編譯：微科盟公蝦米，編輯：微科盟Tracy、江舜堯。
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導讀
鐵皮石斛花茶（DFT）是一種具有地理特征的傳統保健產品，以其獨特的香氣和口感而聞名。我們使用感覺組學和代謝組學方法比較了不同幹燥方法對DFT感官特性、代謝特征和抗氧化活性的影響。我們鑒定出 27 種芳香活性化合物，其中一半以上的揮發性物質在幹燥後失去了 「青氣 」和 「花香 」氣味。感官評估顯示，真空冷凍幹燥的DFT在口感上表現出明顯的偏好，並且可以觀察到有58種谷氨醯胺類代謝物的含量較高，這可能是 「新鮮 」口感和偏好增加的原因。在三種幹燥方法中，自然風幹能較好地保留鐵皮石斛鮮花的鮮香，而冷凍幹燥能較好地保留鐵皮石斛鮮花的顏色和形狀，還能增強了DFT的口感和抗氧化活性。本研究結果可為DFT處理方法的選擇和質素檢測提供依據。
亮點：
1.從鐵皮石斛花茶中鑒定出27種氣味成分和58種非揮發性成分。
2.幹燥方法影響DFT的香氣、口感和抗氧化效能。
3.具有「青氣」和「花香」的香氣活性揮發物氣味在幹燥後消失。
4.胺基酸及其衍生物與DFT的鮮味風味密切相關。
5.冷凍幹燥法口感好，抗氧化活性增強。
論文ID
原名： Effect of drying methods on aroma, taste and antioxidant activity of Dendrobium officinale flower tea: A sensomic and metabolomic study
譯名： 幹燥方式對鐵皮石斛花茶香氣、口感及抗氧化活性的影響:感官與代謝組學研究
期刊： Food Research International
IF： 8.1
發表時間： 2024.05
通訊作者： 杜芝芝
通訊作者單位： 中科院昆明植物研究所
實驗設計
實驗結果
1.不同幹燥方法對鐵皮石斛花茶中揮發物的影響
透過與標準品的質譜、保留指數和氣味內容比對，我們共鑒定出 35 種揮發性代謝物 (補充資料1)。揮發物的化學成分多種多樣，包括醇、醛、酸、酯、內酯、酚、酮、烴和多環芳烴。在35種揮發物中，α-蒎烯、水楊酸甲酯和香茅醇僅在鐵皮石斛鮮花中檢測到，3-甲硫基丙醛、反-2-壬烯醛和γ-壬內酯在鐵皮石斛鮮花中未檢測到，但在三組鐵皮石斛花茶中均有檢測到。與鐵皮石斛花茶相比，大多數揮發性化合物在鐵皮石斛鮮花中的濃度更高，但異佛爾酮和二氫獼猴桃內酯含量在鐵皮石斛花茶中更高。這種差異可能是由於它們的前體在幹燥過程中發生了轉變，導致濃度增加。此外，我們透過比較發現，癸醛和茶香螺烷只存在於鐵皮石斛鮮花和 ADT（風幹鐵皮石斛花茶） 中，這可能是 ADT 和其他兩組花茶之間嗅覺特征差異的原因。
2.花茶樣品中香氣活性化合物的鑒定
我們在鐵皮石斛花茶的氣相色譜-嗅聞（ GC-O ）檢測中共鑒定出 27 種氣味（表 1），並收集了檢測頻率和氣味描述詞。鐵皮石斛鮮花中的三種特征芳香化合物之一的 4-氧代異佛爾酮在三種花茶樣本中都被檢測出來，茶香螺烷僅在 ADT 中被檢測出來，而水楊酸甲酯在三種花茶樣本中則沒有被鑒定出來。在ODT樣品中，三種典型的「青氣」化合物（庚醛、香芹酚和癸醛）遺失，表明在烘幹條件下，天然香氣幾乎沒有保留(圖2)。由於ADT和FDT之間的差異並不具有特異性，因此我們計算了氣味活性值(OAV)(圖1C和表1)。ADT中幾乎所有氣味的OAV值都高於FDT中的OAVs，說明冷凍幹燥對氣味的保留較少。而1-辛烯-3-醇(ADT中OAV值為4113；FDT中OAV值為8651)和反式-2-壬醛(ADT中OAV值為 2006；FDT中OAV值為10472)（具有強烈的「蘑菇氣」和「青氣」氣味，並掩蓋了其他氣味分布，使香氣不和諧）可能引起FDT「酸氣」更強 (圖5B)，在偏好測試中偏好得分較低。在ODT樣品中，3-甲硫基丙醛的OAV值遠高於其他樣品，因此ODT樣品具有強烈的烤番茄氣味。
