毛竹（Phyllostachys edulis）是我国分布范围最广、面积最大的经济竹种，具有生长迅速且环境适应力强的特点。毛竹笋是我国传统的“森林蔬菜”之一，其味道鲜美，富含蛋白质、氨基酸、膳食纤维、多糖等多种营养物质以及微量元素，并且具有抗氧化、抗炎症、降压等多种功能，是一种天然的保健品。 毛竹笋的生长速度极快，在条件适宜的春季，甚至一天能生长1 m，因此笋生长过程中营养物质会发生剧烈变化。 然而对于竹笋不同出土高度的代谢物变化情况尚不明晰。

浙江农林大学 省部共建亚热带森林培育国家重点实验室的郭明阳、贺曰林、应叶青*等 基于广泛靶向代谢组学方法对3 个不同生长阶段（5 cm代表破土期、20 cm代表生长期、40 cm代表快速生长期）的毛竹笋进行分析，同时与基本营养指标测定结果相结合，阐明毛竹笋差异代谢物的动态变化情况，旨在为毛竹笋的营养价值研究以及毛竹资源的开发与科学利用提供理论依据。

1 毛竹笋不同生长阶段的形态及营养成分变化

如图2所示，S1期竹笋整体呈乳白色，到S3期变为黄绿色。色度值也印证了这一点（表1），S1到S3总色差显著增加，亮度值无显著差异，黄度值显著增加。竹笋硬度随竹笋高度的增加也呈显著上升的趋势。

如表1所示，毛竹笋中可溶性总糖含量随生长高度的增加呈下降趋势，由S1期的5.88 mg/g下降到S3期3.88 mg/g。与此同时，淀粉和纤维素的含量随生长高度增加而上升，在S3期含量达到最高。笋是人类潜在的蛋白质来源，在毛竹笋S3阶段，笋体内可溶性蛋白含量显著下降，全氮含量也呈相同的趋势。笋中蛋白质的消耗速率增加会导致其存储的蛋白质大量减少，因此可溶性蛋白和全氮含量的下降可能与S3期竹笋生长速率加快密切相关。游离氨基酸含量在毛竹笋的S2～S3阶段显著下降，氨基酸也是笋品质的重要评价指标。此外，灰分与粗脂肪含量随生长高度的增加含量上升，S3期灰分质量分数达到了9.52%，粗脂肪含量达到4.50%。

如表1所示，随生长高度增加，毛竹笋中总酚含量在生长期S2达到最高，在S3期显著下降到5.87 mg/g。总黄酮和VC含量在S1到S2期间显著下降，S3期含量基本不变。此外，竹笋中的木质素含量由S1期的6.33%迅速上升，到S3含量达到9.27%，竹笋中木质素含量的增加会导致口感品质的下降。

2 竹笋不同生长阶段营养品质综合评价

如表2所示，破土期、生长期与快速生长期平均隶属函数值分别为0.75、0.45和0.15，隶属函数值越大，代表综合品质越好，说明毛竹笋破土期具有较好的营养和风味品质。

3 毛竹笋不同生长阶段代谢物总体分析

通过UPLC-MS/MS手段对毛竹笋3 个阶段的代谢产物进行鉴定，共鉴定出765 个化合物。这些代谢物被分为13 类（图3）。检测到的所有代谢产物中，脂类化合物数量最多（19.3%），其次是酚酸类（18.8%）、氨基酸及其衍生物（12.4%）、生物碱（9.3%）、有机酸（9.2%）、糖及醇类（7.8%）、核苷酸及其衍生物（7.1%）、黄酮（5.5%）、木脂素和香豆素（2.5%）、维生素（2.5%）、萜类（2.2%）和醌类（0.4%）。

为确定不同生长阶段竹笋的总体代谢差异和组内样本之间的变异度大小，对9 个样品（3×3 个生物重复）进行PCA和相关性分析。PCA结果表明（图4），PC1可以解释不同生长阶段的总方差和分离样本的32.9%，PC2能解释总方差的15.7%，说明在毛竹笋生长的不同阶段，代谢产物的积累模式存在较大差异。通过相关性分析（图5）发现竹笋各重复间的相关均大于0.92。上述结果表明，不同生长阶段组内有较好的重复性，所获得的代谢组数据可靠。

4 毛竹笋不同生长阶段差异积累代谢物分析

为了进一步了解竹笋生长不同阶段（S1 vs S2，S2 vs S3）之间的代谢差异，对差异累积代谢物（DAMs）进行分析，在筛选条件FC≥2或FC≤0.5且VIP＞1下，共筛选到203 个DAMs，每组的DAMs数量如图6所示。S1与S2共鉴定到90 个DAMs，其中有51 个呈上调趋势，39 个呈下调趋势。在S2与S3中共鉴定到63 个DAMs，其中23 个呈上调表达，40 个呈下调表达。

