一文读懂什么是风味组学，怎么开展风味组学研究？

什么是风味组学？

    风味组学通常指挥发性代谢物检测，包含食品品质特征鉴定、品质改良、含量检测、药物鉴别等多个方面。所采用的检测手段一般为色谱质谱联用技术，特别是气相色谱质谱联用技术。

风味组学的研究方向有哪些？

1. 石油化工

2. 环境检测3. 食品药品4. 香精香料5. 生物医疗风味组学研究方向举例：

为什么利用GC×GC-TOF-MS全二维气相色谱质谱技术研究风味组学？

    风味代谢组基于LECO Pegasus BT 4D GC×GC/TOF MS全二维气相色谱质谱平台，具有高分辨率、高灵敏度的全二维气相色谱技术及高采集速率（500张全谱图/秒）飞行时间质谱技术，为复杂样品及未知物样品分析提供完美解决方案。全自动定性能力、定量能力超越同类飞行质谱。集成了气相和高采集速率的飞行时间质谱的所有优点。

    全二维气相色谱（Comprehensive Two-dimensional Gas Chromatography, 简称GC×GC）是上世纪九十年代在传统的一维气相色谱基础上发展起来的一种新的色谱分析技术。其主要原理是把分离机理不同而又互相独立的两支色谱柱以串联方式连接，中间装有一个调制器（Modulator）, 经第一根柱子分离后的所有馏出物在调制器内进行浓缩聚集后以周期性的脉冲形式释放到第二根柱子里进行继续分离，最后进入色谱检测器。这样在第一维没有完全分开的组分（共馏出物）在第二维进行进一步分离，达到了正交分离的效果。两维的分离机理大大扩展了色谱的分离能力。
    诺米代谢以酒类的风味组学研究为例，总结了不同检测平台鉴定风味物质数量，基于GC×GC/TOF MS强大的分离能力，GC×GC/TOF MS鉴定物质的数量要远高于普通的GC-MS。    下表数据来自文献或诺米代谢酒类质谱数据库，可看出，GC×GC/TOF MS鉴定风味物质的能力较强。

GC×GC/TOF MS具有强大的定量和定性能力

1. 定量能力

    高灵敏度、宽动态范围和解卷积提供更低的检测及更准确结果。2. 定性能力

    高分离度GC×GC极大提升样品的可定性峰数。

GC×GC/TOF MS是否可以同固相微萃取技术联用？

    固相微萃取（Solod phase Micro-Extration SPME）是在固相萃取基础上发展起来的一种新的萃取分离技术，是基于采用涂有固定相的熔融石英纤维来吸附、富集样品中的待测物质，操作时间短，样品量小，无需萃取溶剂。

Xu L et al. 2020    SPME与GC-MS联用是研究最早，也是目前发展得最成熟的技术。适用于气体、挥发性/半挥发性物质。GC×GC/TOF MS可以同固相微萃取技术联用。

诺米代谢风味组学特色分析内容示例

数据检查-典型样本总离子流色谱图风味组学关联网路图风味组学雷达图风味组学桑基图

案例分析

案例1：GC×GC-TOF MS非靶代谢组学和靶向代谢组学

Untargeted and targeted metabolomics strategy for the classification of strong aroma-type baijiu (liquor) according to geographical origin using comprehensive two-dimensional gas chromatography-time-of-flight mass spectrometry

