島津成像質(zhì)譜顯微鏡應(yīng)用專題丨食品類
發(fā)布時(shí)間:2021-10-28 閱讀次數(shù)：745次
大米中磷脂類化合物的空間分布質(zhì)譜成像分析
“五谷者，萬(wàn)民之命，國(guó)之重寶”，糧食生產(chǎn)是安天下、保供給、促發(fā)展、穩(wěn)民心的戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)。大米是地球上主要的糧食作物之一，里面含有90%以上人體所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，是全世界一半人口的主要食糧。磷脂是大米中重要的脂類化合物，占谷物總脂質(zhì)含量的10%，具有重要的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。然而，大米在儲(chǔ)藏過(guò)程中，磷脂會(huì)發(fā)生水解產(chǎn)生醛、酮、酚等揮發(fā)性有機(jī)化合物，導(dǎo)致大米產(chǎn)生腐敗氣味，降低其食用和利用價(jià)值。因此，系統(tǒng)性研究大米中磷脂類化合物的空間分布分析，對(duì)改善大米存儲(chǔ)條件、減緩大米陳化、保障食品安全、提高大米的食用品質(zhì)等具有十分重要的意義。
基質(zhì)輔助激光解吸電離-飛行時(shí)間質(zhì)譜成像（MALDI-TOF-MSI）是近年發(fā)展起來(lái)的新型分子成像技術(shù)，可直接分析樣品組織，同時(shí)獲得多種生物分子，如蛋白、多肽、脂質(zhì)、糖類等內(nèi)源性代謝物的空間分布信息。本研究工作利用具有高空間分辨率、高靈敏度的MALDI-TOF-MSI質(zhì)譜成像技術(shù)成功實(shí)現(xiàn)了大米中磷脂類化合物的空間分布分析（Fig.1）。
Fig. 1. 基于MALDI-TOF-MSI技術(shù)的大米中磷脂類化合物空間分布分析示意圖
1. iMScope TRIO 成像質(zhì)譜顯微鏡測(cè)試條件
10% 明膠水溶液包埋大米，-80°C 冷凍8小時(shí), 采用CM1950 切片機(jī) (Leica, Wetzlar, 德國(guó)) 進(jìn)行冷凍切片，切片厚度為16 μm。所得組織切片放置在ITO導(dǎo)電載玻片上 (100Ω/ m2，日本大阪松浪玻璃)，用基質(zhì)升華儀iMLayer (Shimadzu，Kyoto，日本) 在大米組織切片上均勻沉積 2,5-二羥基苯甲酸（DHB）基質(zhì)。采用成像質(zhì)譜顯微鏡iMScope TRIO (Shimadzu，Kyoto，日本) 對(duì)大米組織切片進(jìn)行MALDI 質(zhì)譜成像，使用Imaging MS solution Ver.1.30 (Shimadzu) 軟件分析質(zhì)譜數(shù)據(jù)，根據(jù)二級(jí)質(zhì)譜圖與文獻(xiàn)、脂質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)聯(lián)用進(jìn)行分析物鑒定。質(zhì)譜條件如下：正離子模式，質(zhì)量掃描范圍為m/z 500-1000；激光強(qiáng)度25，激光斑點(diǎn)大小設(shè)置為1（大約為10 μm，an arbitrary unit of iMScope），激光頻率為1000 Hz；檢測(cè)電壓1.85 kV；步長(zhǎng)35μm。
iMScope TRIO
2. 基于 iMScope TRIO 成像質(zhì)譜顯微鏡進(jìn)行大米中磷脂類化合物的空間分布分析
采用iMScope TRIO成像質(zhì)譜顯微鏡在分子水平上對(duì)大米中磷脂類化合物的空間分布進(jìn)行精準(zhǔn)分析。如圖Fig.2，正離子模式下，m/z 500-1000 范圍內(nèi)共獲得12個(gè)代表性磷脂分子的空間分布圖像，顯然，磷脂分子的分布模式與糙米植物學(xué)結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，在糙米組織切片中顯示出不同的空間分布模式。溶血卵磷脂類化合物（LPC）分布于整個(gè)糙米籽粒中，內(nèi)胚乳中的含量相對(duì)較高。卵磷脂類化合物（PC）主要位于胚芽和種皮中，胚芽中含量相對(duì)較高，內(nèi)胚乳中含量極少。本研究實(shí)現(xiàn)了大米中磷脂化合物的可視化，為大米營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的評(píng)價(jià)提供了理論依據(jù)。
3. 基于iMScope TRIO 成像質(zhì)譜顯微鏡進(jìn)行大米加工過(guò)程中磷脂類化合物變化規(guī)律探究
糧食安全是事關(guān)國(guó)家和社會(huì)穩(wěn)定的重大問(wèn)題，個(gè)別商販通過(guò)低價(jià)收購(gòu)陳化大米，經(jīng)二次加工添加礦物油、石蠟、色素等物質(zhì)改變陳米外觀形態(tài)，將其推向市場(chǎng)牟取利益。因此，為保證糧食安全，采用MALDI-TOF-MSI質(zhì)譜成像技術(shù)，對(duì)大米加工過(guò)程中磷脂類化合物變化規(guī)律進(jìn)行探究，結(jié)果表明（圖Fig.3），糙米經(jīng)過(guò)研磨、拋光，美白等系列加工過(guò)程，去除了米糠層和胚芽成為精白米，這一加工過(guò)程中隨著研磨、拋光程度的增加，大米表層卵磷脂的含量逐漸減少直至消失，由此說(shuō)明大米表面的卵磷脂可以作為重要指標(biāo)用以大米加工程度的鑒定。
Fig. 2. 糙米組織切片中12個(gè)磷脂化合物MALDI-TOF-MS質(zhì)譜圖像
Fig. 3. 精白米和糙米中磷脂類化合物的MALDI-TOF-MS質(zhì)譜圖像
本文相關(guān)內(nèi)容由中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所張燕霞博士生提供，詳細(xì)研究?jī)?nèi)容已正式發(fā)表于Journal of Chromatography A 1651 (2021) 462302。
文獻(xiàn)題目
《Spatial distribution analysis of phospholipids in rice by matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry imaging》
使用儀器
島津iMScope TRIO
作者
Yan-Xia Zhang a, b, Xiao-Bo Zhao a, Wei Ha a, Yi-Da Zhang a,*, Yan-Ping Shi a,*
a Chinese Academy of Sciences Key Laboratory of Chemistry of Northwestern Plant Resources and Key Laboratory for Natural Medicine of Gansu Province, Lanzhou Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000, China
b University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
