《Food Bioscience》：Integrated chemometrics and untargeted metabolomics reveal the differential effects of drying methods on the quality of Sharen (Amomum villosum Lour.)
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孙志霞|陈俊|何俊俊|伊万·肖尔斯特基|杜丽清|戴涛涛|王一辉|姚艳丽|刘成梅|邓丽珍中国江西省南昌市南昌大学食品科学与资源国家重点实验室，邮编330047摘要Sharen是一种具有重要药用价值的食品资源，具有较高的营养和经济价值。由于其较高的水分含量和季节性供应特点，干燥对其加
孙志霞|陈俊|何俊俊|伊万·肖尔斯特基|杜丽清|戴涛涛|王一辉|姚艳丽|刘成梅|邓丽珍
中国江西省南昌市南昌大学食品科学与资源国家重点实验室，邮编330047
摘要
Sharen是一种具有重要药用价值的食品资源，具有较高的营养和经济价值。由于其较高的水分含量和季节性供应特点，干燥对其加工和保存至关重要。为了选择合适的干燥方法，本文综合评估了日晒干燥（SD）、冷冻干燥（FD）和远红外干燥（FIRD）对Sharen微观结构以及挥发性和非挥发性代谢物的影响。与SD相比，FIRD和FD对腺体结构的损伤较小，褐变指数也较低。它们的多酚和黄酮类化合物含量以及精油产量显著高于SD。共鉴定出38种挥发性代谢物和1108种非挥发性代谢物。Sharen的挥发性和非挥发性代谢物均受到干燥方法的显著影响。挥发油的浓度顺序为：新鲜 > FIRD > FD > SD。有机酸、黄酮类化合物、萜类化合物和生物碱是Sharen中的主要生物活性成分。苯丙氨酸代谢、苯丙烷生物合成和黄酮类化合物生物合成是与干燥过程中代谢物变化相关的关键差异途径。在三种干燥方法中，FD更有利于促进黄酮类化合物的合成，而FIRD则更好地保持了萜类化合物的含量。尽管SD在某些生物碱的含量上较高，但导致大多数代谢物的显著损失。总体而言，与传统SD相比，FD在保持品质属性方面表现更好，而FIRD在保持Sharen的挥发性化合物方面更为有效。
引言
Sharen，又称Amomum villosum Lour.，属于姜科植物，在中国、印度、越南和东南亚其他国家广泛种植和利用（Ai等人，2022；Liu等人，2017）。在中国，Sharen是一种重要的食品药用资源。它被认为是“四大南方药材”之一，因为其能够缓解胃肠道疾病（包括炎症和溃疡），并增强肠道黏膜屏障的完整性（Li等人，2024；Zeng等人，2010）。此外，Sharen也是一种重要的香料来源，广泛用于中国菜肴、茶叶、葡萄酒和草药饮料中，以提供芳香风味（Li等人，2024；Wang等人，2021）。
新鲜的Sharen果实水分含量高，且并非全年都有供应，因此需要合适的保存方法来延长保质期并提高其利用率（Ai等人，2022）。干燥是解决这些问题的关键方法，因为它可以降低产品的水分含量，延长保质期，并减少包装、储存和运输的成本（Sun等人，2023）。Sharen果实的干燥加工主要采用传统方法和机械方法。就传统干燥方法而言，由于方便、成本低且不消耗能源，日晒干燥（SD）在许多地区仍被广泛使用。SD也被中国药典所推荐（Ai等人，2022；中国药典委员会，2020）。SD使用的相对较低温度有助于避免天然糖的不希望发生的焦糖化现象，这种现象通常与更强烈的干燥方法中的烧焦味道和不良褐变有关（Bakir等人，2023；Ruiz等人，2010）。然而，SD耗时较长，通常至少需要5天，具体取决于季节和环境温度（Bakir等人，2023）。长时间干燥还可能导致颜色褐变、营养成分降解、污染风险以及与质量相关的成分损失（Ai等人，2022；Kulapichitr等人，2019）。因此，需要替代的机械干燥方法来克服这些限制。
