现代营养学及食品安全分析检测中质谱技术的运用分析

李超

营养素是人体维持正常生长、代谢的重要组分，碳水化合物、蛋白质、脂肪等都是较为常见的营养素大类，这些大类下又包含众多分支，名类多样、结构复杂，给营养学检测化验带来不小的困扰。而伴随转录组学、蛋白质组学等研究的推进，精准化验时代正式到来，营养学化验检测新思路被打通，加强质谱等现代化技术的应用势在必行。

一、质谱检测法的原理和发展状况概述

在现代营养学研究中，质谱检测通常使用电喷雾等软电离技术，可以有效规避有机分子共价键被破坏的问题，确保检测结果的正确性。从营养素种类角度分析，在维生素的检测中，主要借助同位素标记和质谱检测，对维生素在机体内部的代谢、吸收情况进行追踪;微量元素的检测则主要借助电感耦合等离子体质谱;糖类营养素的检测主要借助电喷雾电离串联质谱来实现;蛋白质等的测定则借助了代谢组相关知识，在LCMSMS的基础上展开操作;脂类的测定主要通过色谱与质谱的联用来实现。

二、质谱技术在营养学相关疾病机制研究中的应用

1.蛋白质组学研究。蛋白质属于大分子营养素，是细胞基础构成的重要组分，通过检测蛋白质水平可以较为直观地识别机体生理状况，从而为疾病的预测提供依据。随着高分辨质谱仪的产生，当前的蛋白质分析已经打破传统概念束缚，逐渐形成了蛋白质组学，可以从结构、修饰等多个方面展开研究。据蛋白质当前研究进展，生物标志物的识别可以用经典策略或完整质谱图策略来实现，前者主要借助了电泳技术，质谱技术面对的是单独分离出的蛋白质组分;后者则面向蛋白质完整质谱，可以直观窥视疾病全貌。

在营养学相关疾病机制的研究中，主要面向循环系统病变细胞展开检测，通过该类细胞蛋白质的浓度，可以间接得出相关数据。过去几十年的临床研究中，通过对患者血浆等的分析，已经发现了若干种可用于疾病诊断的蛋白质标志物，在卵巢癌、乳腺癌等多种癌症疾病中有较高的诊断效率，同时还可以满足亚型分类需求。另外，近年在癌症标志物科研领域，还出现了以外泌体蛋白质为研究对象的新流派，主要用于肿瘤疾病的诊断。以胰腺癌为例，当机体携带致病蛋白时，免疫系统会由此产生蛋白，综合M2-型丙酮酸激酶的分析，可以实现早期诊断。

2.代谢物类标志物检测。代谢组学以代谢物为主要研究对象，以1×103为标准界限，研究质量分数小于该数值的所有代谢物质，常见的有激素、氨基酸等。代谢物同样在一定程度上反映着机体生理状态，推动高分辨质谱在代谢物检测中的应用，不仅可以满足早期诊断需求，还可能为治疗效果的评估提供依据。代谢组学研究策略主要有以下2种：靶向分析是一种量化手段，鉴定分析物的同时还能提供量化数值;图谱分析法则偏向于标志物的整体检测，面向的是未量化代谢谱，通过观测其面对疾病时产生的反应实现分析鉴定，二者通常搭配使用。

在质谱技术与代谢组学的融合进程中，肝脏是重要的研究对象，WANG（2012）重点关注了与肝脏状况密切相关的黄疸综合征疾病，发现了44种可用于诊断的标志物。另外，肿瘤疾病的发生同样会间接反映为机体代谢的改变，XIAO（2012）在质谱技术的基础上，综合使用液相色谱技术，对肝癌以及肝硬化患者进行了代谢分析，最终发现二者血清中甘醇酸等物质有明显差异。在乙肝疾病的检测中，质谱技术同样有着较强的适用性，盛国平（2008）就基于质谱技术，对乙肝患者尿液進行了检测，具体对比可见图1，图中A、B、C均代表慢性乙肝患者尿样色谱图，而D、E、F代表正常人尿样色谱图，可发现前者与后者相比，代谢谱出峰量要明显得多。

图1：慢性乙肝患者与正常人尿液色谱图比较

3.基因组学研究与核酸类生物标志检测。测序技术是基因组学的核心技术，人类基因测序的进步直接推动了现代生物科学的发展。而事实上，在20世纪90年代，质谱技术就已经作为测序平台运用在基因分析中，并在配体、核酸等的相互作用机制研究中有较为突出的表现。但与基因组相比，转录组在基因信息的表达方面能力更为直观，因此测序技术逐渐取代了质谱技术，成为主流转录学研究方式，但质谱技术在细胞转录功能中的反馈仍旧是不容忽视的。

2014年，美国进一步发现了质谱技术在核酸检测方面的积极作用，并以法规形式肯定了激光解析串联飞行时间质谱在核酸检测中的应用，它能够在寡核苷酸序列检测的基础上，对其修饰类型、点位等进行快速反馈。从生物医学角度分析，单核苷酸多态性（SNP）是重要的诊断指标，在遗传疾病检测中的作用尤其明显，通常使用Sanger测序等技术进行判别，但这些方式拥有一个通病，那就是无法满足多基因和多位点检测，这使得检测精度难以保障，同时检测流程更加复杂。以耳聋遗传病为例，若要实现精准筛查，至少要进行4个基因的筛查，同时涉及20个SNP位点，检测难度较大。而应用MALDI-TOF MS，可以最多满足52个位点的同时检测需求，保障检测效率。

三、质谱技术在食品分析检测中的应用

当前，农药、食品添加剂等化学产品的使用，在一定程度上为食品保质期的延长、品质的提升带来了便利，但与此同时也造成了较为棘手的食品安全问题，如何保障检测技术的精准性，规避有害物质对人体的侵袭开始成为现代营养学及食品安全领域重点关注的问题。质谱技术具有很高的适用性，其中尤以电子喷雾三重四级杆质谱最为常用，联合液相色谱分离技术，统一简写为LC-ESI/MS，可以满足多场景应用需求。当其运用于水果、蔬菜等农产品的检测中时，杀虫剂含量可以精确到毫克，分析速度也相当快。除化学物质外，有害微生物也是导致食品污染的重要源头，当前对于食品微生物的检测主要借助了代谢组学相关知识，Ercolini（2009）使用GC-MS技术对肉制品进行了检测，发现了大量由有害微生物代谢产生的物质，确认了目标微生物污染的假设。

综上所述，质谱技术在蛋白质组学、代谢组学等领域的研究中有着极为重大的贡献，有助于促进早期疾病诊断效率的提升，辅助治疗效果的评估。在食品安全检测领域中，质谱技术精准度高、灵敏度好的优势也十分明显，能够显著提升检测评价的准确性。因此要正视质谱技术的优越性，通过多组学整合、自动化改进，全面推动质谱技术在现代营养学和食品安全检测中的应用。