《Foods》：GC-MS and GC-IMS Based Metabolomics Combined with Cellular Assays to Characterize Volatile Compounds and Pharmacological Activity of Lysimachia foenum-graecum Hance from Different Origins
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过路黄（Lysimachia foenum-graecum Hance，LFG）因其浓郁香气而著称，在食品工业中被广泛用作烹饪香辛料。该研究采用气相色谱-离子迁移谱（GC-IMS）和气相色谱-质谱（GC-MS）对来自4个不同地区的样品进行分析：广西（GX）、贵
过路黄（Lysimachia foenum-graecum Hance，LFG）因其浓郁香气而著称，在食品工业中被广泛用作烹饪香辛料。该研究采用气相色谱-离子迁移谱（GC-IMS）和气相色谱-质谱（GC-MS）对来自4个不同地区的样品进行分析：广西（GX）、贵州（GZ）、四川（SC）和云南（YN）。谱图分析分别鉴定出51种和47种挥发性化合物，其中醇类、醛类、酯类和酮类构成主要有机化合物（74%）。GX样品表现出最高的总体化合物含量，而SC样品以最高酯类含量为特征。不同来源样品之间化合物浓度存在显著差异。偏最小二乘判别分析（PLS-DA）鉴定出15种可区分4个地区的特征挥发性标志物。气味活度值（OAV）分析揭示了5种关键挥发性化合物：芳樟醇（linalool）、龙脑（borneol）、甲基胡椒酚（estragole）、十一醛（undecanal）和β-紫罗兰酮（β-Ionone）。此外，细胞水平实验表明LFG具有药理活性。这些发现为LFG在食品工业中的应用提供了有价值的见解。
该文发表于《Foods》，围绕不同产地过路黄（Lysimachia foenum-graecum Hance，LFG）的挥发性有机化合物（VOCs）差异及其细胞药理活性展开研究。过路黄是一种主要分布于中国南方的多年生草本植物，茎叶干燥后具有持久而独特的芳香，可直接用于烹调增香、去异味，也可进一步加工用于香精香料、烟草及酒类工业。同时，过路黄在传统医药中也具有一定应用基础。由于香气是影响该植物品质评价和消费者偏好的关键因素，不同产地过路黄的风味差异及其形成基础值得系统研究。既往对植物香气的研究表明，VOCs是决定植物香气特征的主要物质基础，而气味活度值（OAV）可用于判断单个挥发性成分对整体香气的贡献程度。另一方面，过路黄除风味价值外，还被提示具有抗氧化及潜在神经保护相关活性，但其风味化学与药理作用之间仍缺乏较系统的整合研究。因此，研究人员开展本研究，旨在从产地差异角度解析过路黄的挥发性成分特征，筛选关键香气活性物质，并结合细胞模型初步评价其药理活性，为其产地鉴别、品质控制及食品工业高值化利用提供依据。
研究人员采集了广西、贵州、四川和云南4个产地的过路黄样品，每个产地设置6个重复，并在统一阴干、粉碎和低温保存条件下进行后续分析。研究采用GC-IMS与GC-MS联用策略对样品挥发性成分进行定性和半定量分析，结合偏最小二乘判别分析（PLS-DA）和投影变量重要性（VIP）筛选差异标志物，再通过OAV评价关键香气成分贡献；同时建立皮质酮（CORT）诱导的PC12细胞损伤模型，借助CCK-8法及酶联免疫吸附测定（ELISA）检测脑源性神经营养因子（BDNF）与磷酸化Akt1（p-Akt1）水平，从而评估过路黄的细胞保护活性。
在研究结果方面，论文首先在“3.1. GC–IMS Topographic Plots of Volatile Composition in LFG of Different Origins”中展示了不同产地过路黄挥发性成分的GC-IMS三维与二维地形图。研究结果表明，4个产地样品整体化合物谱型相似，但相对丰度存在差异。差异比较图进一步显示，GX样品总化合物含量略高于GZ，而YN样品总化合物含量略高于SC，提示产地对挥发性成分累积水平具有影响。
