空间代谢组学文献2：通过咖啡豆中代谢物的分布判断不同的产地

质谱成像(MSI)是一种非常有前景的化学成像方法，可以同时检测组织中的多种代谢物，也称之为空间代谢组学。在各种内源性分子中，绘制咖啡豆组织中特定化合物的浓度和空间分布图在其功能研究中具有极其重要的意义，因为这些化合物对于在分子水平上对咖啡豆进行分级、确定地理来源以及优化咖啡豆的储存条件至关重要。在本文中，研究者建立了大气压(AP)基质辅助激光解吸/电离(MALDI) MSI方法，用于咖啡豆胚乳中蔗糖、咖啡因和咖啡酰奎宁酸等内源分子的微观分布分析。对来自八个国家的咖啡豆之间的差异进行了实验。结果表明，不同产地咖啡豆的化学成分及相对含量不同。我们的工作提供了一种检测方法，可用于咖啡豆质量鉴定、高效利用、产品可追溯性和产品真伪。

咖啡可能是最受欢迎的饮料之一，原产于非洲东北部，那里的产量和消费量居热带经济作物首位，在所有商品中排名第二。咖啡掺假是咖啡贸易中的一个常见问题。咖啡掺假包括添加低成本咖啡豆，例如混合使用来自不同地理来源的咖啡豆，但没有详细标签。不同产地的咖啡豆在气候、海拔和加工方法等因素上的差异可能会导致咖啡品质的差异。胚乳是成熟咖啡果实的主要组织。它被表皮包围，由两个不同的区域组成，一个位于表皮附近(硬外胚乳区)，另一个位于胚乳中心(内软胚乳区)。糖、绿原酸、咖啡因和脂肪酸是咖啡豆中重要的内源性化合物。目前，已有许多关于咖啡豆化合物研究的相关工作报道。然而，这些传统分析方法在样本预处理方面较为复杂，无法获得空间分辨的化学信息。化合物的空间分布信息对于食品质量评估、确定食品来源、安全性和加工具有重要意义。此外，空间化学信息可以快速、准确地提供已知或未知污染物以及食物中营养物质的分布情况；这将有助于提取食物中的营养成分。因此，开发一种用户友好和明确的成像方法对于揭示咖啡豆更多的内源性分子分布和比较不同地理来源的咖啡豆中内源性化合物的差异至关重要。

MSI是一种无标记分子成像技术，它结合了质谱和成像技术，能够对各种样本中分子物种的空间分布进行非靶向研究。近年来，MSI已应用于食品研究，用于识别和相对定量食品组织中的代谢产物和农药。这些研究采用了环境和真空电离MSI技术，包括二次离子质谱(SIMS)、MALDI、解吸电喷雾电离(DESI)等。AP-MALDI-MSI，其中电离发生在大气压下，样本以其原始状态进行分析。与真空MALDI相比，AP-MALDI-MSI可在大气压和生理温度下采样，最大限度地减少了真空引起的样本改变和挥发性分析物的损失。AP-MALDI-MSI的制备只需要一张涂有一层基质的组织切片。此外，AP-MALDI只需要简单的样品预处理，与DESI相比，无需考虑喷雾溶剂和流速的选择。同时，基质的应用可以提高内源性化合物的原位定量和成像分析的高覆盖率。MSI技术是检测咖啡豆中多种生物分子的有力工具。其中，利用DESI-MSI对咖啡豆中内源分子(绿原酸和蔗糖)的空间分布进行图谱绘制，并分析了咖啡果蛀虫(Hypothenemus Hampei)对绿色咖啡豆的危害。发现咖啡酰的含量显著高于其他区域，在受损胚乳中观察到辛酰奎宁酸和未识别离子。尽管之前已发表了关于组织中某些咖啡成分成像的研究，但有关绿色咖啡组织中咖啡因、蔗糖和绿原酸分布的信息仍然非常有限。AP-MALDI-MSI技术尚未应用于咖啡豆的研究，咖啡豆中内源分子的分布也尚未完全阐明。

(1)坦桑尼亚咖啡豆的光学成像。

(2)咖啡豆结构（ss：银皮，ehe：外硬胚乳区域，ise：内软胚乳区域）。

(4)咖啡因(m/z 195)。
(5)m/z 296和m/z 222聚集在边缘。
(6)咖啡酰奎宁酸(m/z 393，[M+K]+)，位于胚乳中心。
(7)茶碱(m/z 181，[M+H]+)、可可碱(m/z 181，[M+H]+)、蔗糖(m/z 381，[M+K]+)和 m/z 515（二咖啡酰奎宁酸([M-H]-)）的质谱成像图。

使用AP-MALDI-MSI测定了咖啡豆胚乳中内源分子的空间分布，并比较了来自八个不同地理来源(巴西、中国、哥伦比亚、埃塞俄比亚、危地马拉、尼加拉瓜、坦桑尼亚和乌干达)的咖啡豆中内源分子的差异，并使用image demand软件对本研究的MSI数据进行了PCA分析。结果表明，不同产地咖啡豆的化学成分及相对含量不同。

不同地理来源咖啡豆数据的主成分分析结果。
(a)主成分的数量，(b), (c)得分图，(d), (e)载荷图，(f), (H)主成分分析模型（PC1和PC2，PC1和PC3）的两个主成分的加载向量。

颜色：巴西(牛津蓝)、中国(深绿色)、哥伦比亚(浅绿色)、埃塞俄比亚(红色)、危地马拉(浅蓝色)、尼加拉瓜(黄色)、坦桑尼亚(橙色)、乌干达(紫色)

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jasms.0c00202
引用：Li, N.; Dong, J.; Dong, C.; Han, Y.; Liu, H.; Du, F.; Nie, H. Spatial Distribution of Endogenous Molecules in Coffee Beans by Atmospheric Pressure Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization Mass Spectrometry Imaging. Journal of the American Society for Mass Spectrometry 2020, 31, 2503-2510.