非靶向代谢组学结合模拟处理策略揭示了香蒲花粉中黄酮类化合物和有机酸的温度驱动转化过程

非靶向代谢组学分析揭示蒲公英花粉（Typhae pollen, TP）加工过程中黄酮苷原降解及呋喃酸生成机制，通过HPLC-QTOF-MS/MS结合PCA和PLS-DA筛选出18个差异标志物（VIP>1, FC>1.5, p<0.05），明确高温诱导的糖苷键水解、中间体快速转化及结构破坏三重机制，证实P2-P3加工水平最优化，生成了药典要求的typhaneoside等特征成分，建立以黄酮苷原和呋喃酸为核心的质控体系。

　　

Fang Tian|Mingqi Chen|Ying Zhang|Hui Cao|Menghua Wu|Jinju Zhang|Hanpeng Jiang|Wen Li|Zhiguo Ma

岭南（中国南方）传统中医研究中心，济南大学，广州511436，中国

摘要

黄酮类化合物和有机酸是香蒲花粉（TP）功能价值的主要生物活性成分，其含量和质量受多种加工条件的影响。为了研究这些成分在加工过程中的整体特征和动态变化，采用非靶向代谢组学方法系统地分析了TP加工前后存在的化合物，并识别出差异性标志物。在加工后的香蒲花粉（CTP）中初步鉴定出114种化合物。基于PCA和PLS-DA分析，在负离子和正离子模式下分别筛选出63个和20个标志物，使用VIP > 1的标准区分原始TP和CTP。其中，通过FC > 1.5和p值 < 0.05的显著性阈值，最终确认了18个差异性标志物，并与参考标准进行了比较。在加工过程中，新生成了5-羟甲基-2-呋喃羧酸和2-呋喃酸。样品间的差异主要源于黄酮类化合物和有机酸含量的变化。模拟加工结果显示，高温通过三种机制显著降解了黄酮苷：苷键的水解、中间体的快速转化以及结构的广泛破坏。黄酮苷发生水解和脱糖作用，生成相应的次级苷或苷元。游离糖残基可能参与了美拉德反应或焦糖化反应，从而形成了这两种呋喃有机酸。将TP加工到P2–P3阶段最有效地促进了黄酮苷元（槲皮素、山柰酚和异鼠李素）和两种呋喃有机酸的生成。在这个阶段，CTP的外观特性同时满足了传统的“加工”终点标准和中国药典中的规定。这些建议化合物作为化学标志物，用于客观评估TP的加工过程。通过将特定的化学转化模式与可测量的质量属性联系起来，本研究为TP加工标准的制定提供了理论支持，并为工业生产提供了实际指导。

引言

香蒲花粉（TP）在南美洲的阿根廷和巴拉圭以及中国和东亚、东南亚其他地区一直是一种食物来源。在阿根廷和巴拉圭，Typha angustifolia L. 的花粉和嫩根茎传统上被用来制作糕点和甜点（Arenas & Scarpa, 2003）。在中国，《图经本草》记载，将TP与蜂蜜混合制成的类似水果的产品非常美味（Su, 1988）。此外，TP还与多花蓼根（Polygoni multiflora Radix）和蓼根（Polygonati Rhizoma）等成分结合，制成具有降血脂效果的茶饮（Xu, 2012）。TP富含黄酮类化合物、氨基酸、维生素和其他生物活性成分（Fu & Mao, 2023），其中黄酮类化合物和有机酸是其健康促进特性的关键成分。这些成分中，黄酮类化合物和有机酸——尤其是黄酮类化合物——被认为是主要的活性成分。它们表现出多种生物活性，如心血管保护、脂质代谢调节、抗动脉粥样硬化作用、改善葡萄糖代谢、免疫调节、抗炎作用和抗肿瘤作用（Feng et al., 2017; Kuang et al., 2025; Lai et al., 2016）。

先前的研究（Tian et al., 2025）表明，TP的黄酮类化合物谱具有显著的多样性和独特性。其黄酮苷表现出明确的结构层次，包括从单糖苷（例如异鼠李素-3-O-葡萄糖苷）到双糖苷（包括新山柰糖苷和芦丁糖苷，如石竹苷）以及结构复杂的三糖苷（例如香蒲苷）。值得注意的是，香蒲苷中独特的三糖链——鼠李糖-(1-鼠李糖-(1-脱氧鼠李糖)——是区分TP的关键化学特征。重要的是，香蒲苷和异鼠李素-3-O-新山柰糖苷不仅是TP的特征成分，且含量相对较高，同时也是其质量标准中规定的官方标志物，进一步突显了TP化学组成的独特性和监管意义。尽管TP中黄酮类化合物含量丰富，但在不同的加工条件下，其类型和浓度会发生变化，从而影响TP的生物活性和营养价值。目前，TP主要通过翻炒进行加工，得到加工后的产品（CTP），其颜色、外观和化学组成发生了显著变化。传统医学经验表明，加工后TP的主要功效从“促进血液循环”转变为“止血”，这表明这种功能转变与加工过程中诱导的动态化学变化密切相关。研究表明，黄酮苷元（例如槲皮素、柚皮素）由于其更高的生物利用度和易于吸收而表现出更好的生物活性（Olthof et al., 2000; Nemeth et al., 2003）。先前的研究还证实，TP加工显著降低了黄酮苷的含量（Chen et al., 2015），而苷元的含量显著增加（Kong et al., 2011）。然而，现有的研究大多仅限于使用高效液相色谱（HPLC）对加工前后少数特定成分进行定量比较，或测定总黄酮含量（Chen et al., 2012; Chen et al., 2015; Gao et al., 2021），缺乏对加工过程中化学成分整体动态变化的系统分析。尽管我们之前的研究在TP中鉴定出了四种类型的黄酮苷（Tian et al., 2025），但它们在热处理下的具体转化途径及伴随反应的机制仍不清楚。此外，目前的TP质量控制主要关注有限的几个标志物，如两种化学指标——香蒲苷和异鼠李素-3-O-新山柰糖苷（Gao et al., 2019）。缺乏能够具体反映加工技术科学基础并表征加工终点和产品质量的关键化学标志物。

