编译：微科盟公虾米，编辑：微科盟Tracy、江舜尧。
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导读
铁皮石斛花茶（DFT）是一种具有地理特征的传统保健产品，以其独特的香气和口感而闻名。我们使用感觉组学和代谢组学方法比较了不同干燥方法对DFT感官特性、代谢特征和抗氧化活性的影响。我们鉴定出 27 种芳香活性化合物，其中一半以上的挥发性物质在干燥后失去了 「青气 」和 「花香 」气味。感官评估显示，真空冷冻干燥的DFT在口感上表现出明显的偏好，并且可以观察到有58种谷氨酰胺类代谢物的含量较高，这可能是 「新鲜 」口感和偏好增加的原因。在三种干燥方法中，自然风干能较好地保留铁皮石斛鲜花的鲜香，而冷冻干燥能较好地保留铁皮石斛鲜花的颜色和形状，还能增强了DFT的口感和抗氧化活性。本研究结果可为DFT处理方法的选择和质量检测提供依据。
亮点：
1.从铁皮石斛花茶中鉴定出27种气味成分和58种非挥发性成分。
2.干燥方法影响DFT的香气、口感和抗氧化性能。
3.具有「青气」和「花香」的香气活性挥发物气味在干燥后消失。
4.氨基酸及其衍生物与DFT的鲜味风味密切相关。
5.冷冻干燥法口感好，抗氧化活性增强。
论文ID
原名： Effect of drying methods on aroma, taste and antioxidant activity of Dendrobium officinale flower tea: A sensomic and metabolomic study
译名： 干燥方式对铁皮石斛花茶香气、口感及抗氧化活性的影响:感官与代谢组学研究
期刊： Food Research International
IF： 8.1
发表时间： 2024.05
通讯作者： 杜芝芝
通讯作者单位： 中科院昆明植物研究所
实验设计
实验结果
1.不同干燥方法对铁皮石斛花茶中挥发物的影响
通过与标准品的质谱、保留指数和气味属性比对，我们共鉴定出 35 种挥发性代谢物 (补充资料1)。挥发物的化学成分多种多样，包括醇、醛、酸、酯、内酯、酚、酮、烃和多环芳烃。在35种挥发物中，α-蒎烯、水杨酸甲酯和香茅醇仅在铁皮石斛鲜花中检测到，3-甲硫基丙醛、反-2-壬烯醛和γ-壬内酯在铁皮石斛鲜花中未检测到，但在三组铁皮石斛花茶中均有检测到。与铁皮石斛花茶相比，大多数挥发性化合物在铁皮石斛鲜花中的浓度更高，但异佛尔酮和二氢猕猴桃内酯含量在铁皮石斛花茶中更高。这种差异可能是由于它们的前体在干燥过程中发生了转变，导致浓度增加。此外，我们通过比较发现，癸醛和茶香螺烷只存在于铁皮石斛鲜花和 ADT（风干铁皮石斛花茶） 中，这可能是 ADT 和其他两组花茶之间嗅觉特征差异的原因。
2.花茶样品中香气活性化合物的鉴定
我们在铁皮石斛花茶的气相色谱-嗅闻（ GC-O ）检测中共鉴定出 27 种气味（表 1），并收集了检测频率和气味描述词。铁皮石斛鲜花中的三种特征芳香化合物之一的 4-氧代异佛尔酮在三种花茶样本中都被检测出来，茶香螺烷仅在 ADT 中被检测出来，而水杨酸甲酯在三种花茶样本中则没有被鉴定出来。在ODT样品中，三种典型的「青气」化合物（庚醛、香芹酚和癸醛）丢失，表明在烘干条件下，天然香气几乎没有保留(图2)。由于ADT和FDT之间的差异并不具有特异性，因此我们计算了气味活性值(OAV)(图1C和表1)。ADT中几乎所有气味的OAV值都高于FDT中的OAVs，说明冷冻干燥对气味的保留较少。而1-辛烯-3-醇(ADT中OAV值为4113；FDT中OAV值为8651)和反式-2-壬醛(ADT中OAV值为 2006；FDT中OAV值为10472)（具有强烈的「蘑菇气」和「青气」气味，并掩盖了其他气味分布，使香气不和谐）可能引起FDT「酸气」更强 (图5B)，在偏好测试中偏好得分较低。在ODT样品中，3-甲硫基丙醛的OAV值远高于其他样品，因此ODT样品具有强烈的烤番茄气味。
