《Food Chemistry》：Thermal degradation pathways of rapeseed aliphatic glucosinolates and flavor characteristics of volatile products
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摘要硫代葡萄糖苷是菜籽中关键的含硫代谢物，对菜籽油的风味有重要贡献。然而，其挥发性化合物及形成途径尚不明确。本研究利用高效液相色谱（HPLC）考察了热处理过程中菜籽硫代葡萄糖苷的变化。脂肪族硫代葡萄糖苷占总硫代葡萄糖苷的90%，在加热过程中其降解十分剧烈。通过顶空固相微萃取-
摘要
硫代葡萄糖苷是菜籽中关键的含硫代谢物，对菜籽油的风味有重要贡献。然而，其挥发性化合物及形成途径尚不明确。本研究利用高效液相色谱（HPLC）考察了热处理过程中菜籽硫代葡萄糖苷的变化。脂肪族硫代葡萄糖苷占总硫代葡萄糖苷的90%，在加热过程中其降解十分剧烈。通过顶空固相微萃取-气相色谱/质谱-嗅辨（HS-SPME–GC/MS–O）在相应的菜籽油中鉴定出了挥发性化合物，包括两种异硫氰酸酯、十四种腈类和一种吲哚。随后，选取四种主要脂肪族硫代葡萄糖苷在模拟热降解体系（水、甘油，pH = 5、7 和 9）中进行了研究。3-丁烯基硫代葡萄糖苷经Lossen型重排生成了挥发性3-丁烯基异硫氰酸酯。4-甲基亚砜丁基硫代葡萄糖苷水解生成4-(甲基亚砜)丁基异硫氰酸酯。刺激气味化合物，包括4-戊烯腈、(Z,Z)-2,4-戊二烯腈和(E,E)-2,4-戊二烯腈，源自3-丁烯基硫代葡萄糖苷和2-羟基-3-丁烯基硫代葡萄糖苷。此外，在碱性条件下，4-(甲基亚砜)丁基硫代葡萄糖苷热分解生成痕量的硫醚类化合物。本研究为定向调控菜籽油风味品质提供了理论依据。
引言
硫代葡萄糖苷是主要存在于十字花科（Brassicaceae）植物（如菜籽）中的含硫代谢物（Bellostas 等，2007）。它们在菜籽加工过程中经历复杂的降解过程，与其生物功能及实际应用密切相关（Mi?kus 等，2020）。菜籽油是一种重要的风味食用油，这主要归因于风味前驱物的存在（Jia 等，2020）。菜籽的风味来源于蛋白质、氨基酸以及结构各异的硫代葡萄糖苷等次生代谢物（Guo 等，2022；Liu 等，2025）。硫代葡萄糖苷降解产生的挥发性香气贡献产物主要分为两大类：挥发性腈类和异硫氰酸酯，它们决定了菜籽油中刺激性和辛辣气味之间的差异（Zhang 等，2025；Zhang, Chen 等，2022；Zhang, Lv 等，2022）。
根据侧链 R 基团的化学结构，硫代葡萄糖苷可分为三类：脂肪族硫代葡萄糖苷（AGs）、芳香族硫代葡萄糖苷和吲哚类硫代葡萄糖苷。硫代葡萄糖苷的降解包括酶促、热降解和化学途径（Hanschen, Bauer 等，2012；Hanschen, Brüggemann 等，2012）。酶促降解发生在水性条件下，涉及葡萄糖裂解形成不稳定中间体，随后经历Lossen型重排脱去 SO? 并生成相应的异硫氰酸酯。近年研究表明，剧烈加热（如烘焙）会通过共用途径（如 Lossen 型重排或脱硫反应）驱动非酶促降解，生成异硫氰酸酯和腈类中间体（Hanschen 等，2018；Liu 等，2024）。第二条途径发生在亚铁离子存在的情况下，硫代葡萄糖苷先与亚铁离子形成络合物，随后脱去硫和硫氰酸根，生成腈类和葡萄糖。第三条途径发生在无水干热处理过程中，主要通过脱硫反应形成中间体化合物，进而降解为碳水化合物和腈类化合物（Oerlemans 等，2006）。现有文献表明，在菜籽烘焙过程中，热降解主导了硫代葡萄糖苷的转化（Xie 等，2022；Xu 等，2025）。
硫代葡萄糖苷的热降解取决于水分含量、分子结构以及加热过程中的基体变化。降解产物的比例随温度而变化。在200 °C时，烯丙基硫代葡萄糖苷分解为44%腈类和32%异硫氰酸酯，而苄基硫代葡萄糖苷（芥子苷，GTL）则降解为63%腈类和13%异硫氰酸酯。在100 °C加热3 h的条件下，反式-2-羟基-3-丁烯基硫代葡萄糖苷（反式芥子油苷，trans-PRO）完全分解，吲哚类硫代葡萄糖苷也发生显著降解，产生异硫氰酸酯和吲哚-3-乙腈等风味化合物（Liu 等，2024）。
