不同地理来源生与烤制开心果（Pistacia vera L.）挥发性组学与脂肪酸谱：烤制诱导的Maillard化合物形成及地理来源判别潜力

《Journal of Food Composition and Analysis》：Volatile and fatty acid profiles of raw and roasted pistachios ( Pistacia vera L.) from different geographical origins: A preliminary study

　　

烤制使开心果挥发性组学（volatilomes）从萜类化合物（terpenoids）转向美拉德（Maillard）衍生化合物。烤制仅引起脂肪酸谱（fatty acid profile）微小变化。地理来源产生不同的组成谱。整合挥发性组学（volatilomics）与脂质组学（lipidomics）能够实现地理来源判别。

开心果（Pistacia vera L.）属于漆树科（Anacardiaceae），是全球广泛消费的坚果之一。其消费需求增长带动产量大幅提升，2023年产量较2010年显著增加，主要生产国包括美国（USA）、伊朗和土耳其。开心果可生食、烤制、盐渍或作为配料，其经济价值之外还与其脂肪酸、蛋白质、膳食纤维、维生素、矿物质、氨基酸、酚类、甾醇及复杂挥发性有机化合物（VOCs）组成密切相关，这些成分影响香气、风味、氧化稳定性和营养价值。其中，VOCs和脂肪酸尤为重要。开心果VOCs包括萜类化合物（terpenoids）、醇、醛、酮、烃等，受品种、地理来源、环境、农业措施和采后处理影响；α-蒎烯、柠檬烯、α-松油烯、2-戊基呋喃、1-辛烯-3-醇和(E)-2-庚烯醛等曾被用作品种区分和地理溯源标记。开心果油脂约占仁重50%，以油酸（C_18:1）和亚油酸（C_18:2）为主，并含较少棕榈酸（C_16:0）和硬脂酸（C_18:0）；脂肪酸组成也受地理来源、品种和环境的影响，具有食品表征和真实性评估潜力。烤制是最关键采后处理之一，会引发脂质氧化、糖焦糖化和美拉德反应（Maillard reaction），形成吡嗪、呋喃、吡咯、醛等VOCs，同时可能降低萜类含量。以往研究多分别考察烤制或地理来源对开心果组成的影响，较少整合挥发性组学、脂肪酸表征和化学计量学，全面评估热加工对不同来源开心果的影响。因此，研究人员开展本研究，旨在结合互补化学谱，评估生与烤制开心果中潜在判别性组成特征是否被保留、改变或生成，为食品质量评估和地理差异探索提供信息。

关键技术方法：样品由UNIGRà S.p.A.（Conselice, Ravenna, Italy）提供，声明地理来源为伊朗、西班牙、USA和土耳其；伊朗、西班牙和土耳其各1个独立批次，USA有2个独立批次（U和U1），商业样品缺少品种、水分、收获日期及采后贮藏信息。研究人员将整仁于140 °C静态烤箱烤制45 min，采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用（HS-SPME/GC-MS）分析VOCs，采用气相色谱-火焰离子化检测（GC-FID）分析脂肪酸甲酯（FAME），并以MetaboAnalyst 6.0进行单因素方差分析（ANOVA）、Tukey HSD、主成分分析（PCA）、偏最小二乘判别分析（PLS-DA）、变量重要性投影（VIP）、10折交叉验证和2000次置换检验。

