细香葱（Allium schoenoprasum L.）不同部位挥发性风味物质与生物活性研究

《Frontiers in Nutrition》：Research on volatile flavor substances and biological activities of different parts of Allium schoenoprasum L.

　　

目的：系统表征细香葱（Allium schoenoprasum L.）须根、白色假茎和绿色叶片三部分在挥发性风味化合物上的差异，并评价其相应精油组分的初步体外抗氧化活性及细胞因子调节活性，从而为细香葱源材料的差异化评价提供比较依据。方法：采用气相色谱-离子迁移谱（GC–IMS）结合主成分分析（PCA）和偏最小二乘判别分析（PLS–DA）系统分析不同细香葱部位的挥发性化合物；通过ABTS和DPPH自由基清除试验评价精油的抗氧化活性；在脂多糖（LPS）诱导的RAW264.7巨噬细胞模型中检测肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白细胞介素-6（IL-6）和IL-1β水平以评估其细胞因子调节效应。结果：共检测到175个挥发性信号并暂定注释。三种细香葱组织在化合物组成、相对丰度及整体挥发性指纹上均存在明显差异：须根含更广泛的挥发性信号且醛类相对丰度较高；白色假茎以酯类化合物为特征；绿色叶片则显示较高比例的含硫化合物。PCA和PLS–DA将三种组织类型完全区分，表明细香葱挥发性特征存在组织依赖性模式。基于半数有效浓度（EC₅₀）值，须根精油在ABTS和DPPH试验中均比白色假茎和绿色叶片精油表现出更强的自由基清除活性。在LPS诱导的RAW264.7巨噬细胞模型中，三种精油组分在测试浓度下均不同程度的降低了TNF-α、IL-6和IL-1β的释放。结论：细香葱不同部位表现出不同的挥发性特征和初步体外生物活性模式。结果表明，解剖组织类型是影响细香葱源材料挥发性特征和活性谱的重要因素。本研究为细香葱须根、白色假茎和绿色叶片的差异化评价及进一步定向研究提供了比较基础。

细香葱（Allium schoenoprasum L.）作为常见的调味香草，因其特征性香气和潜在的健康促进特性而广受关注（1–3）。与其他葱属（Allium）蔬菜类似，细香葱的感官品质和已报道的生物活性相关特性与其挥发性成分密切相关，尤其是含硫化合物、醛类、醇类、酯类和萜类（4–6）。这些化合物不仅是细香葱典型风味特征的主要贡献者，也可能与葱属源材料的生物活性相关，这对食品品质评价、天然保鲜以及初步生物活性导向评估具有重要意义（7–10）。目前，洋葱、大蒜和细香葱等葱属物种的挥发性组成及生物活性已受到广泛关注（11）。在葱属植物中，有机硫化合物、醛类、醇类、酯类和萜类不仅是特征性香气的重要贡献者，也可能为评价组织相关差异的初步体外生物活性提供化学背景（11, 12）。鉴于这些挥发性成分常以复杂混合物形式存在，且在植物组织间可能存在差异，快速指纹图谱方法对于比较其分布模式具有实用价值。气相色谱-离子迁移谱（GC–IMS）已越来越多地应用于食品挥发物的快速可视化与判别，适用于比较植物源芳香材料中组织依赖性的挥发性指纹。因此，本研究采用GC–IMS表征细香葱须根、白色假茎和绿色叶片之间的挥发性差异，并通过体外试验初步比较其对应精油组分活性模式的差异。

对于细香葱而言，须根、白色假茎和绿色叶片在生理功能和环境暴露方面存在显著差异，这可能导致其挥发性特征和组织相关活性模式的不同（13, 14）。此外，关于韭菜及相关葱属物种的研究已报道挥发性富集提取物和含硫成分的抗菌或抗炎活性，提示将挥发性图谱分析与初步体外生物活性评价相结合的价值（15, 16）。除对香气的贡献外，葱属植物中的挥发性和半挥发性成分可能为初步体外生物活性评价提供化学背景。由于不同植物组织可能积累不同的挥发性组分，比较这些组织相关差异是否伴随不同的自由基清除和细胞因子调节模式具有合理性。因此，研究人员采用ABTS（2,2'-联氮-二(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)）和DPPH（2,2-二苯基-1-苦基肼）试验作为化学自由基清除模型，并以LPS诱导的RAW264.7巨噬细胞模型评估细胞因子相关反应。然而，现有研究大多集中于整株植物、一般葱属物种或加工产品，而针对细香葱（Allium schoenoprasum L.）不同解剖部位的系统比较仍然有限。