表1 铁皮石斛花茶中检测到27种气味成分
a：感知频率；
b：嗅口对气味的感知；
c：鉴定方法。RI：保留指数；MS：质谱法；S，注射标准品；O：将分析物的气味描述与相应的标准和文献进行比较。
d：这种化合物在嗅探试验中可以感觉到，但不能确定。
图1 三种铁皮石斛花茶香气活性成分的比较。(A)成分。(B)芳香活性化合物的比例。(C)芳香活性化合物的气味活性值(OAV)。Flower：铁皮石斛鲜花；ADT：风干铁皮石斛花茶；FDT：冷冻干燥铁皮石斛花茶；ODT：烘干铁皮石斛花茶。
图2 铁皮石斛鲜花和三种不同方法干燥的花茶的自然香味描述
3.不同干燥条件下香气活性物质的变化
经GC-O检测到的35种香气活性成分可分为8类，分别为醇类(9种)、醛类(9种)、酮类(5种)、内酯类(3种)、酸类(3种)、烃类(2种)、酯类(2种)和其他（2种）。其中有32种是我们在前期实验中从铁皮石斛鲜花中检测到的，3种是新鉴定的。所有的气味都按照Al-Dalali的方法进行了定量。由结果可知，无论使用哪种干燥方法，在干燥过程中香气化合物的损失都非常显著(图1A)，醇类和醛类成分的含量急剧下降，导致青气、鲜香和花香的严重损失。ADT样品中的总含量高于FDT，而ODT样品中的总含量最低。酸类成分是干茶样品中含量最丰富的化合物，在ADT、FDT和ODT中分别占所鉴定的香气活性物质的39.09%、41.59%和46.74% (图1B)。前期的omission test表明，醇类成分是铁皮石斛鲜花的主要香气成分，与鲜花相比(醇类成分47.73%)，花茶中的醇类成分比例很低(ADT：17.26%；FDT：20.70%；ODT：16.65%)。
4.非挥发性物质在不同干燥条件下的变化
4.1主成分分析(PCA)
我们对预处理后的数据进行主成分分析。根据PCA分析，这三组样品在阳离子或阴离子模式下都没有完全区分，这表明各组之间无代谢差异。然而，主成分分析是一种无监督的分析技术，其结果可能会受到与分组无关的变量的影响。因此，为了消除不相关的因素的影响，我们采用了有监督的正交偏最小二乘判别分析方法。
4.2正交偏最小二乘判别分析
从阳离子模式的OPLS-DA分析得分图（图3C）可以看出，ADT样品和ODT样品完全重叠，而FDT从两组中分离出来，说明ADT和ODT在整体代谢上相似，与FDT组不同。在阴离子模式下，三组分离明显(图3D)。
图3 阴离子OPLS-DA分析得分图。圆圈表示95%置信区域，圆点表示每个区域的样本。
5.不同干燥方法下花茶非挥发性成分的差异分析
我们首先将各组的LC-MS光谱进行叠加拟合得到图S1(补充材料2)。通过计算各成分的倍数变化值(Fold change, FC)，结合 t 检验的 P 值，利用单变量分析方法对化合物的变化趋势进行比较，发现差异显著的非挥发性成分。