表1 鐵皮石斛花茶中檢測到27種氣味成分
a：感知頻率；
b：嗅口對氣味的感知；
c：鑒定方法。RI：保留指數；MS：質譜法；S，註射標準品；O：將分析物的氣味描述與相應的標準和文獻進行比較。
d：這種化合物在嗅探試驗中可以感覺到，但不能確定。
圖1 三種鐵皮石斛花茶香氣活性成分的比較。(A)成分。(B)芳香活性化合物的比例。(C)芳香活性化合物的氣味活性值(OAV)。Flower：鐵皮石斛鮮花；ADT：風幹鐵皮石斛花茶；FDT：冷凍幹燥鐵皮石斛花茶；ODT：烘幹鐵皮石斛花茶。
圖2 鐵皮石斛鮮花和三種不同方法幹燥的花茶的自然香味描述
3.不同幹燥條件下香氣活性物質的變化
經GC-O檢測到的35種香氣活性成分可分為8類，分別為醇類(9種)、醛類(9種)、酮類(5種)、內酯類(3種)、酸類(3種)、烴類(2種)、酯類(2種)和其他（2種）。其中有32種是我們在前期實驗中從鐵皮石斛鮮花中檢測到的，3種是新鑒定的。所有的氣味都按照Al-Dalali的方法進行了定量。由結果可知，無論使用哪種幹燥方法，在幹燥過程中香氣化合物的損失都非常顯著(圖1A)，醇類和醛類成分的含量急劇下降，導致青氣、鮮香和花香的嚴重損失。ADT樣品中的總含量高於FDT，而ODT樣品中的總含量最低。酸類成分是幹茶樣品中含量最豐富的化合物，在ADT、FDT和ODT中分別占所鑒定的香氣活性物質的39.09%、41.59%和46.74% (圖1B)。前期的omission test表明，醇類成分是鐵皮石斛鮮花的主要香氣成分，與鮮花相比(醇類成分47.73%)，花茶中的醇類成分比例很低(ADT：17.26%；FDT：20.70%；ODT：16.65%)。
4.非揮發性物質在不同幹燥條件下的變化
4.1主成分分析(PCA)
我們對預處理後的數據進行主成分分析。根據PCA分析，這三組樣品在陽離子或陰離子模式下都沒有完全區分，這表明各組之間無代謝差異。然而，主成分分析是一種無監督的分析技術，其結果可能會受到與分組無關的變量的影響。因此，為了消除不相關的因素的影響，我們采用了有監督的正交偏最小平方判別分析方法。
4.2正交偏最小平方判別分析
從陽離子模式的OPLS-DA分析得分圖（圖3C）可以看出，ADT樣品和ODT樣品完全重疊，而FDT從兩組中分離出來，說明ADT和ODT在整體代謝上相似，與FDT組不同。在陰離子模式下，三組分離明顯(圖3D)。
圖3 陰離子OPLS-DA分析得分圖。圓圈表示95%置信區域，圓點表示每個區域的樣本。
5.不同幹燥方法下花茶非揮發性成分的差異分析
我們首先將各組的LC-MS光譜進行疊加擬合得到圖S1(補充材料2)。透過計算各成分的倍數變化值(Fold change, FC)，結合 t 檢驗的 P 值，利用單變量分析方法對化合物的變化趨勢進行比較，發現差異顯著的非揮發性成分。