在工业规模上，食品加工中采用的主要机械干燥技术包括热风干燥（HAD）、远红外辐射干燥（FIRD）和冷冻干燥（FD）等。其中，FIRD因其能量传递密度比对流热传递高70多倍而受到广泛关注，同时具有节能、均匀加热和产品质量高的优点（Geng等人，2023；Sun等人，2023）。在红外加热过程中，当电磁波的频率与原材料中水分子和其他极性基团的振动频率相匹配时，可以通过分子剧烈振动产生的热量实现脱水（Geng等人，2023）。此外，FIRD还可能通过辐射激发的分子间振动和与光相关的生理反应影响某些代谢物的生物合成和代谢（Geng等人，2023；Landi等人，2020；Zhao等人，2021）。Tang等人（2015）比较了包括热风、低温空气、红外、微波、日晒和真空干燥在内的多种干燥方法对Phyllanthus amarus的效果，发现红外干燥是保持生物活性化合物和抗氧化能力的最佳方法。FD通常被认为是一种生产高质量干燥产品的重要方法。由于FD具有低温和缺氧的特点，可以有效抑制美拉德反应和氧化降解，从而在保持产品颜色和风味的同时保护酚类、维生素和其他化合物（Zeng等人，2022）。在FIRD和FD过程中，干燥条件（如温度、压力和氧气）可能会影响代谢物的形成和降解，从而影响Sharen的最终质量。然而，不同干燥方法对Sharen代谢物的具体影响尚不清楚。
作为一种药用植物，Sharen含有多种具有复杂化学组成的生物活性成分。因此，仅使用少数化学指标来评估其质量是不够的。更全面的评估应结合干燥效率和品质保留情况，包括颜色变化、总多酚和黄酮类化合物含量、精油产量以及挥发性和非挥发性代谢物的整体谱型。尽管一些先前的研究已经考察了干燥Sharen的某些品质参数，但不同干燥方法下非挥发性代谢物（如碳水化合物、氨基酸和黄酮类化合物）的降解和转化仍需系统研究。代谢组学为分析化学组成提供了全面的方法，对于充分了解Sharen干燥后的小分子代谢物变化至关重要（Sheng等人，2024）。因此，本文采用了顶空固相微萃取-气相色谱-质谱（HS-SPME-GC-MS）和超高效液相色谱-质谱/质谱（UPLC-MS/MS）技术，全面分析了不同干燥方法下Sharen的挥发性和非挥发性代谢物。这些结果可以为干燥过程中的代谢物变化提供新的见解，并为选择合适的干燥方法提供理论基础。
章节摘录
样品制备
Sharen样品由中国热带农业科学院湛江实验站提供。所有干燥处理和后续分析均使用了包含果壳和果核的完整果实。果实经过仔细挑选，确保没有机械损伤，每份样品的重量约为（200.0 ± 2.0）克。为了减少采后代谢变化，所有果实在干燥处理或后续分析前均储存在-20 °C下不超过3天。
Sharen的形态和颜色
形态是评估干燥Sharen果实质量的关键参数（中国药典委员会，2020）。Sharen由果皮、种子簇和包裹种子的白色膜组成。该膜具有保护和结构功能，同时可能影响干燥过程中的水分传递和挥发性成分的保留。如图1a所示，SD处理的样品收缩最为严重，而FIRD和FD处理的样品保持了原有的形态。
结论
不同的干燥方法对Sharen的外观、微观结构和代谢物谱型有显著影响。与SD相比，FD和FIRD更好地保持了腺体结构，减少了褐变，并保留了更高的总多酚、黄酮类化合物和精油含量。SD导致最严重的褐变和挥发性及非挥发性代谢物的损失，表明长时间的传统干燥不利于整体品质的保持。
作者贡献声明
邓丽珍：撰写 – 审稿与编辑、监督、项目管理、资金获取、概念构思。刘成梅：验证、监督。孙志霞：撰写 – 初稿撰写、可视化、验证、方法学设计、概念构思。何俊俊：撰写 – 审稿与编辑、监督、资金获取。陈俊：验证、监督、调查。杜丽清：撰写 – 审稿与编辑、验证、监督。伊万·肖尔斯特基：撰写 – 审稿与编辑、监督。
Ai等人，2022a；Carvalho等人，2021；中国药典委员会，2020；Di Cesare等人，2003；Van Tang等人，2015。
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的研究结果。
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的研究结果。
本研究得到了国家自然科学基金（32202098）、江西省自然科学基金（20224BAB205036）、江西省重点研发计划（20233BBF64001）以及广东省乡村振兴战略特色种子产业振兴行动项目（2023-NBH-00-023）的支持。