期刊：Food Chemistry

影响因子：6.306

发表单位：华南理工大学

发表时间：2020年

研究背景    中国白酒多样诱人的气味和味道成为世界著名的蒸馏酒之一。中国白酒中含有大量的挥发性化合物，包括醇类、酯类、脂肪酸、呋喃、酮类、含氮化合物和含硫化合物。根据香型特点，中国白酒可分为四种基本香型，即清香型、酱油型、米香型和浓香型。其中，浓香型白酒占白酒总产量的70%左右，其特点是香气浓郁、口感柔软、回味悠长。己酸乙酯是表现出果味的主要酯，丁酸乙酯、戊酸乙酯、辛酸乙酯和3-甲基己酸丁酯也是重要的香气贡献者。浓香型白酒主要产自四川盆地和江淮盆地。不同产地的白酒生产工艺也有所不同。到目前为止，许多研究都是根据产地对酒类进行分类，如葡萄酒、朗姆酒和白酒。然而根据地理来源对浓香型白酒进行分类的研究较少。研究目的    本研究液液萃取-二维气相色谱-TOFMS技术将浓香型白酒样品的挥发性成分与地理来源联系起来。首先，利用PCA和PLS-DA对原始数据进行无目标分析，以识别潜在的标记。然后对标记化合物进行鉴定和定量，并进行层次聚类分析(HCA)，以验证非靶向分析的结果。研究结论    通过对食品等复杂基质中挥发物的分析，用GC×GC-TOFMS分析了茅台酒中的528种挥发物。主成分分析有效地分离了这两个区域的样本。PLS-DA训练模型的解释变异和预测能力分别为0.988和0.982。结果，该模型证明了它能够很好的区分所有未知的浓香型白酒样本。29个潜在标记通过不同的投影值的重要性定位，其中24个被鉴定和定量。大多数标记化合物在四川盆地样品中的含量低于江淮盆地样品。对定量标记进行进一步聚类分析，表明这些标记对浓香型白酒样本具有很强的鉴别能力。所有样本的PCA评分图LZ-1的气相色谱图谱中鉴定的标记物对22种定量标记化合物和随机选取的白酒样品进行热图分析    采用GC×GC-TOF MS质谱联用技术，结合感官描述性分析，从化学特征和感官特征两方面分析了不同地区的浓香型白酒的风味特征。鉴定出多种潜在芳香化合物(262种)，其中58种化合物在四川和江淮地区具有显著差异。通过偏最小二乘回归和网络分析，研究了这些潜在香气化合物与感官属性的关系。鉴定出了对重要感官属性起主导作用的化合物。四川地区样品中吡嗪类、呋喃类和羰基类化合物含量较高，是酒窖香气、烘烤香气和谷物香气强度较高的主要原因;而江淮地区样品中酯类和酒精含量较高，是果香和花香的主要原因。这种方法可能有在其它酒精饮料风味表征中的实际应用。

案例2: 基于GC×GC- TOF- MS和GC- IMS的中国不同地区干腌火腿挥发性成分分析

GC × GC-ToF-MS and GC-IMS based volatile profile characterization of the  Chinese dry-cured hams from different regions

期刊：Food Research International

影响因子：4.972

发表单位：南京农业大学

发表时间：2021年

研究背景    中国的干腌火腿具有独特的香气特点，深受当地消费者的喜爱。由于不同地区的干腌火腿在腌制、压榨、干燥、成熟等生产工艺，独特的挥发性有机成分对中国干腌火腿的感官特征有重要影响。研究目的    采用溶剂辅助风味蒸发(SAFE)联合GC× GC-TOF-MS和顶空注射(HS)联合GC-IMS对绵宁、诺登、萨巴、三川、万华和宣恩6种中国干腌火腿的挥发性有机化合物(VOCs)进行了分析。研究结论    采用主成分分析(PCA)和多因素分析(MFA)对VOCs进行可视化和鉴别。GC x GC- TOF -MS检测到的VOCs(265)是GC- IMS(45)的5倍以上。然而，PCA和MFA在GC- IMS和GC×GCTOF-MS数据中显示了相似的结果，说明HS-GC-IMS是区分不同地区干腌火腿的良好选择。云南宣恩火腿有烟熏味，与其他火腿明显不同，可能是因为其独特的加工工艺。许多醛类物质(庚醛、壬醛等)在三川火腿中起着重要作用。酮类物质与其他四种干腌火腿有关，尽管它们来自不同的地区。本研究为中国干腌火腿的风味特征和鉴别提供了有价值的分析数据。

    GC×GC- TOF - MS对4个地区6种中国干腌火腿中挥发性有机化合物进行了三维色谱分析。柱I轴为化合物的保留时间，柱II为化学极性。HI(冕宁)，H2(诺灯)，H3(萨巴)，H4(三川)，H5(万华)，H6 (宣恩)。

参考文献

[1] Xuebo Song, Si Jing, et al. Untargeted and targeted metabolomics strategy for the classification of strong aroma-type baijiu (liquor) according to geographical origin using comprehensive two-dimensional gas chromatography-time-of-flight mass spectrometry[J]. Food Chemistry, 314.

[2] Wenqian Li, Yan Ping Chen et al., GC × GC-ToF-MS and GC-IMS based volatile profile characterization of the Chinese dry-cured hams from different regions. Food Res Int. 2021 Apr;142:110222. 

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