使用超快气相电子鼻（Ultra-Fast Gas Phase Electronic Nose）和UHPLC-Q Exactive HF-X技术，研究了不同储存期间Amomum tsao-ko化学成分的变化特征

《Journal of Applied Research on Medicinal and Aromatic Plants》：Characterization of the chemical constituents changes in Amomum tsao-ko during different storage periods using Ultra-Fast Gas Phase Electronic Nose and UHPLC-Q Exactive HF-X

　　

胡梦梦|庄申|赵毅|车彦云|范云鹏

云南省中医药大学国家医疗理论与产品工程实验室，中国昆明650500

摘要

Amomum tsao-ko（A. tsao-ko）是一种主要分布在中国西南部和越南北部的药用和烹饪香草。研究表明，A. tsao-ko的质量与其内在代谢物密切相关，而这些代谢物在储存过程中会因环境因素而发生动态变化。本研究使用超快气相电子鼻和UHPLC-Q Exactive HF-X技术，全面分析了A. tsao-ko在四个储存期（0.5年、1年、2年和3年）内挥发性有机化合物（VOCs）和非挥发性代谢物（non-VOCs）的演变趋势。共鉴定出100种VOCs，其浓度随时间发生了显著变化。相对气味活性值（ROAV）分析筛选出31种关键芳香活性化合物，其中苯乙醛在整个储存过程中始终保持最高的ROAV，并主导了其特征风味。除了苯乙醛外，1,8-桉叶油醇、辛醛、癸醛、丁香酚和1-辛烯-3-醇也被确定为赋予A. tsao-ko强烈、清新且略带木质特性的主要芳香成分。对于非VOC代谢物，检测到87种代谢物，通过偏最小二乘判别分析（PLS-DA）鉴定出43种具有显著差异的代谢物。与风味相关的氨基酸（如L-茶氨酸和L-谷氨酸）从0.5年到3年逐渐减少。二芳基庚烷醇在1年时达到峰值。黄酮素和其苷类在1-2年左右达到峰值，随后略有下降。代谢途径分析表明，芳香物质的形成和质量演变主要受苯丙氨酸代谢和脂肪酸代谢的调控。储存1年后，风味最为均衡且层次分明，感官品质与药用功效达到最佳协调。这些发现揭示了A. tsao-ko在储存过程中的时间依赖性代谢变化，为其质量控制提供了科学依据。

引言

Amomum tsao-ko Crevost & Lemarie是一种属于姜科的多年生草本植物（Luo等人，2025年）。A. tsao-ko主要分布在中国西南部和越南北部的温暖潮湿地区（Wu等人，2024年）。其干燥成熟的果实长期以来被用于传统医学中，具有祛湿、温中焦、预防疟疾和化痰的作用（Wen等人，2025年）。同时，由于其独特的辛辣香气和风味，它也被广泛用作烹饪香料（Yan等人，2023年）。

A. tsao-ko的质量主要取决于其内在代谢物，包括挥发性有机化合物（VOCs）和非VOCs。VOCs主要由萜类、醇类、醛类和酮类组成，它们形成了其特征香气，并具有抗氧化、抗菌、防腐和免疫调节作用（Yan等人，2025年；Yang等人，2022年）。同时，非VOCs如有机酸、黄酮类和氨基酸具有抗癌、抗炎、抗突变和降胆固醇的作用（Huang等人，2025年；Yang等人，2022年）。然而，其风味和化学成分在储存过程中可能会发生变化，从而显著影响其质量。温度、湿度和储存时间是关键影响因素（Liang等人，2024年）。先前的研究使用气相色谱-质谱（GC-MS）鉴定了A. tsao-ko精油中的关键VOCs（例如1,8-桉叶油醇和丁香酚）。然而，关于其储存过程中质量动态的系统研究仍然有限。大多数研究仅关注单一时间点或少数几类代谢物，缺乏对代谢变化随时间变化的系统跟踪。此外，VOCs和非VOCs之间的协同变化和相互作用尚未得到充分探索，尽管两者对其风味质量和治疗效果都至关重要。

随着分析方法的发展，Heracles超快气相电子鼻在VOCs的快速分析和表征方面显示出巨大潜力，特别是在食品、风味和传统中药研究中。该方法已用于通过建立基于特征VOCs的快速鉴别模型来区分不同产地的栀子果实（Cai等人，2024年）。

例如，利用该系统通过建立基于特征VOCs的快速鉴别模型来区分不同来源的栀子果实。与GC-MS相比，该技术结合了色谱分离和快速电子鼻检测，具有速度快、操作简单、成本低、灵敏度高和分辨率高的优势（Dai等人，2024年；Fan等人，2024年）。此外，其检测结果客观、可重复且高度可视化（Yang等人，2025年）。同时，基于液相色谱-质谱（LC-MS）的代谢组学已广泛应用于A. tsao-ko的质量评估。异鼠李素3-O-新橙皮苷被鉴定为A. tsao-ko蜂蜜中的独特非挥发性标记化合物，有助于验证其来源和化学特异性（Yan等人，2023年）。近年来，超高性能液相色谱-四极杆静电场轨道阱高分辨率质谱仪（UHPLC-Q Exactive HF-X）因其高分辨率和高灵敏度而在代谢组学研究中得到广泛应用。因此，本研究结合了Heracles NEO电子鼻和UHPLC-Q Exactive HF-X代谢组学，系统阐明了储存A. tsao-ko中的时间依赖性代谢变化。这些结果为优化储存方法和建立这种药用及可食用草本植物的质量控制策略提供了科学参考。

章节片段

样品采集、鉴定和化学品

在本研究中，我们使用了来自中国云南怒江地区的Amomum tsao-ko Crevost et Lemaire（姜科）的干燥成熟果实。新鲜果实采摘后自然风干，然后分为四个不同储存期的组别，样品由云南中医药大学中药学院的赵毅首席工程师进行鉴定。储存期分别为：S1（0.5年）、S2（1年）、S3（2年）和S4

如补充材料中的STable 1所示，在A. tsao-ko样品中鉴定出100种挥发性有机化合物（VOCs）。这些化合物包括醇类（18种）、萜类（16种）、酯类（13种）、醛类（10种）、酚类（7种）、烷类（6种）、酮类（5种）、酸类（5种）、烯类（3种）和其他化合物（16种），表明其挥发性成分非常多样。

这100种VOCs包括低沸点和高沸点化合物。萜类和醇类合计占总量的32%（34种）。

结论

总之，本研究使用超快气相电子鼻和UHPLC-Q Exactive HF-X技术，系统研究了A. tsao-ko干燥成熟果实 在四个储存期（0.5年、1年、2年和3年）内的挥发性和非挥发性代谢物的动态变化。共鉴定出100种挥发性有机化合物（VOCs）和87种非挥发性代谢物，其中39种VOCs和3种非挥发性化合物发生了显著变化。苯乙醛的ROAV始终最高

本研究的数据可向相应作者索取。

(Bohlmann等人，1998年；Hidalgo和Zamora，2019年；Wang等人，2019年；Wang等人，2024年)

本研究得到了中国星电影彩基金会（编号20220273）、中国云南省应用基础研究计划（编号202401AT070160）和中国云南省光海学专家工作站（编号202305AF150029）的资助。

赵毅：可视化、方法学、数据分析。庄申：撰写 – 审稿与编辑。胡梦梦：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、实验研究。范云鹏：撰写 – 审稿与编辑、监督。车彦云：监督、实验研究、资金筹集。

作者声明没有利益冲突。