《食品科学》：贵州省农业科学院朱文超研究员等：基于广泛靶向代谢组学技术分析不同品系辣椒挥发性代谢物差异

贵州辣椒种质资源丰富，与独特的产地环境结合，形成了香辣协调、品味温醇、独具贵州地方特色的“生态贵椒”，其中福泉线椒、大方线椒、遵义朝天椒、花溪牛角椒、独山皱椒等地方特色名优辣椒品种在国内外市场上享有较高的声誉，是高品质辣味食品的重要原料。贵州地方辣椒香气浓郁，主要源于其挥发性代谢物组成与其他品种存在差异。杨创创等对13 份干辣椒挥发性物质进行测定分析，发现贵州黄杨小米辣挥发性代谢物组成独特，且贵州产辣椒中优良挥发性风味物质含量普遍较高，其中贵州子弹头的挥发性风味物质含量最高。刘艳敏等通过主成分分析（PCA）揭示了贵州油辣椒的主效风味物质为萜烯类和酯类；熊学斌等研究表明，萜烯类为干辣椒主要香气成分。

广泛靶向代谢组学技术整合了非靶向与靶向代谢物检测的优势，具备高精度、高通量及广覆盖等特点，可系统解析生物样本中代谢物的动态变化及其对外界环境的响应，已广泛应用于辣椒果实、辣椒制品代谢物的研究中。基于此，贵州省农业科学院辣椒研究所的廖芳芳、朱文超*、彭泽等研究采用该技术，全面比较贵州地方椒GZ-JZ与其他4 个高代自交系辣椒的挥发性代谢物含量及组成，结合多元统计与代谢通路富集分析，探讨其代谢调控机制，旨在揭示品种间关键差异代谢物，为后续代谢途径与基因功能研究打下物质基础，并为贵州辣椒资源的高值化利用提供科学依据。

1 GC-MS原始数据的分析和处理

5 个辣椒自交系样品的GC-MS色谱峰基线平稳，且色谱峰被有效分离（图2）；代谢物检测总离子流的曲线重叠性高，即保留时间和峰强度均一致（图3），表明质谱对同一样品不同时间检测时，信号稳定性较好，说明仪器的稳定性高，为数据的重复性和可靠性提供了重要的保障。根据色谱峰的保留时间等信息通过MassHunter软件处理质谱的原始数据，用于定性定量分析，共定性出885 个代谢产物。

2 不同辣椒品系挥发性代谢物组成分析

为了更清楚地了解不同辣椒品种间挥发性代谢物的差异，通过广泛靶向代谢组学技术对样品中的挥发性成分进行分析鉴定。从5 个自交系的果实样品中共鉴定出885 种挥发性代谢物（图4），包括萜类208 种、酯类154 种、酮类91 种、醇类82 种、杂环化合物类82 种、烃类57 种、醛类54 种、酸类40 种、酚类37 种、胺类24 种、芳烃类21 种和其他类35 种。其中，萜类（24%）、酯类（17%）、酮类（10%）、醇类（9%）占比较高。

由表2可以看出，不同辣椒品种的总挥发性代谢物质含量差异显著，这与王昕璐等的研究结果一致。萜类在所有品种中含量最高，是主要挥发性代谢物，其次是酯类、醛类和醇类，这4 类挥发性代谢物共同构成香气主体。不同的辣椒品种具有特定的香气特征。GZ-JZ样品的总挥发性代谢物含量最高（64 788.70 µg/kg），其萜类、酯类、醇类、烃类、酚类含量均较高，这表明GZ-JZ样品在理论上可能具有最浓郁、最复杂的香气。Gy17-14样品的萜类和醛类含量在所有品种中最高，可能具有更强的清新果香。GJH18-69样品的各类挥发性代谢物含量普遍较低，其香气可能相对最弱。SZ14-1和7013-1-1样品介于中间水平，其香气较平均。

