引言
菊粉型低聚果糖（FOS）是由多个果糖单元通过 β-(2,1) 键连接而成的线性低聚糖，末端葡萄糖通过 α-(1,2) 键连接（Wan et al., 2020）。这种结构广泛存在于各种功能食品中，如Morinda officinalis How（Yang et al., 2010）、Codonopsis pilosula（Bai et al., 2020）、菊苣（Lin et al., 2024）、洋葱（Fujishima et al., 2009）和大蒜（Qiu et al., 2022）。FOS 具有多种药理活性。作为天然益生元，它们不被人体肠道吸收，但能选择性促进双歧杆菌和乳酸杆菌等有益肠道细菌的增殖，从而调节肠道微生态平衡并改善肠道健康（Roberfroid, 2005）。此外，FOS 还具有抗炎（Niu, 2024）、抗抑郁（Zhu et al., 2020）和抗骨质疏松（Jiang et al., 2018）功能，已被广泛用于功能食品和药品中。近年来，众多研究集中在 FOS 的提取优化、结构修饰和生物活性评价上。例如，酶法合成和热处理技术已被广泛用于增强 FOS 的益生元功效，但关于其在食品超加工过程中的结构变化和活性转化机制的研究仍然有限。
热加工（例如烘烤、油炸、汽蒸等）是碳水化合物加工中常见的工序，会引发复杂的化学反应，包括水解（Martins et al., 2019）、脱水（Peng et al., 2025）、聚合、异头物化、焦糖化和美拉德反应（El Hosry et al., 2025）。这些反应显著改变碳水化合物的分子结构、理化性质和生物活性。加热时，碳水化合物发生脱水形成特征性衍生物，如脱水糖（例如 1,6-脱水-β-D-吡喃葡萄糖、乙酰丙糖）（Peng et al., 2025）、呋喃类（例如 5-羟甲基糠醛，HMF；糠醛）和吡喃酮类（例如麦芽酚）（Cao et al., 2021; Guan et al., 2026; Tian et al., 2026）。
先前关于二果糖脱水物（DFAs，果聚糖的典型脱水产物）的研究大多集中在纯菊粉的干热焦糖化或酶法合成上，其中 DFAs 是主要产物且产率较高（Arribas et al., 2010; Haraguchi et al., 2003; Massaro et al., 2016; Wang et al., 2015; Yu et al., 2025）。在反应机制方面，早期对干热焦糖化系统的调查初步提出了通过果糖单元脱水和环化形成 DFA 的一般框架，并基于动力学建模和产物分析讨论了可能的低聚果糖中间体（Quintas et al., 2007）。然而，这些结论大多源自极低含水量条件下的纯菊粉底物（B?hm et al., 2005; Christian et al., 2000; Manley-Harris and Richards, 1996a, Manley-Harris and Richards, 1996b; Trabs et al., 2009），关于天然植物基质中内源性 FOS 的逐步降解途径以及 FOS 降解链中确切的前体 - 产物关系，仍然缺乏有针对性的实验验证（Christian et al., 2000; Manley-Harris and Richards, 1996a, Manley-Harris and Richards, 1996b; Ponder & Richards, 1993）。值得注意的是，汽蒸作为富含 FOS 的食品和药材最广泛使用的热加工方法之一，是含水量充足的热液反应系统。在该系统中，水解和脱水反应同时发生并相互竞争。热水汽蒸条件下内源性 FOS 的动态转化规律、反应途径之间的竞争关系以及关键调控因素尚未得到系统阐明。特别是，FOS 降解链中 DFAs 的可能近端前体以及水对反应方向的影响仍存在争议，这限制了汽蒸过程中 FOS 组成的精确调控。
这些转化产物的类型和产量与加工条件和反应途径密切相关。碳水化合物脱水形成的脱水糖在食品和药用植物加工中引起了广泛关注，其潜在的功能特性在近期研究中逐渐被探索。相比之下，过度脱水会导致呋喃类的积累，在高浓度下可能具有潜在的细胞毒性（Choudhary et al., 2021; Ito et al., 2021; Meng et al., 2024）。然而，热加工过程中水解与脱水之间的竞争关系及其对 FOS 衍生物生物活性的影响尚未得到系统研究，特别是在富含内源性 FOS 的草药基质内。因此，需要一个自然结合了丰富内源性 FOS 和成熟热水加工传统的代表性基质来解决这个问题。
巴戟天（MOR），一种以内源性 FOS 含量高而闻名的药用草药，可以作为研究 FOS 热转化的模型基质。作为临床上常用的补肾阳药物，其在草药经典中记载的炮制方法多样，包括清洗、炒制、汽蒸、盐制、药汁制和酒制（Zhen-ning et al., n.d.; Li et al., 2024）。其中，熟巴戟天是临床应用中的主流规格。先前的药理学研究报告称，熟巴戟天比生巴戟天表现出更好的抗抑郁、抗骨质疏松和免疫调节效果，且 FOS 被认为是与功效相关的重要功能成分（Lai, 2024; Wang et al., 2017; Zhuang et al., 2022）。然而，FOS 在汽蒸过程中的具体化学转化机制以及转化产物的结构特征仍有待阐明。
基于上述背景，本研究假设汽蒸过程会诱导巴戟天中内源性 FOS 的特异性转化，生成结构转化的低聚糖产物。为了检验这一假设，我们采用了一种结合 UPLC-Q-TOF-MS 非靶向代谢组学、对照品模拟实验和高斯量子化学计算的整合方法，系统地研究了巴戟天汽蒸过程中 FOS 的动态转化规律。首先，表征了不同汽蒸时间间隔下碳水化合物成分的动力变化，并筛选了核心差异标记物。随后，基于质谱证据和模拟实验，提出并验证了汽蒸过程中新生成的特征产物——推测的二果糖脱水物异构体——的形成机制。最后，研究了关键加工参数（温度和水）对这些二果糖脱水物类化合物形成的影响。本研究不仅为优化巴戟天的加工参数提供了新策略，还阐明了热液条件下 FOS 的热转化反应规律和调控机制，为其他富含 FOS 的药用植物和功能食品的热加工提供了重要指导。
