关于‘大红袍’柑橘（Citrus reticulata cv. ‘Dahongpao’）果皮衰老过程的代谢组学研究

《International Journal of Food Properties》：Metabolomic insights into the aging process of Citrus reticulata cv. ‘Dahongpao’ peel

挥发代谢组分析揭示陈皮“大红袍”品种在1、2、3年老化过程中，挥发性成分发生显著动态变化。HS-SPME-GC-MS共鉴定782种挥发性物质，其中萜烯类（28.52%）占比最高，且随老化持续富集，3年陈化较1年增加3.82倍的三环单萜和3.73倍酚类化合物，并首次检测到氮硫杂环化合物。PCA和OPLS-DA分析显示老化组间代谢特征差异显著，总萜烯含量三年间从2.18 mg/g增至3.20 mg/g。KEGG通路富集分析表明次生代谢通路（如萜类生物合成）及氨基酸代谢途径被深度激活。本研究为陈皮质量评价体系建立和陈化工艺优化提供了代谢组学证据。

　　在传统中医药和日常饮食中，陈皮（Chenpi）作为一种具有独特香气和药用价值的天然产物，一直以来都备受重视。陈皮主要来源于柑橘属植物，尤其是“大红袍”（Dahongpao）柑橘的干燥果皮。这项研究聚焦于陈皮在不同年限（1年、2年和3年）老化过程中挥发性代谢物的演变，揭示了老化对陈皮香气和药用成分的影响机制，为陈皮的品质提升和应用拓展提供了科学依据。

### 老化对陈皮香气特征的影响

陈皮的香气主要来源于其丰富的挥发性有机化合物（VOCs），包括萜烯类、酯类、酮类、含氮化合物和含硫化合物等。研究通过头空固相微萃取（HS-SPME）与气相色谱-质谱联用（GC-MS）技术，对1年（CR1）、2年（CR2）和3年（CR3）老化的陈皮样品进行了系统分析。结果显示，共鉴定了782种不同的挥发性代谢物，其中萜烯类占比最高（28.52%），其次是酯类（14.45%）、酮类（9.97%）、杂环化合物（8.44%）和醇类（8.18%）。这些化合物的种类和含量随着老化时间的延长而发生变化，形成了不同年份陈皮之间独特的香气特征。

从整体来看，老化过程显著增强了陈皮的香气复杂度。1年陈皮的挥发性物质种类相对较少，且某些特定的香气成分如部分萜烯类和酯类化合物含量较低。然而，随着老化时间的延长，这些化合物的含量逐渐增加，尤其是在3年陈皮中，某些特定的挥发性成分表现出显著的富集现象。例如，3年陈皮中特有的萜烯类化合物如“ bicyclo[3.1.1]hept-3-en-2-one, 4,6,6-trimethyl-”和“2-methyl-6-methyleneocta-2,7-dien-4-one”表现出更高的浓度，这可能与陈皮中萜烯类物质的氧化、异构化和环化等化学反应有关。这些反应不仅改变了原有化合物的结构，还生成了更多具有复杂香气的衍生化合物。

此外，3年陈皮中还出现了显著增加的酚类化合物如“phenol, 2-propyl-”以及含氮化合物如“acetonitrile, 2,2’-iminobis-”和含硫化合物如“1,2,4-trithiolane, 3,5-dimethyl-”。这些化合物的增加可能与陈皮在长期储存过程中发生的非酶促褐变反应或其他复杂的降解途径有关。它们的出现为陈皮的香气增添了更多层次，如辛辣、烟熏、花香和草本等，进一步提升了陈皮的感官价值和潜在的药用功效。

### 不同老化阶段的代谢变化

在老化过程中，挥发性代谢物的变化呈现出明显的阶段性特征。从1年到2年（CR1至CR2），多数挥发性物质的含量出现下降，尤其是某些长链烃类和醇类化合物，如“2-undecanone, 6,10-dimethyl-”和“2-dodecanol”。这种下降可能反映了新鲜陈皮中某些较为不稳定的香气成分在早期老化过程中逐渐挥发或降解。然而，与此同时，一些新的香气成分开始出现并积累，如某些萜烯类和杂环类化合物，标志着陈皮香气开始向更复杂的方向发展。

