管道的连续两个阶段可以同时允许多个肽生物标志物的鉴定和表征。这种新颖的针对蛋白质组学方法可以让食物种类快速明确，不到2小时。我们相信，广泛使用这种新的靶向蛋白质组学策略会在食品行业中占有的举足轻重的地位。5 结束语和未来发展方向结束语和未来发展方向此外，正在根据不同的蛋白组学技术对热加工和贮存食物中蛋白质的修饰进行高通量分析。目前蛋白质组学极大地推动了食品技术的发展，蛋白质组学的新应用和发展为食品相关项目提供了非常有前景的提议。因此作者认为蛋白质组学技术将在食品技术研究领域内提供有趣的新机遇。