《Food Chemistry》：Pressure-driven flavor formation in rapeseed oil: an integrated multi-omics approach
编辑推荐：
本研究通过高压气流膨胀调控萝卜硫苷代谢及美拉德反应，系统揭示了压力参数对油菜籽油风味前体物转化及风味谱的影响机制，鉴定出56种美拉德相关化合物和26种萝卜硫苷代谢物，明确0.6-0.8 MPa区间通过糖酸转化显著提升吡嗪含量，实现风味从草本到烤香的转变。
杨一妮|郑昌|赵冉|徐雅|姚兰航|李文林|刘长胜|万楚云|周琦
中国农业科学院油料作物研究所，湖北省脂质化学与营养重点实验室，农业部油料加工重点实验室，油料作物与脂质加工技术与地方联合工程实验室，中国武汉430062
摘要
本研究系统评估了高压膨胀压力对菜籽油前体转化及风味特征的影响。通过整合三个核心风味形成过程（非酶反应和代谢途径）的响应关系，阐明了压力参数与关键风味化合物生成之间的联系。共鉴定出56种美拉德反应相关化合物和26种葡萄糖苷衍生物代谢产物。葡萄糖苷含量范围为44.638至3.827 μmol/g，氨基酸含量为258.7至246.3 mg/g，脂肪酸含量为489.5至377.2 mg/g，还原糖含量为67.85至59.88 mg/g。压力与热处理的结合产生了腈类（184.531–6103 μg/kg）和氰化物（15.755–1938 μg/kg）。具体而言，在0.6–0.8 MPa压力下，蔗糖水解和葡萄糖积累导致吡嗪含量增加了21.32倍，从而使风味特征从草本味转变为烘焙味。吡嗪和腈类化合物的相互作用共同构成了菜籽油的特征风味。
引言
菜籽（Brassica napus L.）是第三大常用的植物油来源。根据美国农业部（USDA, 2023年）的数据，2022年菜籽油的全球产量约为2669万吨，仅次于棕榈油（7887万吨）和大豆油（5805万吨）。芳香型菜籽油（FRO）是一种在亚洲市场广泛消费的传统食用油，因其独特的坚果味和烘焙香味而备受推崇（Zhang等人，2024年）。传统的FRO生产方法包括热处理（烘焙、微波或热风干燥），通过美拉德反应、脂质氧化和热解来生成风味化合物（Jia等人，2020年；Zhou, Jia, Deng等人，2019年）。最近的技术创新，特别是高压气流膨胀（HPAE），因其优异的传热效率和均匀的膨胀特性而成为有前景的替代方案（Kaur等人，2023年）。尽管已有研究证实了气流膨胀对油产量和氧化稳定性的影响（Wang等人，2021年），但控制风味形成的生化途径和非酶反应仍不明确。这一知识空白限制了气流膨胀技术的优化和工业应用。
近年来，风味化学研究的进展显著提高了人们对高风味菜籽油中香气化合物的理解。Jia等人采用分子感官科学方法系统地分析了不同菜籽基因型的挥发性成分，成功建立了基因型特异性的香气指纹（Jia等人，2020年）。通过气相色谱-质谱（GC–MS）结合电子鼻技术，Zhang等人系统鉴定并量化了商业菜籽油中的51种主要挥发性化合物，从而有效区分了它们的香气特征（Zhang等人，2020年）。此外，Jing等人研究了种子烘焙过程中香气前体的热诱导转化，揭示了关键气味物质的关键温度依赖性形成途径（Jing等人，2020年）。Mao等人进一步阐明了特征风味化合物生成的化学机制，为菜籽油加工过程中的美拉德反应和脂质氧化途径提供了新的见解（Mao等人，2019年）。