多种因素都会影响硫代葡萄糖苷的热降解，目前对菜籽中降解途径和机理的全面认识仍然缺乏，尤其是关于前驱物与挥发性产物之间的构效关系及剂量-效应关系。既往研究表明，硫代葡萄糖苷的热降解在菜籽烘焙过程中起主导作用。Mao 等研究了主要硫代葡萄糖苷（如3-丁烯基硫代葡萄糖苷（芥子酸苷，GNA）、2-羟基-3-丁烯基硫代葡萄糖苷（芥子油苷，PRO）和4-戊烯基硫代葡萄糖苷（黑芥子苷，GBN））的降解途径及其相应产物（如2,4-戊二烯腈和5-氰基-1-戊烯）（Mao 等，2019）。据报道，GNA 可转化为4-异硫氰酸酯基-1-丁烯，而2-异硫氰酸酯丁烷的来源仍然不明。然而，这些途径是依据相关性分析推断得出的，并未使用标准模型体系进行验证。Ortner 和 Granvogl 建立了多种反应体系（包括不同 pH 条件、海沙和甘油）来研究烯丙基硫代葡萄糖苷的降解，并采用稀释因子来评估各体系中的气味贡献（Ortner & Granvogl, 2018）。近年来，PRO 的热降解也得到了研究，共产生33种挥发性化合物，基体 pH 显著影响产物的多样性：碱性条件（pH 9.0）产生27种挥发物，其次是中性条件（pH 7.0，23种化合物）和酸性条件（pH 5.0，21种化合物），并通过高效液相色谱和气相色谱-飞行时间质谱（GC–TOF–MS）进行了分析（Zhang, Chen 等，2022；Zhang, Lv 等，2022）。然而，诸如2,4-戊二烯腈和2-噻吩丙腈等化合物已被特别关联至菜籽来源的产物。此外，2-羟基丁-3-烯基葡萄糖苷的非酶促降解也已被深入研究（MacLeod & Rossiter, 1986）。
迄今为止，对菜籽硫代葡萄糖苷热降解途径与机理的全面认识仍然缺乏，尤其是针对高含量、广泛分布的化合物及其与刺激性挥发性产物的构效关系。本研究利用四种纯化的脂肪族硫代葡萄糖苷单体，建立了前驱物与产物之间精确的因果关系。通过整合化学分析与感官分析，阐明支配刺激性风味形成的构效关系。建立前驱物含量与挥发性降解产物之间的相关性，有助于开发基于硫代葡萄糖苷组成的新原料选择策略，为生产刺激性风味菜籽油提供可靠依据。
章节片段
试剂
色谱级二氯甲烷和无水乙醇购自德国默克试剂公司（Merck）。硫酸酶、葡聚糖凝胶和烯丙基硫代葡萄糖苷（98%）购自美国西格玛奥德里奇公司（Sigma-Aldrich）。PRO（98%）、4-戊烯基硫代葡萄糖苷（黑芥子苷，GBN；98%）、4-甲基亚砜丁基硫代葡萄糖苷（萝卜硫苷，GRE；98%）、3-吲哚甲基硫代葡萄糖苷（黑芥子苷，GBR；98%）、4-羟基-3-吲哚甲基硫代葡萄糖苷（4-羟基黑芥子苷，4HGBS，97%）、GTL（97%）以及
菜籽中硫代葡萄糖苷的组成
如表1所示，菜籽中的硫代葡萄糖苷被分为三大类（脂肪族、吲哚类和芳香族），在30 min的处理过程中，每类都表现出不同的含量变化动态。大多数化合物呈现明显的下降趋势，而少数化合物在早期阶段显示出短暂积累。AGs 的初始浓度最高，对处理时间的敏感度也最为显著。PRO 和 GNA 的初始水平最高（18.944 ± 1.652 和
结论
本研究考察了菜籽中硫代葡萄糖苷的组成以及菜籽油中风味化合物的形成。更为重要的是，利用硫代葡萄糖苷标准品构建了包含四种脂肪族硫代葡萄糖苷的模拟反应体系，分析了不同 pH 条件下降解产物的气味和结构特征，并阐明了硫代葡萄糖苷风味前驱物与其产物之间的关系。
3-丁烯基异硫氰酸酯通过两种
CRediT 作者贡献声明
Qi Zhou：写作 – 初稿。Yanxin Lin：数据整理。Wenlin Li：研究方法。Xiao Jia：调查研究。Fenghong Huang：概念构思。
利益冲突声明
作者声明不存在任何已知的可能影响本文所报告工作的竞争性经济利益关系或个人关系。
致谢
本研究由国家自然科学基金（32522083 和 32372383）、四川科技计划项目（2025ZHCG0015）和中国农业科学院科技创新工程项目（CAAS-ASTIP-2021-OCRI）资助。
Qi Zhou|Yanxin Lin|Wenlin Li|Xiao Jia|Fenghong Huang
