代謝組學(xué)在蝦、蟹類水產(chǎn)品營養(yǎng)品質(zhì)分析中的應(yīng)用

DOI：10.3969/j.issn.1004-6755.2025.06.016

中圖分類號(hào)：S912 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1004—6755（2025）06-0068-04

Application of metabolomics in nutrient quality analysis of shrimp and crab aquatic products *

LIQing，WANGYutao，NINGMingxiao

（Research Instituteof AgriculturalQuality Standardand Testing Technology，Shandong AcademyofAgricultural Sciences， ShandongProvincial KeyLaboratoryofFood Qualityand Safety Testing Technology，Jinan 250loo，China）

Abstract：Shrimp and crab aquatic products have high nutritional value and edible value. Traditional nutritional analysis is limited to the detection of a single component，which is difficult to fully reflect the overall nutritional characteristics. As an important method to study food quality and safety， metabolomics can comprehensively analyze the composition of metabolites in shrimp and crab through high一throughput and high一sensitivity technical means， provides a new perspective for the nutritional quality evaluation of aquatic products. This paper explores the application of metabolomics in the nutritional quality analysis of shrimp and crab products，and looks forward to future trends in quality testing and analytical methods for shrimp and crab.

Key words：metabolomics; shrimp and crab aquatic products; nutritional quality

蝦、蟹作為廣受歡迎的水產(chǎn)品，以其鮮美的口感和豐富的營養(yǎng)價(jià)值深受消費(fèi)者青睞。隨著我國農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的持續(xù)優(yōu)化，蝦蟹養(yǎng)殖行業(yè)近年來實(shí)現(xiàn)了快速發(fā)展，養(yǎng)殖規(guī)模和產(chǎn)量顯著提升。據(jù)《中國漁業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒》數(shù)據(jù)顯示，2022年我國甲殼類水產(chǎn)品總產(chǎn)量達(dá)684.84萬噸，其中漁獲量為200.89萬噸[1]。然而，在從“吃飽\"向“吃好\"轉(zhuǎn)變的消費(fèi)需求背景下，僅滿足產(chǎn)量供應(yīng)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，發(fā)展高營養(yǎng)、高品質(zhì)的水產(chǎn)品成為行業(yè)新趨勢(shì)。在此過程中，高效、科學(xué)的營養(yǎng)品質(zhì)檢測(cè)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量水產(chǎn)品發(fā)展的關(guān)鍵支撐。

代謝組學(xué)作為“后基因組”時(shí)代的新興學(xué)科，通過研究小分子代謝物的整體構(gòu)成及代謝途徑變化，為揭示生物體的代謝狀態(tài)提供了全新視角[2]，該技術(shù)在植物學(xué)[3]、藥理學(xué)[4-5]、毒理學(xué)[6-7]等多個(gè)領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用，同時(shí)在食品科學(xué)和營養(yǎng)學(xué)中的重要性也日益凸顯。在水產(chǎn)養(yǎng)殖方面，同樣也是具有應(yīng)用前景的“新組學(xué)”，代謝組學(xué)為營養(yǎng)品質(zhì)的分析開辟了新途徑。與傳統(tǒng)分析方法僅能檢測(cè)單一成分不同，代謝組學(xué)能夠同時(shí)鑒定樣品中的多種化合物，為全面評(píng)價(jià)營養(yǎng)品質(zhì)提供了獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。本文綜述代謝組學(xué)在蝦蟹全產(chǎn)業(yè)鏈營養(yǎng)品質(zhì)分析中的應(yīng)用現(xiàn)狀，以期為代謝組學(xué)在蝦、蟹養(yǎng)殖及營養(yǎng)品質(zhì)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用發(fā)展提供參考。