因此，本研究旨在利用GC–IMS表征细香葱须根、白色假茎和绿色叶片的组织特异性挥发性指纹（图1），并进一步评价其对应精油组分的初步体外自由基清除和细胞因子调节活性。本研究为理解细香葱源材料的组织相关挥发性差异和初步体外活性模式提供比较基础。研究人员所用主要关键技术方法包括：从中国湖南省华容县常规露地栽培的细香葱中获取新鲜样品，于2025年10月8日购自湖南省益阳市，经湖南中医药大学Dan Huang教授鉴定；采用GC–IMS进行挥发性化合物分析，使用配备SH-WAX毛细管柱（30 m × 0.32 mm × 0.25 μm）的GC-2030气相色谱仪与IMS-S离子迁移谱仪联用，检测器采用³H氚源正离子模式，通过NIST 2020数据库和IMS漂移时间数据库进行定性分析，并运用SIMCA 14.1软件进行PCA和PLS–DA分析；采用蒸汽蒸馏法提取精油；使用ABTS和DPPH自由基清除试验评价抗氧化活性；采用LPS诱导的RAW264.7巨噬细胞模型，通过CCK-8试验评估细胞活力后，采用ELISA试剂盒检测TNF-α、IL-6和IL-1β水平以评价细胞因子调节效应。

**挥发性化合物谱**

GC–IMS二维谱图分析显示，细香葱三部分均含有多种挥发性风味化合物，但斑点数量和信号强度存在明显差异。整体而言，须根信号斑点数最多，白色假茎次之，绿色叶片最少，表明须根比其他两部分具有更多数量和更高整体强度的挥发性信号。以白色假茎为参比生成的二维差异谱显示，须根以红色斑点为主，而绿色叶片以蓝色斑点为主，进一步表明须根含有相对更高水平的挥发性化合物，而绿色叶片含有较少且相对水平较低的挥发性化合物。

定性分析结果显示，三种细香葱部位共检测到175个挥发性信号（含单体和二聚体），包括30种醛类、30种酯类、27种醇类、18种酮类、12种萜类、10种吡嗪类、7种含硫化合物、24种其他类化合物和17种未知化合物。三类组织的主要化合物类别大致相似，但相对比例存在差异：醛类在须根中占比相对较高（20.12%）；酯类在白色假茎和绿色叶片中更为丰富，分别占22.65%和23.91%；含硫化合物在绿色叶片中相对比例最高（9.42%），其次为白色假茎（8.08%）和须根（7.20%）。

指纹分析结果揭示了不同部位特征峰分布的明显差异。区域A主要为须根中含量相对较高的化合物，包括3-p-薄荷醇、1-己醇（T）、(E)-2-戊烯醛（D）、2-丁酮和2-庚酮等；区域B主要为须根和白色假茎中含量相似且较高的化合物；区域C为三部分差异较小的共有化合物；区域D主要为须根和绿色叶片中含量较高但白色假茎中较低的化合物；区域E主要为白色假茎中富集的化合物；区域F主要为白色假茎和绿色叶片中含量较高但须根中较低的化合物。这些结果表明细香葱不同部位的挥发性化合物在组成和相对丰度上均存在显著差异。

化学计量学分析中，PCA模型PC1和PC2的累积方差贡献率达90.3%，表明模型具有很强的解释能力。得分图中须根、白色假茎和绿色叶片完全分离，表明三部分挥发性风味组成存在实质性差异。基于PCA结果建立的PLS–DA模型表现出优异的分类性能，R²Y（cum）和Q²（cum）值分别为0.995和0.992，总体分类准确率为95%。置换检验（n = 200）进一步验证模型具有良好的预测能力且不存在过拟合。PLS–DA模型的变量重要性投影（VIP）分析共筛选出56个VIP值大于1的差异标志物，基于这56个差异标志物峰体积构建的热图能够清晰区分不同细香葱部位。