在“3.2. Characteristic Fingerprint Analysis of Volatile Compounds in LFG from Different Origins Based on GC-IMS”中，研究人员基于GC-IMS构建挥发性成分指纹图谱，共检测到97个信号、鉴定出51种化合物，包括12种醛类、10种酯类、10种醇类、7种酮类及12种其他化合物。指纹图谱直观显示了不同产地样品的成分差异：SC中橙花醇（Nerol）和丙酸乙酯（Ethyl propanoate）相对含量较高；GZ中顺-3-己烯-1-醇（Cis-3-Hexen-1-ol）、2-丙酮（2-Propanone）、壬醛（Nonanal）、（E）-2-己烯-1-醇和（E）-2-庚烯醛相对较高；GX与YN中的吡嗪（Pyrazine）、2-庚醇（2-Heptanol）、2-甲氧基-3-甲基吡嗪和1-戊醇高于SC和GZ。堆叠气泡图显示，SC和YN中的酸类相对峰体积较大，且SC中酯类峰体积显著高于其他产地。
在“3.3. Discrimination of LFG from Different Regions by PLS-DA Based on GC-IMS”中，研究人员利用GC-IMS数据构建PLS-DA模型，对4个产地样品进行监督判别分析。结果显示，各产地样品之间存在可分离趋势，说明挥发性组成差异可用于样品区分。依据VIP>1标准，共筛选出8种潜在标志物，分别为丙酮（acetone）、乙醇（ethanol）、甲基庚烯酮（methyl heptenone）、2-甲基-1-丙醇（2-methyl-1-propanol）、乙酸乙酯（ethyl acetate）、乙酸（acetic acid）、乙酸甲酯（methyl acetate）和1-戊烯-3-酮（1-penten-3-one）。
在“3.4. Quantitative Analysis of Volatile Compounds in LFG from Different Regions by GC-MS”中，研究人员通过GC-MS共鉴定出47种挥发性化合物，包括11种醇类、6种醛类、10种酯类、6种酮类、3种酚类和11种其他化合物，其中28种化合物在不同产地间存在显著差异。结果显示，甲基棕榈油酸酯（methyl palmitoleate）仅见于SC和YN，柠檬烯（limonene）与α-荜澄茄油烯（α-copaene）仅见于GZ，提示这些物质具有潜在区域标志意义。GX和YN鉴定出的化合物数量均为44种，SC为40种，GZ为43种。半定量分析表明，SC中酯类含量显著最高，达到1353 ng/kg，占总挥发性成分的74%；GX、GZ和YN的酯类占比分别为25%、29%和52%。此外，SC中的酮类和醇类比例也较高。研究还指出，GZ中甲基胡椒酚（trans-anethole）含量较高，GX中亚麻酸（linolenic acid）和十四醛（tetradecanal）含量较高，而37种化合物为4个产地共有成分。这些结果说明不同产地过路黄在挥发性成分的种类与丰度上存在明确差异。
在“3.5. Discrimination of LFG from Different Origins by PLS-DA Based on GC-MS”中，研究人员进一步使用GC-MS数据开展PLS-DA分析。结果显示组间分离显著，且200次置换检验证明模型未发生过拟合。依据VIP>1并结合p<0.05筛选，确定7种关键差异化合物：亚油酸甲酯（methyl linoleate）、15-甲基十六烷酸甲酯（methyl 15-methylhexadecanoate）、亚麻酸甲酯（methyl linolenate）、芳樟醇（linalool）、棕榈酸甲酯（methyl palmitate）、反式茴香脑（trans-anethole）和桉叶素（cineole）。其中多种酯类成分VIP值较高，提示酯类是区分不同产地样品的重要化学基础。
在“3.6. OAV Calculation Based on GC-MS and Sensory Evaluation”中，研究人员将GC-MS半定量结果与气味阈值结合，计算各化合物的OAV。最终筛选出5种OAV>1的关键香气活性成分，即芳樟醇、龙脑、甲基胡椒酚、十一醛和β-紫罗兰酮。论文指出，芳樟醇具有清新花香和柑橘香特征，龙脑具有松木样、樟脑样和薄荷样气味，甲基胡椒酚呈现茴香与小茴香样香气，β-紫罗兰酮和十一醛则分别赋予花香和果香。感官评价显示，不同产地样品在木香、清新感、甜香、草本香和辛香等属性上存在统计学差异，但总体香型相近，主要由辛香和草本香主导。该结果与OAV分析一致，即过路黄整体香气并非由单一化合物决定，而是多种关键香气物质共同平衡作用的结果。
