天麻（G. elata）是傳統(tǒng)的中藥材，含有豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和活性成分，具有降血脂、抗氧化、抗腫瘤以及抗癲癇、抗驚厥和增強(qiáng)記憶力等作用，是一種優(yōu)質(zhì)的藥用食用植物資源。但天麻采后貯藏困難，一般需要經(jīng)過炮制處理后再進(jìn)行干燥處理，但不同炮制和干燥方式對(duì)天麻品質(zhì)的影響尚不明確。

2024年9月，西南林業(yè)大學(xué)何霞紅教授團(tuán)隊(duì)在Food Chemistry（IF=8.5）上發(fā)表了題為“Integration of volatile and non-volatile metabolite profile, and in vitro digestion reveals the differences between different preparation methods on physico-chemical and biological properties of Gastrodia elata”的研究性論文。在該項(xiàng)研究中，研究團(tuán)隊(duì)以云南昭通產(chǎn)林下G. elata為研究對(duì)象，采用感官評(píng)價(jià)、掃描電子顯微鏡（SEM）、氣相色譜-離子遷移譜（GC-IMS）和非靶向代謝組學(xué)，并結(jié)合體外消化模型，系統(tǒng)的研究了不同炮制和干燥方法對(duì)G. elata質(zhì)量、風(fēng)味和功能活性的影響。拜譜生物為該研究成果提供了非靶向代謝組學(xué)檢測(cè)服務(wù)。

中文標(biāo)題：整合揮發(fā)性和非揮發(fā)性代謝物譜，以及體外消化揭示了不同制備方法對(duì)天麻的理化和生物學(xué)特性差異（Food Chemistry，IF=8.5，2024）

客戶單位：西南林業(yè)大學(xué)

研究材料：天麻

拜譜提供技術(shù)：非靶向代謝組學(xué)

技術(shù)路線：

01.研究結(jié)果

1.G. elata揮發(fā)性成分分析

利用GC-IMS技術(shù)，在G. elata中共鑒定出58種揮發(fā)性化合物。尤其是醛、碳?xì)浠衔锖屯惢衔?，在不同的加工組之間存在顯著差異，揮發(fā)性成分譜（圖1A）和指紋圖譜（圖1B）證明了這一點(diǎn)。與未處理的F組（新鮮組）相比，加工后所有4個(gè)處理組均觀察到特定揮發(fā)性成分的顯著變化，指紋譜a區(qū)的物質(zhì)表現(xiàn)出不同程度的增加或減少。處理后，區(qū)域c中的揮發(fā)性化合物表現(xiàn)出顯著增加，主要集中在WP中（酒制組），一小部分位于GP中（姜制組）。這些化合物包括3-甲基硫代丙醛、2-甲基丁醛和3-甲基丁醛，其中3-甲基硫代丙醛散發(fā)出強(qiáng)烈、刺鼻的氣味。據(jù)推測(cè)，這種化合物可能是G. elata散發(fā)出獨(dú)特的馬尿氣味的主要貢獻(xiàn)者。

同樣，采用不同干燥方法的組間揮發(fā)性化合物也存在顯著差異。如圖1E所示，HAD（熱風(fēng)干燥組）、SD（曬干組）和HPD（熱泵干燥組）的揮發(fā)性化合物表現(xiàn)出相似的譜圖，某些化合物在不同組表現(xiàn)出輕微的增加或減少，值得注意的是，HPD表現(xiàn)出更多樣的揮發(fā)性化合物譜。在圖1F的指紋圖譜中，與HAD相比，a1區(qū)的化合物在熱泵和曬干處理后總體上表現(xiàn)出輕微的減少。相反，b1區(qū)的揮發(fā)性化合物表現(xiàn)出最小的變化。除了HPD中揮發(fā)性化合物的顯著增加外，其他化合物中沒有觀察到其他顯著變化。揮發(fā)性成分的這些變化歸因于不同加工和干燥過程中溫度、氧濃度、酶活性和其他因素的變化，導(dǎo)致美拉德反應(yīng)、脂質(zhì)氧化、降解和前體轉(zhuǎn)化，最終導(dǎo)致原料中揮發(fā)性成分的組成和含量發(fā)生變化。

