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IF=8!安徽省农业科学院:揭示功能性食品的关键成分:蒸制黄精香气与抗衰老生物活性成分的双重视角

  • 2026-10-25 02:38:42
IF=8!安徽省农业科学院:揭示功能性食品的关键成分:蒸制黄精香气与抗衰老生物活性成分的双重视角

图文来源:作者团队

揭示功能性食品的关键成分:蒸制黄精香气与抗衰老生物活性成分的双重视角

安徽省农业科学院农产品加工研究所、合肥工业大学生物与食品工程学院:Hao Wang (第一作者)、Jian Jiang、Zhuochen Wang(通讯作者)在期刊《Food Research International》(IF:8)发表了题为"Unveiling key constituents of a functional food: A dual-perspective on aroma and anti-aging bioactive components in steamed Polygonatum cyrtonema Hua"的论文。

01
研究概述

本研究采用同时蒸馏萃取(SDE)技术,创新性地实现了对蒸制黄精(SPCH)中挥发性香气化合物和水溶性多糖的同步提取。通过分子感官科学鉴定关键香气活性物质,发现6种化合物香气活度值(OAV)大于1,其中2-乙酰-1-吡咯啉(2-AP)和糠醛对蒸制黄精特征香气的贡献最为突出。通过梯度乙醇沉淀获得12个多糖组分,其中一种糖蛋白(95-C2)因其分子量分布均匀(Mw: 8.5 kDa;Mw/Mn = 1.5)和优异的自由基清除活性(DPPH的IC₅₀ = 0.1050 ± 0.0445 mg/mL;ABTS的IC₅₀ = 0.2323 ± 0.0264 mg/mL)被进一步研究。在D-半乳糖诱导的PC12细胞衰老模型中,95-C2显著降低SA-β-gal阳性染色率,改善细胞周期阻滞和凋亡,抑制胞内ROS生成并恢复线粒体膜电位。衰老相关分泌表型通过减少TNF-α、IL-1β和IL-6的分泌得到缓解。基因和蛋白水平的机制研究表明,上述抗衰老效应可能通过抑制p53-p21-p16信号通路实现。本研究首次利用SDE技术同步分析风味与多糖成分,探讨了二者间的潜在联系,为未来研究提供了可参考的框架,并为蒸制黄精在功能性食品中的应用提供了新见解。

02
研究背景

消费者对健康效益和感官品质的双重关注使"风味与健康双导向"策略成为食品科学的重要研究方向。功能性食品不仅需要提供健康功效,还需具备满足消费者感官期望的优良风味特性。黄精(Polygonatum cyrtonema Hua,PCH)作为传统药食同源植物,因其富含多种生物活性成分,在功能性食品开发中具有巨大潜力。

黄精根茎为主要药用和食用部位,含有多糖、皂苷和生物碱等主要化学成分。其中,黄精多糖(PCPs)表现出抗氧化、免疫调节、抗疲劳、肠道菌群调节和肠道屏障维持等多种生物活性。然而,目前总多糖含量仍是黄精作为药材的唯一质量标准,多糖构效关系研究尚处于起步阶段,食品应用中亦缺乏统一的质量标志物。

风味是决定食品接受度的关键因素,香气构成消费者的第一印象。当前黄精挥发性成分研究主要集中于利用HS-GC-IMS进行产地判别,关键香气活性化合物的表征仍不充分。全面的风味分析通常需要固相微萃取(SPME)和溶剂辅助风味蒸发(SAFE)等互补提取技术,以充分捕获不同挥发范围的成分。本研究提出采用同时蒸馏萃取法(SDE)同步提取蒸制黄精中的挥发性有机化合物和黄精多糖,为风味-功能一体化分析提供潜在解决方案。

蒸制加工——尤其是传统"九蒸九晒"工艺——已被证实可增强药效、降低潜在毒性。高温高湿条件促进多糖降解和重组,生成低分子量多糖,改善人体吸收性并增强抗氧化和免疫调节活性。蒸制还显著改变黄精的挥发性成分,产生糠醛和2-苯乙醇等新香气化合物,可能赋予独特香气特征并具有潜在生物活性。因此,经"九蒸九晒"工艺制备的蒸制黄精是研究风味与健康特性的理想模型。

氧化应激被广泛认为是衰老及相关病理的基础机制。过量活性氧(ROS)可损伤细胞组分并加速衰老进程。植物多糖的多羟基结构赋予其抗氧化和自由基清除能力,其生物活性受分子量、单糖组成和结构特征影响。鉴于黄精多糖的结构多样性和蒸制黄精在健康衰老方面的传统应用,探究其抗氧化和抗衰老潜力具有重要研究价值。