从2年到3年（CR2至CR3）的老化阶段，挥发性物质的积累趋势更加明显。在这一阶段，陈皮的香气成分不仅继续增加，而且种类更加丰富。特别是某些特定的醛类和含硫化合物，如“2-nonenal (Z)”和“1,2,4-trithiolane, 3,5-dimethyl-”，其含量显著上升。这些化合物的增加可能与陈皮中某些复杂的化学反应有关，如氧化反应和非酶促反应，这些反应可能促进了更多芳香性和生物活性物质的生成。

### 代谢通路分析揭示老化对生物合成的影响

为了进一步理解陈皮老化过程中挥发性代谢物变化的生物学基础，研究还进行了KEGG通路富集分析。结果显示，老化过程中显著富集的代谢通路主要集中在次级代谢物的生物合成，尤其是“Monoterpenoid biosynthesis”和“Sesquiterpenoid and triterpenoid biosynthesis”。这些通路的富集表明，陈皮的老化不仅仅是一个简单的降解过程，而是一个涉及多种生物化学反应的复杂转化过程。在老化过程中，陈皮内部的代谢网络被重新编程，以生成更多具有药用价值和感官吸引力的挥发性物质。

此外，老化还影响了其他代谢通路，如“Arginine and proline metabolism”和“2-Oxocarboxylic acid metabolism”。这些通路的富集可能与陈皮中某些氨基酸和有机酸的代谢有关，它们在老化过程中可能被转化为新的香气成分或生物活性物质。这些发现不仅揭示了陈皮老化过程中代谢通路的变化，还为理解其香气复杂性的形成机制提供了新的视角。

### 总萜烯含量的变化

研究还对陈皮中总萜烯含量进行了定量分析。结果显示，随着老化时间的延长，总萜烯含量显著增加。1年陈皮的平均总萜烯含量为2.176?±?0.076?mg/g，2年陈皮的平均总萜烯含量为2.650?±?0.119?mg/g，而3年陈皮的平均总萜烯含量则达到了3.202?±?0.073?mg/g。这一趋势与挥发性代谢物的多样性变化相一致，表明陈皮在老化过程中不仅积累了更多的萜烯类化合物，还可能经历了更多的生物转化，从而形成了更加丰富的香气成分。

### 微生物作用的可能性

尽管本研究未直接探讨陈皮老化过程中微生物的作用，但微生物可能是影响陈皮香气变化的重要因素之一。陈皮的自然老化通常发生在非无菌环境中，这为微生物的生长和代谢提供了条件。研究表明，某些微生物如真菌和细菌可能参与了陈皮中非挥发性前体物质的水解，释放出更多的挥发性醇类和酚类化合物。此外，微生物的代谢活动也可能促进了萜烯类物质的氧化和环化，从而生成更多具有复杂香气的化合物。这些微生物活动在其他发酵型食品如普洱茶的香气形成中已被广泛研究，因此，陈皮老化过程中微生物的作用值得进一步探讨。

### 结论

综上所述，陈皮的老化过程是一个动态的生物化学变化过程，导致其挥发性代谢物的种类和含量发生显著变化。3年陈皮表现出最复杂的挥发性代谢物谱，其中某些特定的化合物如萜烯类、酚类和含氮化合物的含量显著增加，这可能与其氧化、异构化和生物转化等过程有关。这些变化不仅提升了陈皮的香气复杂度，还可能增强了其潜在的药用价值。本研究的结果为陈皮的品质评估、加工优化和工业应用提供了重要的科学依据，有助于推动这一传统药材的现代化发展。未来的研究可以进一步探讨微生物在陈皮老化过程中的具体作用，以更全面地理解其香气变化的机制。