FRO的特征风味主要由三种关键风味形成机制决定：（1）美拉德反应，产生大量挥发性化合物，包括羰基化合物（如醛类、酮类和含硫的甲硫醇）和杂环化合物（如吡嗪和呋喃）（Zhang等人，2022年）；（2）脂质氧化，产生羰基化合物（如己醛和2-戊基呋喃）；（3）葡萄糖苷（GSLs）和酚类成分的热降解（Zhang等人，2021年）。尽管这些途径已分别得到研究，但它们在热处理过程中的协同效应仍不清楚。现有研究主要分析了美拉德反应产物（Jia等人，2020年）或GSL衍生物（Jia等人，2024年；Zhou, Zheng, Wei, & Yang, 2024年），忽略了这些成分在不同加工条件下的动态相互作用。特别是在高压气流膨胀（HPAE）等新型加工技术背景下，脂质氧化（产生醛类）与美拉德反应（产生吡嗪）之间的复杂、依赖环境的相互作用尚未解决。传统的分析方法存在三个主要局限：（1）基于GC–MS的方法无法将前体代谢物（如游离氨基酸）与最终风味化合物联系起来；（2）感官评估无法区分特定途径的贡献；（3）虽然简化模型系统为热降解提供了有价值的机制见解，但在实际菜籽复杂体系中应用这些发现仍存在显著差距。因此，系统研究实际菜籽基质中的加工依赖性成分变化对于优化FRO的风味开发至关重要。
为解决这些知识空白，本研究采用综合多组学方法实现三个具体目标：（1）系统量化实际菜籽基质中关键风味前体（GSLs、氨基酸、还原糖、脂肪酸）和挥发性化合物的压力依赖性变化；（2）阐明高压气流膨胀激活的主要反应途径（非酶美拉德反应、脂质氧化和GSL降解）及其对风味特征的特定贡献；（3）建立压力参数、前体转化和关键风味化合物生成之间的定量关系，从而为通过物理加工精确调控菜籽油风味提供科学依据。
材料与试剂
2024年5月，从中国农业科学院油料作物研究所采集了菜籽（B. napus L.）。内标2-甲基-3-庚酮（98%）购自Sigma-Aldrich公司（美国密苏里州圣路易斯）。其他试剂包括3-丁基GSL、4-羟基吲哚-3-基甲基GSL、吲哚-3-基甲基GSL、1-甲氧基吲哚-3-基甲基GSL、4-甲氧基吲哚-3-基甲基GSL、(RS)-5-(甲基硫酰)戊基GSL、4-(甲基硫酰)丁基GSL、2-苯基乙基GSL以及内标丙烯基GSL。
气流膨胀预处理对菜籽细胞结构的影响
爆炸膨胀是一种高效的热处理技术，可促进水分从材料中释放，并增加细胞内通道的数量，从而实现油和脂溶性物质的溢出。如图1所示，高压膨胀产生了高能量密度，显著改变了菜籽颗粒的微观结构。未经处理的菜籽颗粒中，细胞结构均匀完整，细胞壁光滑。
结论
本研究通过多组学方法系统阐明了高压膨胀（0.2–1.0 MPa）在调节FRO中GSL代谢和风味形成中的关键作用。主要研究发现表明，压力阈值决定了不同的风味形成机制：（1）在0.2–0.4 MPa的压力下，细胞壁破裂有助于提高油提取率，同时保留GSLs和多不饱和脂肪酸（PUFAs）；（2）0.6–0.8 MPa的压力范围通过美拉德反应使风味从草本味转变为烘焙味。
作者贡献声明
杨一妮：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，方法学设计。
郑昌：实验设计，概念构思。
赵冉：概念构思。
徐雅：软件开发。
姚兰航：数据可视化。
李文林：项目管理。
刘长胜：项目管理。
万楚云：数据分析。
周琦：资金获取，数据管理。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
作者感谢国家自然科学基金（32372383）、菜籽产业技术体系（CAS-12）和四川省科技计划（2025ZHCG0015）的财政支持。
特别感谢参与感官评估的小组成员对本研究的贡献。
