猕猴桃枝条作为植物源香气材料的增值化：HS-GC-IMS引导的挥发性成分谱分析与香气重构

《Food Chemistry: X》：Valorization of kiwifruit branches as plant-derived aroma materials: HS-GC-IMS-guided volatile profiling and aroma reconstruction

　　

猕猴桃枝条是丰富的修剪残渣，具有作为植物源香气材料的潜力。本研究评估了其用于重构商业木天蓼关联香气参照样的挥发性成分谱的可行性。研究人员采用顶空-气相色谱-离子迁移谱(HS-GC-IMS)分析了六份猕猴桃枝条样品和一份商业参照样(G7)。共初步注释了64种挥发性化合物，多变量分析显示，与单个枝条样品相比，G7具有明显不同的挥发性成分谱。基于变量投影重要性(VIP)>1和P<0.05筛选出的26种差异挥发性化合物被分为四个基于气味的香气模块用于混配优化。金桃(Jintao)和金艳(Jinyan)枝条以0.69:0.31的比例组成的二元混配物在模块水平上表现出与G7最高的相似性。相对气味活度值(ROAV)分析进一步鉴定了与G7特征性香气谱相关的八种关键气味活性差异化合物。这些结果表明，选定的猕猴桃枝条具有作为香气材料的潜力，可用于商业木天蓼关联挥发性成分谱的参照引导重构。

本文解读了发表在《Food Chemistry: X》上的一项研究，该研究探索将猕猴桃修剪枝条转化为植物源香气材料的可行性。随着环境丰富化和功能性宠物产品需求的增长，猫薄荷、木天蓼等能诱发猫接近、嗅闻、摩擦、打滚、舔咬等行为反应的植物源材料受到商业关注。已有研究证实，这类行为与猕猴桃科植物中的猕猴桃醇(nepetalactol)、猕猴桃碱(actinidine)、异二氢猕猴桃内酯(isodihydronepetalactone)、二氢猕猴桃内酯(dihydronepetalactone)等环烯醚萜类化合物密切相关。然而，市售猫引诱产品常存在质量波动大、生物活性挥发性谱不稳定、标准化程度有限等问题。猕猴桃枝条是果园管理中大量产生的修剪残渣，通常被当作农业废弃物处理。由于猕猴桃与木天蓼同属猕猴桃科(Actinidiaceae)，不同品种的猕猴桃枝条含有丰富的挥发性化合物，因此有望成为重构木天蓼关联挥发性谱的替代植物资源。该研究旨在评估猕猴桃枝条作为植物源香气材料的可行性，并以商业木天蓼关联香气参照样G7为目标，通过HS-GC-IMS引导的挥发性谱分析和混配优化实现香气重构。

研究人员采集了中国陕西省六个主栽猕猴桃品种的枝条样品，分别来自翠香(G1)、金桃(G2)、金艳(G3)、秦美(G4)、徐香(G5)和中华(G6)，并以市售妙选品牌木天蓼猫咀嚼棒作为商业参照样(G7)。所有样品经统一前处理后进行HS-GC-IMS分析。主要技术方法包括：利用HS-GC-IMS获取挥发性指纹图谱并初步注释化合物；采用主成分分析(PCA)、层次聚类分析(HCA)和正交偏最小二乘判别分析(OPLS-DA)进行多变量统计与差异化合物筛选；计算相对气味活度值(ROAV)评估气味贡献；基于气味描述符数据库(Good Scents Company、Flavornet、FlavorDB2)构建四个气味基香气模块；通过欧氏距离、余弦相似度、平均模块达成偏差等指标对候选样品进行初筛；利用线性混配模型和SLSQP算法在非负、归一化约束下优化混配比例；最后通过猫行为试验比较优化混配物与G7的效应。