圖1 不同加工和干燥方法的揮發(fā)性成分分析

(圖源：Li S., et al., Food Chemistry., 2024)

2、非靶向代謝組學(xué)分析

為了研究不同制備方法產(chǎn)生的代謝物的差異，在G. elata中共鑒定出762種代謝物。PCA圖清晰的表明不同加工組之間天麻代謝物的顯著差異（圖2A-D）。使用OPLS-DA方法對(duì)代謝物數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以進(jìn)一步篩選組間差異表達(dá)的代謝物。在正離子模式下共鑒定出228種差異代謝物，在負(fù)離子模式下共鑒定出139種差異代謝物。同樣的，不同的干燥方式在正離子和負(fù)離子模式下分別產(chǎn)生107和53種不同的代謝物。

選擇前50種差異代謝物來構(gòu)建聚類熱圖，如圖2E-H所示。結(jié)果表明，不同加工處理后G. elata代謝物的變化主要集中在氨基酸、苯甲酸及其衍生物、碳水化合物上。

圖2 不同加工方法下天麻的非靶向代謝組學(xué)分析

(圖源：Li S., et al., Food Chemistry., 2024)

為了研究烏天麻加工和干燥過程中的代謝途徑，對(duì)其差異代謝物進(jìn)行了進(jìn)一步的KEGG通路分析。在加工和干燥階段分別富集了8和15種代謝途徑（圖3A、B）。根據(jù)富集的差異代謝物，推測(cè)嘌呤代謝途徑是烏天麻加工過程中的主要代謝途徑。在干燥階段，氨基酸的生物合成成為最重要的代謝途徑。氨基酸是生物體的基本物質(zhì)，可以通過三羧酸循環(huán)進(jìn)行有氧代謝，為其提供能量，此外氨基酸還調(diào)節(jié)細(xì)胞代謝和生物合成途徑，在生物體中起著關(guān)鍵的作用?？偠灾?，許多代謝物參與多種功能活動(dòng)，并有助于多種代謝途徑。

圖3 KEGG通路網(wǎng)絡(luò)

(圖源：Li S., et al., Food Chemistry., 2024)

02.文章小結(jié)

與不同的炮制和干燥方法進(jìn)行對(duì)比，蒸制結(jié)合熱泵干燥能夠更好的保持烏天麻的功能活性和有效成分，并且能有效減輕烏天麻中的苦味、“馬尿味”等不良風(fēng)味，是實(shí)際生產(chǎn)中首選的加工方式。同時(shí)研究發(fā)現(xiàn)了嘌呤代謝途徑和氨基酸的生物合成途徑可能是烏天麻在加工過程中的主要代謝通路。該研究成果可為天麻的采后加工提供科學(xué)指導(dǎo)和理論依據(jù)。

03.拜譜小結(jié)

本研究采用代謝組學(xué)技術(shù)及體外消化模型等多種方法探討了不同加工和干燥方法對(duì)天麻理化性質(zhì)和生物學(xué)特征的影響，為優(yōu)化天麻的的采后加工方法提供了理論支持，研究揭示了加工方法對(duì)天麻質(zhì)量的關(guān)鍵作用。為選擇最佳加工方法提供了依據(jù)。其中拜譜生物提供了非靶向代謝組學(xué)檢測(cè)分析。拜譜生物已研發(fā)完成并建立了完善成熟的轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白組學(xué)、翻譯后修飾組、代謝組學(xué)以及多組學(xué)聯(lián)合產(chǎn)品技術(shù)服務(wù)體系，助力發(fā)表高分文獻(xiàn)，歡迎致電咨詢！

參考文獻(xiàn)：

Li S, He X, Zhang X, Kong KW, Xie J, Sun J, Wang Z. Integration of volatile and non-volatile metabolite profile, and in vitro digestion reveals the differences between different preparation methods on physico-chemical and biological properties of Gastrodia elata. Food Chem. 2025 Jan 15;463(Pt 1):141177. doi: 10.1016/j.foodchem.2024.141177