通过重要性排序建模对人乳风味前体脂肪酸和氨基酸的定量分析

《Food Bioscience》：Quantitative analysis of fatty acids and amino acids as precursors to human milk flavor through importance ranking modeling

　　在母乳中鉴定出75种挥发性化合物和10个关键香气活性标志物。1-庚烯-3-酮和1-辛烯-3-酮是母乳中效力最强的气味物质。随机森林量化了母乳风味的生化驱动力。亚油酸和α-亚麻酸氧化主导母乳风味的形成。游离氨基酸仅对香气谱产生微量贡献。**引言**母乳被广泛认为是婴儿营养的"金标准"，提供复杂的生物活性成分基质，对新生儿生长和免疫学启动至关重要。除营养组成外，母乳（HM）独特的风味谱在塑造新生儿早期行为、促进母婴纽带以及通过嗅觉-边缘系统调节长期饮食偏好方面起着重要作用。这些效果主要通过嗅觉介导：与其他感觉模式不同，嗅觉信号通过短直接通路到达边缘系统，从嗅球投射到梨状皮层、杏仁核和内嗅-海马区域，无需丘脑中继。这种直接的嗅觉-边缘系统连接被认为是牛奶气味、情绪唤醒和联想记忆之间紧密耦合的基础，使得早期接触HM挥发性物质能够快速引发趋近和镇定反应，并巩固母体识别。婴儿可在出生后数天内区分HM气味，这种感知能显著增强吸吮动机，并有助于在断奶期间过渡到固体食物。HM复杂的顶空包含多种挥发性有机化合物，包括醛、酮、脂肪酸（FA）和醇，这些物质主要来源于乳腺代谢和母体饮食摄入。虽然气相色谱-质谱联用（GC-MS）和气相色谱-嗅觉联用（GC-O）等传统分析平台通过气味活性值（OAV）或相对气味活性值（ROAV）计算实现了对高影响气味物质的鉴定，但大多数研究仍侧重于这些挥发性物质的静态表征。然而，控制这些关键香气活性标志物形成的生化机制，特别是前体分子与最终嗅觉指纹之间的定量关系，仍未得到充分阐明。这一知识空白阻碍了对婴儿配方奶风味的精确优化，婴儿配方奶往往缺乏HM那种细腻的感官复杂性。牛奶风味中前体-产物关系本质上是复杂且非线性的。已有充分证据表明，多不饱和脂肪酸（PUFA）的脂质氧化和游离氨基酸（FAA）的Strecker降解是挥发性物质形成的两大主要途径。然而，特定前体（如亚油酸与赖氨酸）对核心HM风味骨架的相对贡献权重难以用传统线性统计学进行量化。机器学习的应用为解读此类高维生物数据提供了一种解决方案。重要性排序建模等算法能够识别复杂矩阵中的决定性变量，使研究人员能够从描述性挥发性物质谱分析转向机制性预测。尽管取得了这些进展，但各个内源性前体对HM香气指纹的定量贡献尚未得到解决，并且脂质衍生途径或氨基酸衍生途径是否主导风味形成仍不清楚。为弥补这一空白，本研究设定了三个具体目标：（i）通过顶空固相微萃取-气相色谱-质谱/嗅觉联用（HS-SPME-GC-MS/O）表征50个个体HM样本的挥发性物质全貌，并使用ROAV和GC-O/AEDA鉴定关键香气活性标志物；（ii）定量分析相同样本的脂肪酸和游离氨基酸谱；（iii）使用随机森林重要性建模对每个前体对复合风味指数的相对贡献进行排序，从而量化脂肪酸氧化相对于游离氨基酸参与的贡献。阐明这些前体-产物关系为缩小HM与婴儿配方奶之间的"风味差距"提供了定量基准。**各章节摘要****样本与试剂**本研究共分析了50份成熟母乳样本（产后15–28天，中位数22天），这些样本采自中国安徽省。母乳样本采集时间为上午9至11时，来自30–36岁健康的非吸烟、非饮酒母亲，通过单侧挤乳方式采集。所有参与母亲均无急慢性病史，哺乳期间未服用任何药物。为减少饮食干扰，参与者避免食用辛辣及气味强烈的……**母乳挥发性化合物的GC-MS鉴定**通过HS-SPME-GC-MS在HM顶空中共鉴定出75种挥发性化合物。如图1所示，这些成分可分为六个化学类别：酸（11种）、醛（23种）、醇（16种）、酮（14种）、酯（6种）和其他（5种）。酸和醛在多样性和浓度方面是最突出的化学类别，代表了HM样本的核心挥发性物质谱。酸占挥发性物质中最大比例……**结论**本研究结合HS-SPME-GC-MS/O、ROAV分析和随机森林重要性建模，对HM风味的内源性前体进行了排序。结果一致表明，以亚油酸和α-亚麻酸为首的多不饱和脂肪酸氧化是HM香气指纹的主要驱动力，而游离氨基酸仅产生微量且统计上不显著的影响，这种影响受限于牛奶的低生理温度而非前体丰度。实际上……**CRediT作者贡献声明**王艳娟：监督指导。魏巍：项目管理。王兴国：撰写—审阅与编辑、经费获取、概念构思。崔婧玮：撰写—初稿、调查、数据整理。**伦理声明**所有参与者或其法定代表均签署了书面知情同意书，同意参与本研究并发表该文章。研究过程中尊重了参与者的隐私权。本研究在研究所在地遵守了相关法律、法规框架和指南。本研究已获江南大学医学伦理委员会批准（批准编号：JNU20210318IRB06）。**利益冲突声明**作者声明不存在可能影响本文所述工作的已知竞争性财务利益或个人关系。**数据可用性声明**支持本研究结果的数据可向通讯作者合理索取。**资助**本研究由中国留学基金会资助（项目编号：202506790058）。**利益冲突声明**作者声明不存在任何已知的竞争性财务利益。崔婧玮 | 王艳娟 | 魏巍 | 王兴国