**自由基清除活性**

ABTS自由基清除试验显示，所有样品组的自由基清除率随浓度升高而增加，呈明显剂量依赖性。须根组EC₅₀值为379.04 μg/mL，白色假茎组和绿色叶片组分别为459.06 μg/mL和624.67 μg/mL。DPPH自由基清除试验显示类似趋势，须根组EC₅₀值为301.83 μg/mL，白色假茎组和绿色叶片组分别为476.19 μg/mL和671.95 μg/mL。由于较低的EC₅₀值表示更强的抗氧化活性，样品整体抗氧化能力排序为：须根 > 白色假茎 > 绿色叶片。

**细胞因子调节效应**

CCK-8试验显示，须根、白色假茎和绿色叶片精油在浓度高达200 μg/mL时均不显著抑制RAW264.7细胞活力，表明该浓度范围内无明显细胞毒性，因此选择200 μg/mL进行后续细胞因子检测。在LPS诱导的RAW264.7巨噬细胞炎症模型中，与对照组相比，模型组TNF-α、IL-6和IL-1β水平显著升高；与模型组相比，三种精油均不同程度降低了这些促炎细胞因子的释放。其中白色假茎精油抑制作用最强，须根精油次之，绿色叶片精油最弱。

**讨论**

研究人员在讨论部分首先指出，GC–IMS结合化学计量学分析揭示了细香葱须根、白色假茎和绿色叶片挥发性特征存在清晰的组织依赖性差异。共检测到175个挥发性信号并暂定注释，包括醛类、酯类、醇类、酮类、萜类、吡嗪类、含硫化合物及其他挥发性类别。由于注释基于GC–IMS保留信息、NIST数据库匹配和IMS漂移时间数据，化合物鉴定应视为暂定的，特别是对于含硫化合物的异构体、醛类和? quest?烯类。指纹分析和多元模型均将三种组织类型分开，表明细香葱挥发性指纹存在清晰的组织依赖性模式。

主要化合物类别的相对丰度在三部分间也存在差异。醛类是须根中的 predominant compounds，而酯类在白色假茎和绿色叶片中更丰富，含硫化合物在绿色叶片中相对丰度最高。这些发现表明细香葱的挥发性风味特征可能反映多种挥发性基团在不同解剖部位不均匀分布的联合贡献，而非由单一组织或化合物类别代表。这种组织依赖性变异是合理的，因为植物器官在形态、生理功能和代谢活动方面存在差异，进而可能影响代谢物的生物合成、转化和积累。

化学计量学结果进一步支持这一解释。PCA模型基于PC1和PC2解释了90.3%的总方差，而PLS–DA模型显示三种组织组间清晰分离，具有较高的R²Y（cum）和Q²（cum）值。此外，56个VIP值大于1的化合物被筛选为潜在的组织判别性挥发标志物。这些VIP标志物应被解释为对组织判别有贡献的变量，而非已确认的生物活性相关化合物。这些结果表明，须根、白色假茎和绿色叶片之间的差异不仅限于几个单独的信号，而是反映了其整体挥发性指纹的更广泛差异。从这些判别性挥发标志物与抗氧化或抗炎活性之间尚无法建立直接联系。

从分析角度看，研究结果支持GC–IMS用于细香葱不同组织快速挥发性指纹图谱和判别的实用性。这些发现可为评价组织相关风味差异以及指导细香葱源材料的进一步定向组成研究提供初步基础。然而，GC–IMS主要提供快速指纹图谱导向的轮廓，对某些化合物的结构分辨率有限（28）。因此，某些差异标志物的鉴定和定量相关性应通过互补技术进一步确认。

关于组织依赖性自由基清除活性，研究人员指出ABTS和DPPH试验是评估植物源提取物或挥发性组分在化学反应条件下直接自由基清除能力的常用方法。所有三种精油组分均表现出浓度依赖性自由基清除活性，表明测试精油含有能够参与自由基淬灭反应的组分。基于EC₅₀值，须根精油在三部分中表现出最强的自由基清除活性，排序为须根 > 白色假茎 > 绿色叶片。须根精油更强的自由基清除活性可能与其组织水平的独特化学特征有关。GC–IMS分析显示须根含有更广泛的挥发性信号和相对更高丰度的醛类。一些醛类、醇类、酚类衍生物、含硫化合物及其他挥发性成分已被报道对植物源挥发性组分的抗氧化反应有贡献。然而，现有数据不能将抗氧化活性归因于单一化合物类别或特定GC–IMS标志物。

