《食品科学》：江苏省农业科学院余向阳研究员、李勇副研究员等：非靶向代谢组学研究3种树胶代谢轮廓差异

树胶是树木在创伤部位渗出的一种黏性液体，干燥形成具有一定色泽和无规则形状的略透明胶块。常见的树胶包括瓜尔胶、刺槐豆胶、腰果胶、阿拉伯胶、雪燕和桃胶等。树胶富含多糖成分，因其独特的生物相容性、生物降解性、稳定性以及不会引起免疫应答等特点，近年来在食品医学领域有广泛使用，可用作食品级添加剂，食用涂层，可食性薄膜等。其中，雪燕是人工划破苹婆属刺苹婆树而获得的树干分泌物，因其吸水溶胀性常作为食品增稠剂。阿拉伯胶是金合欢树干被割时产生的渗出物，主要在食品工业中用作稳定剂。桃胶为桃或山桃等蔷薇科植物的树皮受损后分泌的琥珀状渗出物，可日常食用。

江苏大学食品与生物工程学院的刘佳，李 勇*和江苏省农业科学院农产品质量安全与营养研究所的余向阳*等以桃胶、阿拉伯胶和雪燕为研究对象，基于液相色谱-四极杆飞行时间质谱（LC-QTOF/MS）的代谢组学方法分析不同树胶小分子代谢物差异以及总酚含量差异，研究结果将为不同树胶品质分析及功能成分挖掘提供技术支撑。

1 总酚含量分析

如图1所示，不同树胶总酚含量存在明显差异，其中桃胶、阿拉伯胶、雪燕样品总酚含量分别为19.93、4.06 μmol/g和1.36 μmol/g。桃胶总酚含量最高，是雪燕的14.65 倍，是阿拉伯胶的4.90 倍。

2 基于代谢组学分析

由图2可以看出，前2 个PC方差占总方差的48.29%，其中PC1和PC2贡献率分别为30.28%和18.01%，不同品种树胶样品的空间位置有明显不同，表明不同种树胶样品的代谢图谱存在明显差异。

基于HMDB、METLIN等公共数据库及实验室自建数据库对质谱数据进行定性分析，比对一级质谱、二级质谱及保留时间，基于t-test（P＜0.05）和倍数变化（＞1.50或＜0.67）对3 种树胶中的差异代谢物进行筛选，共筛选出165 种差异代谢物，包括67 种类黄酮、13 种有机酸、12 种核苷、9 种氨基酸、9 种糖、6 种酚酸、6 种脂类、3 种生物碱、3 种萜类、37 种其他。如图3、4所示，发现雪燕代谢物含量显著高于阿拉伯胶和桃胶的有8 种，主要包括甘氨酸甜菜碱、腺嘌呤、亚油酸、十二烷基二乙醇酰胺、棕榈酸和腺苷等；雪燕代谢物含量显著低于阿拉伯胶和桃胶的有86 种，主要包括49 种类黄酮、6 种糖类和5 种有机酸等；阿拉伯胶代谢物含量显著高于雪燕和桃胶的有45 种，主要包括14 种类黄酮、9 种氨基酸和5 种核苷等，其中超过5 倍的有12 种，包括富马酸乙二醇酯、去甲二氢愈创木酸、杜鹃素、D-2-氨基己二酸、5-氨基戊酸、谷氨酸、精胺、亚精胺、葫芦巴碱、DL-哌啶酸、5-羟基-3’-甲氧基黄酮；阿拉伯胶代谢物含量显著低于雪燕和桃胶的有35 种，主要包括15 种类黄酮、5 种有机酸等；桃胶代谢物含量显著高于雪燕和阿拉伯胶的有90 种，主要包括50 种类黄酮、5 种核苷和3 种酚酸等，其中超过50 倍的有13 种，包括原花青素B1、原花青素B2、儿茶酸、2’,6’-二羟基-4’-甲氧基二氢查尔酮、橙皮素、柚皮素、二氢坎、淫羊藿黄-4’-单甲醚、松属素、牡荆素-2”-O-鼠李糖苷、原花青素C1、儿茶素7-阿拉伯呋喃糖苷、柚皮素-7-O-葡萄糖苷；桃胶代谢物含量显著低于雪燕和阿拉伯胶的有10 种，分别为5 种氨基酸、1 种生物碱、1 种类黄酮、1 种核苷及2 种其他。

对总酚含量与差异代谢物进行相关性分析（图 5 ）可以发现， 88 种代谢物与总酚含量呈显著正相关，其中大部分是类黄酮类物质（ 54 种）； 11 种代谢物与总酚含量 呈显著负相关，包括苯丙氨酸、十四酸、棕榈酸等。