进一步通过聚类分析对发育过程中代谢组的动态变化进行概述。对203 个差异代谢物进行评估后识别出了9 种表达模式Sub Class 1～9（图7）。其中占比最高的Cluster 5（占总体22%）随生长阶段变化不断积累，在竹笋快速生长期含量显著增加，主要是酚酸类（44%）和脂质（16%）表现出这种聚类；第2大类群Cluster 9，包括38 种代谢物，在S2～S3阶段含量显著积累，主要是脂质（32%）、酚酸（16%）、有机酸（13%）和氨基酸及其衍生物（11%）。此外，Cluster 6和7主要包含黄酮、脂质和部分氨基酸，在竹笋生长过程中呈现下降趋势，只在S1期显著富集。

为了更直观展示代谢物的总体差异情况，通过FC值计算，绘制代谢物含量差异动态分布图，标注其中上调和下调前10 个代谢物。如图8所示，随着竹笋生长，S2相比S1阶段显著上调物质有S-烯丙基-L-半胱氨酸、L-酪胺、松香酸和苯基乙醇胺以及多个酚酸类物质，下调的物质有12-羟基氢化松香酸甲酯、褪黑激素、新绿原酸和多个黄酮类物质如槲皮素-3-O-芸香糖苷（芦丁）、槲皮素-7-O-芸香糖苷等。而在S2生长到S3过程中，芹菜素、肉桂酸和9-(阿拉伯糖基)次黄嘌呤等含量显著增加，色胺、顺-N-阿魏羟色胺、1-氨基环丙烷-1-羧酸、甘磷酸胆碱GPC等显著下降。可以看到显著变化的差异代谢物中，上调类物质以酚酸为主，下调类物质S1 vs S2以黄酮为主，S2 vs S3以生物碱为主，其中也有多个氨基酸和脂质类物质发生变化。结合聚类分析结果，发现毛竹笋生长动态变化的差异代谢物主要集中在脂质类、氨基酸类、有机酸类、酚酸类以及黄酮和生物碱类化合物。

4.1 脂质类化合物

竹笋中已有研究表明酯类是竹笋主要的风味物质之一，毛竹笋中共检测到37 个差异累积脂质（图9），其中多数脂质随生长高度的增加相对含量呈上升趋势，其中以溶血磷脂酰乙醇胺类表现的最为显著，这类物质与促进果实成熟、提高果实品质稳定性及延缓植物组织衰老密切相关。但也有例外，甘油酯类、甘磷酸胆碱GPC以及部分游离脂肪酸均在竹笋S1阶段显著富集，在S2～S3阶段显著下降（图8、9）。其中甘磷酸胆碱GPC是一种水溶性磷脂代谢产物，具有降脂健脑等多种功效。

4.2 氨基酸及其衍生物

竹笋中氨基酸含量丰富，能够提供人体所需的17 种氨基酸。通过靶向代谢组测定，发现毛竹笋中有22 种氨基酸及其衍生物在不同生长阶段出现显著差异（图10）。不同阶段差异显著氨基酸包含L-缬氨酸、L-天冬氨酸、L-谷氨酸、L-高甲硫氨酸和L-精氨酸，其中L-天冬氨酸、L-缬氨酸与L-精氨酸在S1期显著富集，L-谷氨酸与L-高甲硫氨酸在S2具有较高的表达水平。而对于氨基酸衍生物，5-氧化脯氨酸、N-甲酰-L-蛋氨酸、N-α-乙酰基-L-鸟氨酸等在S1期显著富集，N-单甲基-L-精氨酸、S-烯丙基-L-半胱氨酸、N-乙酰基-半胱氨酸等在S2期显著富集，L-酪胺、谷胱甘肽还原型、γ-L-谷氨酸-L-半胱氨酸等在S3期显著富集。在竹笋高生长中，天冬氨酸和谷氨酸作为鲜味氨基酸，其相对含量在S1和S2表达量高，说明竹笋在S1、S2阶段鲜味特征明显。而谷胱甘肽代谢通路中谷胱甘肽还原型及其前体化合物γ-L-谷氨酸-L-半胱氨酸含量在S1到S3阶段含量不断增加，表明在S3期毛竹笋的谷胱甘肽氧化型向还原型转化，该阶段毛竹笋的抗氧化性提高。

4.3 有机酸类化合物

有机酸是一类具有羧基的化合物，在植物中的有机酸可作为碳源、增强植物抗性、影响氨基酸合成、抑菌等。毛竹笋中多数有机酸在竹笋生长的S2、S3期具有较高表达（图11），如1-氨基环丙烷-1-羧酸、γ-氨基丁酸、苯丙酮酸、琥珀酸和苹果酸等。柠檬酸、异柠檬酸、奎宁酸和α-酮戊二酸等除外，在S1、S2期含量维持较高水平，S3期含量最低。其中1-氨基环丙烷-1-羧酸、γ-氨基丁酸都与乙烯合成有关，苯丙酮酸是木质素合成途径的前体化合物。此外，有机酸中琥珀酸、柠檬酸、异柠檬酸、酮戊二酸等都是三羧酸循环的中间产物，随着竹笋生长高度增加，琥珀酸、苹果酸呈上调趋势，而柠檬酸、异柠檬酸、酮戊二酸与之相反，从S1～S3积累水平不断下降。

