微生物挥发性代谢产物的产生途径及其质谱检讲解.docx

微生物挥发性代谢产物的产生途径及其质谱检测技术 中国生物工程杂志　ChinaBiotechnology, 2008, 28(1):124～133 微生物挥发性代谢产物的产生途径及其质谱检测技术3 梁华正1 　张　燮1 　饶　军1 　陈焕文1, 233 (1 东华理工大学生物系　抚州　344000 　2 吉林大学化学学院　长春　130021) 生命活动本质规律的重要窗口摘要　微生物挥发性代谢产物(MVOCs)是微生物代谢产物的重要组成部分,是人类了解微生物,也是提高微生物利用价值的重要物质基础。MVOCs 种类较多,按其化学结构不同可分为醇类、醛类、酸类、酯类和酮类等化合物。由于这些化合物的理化性质差异较大,在样品中含量低且浓度差异大,经常与大量的复杂基体共存,一般需要对其进行分离、富集后才能够进行分析测定。归纳了常见MVOCs 的产生途径,综述了常规质谱分析方法在MVOCs 分析检测中的应用,同时结合研究工作,介绍了新兴的复杂基体样品快速质谱分析技术的原理, 评述了它们在MVOCs 检测中的优势,并展望了质谱技术在MVOCs 检测方面的发展趋势。关键词　微生物挥发性代谢产物　产生途径　检测　质谱　无需样品预处理中图分类号　Q93, O657 　　人类利用微生物已有几千年的历史,很多食品如酒、酱油、面包等都由微生物发酵制得。微生物在发酵过程中利用碳水化合物、蛋白质等原料,采用不同的代谢途径产生各种挥发性代谢产物(MVOCs) ,如乙醇、乙酸、丁二酮等具有一定风味的小分子代谢产物, MVOCs 的品种和含量是决定发酵食品风味和品质的重要因素之一。微生物的生长代谢还导致食品变质、衣物坏损、家具发霉等后果,甚至在室内空气中产生显著的霉味, 给人类生活带来较大的影响。分析微生物产生的MVOCs 对于了解微生物代谢状况、有效地进行微生物的利用(如酿酒、制药等)和防止微生物的破坏作用(如发霉等)具有十分重要的作用。因此, MVOCs 的检测, 尤其是现场快速检测是当前生物分析科学研究的热点之一。　　由于MVOCs 浓度低、物质种类多、从极性到非极性跨度大, 使得其理化性能各异, 导致检测的难度较大。因此,深入了解MVOCs 的产生机理,研究开发快速有效的检测技术,具有重要的理论与实际意义。收稿日期: 2007209214 　　修回日期: 2007211202 3 国家自然科学基金资助项目 33 通讯作者,电子信箱: chw8868@gmail. com 1　M VOCs 的主要类型及产生途径　　微生物利用周围环境中的糖类、蛋白质和脂肪等营养成分,在不同酶的作用下分别生成葡萄糖、氨基酸和脂肪酸等。这些物质一方面进行同化作用,合成生物体的结构成分,另一部分则通过异化作用产生能量, 同时也生成一系列 复杂的代谢产物,其中就包括醇类、醛类、酸类、酯类和酮类等MVOCs 产物[1] 。常见MVOCs 的主要类型见表1。如果MVOCs 某个组分含量异常,则标示着产生该组分物质的代谢途径发生了变化,也意味着相关的生物化学过程发生了变化。　　由表1 可见, MVOCs 种类较多。根据微生物代谢产物去向的不同,常将代谢产物划分为初级代谢产物和次级代谢产物两大类。初级代谢产物一般指微生物通过代谢活动所产生的、自身生长和繁殖所必需的物质,如氨基酸、核苷酸、多糖、脂类、维生素等。次级代谢一般是指微生物在一定的生长时期,以初级代谢产物为前体,合成一些对微生物的生命活动无明确功能的物质的过程。这一过程的产物,即为次级代谢产物, 大多是分子结构比较复杂的化合物,根据其作用,可将其分为抗生素、生物碱、毒素等类型。次级代谢与初级2008, 28 (1) 梁华正等: 微生物挥发性代谢产物的产生途径及其质谱检测技术代谢关系密切,初级代谢的关键性中间产物往往是次级代谢的前体,比如糖降解过程中的乙酰2CoA 是合成四环素、红霉素的前体;次级代谢一般在菌体对数生长后期或稳定期间进行,但会受到环境条件的影响。图1 为常见MVOCs 的产生途径,圈内为初级代谢产物,圈外为次级代谢产物。MVOCs 可能由不同的途径产生, 以乙醇为例,乙醇可以由酵母型乙醇发酵和细菌型乙醇发酵生成。在酵母型乙醇发酵中,葡萄糖经糖酵解(alcohol dehydrogenase ) 的作用下生成六碳醇[1] 。步氧化为乙酸。微生物发酵生产食醋正是利用了醋酸杆菌的这一特点。此外,脂肪酸也可以以糖代谢中间产物乙酰2CoA 为原料,在脂肪酸合成酶的作用将乙酰2 CoA 与丙二酸单酰CoA 缩合而生成。MVOCs 中六碳醛、醇类可以由脂肪酸在脂肪氧合酶( lipoxygenase ) 作用下氧化, 再经氢过氧化物裂解酶作