根據差異非揮發物的測定標準( P < 0.05, log2FC≥1)，我們從3組樣品中篩選出58種差異化合物(補充材料3)，在ADT和FDT之間有32種差異非揮發物(17種上調，15種下調)；在ADT和ODT之間有16種差異非揮發物(5種上調，11種下調)；在FDT和ODT之間有25種差異非揮發物(7種上調，18種下調)。不同化合物的分類和火山圖見補充材料4。58種差異非揮發物可分為6個不同的類別，包括胺基酸及其衍生物、酚酸、類黃酮、有機酸、核苷酸及其衍生物和其他化合物。熱圖分析顯示了在不同幹燥方式下這些成分含量的差異(圖4)。從熱圖中可以看出，三組的化合物分布曲線密切相關，幹燥方式對化合物類別的影響顯著。
圖4 樣品間代謝物含量差異的層次聚類分析。用不同顏色的小方塊表示相對含量，紅色表示含量高，藍色表示含量低。A：ADT和FDT之間的差異代謝物。B：ADT和ODT之間的差異代謝物。C：FDT組和ODT之間的差異代謝物。D：抗氧化活性與非揮發性成分的相關分析。*表示P< 0.05。
6.不同幹燥條件下非揮發物的差異分析
幹燥方法影響與風味和質素相關的非揮發性濃度。為了闡明幹燥方法對鐵皮石斛花茶風味化合物的影響，我們重點研究了可能是風味重要貢獻者的代謝物類別，包括胺基酸類、核酸類成分和有機酸類。為了深入了解三種幹燥方法處理的鐵皮石斛花茶中這些非揮發物，我們計算了各種幹燥方法下化合物的豐度。結果表明，凍幹處理下化合物豐度最高，其次為風幹處理。
6.1胺基酸及其衍生物
胺基酸具有多種營養和生理功能，是鐵皮石斛花茶必不可少的風味成分。我們檢測了11種胺基酸及其衍生物，包括谷氨醯胺、L-谷胺酸和L-色胺酸。與其他兩種幹燥方法相比，凍幹處理組的相對水平顯著較高。
谷氨醯胺和L-谷胺酸與花茶新鮮度相關，3種幹燥處理下，各樣品中的谷氨醯胺含量均遠高於L-谷胺酸，且谷氨醯胺在FDT處理組中最高，其次為ODT處理組，ADT處理組最低。L-色胺酸、白胺酸和L-異白胺酸的水平與苦味有關，且在三種幹燥處理中都處於較低水平。焦谷胺酸與酸味和苦味有關，且在三組樣品中含量較高，在ADT組中含量最高，其次是在ODT組中，在FDT處理組中含量最低。三種不同處理組的鐵皮石斛花茶的風味可能與這些口感相關的胺基酸的含量有關，在味覺評價中，FDT組的鮮味明顯，而ADT組的酸味明顯。與烘幹幹燥和風幹幹燥相比，凍幹處理更能保留與新鮮度有關的胺基酸。在ODT樣品中，與鮮味相關的胺基酸含量較低，這可能是由於低溫的水熱作用引起胺基酸的非酶氧化所致。除了與味覺相關的胺基酸外，茉莉酰異白胺酸（茉莉酸介導的訊號通路的一種生物活性形式）也被檢測到，但在3組樣品中含量較低，在FDT組最低，因此我們假設凍幹處理降低了植物對傷害的反應程度。
6.2 核酸組成
我們在花茶中鑒定出6種核苷酸及其衍生物，分別為黃嘌呤核苷、胸苷酸(TMP)、尿苷酸(UMP)、鳥嘌呤、鳥苷酸(GMP)和腺苷酸(AMP)。FDT比ADT和ODT含有更多的核苷酸及其衍生物。除黃嘌呤核苷外，FDT中其他核苷酸及其衍生物的含量最高。據報道，AMP是一種必需的味覺核苷酸，同時它還是一種很好的風味增強劑，使食物更新鮮、更甜。5′-GMP對鮮味的強度有顯著影響。5′-核苷酸對熱非常敏感，在烘幹過程中長時間暴露在高溫下會導致其在一定程度上降解，經FDT處理的鐵皮石斛花茶鮮味明顯，可能與這些核苷酸的含量有關。據報道，核苷酸及其衍生物是多種蘑菇的主要功能成分和風味物質，這解釋了為何在三種鐵皮石斛花茶的味道評估中檢測到蘑菇風味。
6.3 酚酸
我們在3種鐵皮石斛花茶中鑒定出15種具有顯著差異的酚酸。這些化合物包括3,4-二羥基苯乙酸、2,3-二羥基苯甲酸、苯乙酸、3,4-二羥基苯甲醛、瑞香素、 2,5-二羥基苯甲酸、鄰苯二酚、反式-4-羥基肉桂酸、鄰羥基肉桂酸、咖啡酸、N-咖啡酰-O-甲基酪胺、 6-阿魏酰梓醇、 brevipolide F、4-羥基-m-對甲氧基苯甲酸、 scutellarioside II 。在15種酚酸中，ODT的總含量最低，FDT的總含量最高。反式-4-羥基肉桂酸 、鄰羥基肉桂酸 、咖啡酸在FDT處理組中含量最高，甚至是其他兩組的兩倍。不同的幹燥方法對酚酸有很大的影響。酚酸易受熱分解，ODT組中的加熱過程可能酚酸類成分大量遺失，因此酚酸含量遠低於其他兩組。