1代謝組學(xué)在蝦蟹養(yǎng)殖過程中的應(yīng)用

飼料是水產(chǎn)養(yǎng)殖的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，其品質(zhì)直接影響水產(chǎn)品的效益與品質(zhì)。代謝組學(xué)為研究飼料對(duì)蝦蟹養(yǎng)殖的影響提供了有力工具，有助于優(yōu)化養(yǎng)殖品質(zhì)。馬倩倩等8利用氣相色譜一質(zhì)譜（Gas Chromatography - Mass Spectrometry，GC一MS）聯(lián)用技術(shù)，比較了含 69% 油酸（OA）的橄欖油與含 56% 亞麻酸（LNA）的紫蘇籽油飼料對(duì)中華絨蟹（Eriocheirsinensis）代謝組的影響，發(fā)現(xiàn)OA組中糖酵解和三羧酸循環(huán)相關(guān)代謝物（如蛋氨酸、2一酮一異戊酸等）含量更高，表明OA組能增強(qiáng)葡萄糖和脂質(zhì)降解，為蟹類生長提供更多能量，并通過進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，橄欖油對(duì)中華絨螯蟹生長的促進(jìn)作用優(yōu)于棕櫚油、紅花籽油和紫蘇籽油[9]。

此外，液相色譜一質(zhì)譜（LiquidChromatogra-phyMassSpectrometry，LC—MS）聯(lián)用技術(shù)揭示了 α 一硫辛酸 （α-LA） 對(duì)中華絨螯蟹代謝物的影響，飼喂 α-LA 后，血清中45種代謝物（如半胱氨酸、蛋氨酸及甘油磷脂代謝物）顯著變化，表明α-LA 作為一種新型飼料添加劑可顯著改善生長、抗氧化及脂質(zhì)代謝能力[10]。另一項(xiàng)研究比較了螺螄（Margaryamelanoides）與配合飼料對(duì)中華絨螯蟹代謝的影響，發(fā)現(xiàn) 65% 的差異代謝物為脂類，螺螄組左旋肉堿代謝增多可能抑制增重，而配合飼料組溶血磷脂酰膽堿增加可能對(duì)健康不利[11]。LC—MS代謝組學(xué)分析表明，乙醇梭菌蛋白（CAP）替代魚粉會(huì)影響南美白對(duì)蝦（Litope-naeusvannamei）風(fēng)味物質(zhì)的合成，CAP不同比例替代魚粉導(dǎo)致蝦體內(nèi)芐基甲酸酯、脲基琥珀酸、N一乙酰天冬氨酸下調(diào)，這些代謝物主要富集在Ala、Gly、Asp和Glu的生物合成中，而Ala、Gly、Glu和Asp等是與甜味和鮮味相關(guān)的代謝物[12]綜上所述，GC一MS和LC一MS技術(shù)在蝦蟹代謝組學(xué)研究中各有側(cè)重，聯(lián)合使用可更全面揭示代謝變化，為優(yōu)化養(yǎng)殖策略提供理論依據(jù)。

2代謝組學(xué)在蝦蟹收儲(chǔ)運(yùn)過程中的應(yīng)用

捕撈是水產(chǎn)品供應(yīng)鏈的重要環(huán)節(jié)，根據(jù)水域不同可分為內(nèi)陸大水面捕撈、沿岸捕撈、近海捕撈、外海捕撈、遠(yuǎn)洋捕撈和極地捕撈等。捕撈過程中，水產(chǎn)動(dòng)物會(huì)因外部環(huán)境或體內(nèi)刺激產(chǎn)生生理應(yīng)激反應(yīng)，導(dǎo)致機(jī)體的新陳代謝出現(xiàn)紊亂，從而影響到自身的品質(zhì)。代謝組學(xué)技術(shù)為研究捕撈和儲(chǔ)運(yùn)過程中的品質(zhì)變化提供了重要工具。基于LC-MS技術(shù)，有研究發(fā)現(xiàn)氨暴露會(huì)引發(fā)雌性中華絨螯蟹肝胰腺中氨基酸（如精氨酸、天冬酰胺、天冬氨酸、亮氨酸、谷氨酸等），脂肪酸（如花生四烯酸、油酸、十一酸、棕櫚油酸、芥酸等）及嘌呤嘧啶（如腺苷、鳥嘌呤、尿苷、黃嘌呤等）代謝物的顯著變化[13]。此外，對(duì)抗應(yīng)激能力強(qiáng)和弱的克氏原螯蝦在溫度和運(yùn)輸應(yīng)激下，差異代謝物主要富集于氨基酸代謝通路（如組氨酸、谷胱甘肽代謝和賴氨酸降解等），其中 γ-L- 谷氨酰－L一半胱氨酸、牛磺酸和油酸可能在抗應(yīng)激中起關(guān)鍵作用[14]。Shi等[15]利用核磁共振波譜法（NuclearMagnetic Resonance Spectroscopy，NMR）技術(shù)研究三疣梭子蟹（Portunustrituberculatus）在運(yùn)輸過程中的代謝變化，發(fā)現(xiàn)鰓、肌肉和腸道的代謝物變化顯示出時(shí)間依賴性，在四種組織類型中，鰓組織代謝變化最顯著，乳酸和琥珀酸水平升高，隨著運(yùn)輸時(shí)間的延長，AMP（參與能量代謝）水平明顯下降，但仍可以維持能量穩(wěn)態(tài)。