本研究采用SDE技术同步提取蒸制黄精的香气化合物和多糖,通过分子感官科学鉴定关键气味物质,利用乙醇沉淀和柱层析分离纯化多糖组分,进行结构表征和体外抗氧化活性评价,并选择活性最强的组分在D-半乳糖诱导的细胞衰老模型中验证抗衰老功效及作用机制。此集成研究探索蒸制黄精的风味与健康相关成分,初步探究其潜在关联,旨在为推进蒸制黄精功能性食品开发提供科学参考。

03
研究方法与结论

SDE同步萃取实现风味与多糖的一体化分析:通过同时蒸馏萃取技术从蒸制黄精中同步提取挥发性香气化合物和水溶性多糖,为风味-功能联合分析提供了新方法框架。该技术利用SDE与热水多糖提取流程相似的特点,实现了挥发性有机化合物和黄精多糖的协同提取。

鉴定出6种关键香气活性化合物(OAV > 1):2-乙酰-1-吡咯啉(2-AP,OAV = 13157.74)、苯乙醛(OAV = 182.79)、癸酸(OAV = 3.13)、(E)-2-壬烯醛(OAV = 2.85)、糠醛(OAV = 1.55)和2-苯乙醇(OAV = 1.46),共同赋予蒸制黄精甜香、米香、果香和花香特征。香气重组与遗漏实验证实,2-AP和糠醛是蒸制黄精特征香气的关键贡献者,其中2-AP的遗漏引起极显著变化(p < 0.001),糠醛的遗漏引起显著变化(p < 0.05),二者可作为香气质量标准化的新型候选生物标志物。

梯度乙醇沉淀获得12个多糖组分,其中95%乙醇沉淀组分(95-C2)为均一糖蛋白:分子量8.5 kDa,分散指数1.5,蛋白含量65.54%,多糖含量43.42%,主要由阿拉伯糖(51.25%)、甘露糖(32.35%)和葡萄糖(8.13%)组成,还检测到微量葡萄糖胺(1.00%)和岩藻糖(0.72%)。

95-C2展现出优异的体外抗氧化活性:DPPH自由基清除IC₅₀为0.1050±0.0445mg/mL,ABTS自由基清除IC₅₀为0.2323±0.0264mg/mL,在1mg/mL浓度下几乎达到100%清除率,与维生素C相当。Pearson相关分析表明蛋白含量与抗氧化活性呈极显著正相关(ABTS:r =0.966,DPPH:r =0.884,p<0.01),阿拉伯糖含量也与抗氧化活性显著正相关(ABTS: r=0.778,p <0.01)。

在D-半乳糖诱导的PC12细胞衰老模型中,95-C2显著改善衰老表型:剂量依赖性地降低SA-β-gal阳性率、缓解G1/S期细胞周期阻滞和细胞凋亡;显著清除胞内ROS、恢复线粒体膜电位;减少TNF-α、IL-1β和IL-6等衰老相关分泌表型因子的分泌。且最高剂量(400 μg/mL)的保护效果优于阳性对照维生素E(50 μg/mL)。机制研究表明,95-C2在基因和蛋白水平剂量依赖性地下调p53、p21和p16的表达,表明其抗衰老效应通过抑制p53-p21-p16信号通路实现。

本研究首次提出大分子(多糖和糖蛋白)可能是蒸制过程中关键香气化合物前体的重要储备库:2-AP可能通过美拉德反应由糖蛋白/葡萄糖与氨基酸(如脯氨酸)生成,糠醛可能由L-蛋氨酸与葡萄糖经美拉德反应形成。蒸制后多糖单糖组成从果糖/葡萄糖主导向富含半乳糖和甘露糖转变,提示大分子降解可能对风味形成有重要贡献。

未来研究方向:进一步阐明95-C2的精细结构,验证其体内抗衰老功效,实验验证大分子前体的释放与利用机制,结合多种提取方法(SPME和SAFE)和稳定同位素稀释分析(SIDA),在更接近真实样品的基质中进行重组与遗漏实验,更全面地揭示蒸制黄精的风味特征。

04
图文赏析

原文链接:

https://doi.org/10.1016/j.foodres.2026.118711

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翻译:杨雯婷

编辑:科研小助

审核:杨静

专家指导:张康逸

供稿团队:小麦绿色精深加工与功能性食品创制创新团队

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