基于 MetaboAnalyst 软件对差异代谢物进行代谢通路分析，结果如图 6 所示。不同树胶共同富集的代谢通路包括类黄酮生物合成、异喹啉生物碱生物合成、黄酮和黄酮醇生物合成、丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢。此外，阿拉伯胶和雪燕相比，还富集亚油酸代谢、嘌呤代谢、精氨酸代谢等代谢通路；桃胶和雪燕相比，还富集苯丙氨酸代谢、三羧酸循环等代谢通路；桃胶和阿拉伯胶相比，还富 集酪氨酸代谢、苯丙素的生物合成等代谢通路。

不同树胶的总酚含量存在明显差异，呈现桃胶＞阿拉伯胶＞雪燕的趋势。

基于代谢组学分析发现，不同树胶小分子代谢物存在明显差异，主要包括氨基酸、糖类、脂质、多酚等。氨基酸是植物中最重要的初级代谢产物之一，在植物生理中发挥重要作用，也是非常重要的营养素，有调节营养物质代谢、增强免疫力的作用。本研究中共筛选出9 种差异氨基酸，包括天冬氨酸、酪氨酸、谷氨酸、苯丙氨酸、色氨酸等，均在阿拉伯胶中含量较高，不同树胶中氨基酸累积差异可能与流胶树的品种及流胶方式有关。这些氨基酸均与植物防御、蛋白质及次生代谢物合成有关，其中天冬氨酸和谷氨酸是中心碳氨基酸，可用于合成其他氨基酸；苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸都是芳香族氨基酸，是多种次生代谢物的前体；精氨酸代谢被认为在氮储存和氮代谢中起关键作用。代谢通路分析发现丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢为不同树胶重要差异代谢通路。此外，色氨酸、苯丙氨酸也是人体必需氨基酸，具有多种生物学功能，能促进健康。因此就氨基酸而言，阿拉伯胶相比于雪燕及桃胶对人体更有益。

糖是植物大多数生物合成和代谢途径中的代谢底物和信号化合物，参与调控植物生长发育、逆境响应和生物防御反应等生理过程。已报道树胶中富含多糖物质，尽管实验中没有检测到大分子多糖组分，但发现9 种差异糖类组分，主要是糖、糖醇、糖磷酸等。阿拉伯胶显著高于雪燕和桃胶的有4 种，分别为麦芽三糖、海藻糖、D-阿拉伯糖和龙胆二糖；桃胶显著高于雪燕和阿拉伯胶的有3 种，分别是异麦芽酮糖、1-磷酸甘露糖、甘露醇。不同树胶小分子糖类物质丰度差异，可能表明不同树胶多糖结构存在差异。糖类作为植物重要的渗透压调节物质，与植物胁迫响应有关，当植物受到损伤胁迫时，受伤组织易分泌糖类组分缓解胁迫响应。海藻糖是一种非还原性多糖，在植物受到胁迫时会大量积累，其可以增强抗氧化活性和调节细胞渗透压，提高植株对非生物胁迫的耐受性，这可能说明金合欢树在受到切割后产生海藻糖以应对胁迫响应。此外，麦芽三糖和异麦芽酮糖能调节肠道菌群，有营养保健的作用。因此就糖类组分而言，阿拉伯胶和桃胶比雪燕更有价值。有机酸在植物的生长过程中起着重要的作用，并参与许多代谢途径，包括碳储存、胁迫防御等。本研究中共筛选出13 种差异有机酸，其中雪燕显著高于阿拉伯胶和桃胶的有2 种，为异烟酸和苹果酸，其中苹果酸是生物体在糖代谢过程中产生的有机酸，是三羧酸循环中重要的代谢枢纽，可作为食品酸味剂。阿拉伯胶显著高于雪燕和桃胶的有3 种，分别为犬尿酸、DL-哌啶酸和6-羟基烟酸，其中犬尿酸是通过色氨酸代谢的犬尿氨酸途径形成的，可以保护人体神经，而6-羟基烟酸是合成维生素A的前体物质。桃胶显著高于雪燕和阿拉伯胶的有5 种，分别为壬二酸、乌头酸、柠檬酸、奎宁酸和葡萄糖酸，其中壬二酸是植物抵抗病原菌免疫防御的重要组成部分，可以释放防御激素来抵抗病原菌，同时对人体也具有抗增殖和细胞毒性作用及抑菌和杀菌性能。此外，乌头酸、柠檬酸及奎宁酸可用作食品酸味剂和抗氧化剂。

脂质参与多种生命活动，尤其是胁迫响应，同时也是日常饮食的主要组成部分。本研究共筛选出6 种差异脂类，其中雪燕显著高于阿拉伯胶和桃胶的有5 种，分别为棕榈酸、N,N-二甲基十二胺N-氧化物、亚油酸、十四酸及十二烷基二乙醇酰胺，亚油酸作为不饱和脂肪酸，是抗菌物质和愈伤物质的有效组成，能提高植物的免疫能力，增强植物对伤、病、虫害的抗性，代谢通路分析发现亚油酸代谢为不同树胶重要差异代谢通路。同时亚油酸作为一种人体必需脂肪酸，可以降低人体血浆胆固醇水平和愈合皮肤伤口。从脂质含量角度来看，雪燕营养价值高于阿拉伯胶和桃胶。