近年来，非靶向代谢组学已成为系统分析食品和药材加工过程中代谢物模式及其变化的强大工具，因为它具有广泛的光谱覆盖和高通量分析优势（Lacalle-Bergeron et al., 2021）。这种方法不仅能够系统地绘制样品的代谢物谱图，还提供了广泛的分析覆盖范围，有助于发现潜在的生物标志物，并在化合物筛选和鉴定中发挥关键作用（Willenberg et al., 2021; Zhang et al., 2024）。同时，模拟加工是一种重要的体外实验策略，用于研究加工机制。该方法涉及从样品中选择关键生物活性化合物或特定成分，并在受控实验室条件下模拟实际加工技术，从而系统分析加工前后的化学变化（Liu et al., 2023; Zhu et al., 2025）。通过模拟加工检查化合物的变化，并将这些模式与实际样品加工中观察到的变化趋势进行对比，可以更清楚地阐明样品加工过程中化合物转化的潜在机制。

鉴于此，本研究结合了高效液相色谱与四极杆飞行时间串联质谱（HPLC-QTOF-MS/MS）和非靶向代谢组学方法，系统分析了TP加工前后有机酸和黄酮类的整体组成。采用主成分分析（PCA）和偏最小二乘判别分析（PLS-DA）来可视化加工前后的代谢变化，并识别关键差异性标志物。在此基础上，进行了多组分定量分析和模拟加工实验，系统阐明了TP加工过程中主要活性成分的转化模式和分子机制。与基于UHPLC-DAD/Q-TOF-MS的化学计量比较的先前研究相比，本研究不仅扩展了成分覆盖范围，还旨在深入探讨动态转化和反应机制。最终，通过揭示特征化合物的动态轨迹和聚类特征，确定了TP的最佳加工终点。建立了一种特征化合物组合，用于监测加工过程并评估最终产品的质量。这为标准化TP加工技术和生产过程中的质量控制提供了理论基础和实际指导。

章节片段

化学物质和试剂

本研究共使用了18种标准物质，包括：5-羟甲基-2-呋喃羧酸（1）、2-呋喃酸（2）、3,4-二羟基苯甲酸（3）、4-羟基苯甲酸（4）、香草酸（5）、对香豆酸（6）、槲皮素-3-O-(2^G-α-L-鼠李糖基)-芦丁糖苷（7）、槲皮素-3-O-新山柰糖苷（8）、山柰酚-3-O-(2^G-α-L-鼠李糖基)-芦丁糖苷（9）、香蒲苷（10）、山柰酚-3-O-新山柰糖苷（11）、异鼠李素-3-O-新山柰糖苷（12）、石竹苷（13）、异鼠李素-3-O

代谢物的鉴定

为了全面分析TP加工前后非挥发性化合物的变化，进行了非靶向代谢组学分析。使用QC样品评估了质谱系统的稳定性。如PCA得分图（图1 C和D）所示，QC样品在负离子和正离子模式下聚集得非常紧密，证实了每个样品的数据处理的可靠性以及整个数据集的完整性和稳定性。

结论

本研究采用基于HPLC-QTOF-MS/MS的代谢组学方法结合模拟加工策略，系统阐明了TP加工过程中有机酸和黄酮类的动态转化。高温处理通过三种核心机制驱动了黄酮苷的降解：苷键的水解、中间体的快速转化以及结构的广泛破坏。

CRediT作者贡献声明

Fang Tian：撰写——原始草稿、可视化、验证、软件、方法学、研究、正式分析、数据管理。Mingqi Chen：可视化、验证、方法学、正式分析。Ying Zhang：资源获取、研究、资金筹措、概念构思。Hui Cao：资源管理、项目管理、研究。Menghua Wu：监督、资源管理、项目管理。Jinju Zhang：验证、软件、资源管理。Hanpeng Jiang：可视化、验证、软件。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文报告的工作。

致谢

本研究得到了国家重点研发计划（编号：2023YFC3504200）的支持。我们还要感谢Medjaden Inc.对本手稿的科学编辑。