4.4 酚酸类化合物

植物性食物中的酚酸类化合物在维持人体健康方面表现出多种益处，具有优异的抗氧化、抗炎、调节胆固醇等功能，酚酸主要通过果蔬和谷物摄入，而竹笋是一种富含儿茶素、咖啡酸、绿原酸等酚酸类物质的植物性食物。毛竹笋中检测到了大量的酚酸类物质（图12），多数在竹笋S2～S3阶段相对含量较高，如苯甲酸、芥子醇、松柏醇、肉桂酸、熊果苷。但三羟基肉桂酰奎宁酸、丁香酸、新绿原酸、2-氨基-3-甲氧基苯甲酸、苯甲酰胺和2-苯乙醇这6 个酚酸例外，在S1期表达量显著高于S2与S3期。其中在毛竹笋生长期与快速生长期，作为木质素合成前体的松柏醇、芥子醇，以及能够提高植物耐受性的苯甲酸、肉桂酸等酚酸相对含量显著提高，新绿原酸相对含量显著降低，表明竹笋快速生长期部分功能性成分减少，但许多酚酸与增强环境适应能力密切相关。

4.5 黄酮和生物碱类化合物

黄酮类化合物对生物体代谢调节有重要作用，可以起到清除自由基、抗肿瘤、抗癌、抑菌等作用，因此近年来，黄酮的生物活性开始在食品行业中被应用。许多研究表明竹笋中含有丰富的黄酮类化合物。通过代谢组学测定，发现毛竹笋中的黄酮主要以黄酮、黄酮醇、二氢黄酮、黄酮碳糖苷的形式存在（图13A），在竹笋的生长过程中，多数黄酮在S1期显著富集，S2期显著降低，槲皮素-3-O-半乳糖苷（金丝桃苷）、异金丝桃苷、槲皮素-3-O-葡萄糖苷（异槲皮苷）、槲皮素-3-O-芸香糖苷（芦丁）、柚皮素、紫铆素等均表现出下降趋势。然而，香叶木素、麦黄酮、沙可林B、水仙苷、异鼠李素-3-O-新橙皮糖苷和芹菜素及其下游代谢物牡荆素在S3期含量显著增加。

毛竹笋中共监测到生物碱17 种，其中有6 种在S2～S3阶段变化极为显著（图13B），对香豆酰基腐胺、色胺、N-阿魏酰五羟色胺和顺-N-阿魏羟色胺相对含量显著下降，褪黑激素含量显著上升。其中色胺是褪黑激素合成途径的上游代谢物，说明快速生长期消耗大量色胺用于合成褪黑激素。褪黑激素能够协同多种植物激素调控植物生长发育，提高植物应对胁迫的能力。

结 论

本研究通过广泛靶向代谢组学分析方法结合生理指标测定，对毛竹笋不同生长阶段的成分进行了鉴定。研究结果显示，毛竹笋随生长高度增加黄度值和硬度值均显著增加，与此同时，口感相关指标如木质素和纤维素含量显著上升，糖类、蛋白质、游离氨基酸等决定竹笋营养品质的指标显著下降，竹笋总酚、黄酮和VC含量在3 个生长阶段中也呈现下降趋势，隶属函数分析表明毛竹笋破土期具有较好的营养风味品质。进一步对不同生长期的代谢物分析，共鉴定出765 个化合物，其中有203 个代谢物出现差异累积，并通过热图对毛竹笋差异代谢物的动态变化情况进行全面分析。结果表明多数黄酮类（芦丁等）、游离脂肪酸（9-羟基-12-氧代-10E,15Z-十八碳二烯酸等）、氨基酸（天冬氨酸、精氨酸等）以及少量酚酸（新绿原酸等）富集在破土期，这些化合物可能与毛竹笋的风味和营养品质密切相关。大部分脂质类（溶血磷脂乙醇胺、溶血磷脂酰胆碱等）、氨基酸衍生物（谷胱甘肽还原型、L-酪胺等）、有机酸类（苯丙酮酸、1-氨基环丙烷-1-羧酸等）、酚酸类（芥子醇、肉桂酸等）以及褪黑激素随生长高度增加相对含量呈上升趋势，说明尽管毛竹笋生长期与快速生长期风味品质降低，但依旧含有丰富的功能活性物质，而且这些化合物可能与增强竹笋抗性、促进生长发育密切相关。本研究通过代谢组学方法阐述了毛竹笋不同生长阶段主要差异代谢产物的动态变化，为毛竹笋的营养价值研究以及毛竹资源的开发与利用提供理论依据。

本文《 基于 UPLC-MS / MS 的毛竹笋不同生长 阶段差异代谢物分析 》来源于《食品科学》2023年44卷第 20 期 283 - 291 页，作者： 郭明阳，贺曰林，潘凯婷，鲍方艳，应叶青 。 DOI: 10.7506/spkx1002-6630-20230207-060 。 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百度百科。