研究人员特别强调，GC–IMS分析和抗氧化试验是在相关但不完全相同的样品制备上进行的。GC–IMS用于表征不同细香葱组织的挥发性指纹，而ABTS和DPPH试验则使用蒸汽蒸馏的精油组分进行。因此，组织挥发性特征与抗氧化活性之间的关系应谨慎解释。当前结果支持挥发性组成和自由基清除反应方面存在组织相关差异，但并未建立单个GC–IMS检测化合物与抗氧化活性之间的直接化合物-活性关系。此外，ABTS和DPPH试验主要反映体外条件下的化学自由基清除能力，不能直接代表细胞抗氧化机制、生物利用度或体内抗氧化功效。

关于细胞因子调节效应，CCK-8试验显示三种精油组分在浓度高达200 μg/mL时不明显降低RAW264.7细胞活力，因此选择该浓度进行后续细胞因子测量。在200 μg/mL浓度下，三种精油组分均不同程度降低了LPS诱导的TNF-α、IL-6和IL-1β释放，表明在测试条件下存在组织依赖性的细胞因子抑制反应。然而，细胞因子抑制模式与ABTS和DPPH试验中的自由基清除排序并不完全平行，这表明化学自由基清除能力和细胞因子调节应被视为相关但不同的生物学读出指标，而非同一活动的可互换指标。细胞因子水平仅在200 μg/mL单一浓度下测定，因此现有数据无法进行IC₅₀计算、治疗窗估计或三部分精油组分之间的严格效力比较。此外，由于仅测量了细胞因子释放，NF-κB、MAPK或Nrf2等上游信号通路仍有待考察。 cytokine试验使用蒸汽蒸馏精油组分进行，而GC–IMS标志物来自组织挥发性指纹，因此将细胞因子抑制归因于特定GC–IMS检测标志物是不恰当的。

在解释范围和未来方向方面，研究人员指出本研究为理解细香葱组织相关挥发性差异和初步体外生物活性模式提供了比较基础。GC–IMS指纹图谱结合PCA、PLS–DA和VIP分析表明须根、白色假茎和绿色叶片具有不同的挥发性特征。这些结果支持对不同解剖部位进行差异化评价，并表明整株细香葱不应被视为化学均一的原材料。重要的一点是，必须区分挥发性指纹图谱和生物活性评价：GC–IMS用于表征组织挥发性特征，而抗氧化和细胞因子试验则使用蒸汽蒸馏精油组分进行。因此，观察到的组织依赖性挥发标志物应被解释为判别性化学特征，而非生物活性组分的直接证据。提取过程（包括蒸汽蒸馏、盐析、溶剂辅助回收和溶剂去除）也可能影响最终测试精油组分的组成，特别是对于反应性含硫化合物和醛类。

生物学试验进一步表明不同细香葱组织可能表现出不同的体外活性模式。ABTS和DPPH试验反映了化学自由基清除能力，而RAW264.7巨噬细胞模型提供了LPS刺激下细胞因子反应的信息。这些试验对初步比较有用，但在未进行进一步组成和机制确认之前不应直接外推至生理功效。未来研究结合GC–MS表征测试精油组分、浓度-反应细胞因子试验、细胞抗氧化模型和通路水平验证，将有助于阐明细香葱源材料组织特异性差异的化学贡献者和生物学相关性。

**结论**

本研究采用基于GC–IMS的挥发性指纹图谱、化学计量学分析以及抗氧化和细胞因子相关试验，系统比较了细香葱（Allium schoenoprasum L.）须根、白色假茎和绿色叶片的挥发性特征和初步体外生物活性。共检测到175个挥发性信号并暂定注释。三种解剖部位在挥发性组成、相对丰度和整体化学指纹上表现出清晰的组织相关差异：须根以更广谱的挥发性信号和相对丰富的醛类为特征；白色假茎显示相对丰富的酯类化合物；绿色叶片含有较高比例的含硫化合物。PCA和PLS–DA进一步支持三种组织类型挥发性指纹的区分。

生物学试验揭示了对应精油组分之间不同的活性模式。须根精油基于ABTS和DPPH试验的EC₅₀值表现出更强的自由基清除活性，而LPS刺激的RAW264.7巨噬细胞中的细胞因子相关反应在测试条件下因组织而异。这些结果表明细香葱不同部位具有不同的挥发性和初步生物活性特征，提示在评价细香葱源材料时应考虑解剖组织类型。总体而言，本研究为细香葱不同部位的差异化评价和进一步定向研究提供了比较基础。