3 不同辣椒品种挥发性代谢物PCA和聚类热图分析

本研究通过对5 种不同品种辣椒代谢物进行PCA，得到拟合了2 个主成分的PCA模型。由图5可知，PC1和PC2的累计方差贡献率为56.84%，其中PC1和PC2的方差贡献率分别为35.60%和21.24%。GZ-JZ的3 个样本均位于PC1的负半轴，其余4 个品种均位于PC1正半轴，说明7013-1-1、GJH18-69、Gy17-14、SZ14-1这4 个辣椒品种的挥发性物质没有显著差异，而GZ-JZ与这4 个品种存在明显差异。同时每组组内样品均聚集在95%置信区间内，表明组内样品的重复性可靠。

为了更直观地展示代谢物在不同样品之间的变化情况，对7013-1-1 vs GZ-JZ、GJH18-69 vs GZ-JZ、Gy17-14 vs GZ-JZ、SZ14-1 vs GZ-JZ比对组的差异代谢物含量进行层次聚类分析（图6）。绿色表示含量下调，红色表示含量上调；横向为代谢物的聚类，聚类枝越短代表相似性越高，聚在一簇的代谢物具有相似功能或共同参与同一代谢途径；纵向为样品的聚类，每个品种的果实样品均聚为一类，且差异代谢物含量非常接近，组内样品重复性高。而差异代谢物在4 个比对组之间的含量差别较大，说明彼此之间存在较大差异，尤其是GZ-JZ与其他4 个品种的挥发性代谢物差异最大。这与PCA结果（图5）相印证。

4 不同辣椒品种挥发性代谢物的OPLS-DA

利用OPLS-DA分离数据中的正交干扰，聚焦于与分组相关的预测变量，以筛选出可靠的差异代谢物。与PCA相比，OPLS-DA可以使组间区分最大化，有利于寻找差异代谢物。OPLS-DA得分和置换结果见图7和表3。

如图7所示，4 个对比样组中，7013-1-1、GJH18-69、Gy17-14、SZ14-1样本代谢物主要分布在置信区的一侧，GZ-JZ样本代谢物分布在另一侧，样本区分明显，说明7013-1-1、GJH18-69、Gy17-14、SZ14-1这4 个品种与GZ-JZ存在明显的挥发性代谢物差异。

从OPLS-DA模型评价参数中发现，5 个辣椒样品两两对比建立的OPLS-DA模型中参数均大于0.5，且每组的Q2＞0.9（表3），表明OPLS-DA模型拟合良好，差异代谢物识别可靠。因此，本研究所建立的OPLS-DA模型能够有效解释7013-1-1、GJH18-69、Gy17-14、SZ14-1与GZ-JZ之间的代谢差异。

5 不同辣椒品种间差异挥发性代谢物分析

以VIP＞1、 P ＜0.05为标准筛选5 个辣椒品种的差异代谢物，结果见表4。7013-1-1 vs GZ-JZ组共鉴定出371 种差异代谢物；其中上调物质193 种，萜类、酯类、酮类和醇类物质居多，下调物质178 种，萜类、酯类、烃类、醇类物质居多。GJH18-69 vs GZ-JZ组共鉴定出309 种差异代谢物；其中上调物质132 种，萜类、酯类物质居多，下调物质177 种，萜类、酯类、烃类、醇类物质居多。Gy17-14 vs GZ-JZ组共鉴定出350 种差异代谢物；其中上调物质177 种，萜类、酯类、酮类物质居多，下调物质173 种，其中萜类、酯类、烃类物质居多。SZ14-1 vs GZ-JZ组共鉴定出325 种差异代谢物；其中上调物质143 种，萜类、酯类、酮类物质居多，下调物质182 种，萜类、酯类、烃类物质居多。根据筛选结果可知，萜类、酯类、醇类是影响不同品种辣椒果实中香气变化关键差异化合物。值得注意的是，在以上所有比较组中，萜类化合物的差异代谢物最多。结果表明，萜类物质可能在辣椒果实香味中起到更加重要的作用。

6 核心差异代谢物分析

为鉴定能够稳定区分GZ-JZ与其他4 个辣椒品系的核心差异代谢物，基于OPLS-DA模型（VIP＞1）及t检验（P＜0.05），筛选出4 个对比组的差异代谢物。由图8 可知，4 个对比组的共有差异代谢物有108 种，以烃类（30.2%）、酯类（20.8%）、萜类物质（18.9%）为主，这些物质是GZ-JZ区别于其他品系的稳定特征代谢物。