多酚是参与植物发育和防御的次生代谢产物，且对人体具有抗癌、抗炎症、增加机体免疫性等功能。植物多酚主要包括酚酸类、类黄酮类等。本研究中共筛选出67 种差异类黄酮，主要包括黄酮、黄烷酮、异黄酮、二氢黄酮醇和二氢查耳酮等。桃胶显著高于阿拉伯胶及雪燕的有50 种，其中超过50 倍包括原花青素B1、原花青素B2、儿茶酸、橙皮素、柚皮素、松属素、原花青素C1、柚皮素-7-O-葡萄糖苷等。原花青素是一类膳食类黄酮，可通过与碳水化合物、蛋白质、脂类或它们在胃肠道内的相应酶和转运体相互作用，降低其消化、吸收和生物利用度。橙皮素、柚皮素、松属素都可作为抗氧化剂，具有抗菌抗癌和抗病毒活性的功能。阿拉伯胶显著高于桃胶及雪燕的有14 种，阿拉伯胶中的木犀草素、杜鹃素分别是桃胶和雪燕的41 倍和39 倍，木犀草素通过抑制NF-κB信号通路发挥抗炎作用，通过对Nrf2转录活性的激活而发挥抗氧化作用。由此可以看出，桃胶中类黄酮的种类及丰度是最多的，其次是阿拉伯胶，雪燕中含量最少，该结果与3 种树胶中总酚含量一致。不同植源性树胶类黄酮类物质差异可能与其成胶方式有关，虽然这3 种树胶都是植物在应激条件下渗出的多糖，但阿拉伯胶和桃胶受到的是物理损伤，而桃胶则是受到外界胁迫，譬如真菌或细菌的侵染、虫害、表皮损伤或水分胁迫而产生。许多研究表明，真菌感染会导致活性氧的过度产生，植物可以产生许多次级代谢物（尤其是多酚），以清除活性氧和减少膜脂过氧化，从而防止侵害，因此桃胶可能是病原菌侵染进而导致类黄酮类物质含量和种类多。相关性分析发现，苯丙氨酸与多数类黄酮含量呈显著负相关，苯丙氨酸是类黄酮合成的重要前体物质，桃胶中苯丙氨酸含量少，可能是由于类黄酮合成而消耗。此外，本研究中共筛选出6 种差异酚酸，均在阿拉伯胶和桃胶含量较高。桃胶中的3-咖啡酰奎宁酸及阿魏酸显著高于阿拉伯胶和雪燕，阿拉伯胶中绿原酸、异阿魏酸、芥子酸显著高于桃胶和雪燕。由此可以看出，多酚是不同树胶中主要差异成分之一，代谢通路分析也证明类黄酮生物合成、黄酮和黄酮醇生物合成等代谢途径为不同树胶成分差异的重要通路。因此就多酚含量而言，桃胶的营养保健功能高于阿拉伯胶和雪燕。

结论

分析不同树胶（阿拉伯胶、雪燕、桃胶）总酚含量代谢轮廓差异。实验结果表明，不同树胶的总酚含量存在明显差异，其中桃胶总酚含量最高（19.93 μmol/g），其次是阿拉伯胶（4.06 μmol/g）和雪燕（1.36 μmol/g）。基于代谢组学分析，发现树胶中不仅含有多糖，还含有小分子代谢物，如氨基酸、有机酸、类黄酮、脂类等物质。然而不同树胶小分子代谢物种类及丰度存在明显差异，其中桃胶中类黄酮类物质含量丰度明显高于阿拉伯胶和雪燕，与总酚含量结果一致。此外，雪燕和阿拉伯胶氨基酸、有机酸含量丰度明显高于桃胶，雪燕中脂类物质含量丰度明显高于阿拉伯胶和桃胶。不同树胶差异代谢物富集的代谢通路主要为基于类黄酮生物合成、异喹啉生物碱生物合成、氨基酸合成与代谢、亚油酸代谢等，其可能与树胶成胶方式有关，本研究基于代谢组学揭示了不同树胶代谢物变化规律，研究结果将为树胶品质分析及功能性成分挖掘提供技术支撑。

本文《非靶向代谢组学研究3种树胶代谢轮廓差异》来源于《食品科学》2023年44卷第10期273-280页，作者：刘佳，李勇，木其尔，田菊，张硒平，余向阳。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20220803-030 。点击下方 阅读原文 即可查看文章相关信息。

实习编辑；云南师范大学生命科学学院 母朵银；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网。

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