根据差异非挥发物的测定标准( P < 0.05, log2FC≥1)，我们从3组样品中筛选出58种差异化合物(补充材料3)，在ADT和FDT之间有32种差异非挥发物(17种上调，15种下调)；在ADT和ODT之间有16种差异非挥发物(5种上调，11种下调)；在FDT和ODT之间有25种差异非挥发物(7种上调，18种下调)。不同化合物的分类和火山图见补充材料4。58种差异非挥发物可分为6个不同的类别，包括氨基酸及其衍生物、酚酸、类黄酮、有机酸、核苷酸及其衍生物和其他化合物。热图分析显示了在不同干燥方式下这些成分含量的差异(图4)。从热图中可以看出，三组的化合物分布曲线密切相关，干燥方式对化合物类型的影响显著。
图4 样品间代谢物含量差异的层次聚类分析。用不同颜色的小方块表示相对含量，红色表示含量高，蓝色表示含量低。A：ADT和FDT之间的差异代谢物。B：ADT和ODT之间的差异代谢物。C：FDT组和ODT之间的差异代谢物。D：抗氧化活性与非挥发性成分的相关分析。*表示P< 0.05。
6.不同干燥条件下非挥发物的差异分析
干燥方法影响与风味和质量相关的非挥发性浓度。为了阐明干燥方法对铁皮石斛花茶风味化合物的影响，我们重点研究了可能是风味重要贡献者的代谢物类别，包括氨基酸类、核酸类成分和有机酸类。为了深入了解三种干燥方法处理的铁皮石斛花茶中这些非挥发物，我们计算了各种干燥方法下化合物的丰度。结果表明，冻干处理下化合物丰度最高，其次为风干处理。
6.1氨基酸及其衍生物
氨基酸具有多种营养和生理功能，是铁皮石斛花茶必不可少的风味成分。我们检测了11种氨基酸及其衍生物，包括谷氨酰胺、L-谷氨酸和L-色氨酸。与其他两种干燥方法相比，冻干处理组的相对水平显著较高。
谷氨酰胺和L-谷氨酸与花茶新鲜度相关，3种干燥处理下，各样品中的谷氨酰胺含量均远高于L-谷氨酸，且谷氨酰胺在FDT处理组中最高，其次为ODT处理组，ADT处理组最低。L-色氨酸、亮氨酸和L-异亮氨酸的水平与苦味有关，且在三种干燥处理中都处于较低水平。焦谷氨酸与酸味和苦味有关，且在三组样品中含量较高，在ADT组中含量最高，其次是在ODT组中，在FDT处理组中含量最低。三种不同处理组的铁皮石斛花茶的风味可能与这些口感相关的氨基酸的含量有关，在味觉评价中，FDT组的鲜味明显，而ADT组的酸味明显。与烘干干燥和风干干燥相比，冻干处理更能保留与新鲜度有关的氨基酸。在ODT样品中，与鲜味相关的氨基酸含量较低，这可能是由于低温的水热作用引起氨基酸的非酶氧化所致。除了与味觉相关的氨基酸外，茉莉酰异亮氨酸（茉莉酸介导的信号通路的一种生物活性形式）也被检测到，但在3组样品中含量较低，在FDT组最低，因此我们假设冻干处理降低了植物对伤害的反应程度。
6.2 核酸组成
我们在花茶中鉴定出6种核苷酸及其衍生物，分别为黄嘌呤核苷、胸苷酸(TMP)、尿苷酸(UMP)、鸟嘌呤、鸟苷酸(GMP)和腺苷酸(AMP)。FDT比ADT和ODT含有更多的核苷酸及其衍生物。除黄嘌呤核苷外，FDT中其他核苷酸及其衍生物的含量最高。据报道，AMP是一种必需的味觉核苷酸，同时它还是一种很好的风味增强剂，使食物更新鲜、更甜。5′-GMP对鲜味的强度有显著影响。5′-核苷酸对热非常敏感，在烘干过程中长时间暴露在高温下会导致其在一定程度上降解，经FDT处理的铁皮石斛花茶鲜味明显，可能与这些核苷酸的含量有关。据报道，核苷酸及其衍生物是多种蘑菇的主要功能成分和风味物质，这解释了为何在三种铁皮石斛花茶的味道评估中检测到蘑菇风味。
6.3 酚酸
我们在3种铁皮石斛花茶中鉴定出15种具有显著差异的酚酸。这些化合物包括3,4-二羟基苯乙酸、2,3-二羟基苯甲酸、苯乙酸、3,4-二羟基苯甲醛、瑞香素、 2,5-二羟基苯甲酸、邻苯二酚、反式-4-羟基肉桂酸、邻羟基肉桂酸、咖啡酸、N-咖啡酰-O-甲基酪胺、 6-阿魏酰梓醇、 brevipolide F、4-羟基-m-对甲氧基苯甲酸、 scutellarioside II 。在15种酚酸中，ODT的总含量最低，FDT的总含量最高。反式-4-羟基肉桂酸 、邻羟基肉桂酸 、咖啡酸在FDT处理组中含量最高，甚至是其他两组的两倍。不同的干燥方法对酚酸有很大的影响。酚酸易受热分解，ODT组中的加热过程可能酚酸类成分大量丢失，因此酚酸含量远低于其他两组。