在“3.7. Putative Metabolic Pathways of Key Volatile Compounds”中，研究人员结合KEGG与MetaCyc数据库，对主要挥发性成分的可能形成途径进行了注释。结果显示，芳樟醇可能来源于萜类代谢途径，即由香叶基焦磷酸（GPP）经芳樟醇合酶催化生成；2-甲基-1-丙醇可能来源于L-缬氨酸（L-valine）经转氨、脱羧和还原步骤生成。该部分为关键挥发性成分的生物合成提供了路径参考，但文中同时指出仍有待实验验证。
在“3.8. Correlation Analysis of VOCs Determined by GC-IMS and GC-MS”中，研究人员对24批样品的GC-MS与GC-IMS结果进行相关性分析。结果显示，YN与SC样品之间相关性显著，而SC与GZ之间相关性相对较低。结合半定量与统计分析，研究表明过路黄VOCs谱随地理来源而变化，且地理位置越接近，其挥发性成分谱的相关性越高。
在“3.9. Effects of CORT and LFG on PC12 Cell Viability”中，研究人员建立了CORT诱导的PC12细胞损伤模型。CCK-8结果表明，当CORT浓度达到400 μmol/L时，PC12细胞存活率显著下降至约55%，因此该浓度被选为体外损伤模型的最佳建模浓度。进一步剂量筛选显示，50 μg/mL的过路黄处理组可最显著改善细胞存活率，因此被用于后续机制研究。
在“3.10. In the PC12 Cell Injury Model, LFG Reverses the Levels of BNDF and p-Akt1”中，研究人员检测了过路黄对BDNF和p-Akt1水平的影响。结果表明，与模型组相比，过路黄处理后BDNF水平显著回升，提示其神经保护作用可能与上调内源性BDNF表达有关。与此同时，过路黄还显著逆转了CORT诱导的p-Akt1下调。论文据此指出，过路黄可能通过BDNF-TrkB-PI3K/Akt1通路发挥神经保护效应，而BDNF与Akt之间的正反馈调节机制为其作用提供了理论支持。这里的结论建立在细胞水平检测结果基础上，说明过路黄除作为香辛植物原料外，还具有一定生物活性价值。
从讨论内容综合来看，该研究通过GC-IMS与GC-MS互补分析，较系统地解析了不同产地过路黄的挥发性组成差异，证实产地能够影响其VOCs的种类、丰度及感官表现。GC-IMS在快速指纹识别方面具有优势，GC-MS在结构鉴定和半定量方面更具可靠性，两者结合提高了风味研究的全面性。PLS-DA与VIP分析进一步明确了区分产地的关键标志物，OAV与感官评价则共同锁定了决定整体香气的核心活性成分。与此同时，PC12细胞模型结果显示，过路黄对CORT诱导神经损伤具有一定缓解作用，从而将风味特征研究拓展到功能活性评价层面。整体而言，该文为过路黄的产地溯源、质量评价、食品加工应用及功能开发提供了实验依据，也为区域特色资源的高值利用提供了数据支持。
研究结论部分可译为：综上，研究采用GC-IMS与GC-MS联用分析策略，对4个不同地理来源的过路黄样品中的挥发性有机化合物进行了研究，成功表征了不同来源间的组成差异。结果表明，酯类、醇类和酮类是主要化合物类别，对过路黄的草本香、甜香、清新香、辛香和木香等香气特征具有重要贡献。鉴定出的关键香气活性成分包括芳樟醇、龙脑、甲基胡椒酚、十一醛和β-紫罗兰酮。基于PLS-DA模型及VIP值的多变量统计分析，共识别出15种存在显著区域差异的VOCs，包括丙酮、乙醇、甲基庚烯酮、2-甲基-1-丙醇、乙酸乙酯、乙酸、乙酸甲酯、1-戊烯-3-酮、亚油酸甲酯、15-甲基十六烷酸甲酯、亚麻酸甲酯、芳樟醇、棕榈酸甲酯、反式茴香脑和桉叶素。不同地区过路黄的VOCs数量和组成存在轻微差异。SC中酯类含量占总量的74%，提示其在酿酒应用方面可能更具适宜性。作为过路黄道地产区，GX的总体化合物含量高于其余3个地区。体外实验表明，过路黄可通过恢复BDNF和p-Akt1水平减轻CORT诱导的PC12细胞神经毒性，为其治疗潜力提供了机制依据。该研究为过路黄产地溯源及其在食品工业中的应用提供了坚实科学基础和实证数据，同时也为开发具有地域特色的高附加值产品建立了理论基础。