研究结果按原文小标题分述如下。3.1 GC-IMS光谱特征显示，G1–G7的三维、二维和差异谱图呈现明显不同的信号数量、分布和强度，G7在漂移时间1.5–2.0 ms区域内与枝条样品差异尤为突出，表明G7挥发性谱与单一猕猴桃枝条差异显著。3.2 挥发性指纹比较与特征区域分析共检测到94个信号峰，其中64个被初步注释为挥发性化合物。研究人员在G7的HS-GC-IMS数据中未注释到木天蓼中常见的猕猴桃碱和环烯醚萜类活性成分，因此后续分析聚焦于主要注释挥发物及其气味模块。通过指纹图谱划分出A–E五个特征区域，G7在多个区域呈现独特信号模式，提示目标挥发性谱需由多个枝条样品互补重构。3.3 挥发性化合物组成与分布特征显示，64种化合物涵盖酸、醇、醛、酯、呋喃/内酯/氧杂环、酮、含氮/硫化合物和萜类，其中醛、酮、醇合计占总峰面积85%以上。G7的酮类比例最高(40.45%)，醇类比例最低(11.34%)，酯和呋喃/内酯/氧杂环比例也相对较高。G3和G2在化合物类别组成上较接近G7，但单一枝条均无法充分匹配目标谱。3.4 多变量统计分析与差异挥发物筛选结果表明，PCA和HCA均清晰地将G7与G1–G6分开；OPLS-DA模型的200次置换检验截距为R²=0.153、Q²=?0.651，说明模型无过拟合。以VIP>1和P<0.05为标准，共筛选出26种差异挥发性化合物。3.5 ROAV分析显示，G7中有八种化合物ROAV≥1，依次为(Z)-4-庚烯醛、(E,E)-2,4-庚二烯醛、1-戊烯-3-酮、1-己醇、2-乙基-3,5-二甲基吡嗪、(Z)-2-戊烯醇、1-辛烯-3-醇和氧化芳樟醇，其中(Z)-4-庚烯醛的ROAV最高(100.00)。与G1–G6相比，G7中1-戊烯-3-酮和2-乙基-3,5-二甲基吡嗪的相对气味贡献更大，而醇类绿色组分贡献较弱。3.6 基于气味香气模块的模型混配优化中，26种差异化合物被划分为特征支撑型、草本-花香型、绿叶-枝梢型和木质-土腥型四个模块。单独样品比较时，G2和G3复合得分最高(0.998和0.986)。对20种三元组合进行约束优化后，排名前五的方案均包含G2和G3；由于非负约束使第三组分的系数收敛为零，最终预测混配物为G2和G3按0.69:0.31组成的二元混配。该混配物与G7的香气模块比例曲线高度相似，欧氏距离为0.0439，低于任一单一枝条样品。3.7 行为反应比较采用随机交叉设计，对6只健康室内猫进行空白对照(CK)、G7和预测混配物的测试。结果显示，G7和预测混配物的10分钟内总反应持续时间均显著长于CK，两者之间无显著差异；首次接触潜伏期方面，CK显著长于G7和预测混配物，后两者差异不显著。这表明优化混配物在测试条件下产生了与G7大致相似的香气相关行为模式，但无显著差异不能被解释为行为等效，其化学基础仍需进一步明确。

总体讨论部分强调，以往对猫反应性植物材料的研究多集中于活性成分鉴定和行为效应评估，较少关注修剪残渣的资源化利用。该研究建立的香气模块化策略将离散挥发物整合为结构性香气单元，既减少了单个化合物波动的影响，又使混配优化具有可操作性。但研究人员也指出，这些模块是基于文献气味描述的分组，尚未经感官小组验证；行为反应可能来自重构挥发性谱的综合嗅觉效应或未注释的猫反应性化合物，还需结合更大样本、阳性对照和靶向GC–MS分析来阐明。研究结论可翻译为：本研究建立了一种HS-GC-IMS引导的方法，用于评估猕猴桃枝条作为植物源香气资源重构商业木天蓼关联香气参照样G7挥发性谱的可行性。在测试的枝条样品中，G2和G3表现出与G7最高的香气模块相似性。基于VIP>1和P<0.05鉴定的26种差异挥发物构建了四个气味基香气模块，用于比较香气结构和优化混配比例。G2与G3以0.69:0.31比例组成的优化二元混配物在模块水平上与G7相似度最高，且欧氏距离低于任一单一枝条样品，支持了二者对目标挥发性谱的互补贡献。ROAV分析进一步鉴定出G7中八种主要气味活性差异化合物，为解析商业参照样的特征香气提供了更具体的基础。在初步行为评价中，优化混配物在测试条件下产生了与G7大致相似的香气相关反应模式。综上，所选猕猴桃修剪残渣具有作为香气材料用于参照引导挥发性谱重构的潜力。然而，本分析仅限于HS-GC-IMS初步注释的主要挥发性化合物，关键气味活性化合物的身份和贡献需通过真实标准品和正交GC–MS确认，特别是猕猴桃碱及环烯醚萜衍生物等已知猫反应性化合物的作用仍待确定。实际应用前还需评估挥发性得率、提取效率、原料变异性、工艺可扩展性和经济可行性。