MS Lab on a Chip系统生命科学应用案例|食用油种类及氧化程度鉴定

摘要

本案例提出基于汇健科技的MS Lab on a Chip系统对食用油的特征指纹图谱进行测试和分析的新方法，可鉴别食用油种类和食用油的氧化程度，在食品安全领域具有广阔应用前景。

一、前言

近期，国务院食安办通报了“罐车运输食用油乱象”的调查结果，食用油安全问题再次进入公众视野。食用油中的各项指标，包括酸价、过氧化值、重金属含量、脂肪酸组成、胆固醇含量、氧化程度等均关乎食用油的安全性和营养价值，这对于消费者的健康至关重要。例如，食用植物油中所包含的甘油三酯、磷脂、游离脂肪酸等多种营养物质可作为能量来源驱动基本的细胞生物学过程，不同种类植物油中脂肪酸和甘油酯的成分差异影响其营养价值，相应的市场价格也各不相同；再者，在长期贮存或油炸条件下，食用油容易氧化变质，释放出各种有害物质，对公众健康构成严重威胁。因而，对于不同种类食用油的鉴定和对于食用油氧化程度的鉴别区分尤为重要。

本案例基于汇健科技的MS Lab on a Chip系统进行食用油代谢组和脂质组的测试，并将其应用于食用油不同种类和不同氧化程度的鉴别，为食用油的品质鉴定提供了一种快速、便捷、高效的解决方案。

二、实验流程

1. 仪器、软件与试剂

（1）仪器：ClinMS-Plat RI反射高分辨MALDI-TOF质谱仪

（2）试剂与样品：食用油样本（大豆油、稻米油、菜籽油及氧化后的菜籽油）；MetArrayTM微纳质谱芯片

（3）分析软件：ClinChip MS Analyzer组学分析软件、Omics-AI组学大数据智能分析平台

2. 实验流程

（1）样本预处理：

获取食用油样本，稀释后加入足量的钠盐，离心后取上层清液后，在MetArrayTM微纳质谱芯片上进行自动点样或与基质混合后手动点样，室温干燥后，送入质谱仪中进行检测。

（2）样本检测：质谱采集测定模式为反射模式，食用油代谢组的检测分子量范围为50-400 m/z，脂质组的检测分子量范围为400-1000 m/z。在代谢指纹谱图和脂质指纹谱图中，均以 1000次激光脉冲的平均信号作为该样品点的检测结果。

（3）数据分析：在Omics-AI组学大数据智能分析平台和ClinChip MS Analyzer组学分析软件中进行数据的预处理，包括对齐、平滑、寻峰等，并对寻峰列表进行统计学分析如层次聚类（HCL）、主成分分析（PCA）等，以评估食用油指纹图谱对食用油的种类和不同氧化程度的鉴别能力。

图1. 实验流程示意图

三、结果讨论

1. 不同品质的食用油快速鉴别

对大豆油和稻米油预处理后重复点样，在反射高分辨MALDI-TOF质谱仪上分别采集样本的代谢指纹图谱和脂质指纹图谱，其PCA结果如图2所示。大豆油和稻米油通过代谢和脂质指纹图谱均可实现聚类，不同种类食用油的鉴别效果较好。需要特别指出的是，由于存在基质效应，传统基质体系无法采集到可靠的小分子代谢组学的指纹图谱，而微纳质谱芯片背景干扰低，无小分子区的抑制效应，因而在MetArrayTM微纳质谱芯片上采集的代谢指纹图谱或脂质指纹图谱均可用于不同种类的食用油鉴别。

图2.大豆油和稻米油在芯片体系代谢(A)和脂质(B)指纹图谱的PCA散点图以及在基质体系脂质(C)指纹图谱的PCA散点图。

进一步，我们对大豆油、稻米油和菜籽油进行平行预处理后重复点样，并采集样本脂质指纹图谱，图谱的HCL和PCA见图3。HCL和PCA结果具有一致性，均显示出明确的食用油种类区分效果。

以上结果显示，利用代谢和脂质组学指纹图谱能够有效鉴别不同品质的食用油。

图3.鉴别大豆油、稻米油和菜籽油的PCA散点图(A)及HCL图(B)

2. 食用油氧化变质程度评价

我们对菜籽油进行了不同程度的加热，其中，A样本为新鲜菜籽油；B样本在150℃加热15 h，用于模拟食用油长期贮存或日常炒菜的情境；C样本为加热菜籽油在170℃加热15 h，用于模拟深度油炸过后的食用油。对三个样本组进行平行预处理后重复点样，并对甘油酯分子段进行分析，其结果的HCL和PCA结果如图4，二者分析结果具有一致性。PCA结果显示，各分组随加热时间延长和温度升高呈梯度区分，新鲜菜籽油和深度油炸后的菜籽油可完全区分。HCL结果显示三个分组可在组内准确聚类，且在高分子段有较大差异。

图4.鉴别不同氧化程度菜籽油的PCA散点图(A)及HCL图(B)。

采用wilcox检验，我们筛选出在新鲜菜籽油和深度油炸菜籽油中具有显著性差异的特征分子，差异特征分子的小提琴图见图5。筛选出的差异分子主要为甘油二酯（DG）、甘油三酯（TG）和氧化甘油三酯（O-TG）。其中，随着加热温度的升高和加热时间的增长，有一系列的TG响应逐渐降低，其对应相同脂肪酸链组成的氧化态（O-TG）响应则明显增高；同时，也发现一系列DG的响应逐渐增高，疑与甘油三酯受热氧化裂解过程相关。以上结果显示，以甘油酯为主的MALDI-TOF脂质指纹图谱可对食用油氧化变质程度进行快速评价和鉴别。

图5. 不同氧化程度菜籽油的差异特征分子的小提琴图。

四、结论

基于汇健科技的MS Lab on a Chip系统对食用油脂质指纹图谱进行测试和分析，可有效鉴别不同种类的食用油。进一步地，利用ClinMS-Plat RI对甘油酯有良好的质谱检测能力，可以对食用油氧化变质程度进行鉴别并筛选出指向性的特征差异物。这些结果表明，通过精确的高分辨质谱分析，可以确保食用油的质量安全，帮助消费者避免摄入劣质或掺假的食用油，这对于预防因食用劣质油脂导致的健康问题至关重要；同时，通过该技术筛选出的特征差异，可以作为食用油品质的生物标志物，有助于开发新的食品安全检测方法和标准，这对于提高食品安全监管的效率和准确性以及推动相关技术在食品安全领域的应用具有重要作用，可以应用于食用油品质鉴定、食用油变质程度鉴定、地沟油检测等场景，保障食品真实性和食品安全，守护人类健康。

ClinMS-Plat RI是国内首台商业化桌面式反射高分辨MALDI-TOF质谱仪，结合配套的微纳质谱芯片、组学分析软件，构成了国内首个实现免基质-代谢组学应用的质谱平台MS Lab on a Chip，解决了国产MALDI质谱仪在小分子代谢组科研领域的“仪器性能不匹配+基质体系不匹配”的两大挑战，具有高性能、高性价比、易操作、维护成本低等优势，尤其可以为生命科学研究提供高通量小分子代谢组研究、高通量高覆盖率脂质组学检测、特殊脂质高灵敏质谱检测、纳米整合组学研究等多种解决方案。

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