6.4 類黃酮成分
在3組花茶中均含有3種不同的類黃酮化合物。在FDT處理組中，3種類黃酮含量均較高。FDT組中矢車菊素-3-O-半乳糖苷含量較高，說明冷凍幹燥處理對花青素穩定性的影響較小，能較好地保持花茶的顏色。FDT組的花茶呈現亮黃色，這是由於在低溫和真空條件下抑制了鐵皮石斛花的氧化和褐變。
6.5 有機酸成分
我們在3組樣品中共鑒定出15種具有顯著差異的有機酸。ODT中的有機酸含量明顯低於其他兩種花茶。3組樣品中有機酸含量最高的是9-羥基十八碳二烯酸（9-HODE），其次是FA 18:1＋30，在ADT處理組中有2種有機酸含量最高。ADT處理組有機酸含量最高。
6.6 酯類成分
酯類成分是許多花和果實香氣成分的主要來源，我們在鐵皮石斛花茶的非揮發性代謝物中檢測到三種不同含量的酯類。除AKOS040738355外，FDT處理組酯類成分含量最高。
6.7 其他成分
我們在花茶中還鑒定出1種甲氧基苯基和1種低聚糖(龍膽三糖)。二者在ADT處理組中的水平最高，在FDT處理組中最低。其中，雙(4-甲氧亞芐基)丙酮已被文獻報道具有潛在的抗病毒作用，龍膽三糖可能與花茶的新鮮度呈負相關。
7.偏好測試和自由選擇剖面感官測試
7.1 香氣和口感偏好測試
為了找出哪種花茶的幹燥方式在香氣方面更受歡迎，我們進行了偏好測試。如圖5 (A、B、C)所示，ADT得分最高，FDT得分最低。這說明ADT的香氣比ODT和FDT更容易獲得消費者的青睞。對於口感的整體偏好，三種幹燥處理方式則表現為FDT > ODT > ADT(圖5、D、E、F)。
圖5 不同處理(ADT (A)、FDT (B)和ODT (C))對DFTs香氣偏好的感官分析結果。對總香氣的總體偏好采用從5(非常喜歡)到0(非常不喜歡)的hedonic量表和從0(不可感知)到5(強烈可感知)的強度量表進行打分。不同處理(ADT (D)、FDT (E)和ODT (F))對DFTs口感偏好的感官分析結果。線的長度表示相應的得分值，數據用平均值±標準差表示。
7.2 香氣和口感的自由選擇剖面感官測試
我們根據Xu等人的自由選擇剖面感官測試對ADT、FDT和ODT的茶湯進行評估。所有小組成員都參與了我們前期對鐵皮石斛香氣的研究，熟悉鐵皮石斛和DFT的香氣和味道。
我們選取花香、果香、酸氣、鮮香、甜蜜香、烤香、蘑菇香作為花茶樣品中感知到的典型香氣內容(低強度0 ~高強度5)。從圖5A可以看出，T鐵皮石斛鮮花具有「鮮香」、「花香」、「甜蜜香」三個關鍵內容，尤其是「鮮香」保留得很好。FDT樣品的「酸氣」感官內容更為明顯，這直接削弱了鐵皮石斛花茶的特征香氣，導致FDT樣品的偏好得分較低(圖5B)。圖5C顯示，ODT 樣品的主要感官內容為「烤香」和「甜蜜香」，產生特殊的焦糖味和烘烤氣味，且ODT樣品幾乎失去了鮮花的所有特征香氣。
在口感上，我們選擇甜、鹹、酸、鮮作為樣品感知到的典型口感內容(低強度0 ~高強度5)。FDT花茶的甜度和新鮮度顯著高於ADT和ODT花茶，而酸味在ADT處理組中更為突出。在評價中，小組成員在三種花茶樣品中都感受到蘑菇味，這可能與花茶中的核酸成分有關。與ADT和ODT處理相比，FDT組中與鮮味相關的代謝成分谷胺酸和谷氨醯胺含量較高。
