天麻（G. elata）是传统的中药材，含有丰富的营养物质和活性成分，具有降血脂、抗氧化、抗肿瘤以及抗癫痫、抗惊厥和增强记忆力等作用，是一种优质的药用食用植物资源。但天麻采后贮藏困难，一般需要经过炮制处理后再进行干燥处理，但不同炮制和干燥方式对天麻品质的影响尚不明确。

2024年9月，西南林业大学何霞红教授团队在Food Chemistry（IF=8.5）上发表了题为“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”的研究性论文。在该项研究中，研究团队以云南昭通产林下G. elata为研究对象，采用感官评价、扫描电子显微镜（SEM）、气相色谱-离子迁移谱（GC-IMS）和非靶向代谢组学，并结合体外消化模型，系统的研究了不同炮制和干燥方法对G. elata质量、风味和功能活性的影响。拜谱生物为该研究成果提供了非靶向代谢组学检测服务。

中文标题：整合挥发性和非挥发性代谢物谱，以及体外消化揭示了不同制备方法对天麻的理化和生物学特性差异（Food Chemistry，IF=8.5，2024）

客户单位：西南林业大学

研究材料：天麻

拜谱提供技术：非靶向代谢组学

技术路线：

01.研究结果

1.G. elata挥发性成分分析

利用GC-IMS技术，在G. elata中共鉴定出58种挥发性化合物。尤其是醛、碳氢化合物和酮类化合物，在不同的加工组之间存在显著差异，挥发性成分谱（图1A）和指纹图谱（图1B）证明了这一点。与未处理的F组（新鲜组）相比，加工后所有4个处理组均观察到特定挥发性成分的显着变化，指纹谱a区的物质表现出不同程度的增加或减少。处理后，区域c中的挥发性化合物表现出显著增加，主要集中在WP中（酒制组），一小部分位于GP中（姜制组）。这些化合物包括3-甲基硫代丙醛、2-甲基丁醛和3-甲基丁醛，其中3-甲基硫代丙醛散发出强烈、刺鼻的气味。据推测，这种化合物可能是G. elata散发出独特的马尿气味的主要贡献者。

同样，采用不同干燥方法的组间挥发性化合物也存在显著差异。如图1E所示，HAD（热风干燥组）、SD（晒干组）和HPD（热泵干燥组）的挥发性化合物表现出相似的谱图，某些化合物在不同组表现出轻微的增加或减少，值得注意的是，HPD表现出更多样的挥发性化合物谱。在图1F的指纹图谱中，与HAD相比，a1区的化合物在热泵和晒干处理后总体上表现出轻微的减少。相反，b1区的挥发性化合物表现出最小的变化。除了HPD中挥发性化合物的显著增加外，其他化合物中没有观察到其他显著变化。挥发性成分的这些变化归因于不同加工和干燥过程中温度、氧浓度、酶活性和其他因素的变化，导致美拉德反应、脂质氧化、降解和前体转化，最终导致原料中挥发性成分的组成和含量发生变化。

图1 不同加工和干燥方法的挥发性成分分析

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

2、非靶向代谢组学分析

为了研究不同制备方法产生的代谢物的差异，在G. elata中共鉴定出762种代谢物。PCA图清晰的表明不同加工组之间天麻代谢物的显著差异（图2A-D）。使用OPLS-DA方法对代谢物数据进行分析，以进一步筛选组间差异表达的代谢物。在正离子模式下共鉴定出228种差异代谢物，在负离子模式下共鉴定出139种差异代谢物。同样的，不同的干燥方式在正离子和负离子模式下分别产生107和53种不同的代谢物。

选择前50种差异代谢物来构建聚类热图，如图2E-H所示。结果表明，不同加工处理后G. elata代谢物的变化主要集中在氨基酸、苯甲酸及其衍生物、碳水化合物上。

图2 不同加工方法下天麻的非靶向代谢组学分析

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

为了研究乌天麻加工和干燥过程中的代谢途径，对其差异代谢物进行了进一步的KEGG通路分析。在加工和干燥阶段分别富集了8和15种代谢途径（图3A、B）。根据富集的差异代谢物，推测嘌呤代谢途径是乌天麻加工过程中的主要代谢途径。在干燥阶段，氨基酸的生物合成成为最重要的代谢途径。氨基酸是生物体的基本物质，可以通过三羧酸循环进行有氧代谢，为其提供能量，此外氨基酸还调节细胞代谢和生物合成途径，在生物体中起着关键的作用。总而言之，许多代谢物参与多种功能活动，并有助于多种代谢途径。

图3 KEGG通路网络

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

02.文章小结

与不同的炮制和干燥方法进行对比，蒸制结合热泵干燥能够更好的保持乌天麻的功能活性和有效成分，并且能有效减轻乌天麻中的苦味、“马尿味”等不良风味，是实际生产中首选的加工方式。同时研究发现了嘌呤代谢途径和氨基酸的生物合成途径可能是乌天麻在加工过程中的主要代谢通路。该研究成果可为天麻的采后加工提供科学指导和理论依据。

03.拜谱小结

本研究采用代谢组学技术及体外消化模型等多种方法探讨了不同加工和干燥方法对天麻理化性质和生物学特征的影响，为优化天麻的的采后加工方法提供了理论支持，研究揭示了加工方法对天麻质量的关键作用。为选择最佳加工方法提供了依据。其中拜谱生物提供了非靶向代谢组学检测分析。拜谱生物已研发完成并建立了完善成熟的转录组学、蛋白组学、翻译后修饰组、代谢组学以及多组学联合产品技术服务体系，助力发表高分文献，欢迎致电咨询！

参考文献：

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