3.1 Volatilomic profile of pistachios from different geographic regions。通过HS-SPME/GC-MS，研究人员在生与烤制开心果中共鉴定52种VOCs，包括9种萜类、7种吡嗪、7种醇、7种羰基化合物、6种吡咯衍生物、5种呋喃类、4种烃和7种其他化合物。生样以萜类为主，α-蒎烯、柠檬烯和α-松油烯最丰富，分别占伊朗、西班牙、USA和土耳其生样萜类总量的89.6%、90.1%、88.8%和72.1%。生样萜类相对丰度以土耳其最高（2.09 ± 0.14 μg/g），其次为USA两个批次（1.55 ± 0.13和1.82 ± 0.13 μg/g）、伊朗（1.49 ± 0.16 μg/g）和西班牙（0.40 ± 0.02 μg/g）。烤制后萜类显著下降，伊朗降幅93.3%，USA降65.8%，土耳其降52.6%，西班牙降30.0%。吡嗪在生样中未检出，烤后系统形成，USA两个烤样达0.55 ± 0.07和1.29 ± 0.05 μg/g，伊朗为0.51 ± 0.01 μg/g，西班牙为0.33 ± 0.03 μg/g，土耳其为0.16 ± 0.01 μg/g；以2,5-二甲基吡嗪、2-乙基-5-甲基吡嗪和3-乙基-2,5-二甲基吡嗪为主。呋喃类烤后增加，伊朗由0.02 ± 0.002增至0.34 ± 0.02 μg/g，约17倍；西班牙由0.27 ± 0.02增至0.87 ± 0.02 μg/g，土耳其由0.19 ± 0.001增至0.37 ± 0.02 μg/g，USA由0.04 ± 0.001增至0.16 ± 0.02 μg/g。吡咯衍生物烤后增加，伊朗由0.12 ± 0.02增至0.79 ± 0.11 μg/g，西班牙由0.27 ± 0.02增至0.87 ± 0.02 μg/g，USA由0.04 ± 0.004增至0.67 ± 0.01 μg/g，土耳其由0.12 ± 0.01增至0.56 ± 0.02 μg/g，其中1-甲基-1H-吡咯占主导。结论是烤制使挥发性组学从萜类主导转向Maillard衍生化合物主导；地理来源造成组成差异，但USA两个批次间变异说明这些差异不能完全归因于地理来源。

3.2 Fatty acid profile of pistachios from different geographic regions。通过Soxhlet提取和GC-FID分析，研究人员发现总可提取脂质在不同样品间有显著差异，但烤制影响因批次而异。烤制伊朗样最高，为59.3 ± 0.1%，生伊朗样为39.7 ± 0.1%；土耳其生与烤样无显著差异（51.3 ± 0.2和51.7 ± 0.2%）；西班牙样烤后中度增加；USA两个批次行为不一致。主要脂肪酸为油酸（C_18:1）和亚油酸（C_18:2），合计超过总脂肪酸的85%。油酸范围为50.6 ± 0.5–73.9 ± 0.4%，土耳其样约74%，显著高于其他样品；烤制前后无显著差异，变化方向因样品而异。亚油酸范围为14.4 ± 0.4–36.2 ± 0.4%，土耳其最低，USA最高，烤后通常增加或保持稳定。油酸与亚油酸呈反向关系。少量脂肪酸也显示差异：棕榈酸（C_16:0）为8.18 ± 0.08–11.5 ± 0.2%，棕榈油酸为0.343 ± 0.004–1.01 ± 0.05%，硬脂酸（C_18:0）在伊朗、西班牙和土耳其生样中为1.46 ± 0.04–1.65 ± 0.05%，高于USA两个批次（0.80 ± 0.08–1.01 ± 0.03%）；西班牙花生酸（C_20:0）最高，为0.99 ± 0.07%；α-亚麻酸在伊朗、西班牙和USA样中为0.47 ± 0.02–0.55 ± 0.06%，高于土耳其样（0.35 ± 0.02%）。脂肪酸类别中，单不饱和脂肪酸（ΣMUFA）占51.5 ± 0.5–74.3 ± 0.4%，多不饱和脂肪酸（ΣPUFA）占14.8 ± 0.4–36.6 ± 0.4%，饱和脂肪酸（ΣSFA）占9.5 ± 0.2–13.0 ± 0.2%。烤制仅引起有限变化，PUFA/SFA比值为1.4–3.4，高于健康膳食推荐最低值0.45。结论是烤制仅轻微改变脂肪酸谱，保持开心果脂质营养质量；不同地理来源样品间差异大于烤制引起的变化。