8.不同幹燥條件下花茶抗氧化活性的變化
透過ABTS、羥基自由基和DPPH自由基清除實驗，我們對鐵皮石斛花茶萃取物(DFT)體外抗氧化活性進行了評價。表2給出了三種萃取物樣品的抗氧化效能。結果表明，DFT萃取物對DPPH和ABTS自由基具有明顯的清除作用。ADT對DPPH和ABTS的清除率最高，分別為52.08±1.34%和77.40±1.31%。ODT對羥基自由基的清除率最高，為40.88±0.64%。綜上所述，這些結果表明，鐵皮石斛花茶具有被開發成一種抗氧化功能飲料的潛力。在抗氧化活性與非揮發性代謝物的相關性分析中(圖4D)， 13種差異代謝物與抗氧化活性相關。其中11種化合物與羥基自由基清除能力呈顯著負相關。谷氨醯胺與DPPH清除率呈顯著負相關，5種化合物與DPPH清除率呈顯著正相關。2,3-二羥基苯甲酸和FA 18:2 + 30與ABTS清除能力顯著正相關。
表2 三種不同幹燥方法對鐵皮石斛萃取物抗氧化活性的影響
研究表明，鐵皮石斛花中的酚類物質和類黃酮物質具有顯著的抗氧化活性。Zhang等人報道了1-O-咖啡酰基-β-D-葡萄糖苷、蘆丁和異槲皮苷是鐵皮石斛花甲醇萃取物中具有抗氧化活性的主要化合物。鐵皮石斛花的水提物具有潛在的抗氧化能力，其中1-O-咖啡酰基-β-D-葡萄糖苷、維采寧-2、毛地黃黃酮-6-C-β-木糖苷-8-C-β-葡萄糖苷、槲皮素-3-O-槐糖苷、蘆丁、異槲皮苷和槲皮素3-O-(6″-O-丙二酰單酰)-β-D-葡萄糖苷是主要的抗氧化活性成分。對本研究篩選的58種差異化合物進行分析，我們發現10種酚酸與抗氧化活性相關，如咖啡酸、反式-4-羥基肉桂酸、瑞香素、鄰羥基肉桂酸、2,5-二羥基苯甲酸、3,4-二羥基苯乙酸等。其中咖啡酸和反式-4-羥基肉桂酸含量較高，均具有明顯的抗氧化活性。矢車菊素-3-O-半乳糖苷在DPPH和ABTS實驗中顯示出較強的抗氧化活性，而在pO2實驗中則無抗氧化活性。除了酚類物質外，胺基酸及其衍生物與抗氧化活性呈正相關，這可能是由於胺基酸具有螯合金屬和清除自由基的能力。綜上所示，鐵皮石斛花茶的抗氧化活性與某些生物活性成分，如酚酸、類黃酮、胺基酸及其衍生物含量的增加呈正相關。此外，我們在三種鐵皮石斛花茶中還鑒定出槲皮素、山奈酚-3-O-葡萄糖苷、蘆丁等多種具有抗氧化活性的類黃酮化合物。然而，花茶中這些抗氧化相關活性物質的含量差異很小，因此三種花茶的抗氧化活性總體上沒有顯著差異。
結論
我們利用感官組學和代謝組學方法，研究了三種不同幹燥方法加工的鐵皮石斛花茶的香氣和口感相關化學成分，采用GC-MS /O和LC-MS/MS分別對鐵皮石斛花茶中的27種芳香活性化合物和58種差異非揮發性代謝物進行了鑒定。鮮花幹燥制花茶後，氣味活性化合物損失很大，風幹幹燥的花茶樣品香氣保留較好，與其他兩種幹燥處理相比，冷凍幹燥的鐵皮石斛花茶在味覺的感官評價中表現出明顯更高的偏好。
代謝物分析顯示焦谷胺酸和谷氨醯胺含量較高。谷氨醯胺和焦谷胺酸是必需胺基酸及其衍生物，具有與味覺相關的特性。谷氨醯胺含量以FDT組最高，焦谷胺酸含量以ADT組最高。各種相關化合物含量的差異可能是影響三組花茶味覺感官評價的因素之一。
在抗氧化活性方面，三組花茶對DPPH和ABTS自由基均具有良好的抗氧化活性和清除作用。
綜上所述，鐵皮石斛花茶作為一種健康的飲料，具有令人愉悅的香氣和口感，以及顯著的抗氧化效能。雖然冷凍幹燥方法提高了味道，並保留了鮮花的形狀和顏色，但與其他兩種幹燥方法相比，它在保存芳香化合物方面的效果不佳。未來的研究重點是開發冷凍幹燥技術，以保留更多的鐵皮石斛花的香味，這將是非常有價值的。