在冷藏保鮮方面，NMR分析表明，與一 凍藏相比，液氮凍結(jié)可有效緩解擬穴青蟹（Scyuaparamamosain）軟殼蟹在長期凍藏中的質(zhì)量下降，其肌肉和肝胰腺中的肌苷、谷氨酰胺、葡萄糖等代謝物水平顯著升高[16]。此外，不同貯藏方法下中華絨螯蟹的肌肉和肝胰腺代謝物變化顯著，與室溫相比，冰上儲(chǔ)存的中華絨螯蟹體內(nèi)TMA（三甲胺）、有機(jī)酸含量明顯降低，表明貯藏方法與TMA、有機(jī)酸及ATP分解產(chǎn)物的變化密切相關(guān)[1]。LC一MS技術(shù)進(jìn)一步揭示了不同冷凍溫度（ -20^°C 、-40°.-80° 對(duì)南極磷蝦（Euphausiasuperba）品質(zhì)的影響，與一 80^°C 相比， 下貯藏的樣品導(dǎo)致鮮味和甜味物質(zhì)（如精氨酸）顯著下調(diào)，苦味物質(zhì)（如組氨酸）顯著上調(diào)，加速了營養(yǎng)和風(fēng)味損失[18]。微凍貯藏條件下，隨著儲(chǔ)存時(shí)間的延長南美白對(duì)蝦的L一賴氨酸含量上升、有機(jī)酸含量上調(diào)，代謝物的顯著變化可能是影響其品質(zhì)的關(guān)鍵成分[19]。目前，蝦蟹在收儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)的研究主要關(guān)注氨基酸、有機(jī)酸、嘌呤嘧啶等代謝物的變化，冷藏保鮮則側(cè)重于氨基酸、有機(jī)酸和生物堿等指標(biāo)。根據(jù)檢測(cè)需求，常選用LC一MS或NMR分析方法，為品質(zhì)調(diào)控提供科學(xué)依據(jù)。

3代謝組學(xué)在蝦蟹加工過程中的應(yīng)用

水產(chǎn)品加工方法多樣，傳統(tǒng)方式如蒸、煮、煎、熏、發(fā)酵等，操作簡便且成本低，能賦予產(chǎn)品獨(dú)特風(fēng)味。代謝組學(xué)技術(shù)為解析加工過程中的物質(zhì)變化提供了重要手段。基于NMR技術(shù)，可分析蟹膏中的氨基酸、有機(jī)酸、核苷酸等成分，并通過核磁共振氫譜鑒別蟹膏等級(jí)，為蟹肉醬質(zhì)量分級(jí)提供客觀標(biāo)準(zhǔn)[20]。此外，NMR研究發(fā)現(xiàn)，蟹醬發(fā)酵過程中乳酸、甜菜堿、三甲胺等物質(zhì)含量顯著變化，其中三甲胺可作為新鮮度指標(biāo)，為品質(zhì)評(píng)估提供依據(jù)[21]。

在揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)分析方面，頂空氣相色譜一離子遷移譜（Headspace-Gas Chromatogra-phy - Ion Mobility Spectrometry，HS-GC一IMS）技術(shù)揭示了蝦在不同加工階段（生蝦、煮沸、干燥）的揮發(fā)性化合物變化。煮沸和干燥顯著影響醛、酮類及烷基吡嗪的濃度，表明脂質(zhì)氧化和氨基酸降解是風(fēng)味物質(zhì)的主要來源[22]。氣相色譜一離子遷移光譜法（GasChromatography—IonMobility Spectrometry，GC-IMS）進(jìn)一步比較了南極磷蝦和南美白對(duì)蝦蒸、煮后的揮發(fā)性風(fēng)味差異，發(fā)現(xiàn)熱處理后環(huán)己酮、2一辛酮醛等物質(zhì)濃度升高，并且在經(jīng)過熱處理的蝦肉中檢出壬醛、2一己烯醛等物質(zhì)，在生蝦肉中未檢出，這可能是風(fēng)味特征變化的重要因素[23]。

GC一MS技術(shù)用于監(jiān)測(cè)低鹽蝦醬在低溫發(fā)酵中的代謝物變化。與 相比， 10°C 發(fā)酵組中L一絲氨酸、黃嘌呤等顯著增加，而乙酸橙花酯、櫻黃素等減少，表明低溫發(fā)酵不僅能降低含鹽量，還能提升營養(yǎng)特性[24]。目前，蝦蟹醬加工多采用NMR檢測(cè)氨基酸、有機(jī)酸等代謝物變化，而蒸煮過程則利用GC一MS分析酮類、醛類等揮發(fā)性物質(zhì)，其中三甲胺是重要指標(biāo)。然而，單一技術(shù)可能存在偏差，因此結(jié)合NMR與GC一MS的聯(lián)合分析方法，能更全面解析加工過程中的物質(zhì)變化，解析風(fēng)味成分組成及作用機(jī)理、為優(yōu)化加工工藝、滿足多樣化消費(fèi)需求提供理論支持。

4展望

隨著人民生活水平的不斷提升，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求也日益提高。代謝組學(xué)技術(shù)的應(yīng)用為蝦蟹類水產(chǎn)品在整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈中的營養(yǎng)品質(zhì)分析提供了全面視角，能夠?yàn)轲B(yǎng)殖、貯藏、運(yùn)輸和加工等環(huán)節(jié)的營養(yǎng)質(zhì)量改善提供科學(xué)依據(jù)，從而更好地指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐，服務(wù)社會(huì)需求。盡管代謝組學(xué)已成為熱門研究方向，但其仍存在一定局限性：單一方法難以實(shí)現(xiàn)對(duì)所有代謝產(chǎn)物的同步檢測(cè)，且現(xiàn)有代謝物數(shù)據(jù)庫仍需不斷補(bǔ)充和更新。因此，多組學(xué)集成聯(lián)合應(yīng)用和多平臺(tái)集成聯(lián)合分析成為未來發(fā)展的趨勢(shì)。多組學(xué)聯(lián)合應(yīng)用通過在代謝組學(xué)研究基礎(chǔ)上整合蛋白質(zhì)組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)或基因組學(xué)等技術(shù)路徑，能夠更系統(tǒng)、精確、深入地揭示生物代謝物變化的影響機(jī)制，推動(dòng)代謝調(diào)控機(jī)理的研究。此外，不同代謝組學(xué)分析技術(shù)各有局限性，將多種方法結(jié)合使用可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。通過多軟件聯(lián)合檢測(cè)，不僅可以擴(kuò)大代謝物的檢測(cè)范圍和準(zhǔn)確性，還能顯著縮短檢測(cè)時(shí)間，提高檢測(cè)效率，為蝦蟹類水產(chǎn)品的品質(zhì)優(yōu)化提供更強(qiáng)大的技術(shù)支持。

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