6.4 类黄酮成分
在3组花茶中均含有3种不同的类黄酮化合物。在FDT处理组中，3种类黄酮含量均较高。FDT组中矢车菊素-3-O-半乳糖苷含量较高，说明冷冻干燥处理对花青素稳定性的影响较小，能较好地保持花茶的颜色。FDT组的花茶呈现亮黄色，这是由于在低温和真空条件下抑制了铁皮石斛花的氧化和褐变。
6.5 有机酸成分
我们在3组样品中共鉴定出15种具有显著差异的有机酸。ODT中的有机酸含量明显低于其他两种花茶。3组样品中有机酸含量最高的是9-羟基十八碳二烯酸（9-HODE），其次是FA 18:1＋30，在ADT处理组中有2种有机酸含量最高。ADT处理组有机酸含量最高。
6.6 酯类成分
酯类成分是许多花和果实香气成分的主要来源，我们在铁皮石斛花茶的非挥发性代谢物中检测到三种不同含量的酯类。除AKOS040738355外，FDT处理组酯类成分含量最高。
6.7 其他成分
我们在花茶中还鉴定出1种甲氧基苯基和1种低聚糖(龙胆三糖)。二者在ADT处理组中的水平最高，在FDT处理组中最低。其中，双(4-甲氧亚苄基)丙酮已被文献报道具有潜在的抗病毒作用，龙胆三糖可能与花茶的新鲜度呈负相关。
7.偏好测试和自由选择剖面感官测试
7.1 香气和口感偏好测试
为了找出哪种花茶的干燥方式在香气方面更受欢迎，我们进行了偏好测试。如图5 (A、B、C)所示，ADT得分最高，FDT得分最低。这说明ADT的香气比ODT和FDT更容易获得消费者的青睐。对于口感的整体偏好，三种干燥处理方式则表现为FDT > ODT > ADT(图5、D、E、F)。
图5 不同处理(ADT (A)、FDT (B)和ODT (C))对DFTs香气偏好的感官分析结果。对总香气的总体偏好采用从5(非常喜欢)到0(非常不喜欢)的hedonic量表和从0(不可感知)到5(强烈可感知)的强度量表进行打分。不同处理(ADT (D)、FDT (E)和ODT (F))对DFTs口感偏好的感官分析结果。线的长度表示相应的得分值，数据用平均值±标准差表示。
7.2 香气和口感的自由选择剖面感官测试
我们根据Xu等人的自由选择剖面感官测试对ADT、FDT和ODT的茶汤进行评估。所有小组成员都参与了我们前期对铁皮石斛香气的研究，熟悉铁皮石斛和DFT的香气和味道。
我们选取花香、果香、酸气、鲜香、甜蜜香、烤香、蘑菇香作为花茶样品中感知到的典型香气属性(低强度0 ~高强度5)。从图5A可以看出，T铁皮石斛鲜花具有「鲜香」、「花香」、「甜蜜香」三个关键属性，尤其是「鲜香」保留得很好。FDT样品的「酸气」感官属性更为明显，这直接削弱了铁皮石斛花茶的特征香气，导致FDT样品的偏好得分较低(图5B)。图5C显示，ODT 样品的主要感官属性为「烤香」和「甜蜜香」，产生特殊的焦糖味和烘烤气味，且ODT样品几乎失去了鲜花的所有特征香气。
在口感上，我们选择甜、咸、酸、鲜作为样品感知到的典型口感属性(低强度0 ~高强度5)。FDT花茶的甜度和新鲜度显著高于ADT和ODT花茶，而酸味在ADT处理组中更为突出。在评价中，小组成员在三种花茶样品中都感受到蘑菇味，这可能与花茶中的核酸成分有关。与ADT和ODT处理相比，FDT组中与鲜味相关的代谢成分谷氨酸和谷氨酰胺含量较高。