3.3 Chemometric analysis。研究人员将52种VOCs和8种脂肪酸组成60个变量的整合数据集，经ANOVA和Tukey HSD检验保留45个显著变量。PCA前两个主成分解释54.4%总方差，PC1为31.1%，PC2为23.3%；土耳其样沿PC1正侧分离，伊朗和西班牙样主要在PC1负侧，USA样沿PC2正侧形成独立簇。载荷中β-蒎烯、柠檬烯、罗勒烯、别罗勒烯、1-甲基-1H-吡咯、2,5-呋喃二甲醛、1-己醇、戊基苯、2-甲基-1-丙烯基苯和苯乙醇对分离贡献较大。PLS-DA前两个潜变量解释34.0%总方差（21.6%和12.4%），USA与伊朗样分离最大，西班牙和土耳其样位于中间但仍可区分。VIP大于1的变量包括别罗勒烯、(E,E)-2,4-癸二烯醛、棕榈酸（C_16:0）、5-羟甲基-2-糠醛、戊基苯、1H-吡咯-2-甲醛、2,5-呋喃二甲醛、β-月桂烯、α-松油烯和2-乙基-6-甲基吡嗪。10折交叉验证显示4个潜变量时Q²最高，模型R²为0.996，Q²为0.993，交叉验证分类准确率为1.000；2000次置换检验显示观测统计量超出置换模型分布（p < 5 × 10^?4，0/2000）。结论是整合挥发性组学和脂肪酸谱可在本样本集中区分声明地理来源，但样本数量有限，不能作为已验证的地理认证模型。

讨论部分总结：烤制导致萜类热不稳定和挥发，同时美拉德反应、碳水化合物降解和脂质氧化成为主要化学途径，生成吡嗪、呋喃、吡咯和羰基化合物。吡嗪在生样中完全缺失、烤后系统形成，因此是热加工稳健标记，而非地理来源标记；呋喃和吡咯的增加受前体可利用性影响，但本研究未定量这些前体。脂肪酸谱在烤制下相对稳定，说明所用条件下开心果脂质营养质量得以保留。地理来源相关差异可能反映品种、环境、农业实践和采后因素的综合影响，但当前采样设计无法独立区分这些因素。PCA和PLS-DA表明整合VOCs和脂肪酸有助于探索样品差异，但受独立批次数量限制，结果应视为探索性。

研究结论部分翻译：本研究通过基于HS-SPME/GC-MS、GC-FID和化学计量学分析的整合分析方法，全面表征了烤制对不同地理来源开心果挥发性和脂肪酸组成的影响。烤制通过促进Maillard衍生化合物形成显著改变挥发性组成，同时大幅降低萜类化合物相对丰度。另一方面，脂肪酸谱基本不受影响，表明在所应用烤制条件下开心果脂质具有高热稳定性，并证实其营养质量得以保留。根据声明地理来源，在所研究开心果样品中观察到不同的挥发性组学和脂肪酸模式。多元分析表明，整合VOCs和脂肪酸为地理判别提供了稳健策略。萜类（β-蒎烯、柠檬烯、别罗勒烯和α-松油烯）、Maillard衍生化合物（1-甲基-1H-吡咯、2,5-呋喃二甲醛和2-乙基-6-甲基吡嗪）以及棕榈酸（C_16:0）被鉴定为有助于样品区分的潜在标记物。本研究表明，整合挥发性组学分析、脂肪酸表征和多元化学计量学为评估烤制诱导的组成变化提供了综合框架，同时支持不同产区开心果的真实性认证和质量评价。本研究的主要局限性是代表每个地理来源的独立样品数量有限。因此，所研究样品之间观察到的差异应视为初步结果，不能推广至相应产区的开心果。此外，供应商未提供特定品种信息，这是进一步局限，因为品种相关遗传变异可能对观察到的挥发性和脂肪酸组成差异有贡献。本工作的另一个局限是仅评估了一种烤制条件（140 °C，45 min）。未来研究应包括来自每个地理来源的多个独立样品，涵盖不同品种、产区、收获年份、水分水平和受控贮藏条件，以及更广泛的烤制温度和时间，以更好理解热加工过程中挥发性形成和脂质转化的动力学。此外，整合其他组成方法，如非靶向脂质组学或代谢组学，可能提供对烤制诱导变化生化机制更全面的理解，并进一步改善开心果产品的真实性评估。