8.不同干燥条件下花茶抗氧化活性的变化
通过ABTS、羟基自由基和DPPH自由基清除实验，我们对铁皮石斛花茶提取物(DFT)体外抗氧化活性进行了评价。表2给出了三种提取物样品的抗氧化性能。结果表明，DFT提取物对DPPH和ABTS自由基具有明显的清除作用。ADT对DPPH和ABTS的清除率最高，分别为52.08±1.34%和77.40±1.31%。ODT对羟基自由基的清除率最高，为40.88±0.64%。综上所述，这些结果表明，铁皮石斛花茶具有被开发成一种抗氧化功能饮料的潜力。在抗氧化活性与非挥发性代谢物的相关性分析中(图4D)， 13种差异代谢物与抗氧化活性相关。其中11种化合物与羟基自由基清除能力呈显著负相关。谷氨酰胺与DPPH清除率呈显著负相关，5种化合物与DPPH清除率呈显著正相关。2,3-二羟基苯甲酸和FA 18:2 + 30与ABTS清除能力显著正相关。
表2 三种不同干燥方法对铁皮石斛提取物抗氧化活性的影响
研究表明，铁皮石斛花中的酚类物质和类黄酮物质具有显著的抗氧化活性。Zhang等人报道了1-O-咖啡酰基-β-D-葡萄糖苷、芦丁和异槲皮苷是铁皮石斛花甲醇提取物中具有抗氧化活性的主要化合物。铁皮石斛花的水提物具有潜在的抗氧化能力，其中1-O-咖啡酰基-β-D-葡萄糖苷、维采宁-2、毛地黄黄酮-6-C-β-木糖苷-8-C-β-葡萄糖苷、槲皮素-3-O-槐糖苷、芦丁、异槲皮苷和槲皮素3-O-(6″-O-丙二酰单酰)-β-D-葡萄糖苷是主要的抗氧化活性成分。对本研究筛选的58种差异化合物进行分析，我们发现10种酚酸与抗氧化活性相关，如咖啡酸、反式-4-羟基肉桂酸、瑞香素、邻羟基肉桂酸、2,5-二羟基苯甲酸、3,4-二羟基苯乙酸等。其中咖啡酸和反式-4-羟基肉桂酸含量较高，均具有明显的抗氧化活性。矢车菊素-3-O-半乳糖苷在DPPH和ABTS实验中显示出较强的抗氧化活性，而在pO2实验中则无抗氧化活性。除了酚类物质外，氨基酸及其衍生物与抗氧化活性呈正相关，这可能是由于氨基酸具有螯合金属和清除自由基的能力。综上所示，铁皮石斛花茶的抗氧化活性与某些生物活性成分，如酚酸、类黄酮、氨基酸及其衍生物含量的增加呈正相关。此外，我们在三种铁皮石斛花茶中还鉴定出槲皮素、山奈酚-3-O-葡萄糖苷、芦丁等多种具有抗氧化活性的类黄酮化合物。然而，花茶中这些抗氧化相关活性物质的含量差异很小，因此三种花茶的抗氧化活性总体上没有显著差异。
结论
我们利用感官组学和代谢组学方法，研究了三种不同干燥方法加工的铁皮石斛花茶的香气和口感相关化学成分，采用GC-MS /O和LC-MS/MS分别对铁皮石斛花茶中的27种芳香活性化合物和58种差异非挥发性代谢物进行了鉴定。鲜花干燥制花茶后，气味活性化合物损失很大，风干干燥的花茶样品香气保留较好，与其他两种干燥处理相比，冷冻干燥的铁皮石斛花茶在味觉的感官评价中表现出明显更高的偏好。
代谢物分析显示焦谷氨酸和谷氨酰胺含量较高。谷氨酰胺和焦谷氨酸是必需氨基酸及其衍生物，具有与味觉相关的特性。谷氨酰胺含量以FDT组最高，焦谷氨酸含量以ADT组最高。各种相关化合物含量的差异可能是影响三组花茶味觉感官评价的因素之一。
在抗氧化活性方面，三组花茶对DPPH和ABTS自由基均具有良好的抗氧化活性和清除作用。
综上所述，铁皮石斛花茶作为一种健康的饮料，具有令人愉悦的香气和口感，以及显著的抗氧化性能。虽然冷冻干燥方法提高了味道，并保留了鲜花的形状和颜色，但与其他两种干燥方法相比，它在保存芳香化合物方面的效果不佳。未来的研究重点是开发冷冻干燥技术，以保留更多的铁皮石斛花的香味，这将是非常有价值的。