为进一步筛选不同辣椒品种间核心差异代谢物，对Venn图中相交部分的108 种代谢物进行了深入筛选，将4 个比较组中差异倍数（fold change，FC）＞2的代谢物进行比对，最终筛选出同时满足FC＞2且属于Venn图中相交部分的物质。经上述筛选后，共有53 种代谢物满足条件，主要包括烃类16 种、萜类10 种、酯类11 种。如表5 所示，GZ-JZ的核心差异代谢物含量普遍高于其他4 个品种，例如呈果香的酯类（如顺-3-己烯异丁酸酯、乙酰乙酸异戊酯、2-甲基丁酸-2-甲基丁酯、异戊酸异戊酯等）含量是其他品种的30～50 倍；关键醛类与萜类物质富集，如反-4-癸烯醛、反式胡椒醇、(R)-3,7-二甲基-6-辛烯醛、橙花叔醇的含量是其他品种的5～50 倍，赋予GJ-JZ更复杂的青香、柑橘香、草本香、花香。多种二甲基十一烷同系物（烃类）作为一个整体，含量约为其他品种的30 倍，是GZ-JZ的另一个显著特征。4-氨基丁酸作为谷氨酸合成的前体物质，含量是其他品种的40 倍，可能赋予GZ-JZ浓郁的鲜美肉香，提升风味饱满度。

7 不同辣椒品种间差异代谢物KEGG富集分析

利用KEGG数据库对差异代谢物进行注释，并进行富集分析，找到与代谢物差异相关性最高的关键代谢通路。图9展示了4 个比对组中P值最小的前20 个富集通路。

在7013-1-1 vs GZ-JZ组中，共富集到16 条代谢通路，KEGG数据库注释到560 个差异代谢物。7013-1-1中的小部分单萜类生物合成（ko00902）、倍半萜和三萜生物合成（ko00909）等萜类物质合成通路，以及苯丙烷类代谢（ko00940）、植物次生代谢产物生物合成通路（ko00999、ko01110）均呈上调趋势，而GZ-JZ在乙醛酸和二羧酸代谢（ko00630）、碳代谢（ko01200）、C5-支链二羧酸代谢（ko00660）、N-聚糖生物合成（ko00510）等核心的碳代谢和基础能量代谢通路中表现得更为活跃，为特化的次生代谢提供了坚实基础。

在GJH18-69 vs GZ-JZ组中，共富集到19 条代谢通路，KEGG数据库注释到551 个差异代谢物。GJH18-69在氨基酸生物合成通路（色氨酸代谢（ko00380），苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸生物合成（ko00400），苯丙氨酸代谢（ko00360），氨基酸生物合成（ko01230））上表现活跃，这表明GJH18-69可能合成了一些GZ-JZ所没有的特定氨基酸，其风味与GZ-JZ有所不同。

在Gy17-14 vs GZ-JZ组中，共富集到13 条代谢通路，KEGG数据库注释到481 个差异代谢物。Gy17-14在单萜类生物合成（ko00902）、苯丙氨酸代谢（ko00360）通路上呈上升趋势，GZ-JZ在倍半萜和三萜生物合成（ko00909），萜类骨架生物合成（ko00900），甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢（ko00260），精氨酸和脯氨酸代谢（ko00330），乙醛酸和二羧酸代谢（ko00360），碳代谢（ko01200），C5-支链二元酸代谢（ko00660）等通路表现出上调趋势，导致其整体香气复杂度和浓郁度不及GZ-JZ。

在SZ14-1 vs GZ-JZ组中，共富集到14 条代谢通路，KEGG数据库注释到490 个差异代谢物。SZ14-1在单萜类生物合成（ko00902）、α-亚麻酸代谢（ko00592）通路上表现略活跃，而无其他明显上调的次级代谢通路。这解释了SZ14-1的总萜烯含量与GZ-JZ非常接近，但其在酯类、醇类等其他关键风味物质上却低于GZ-JZ，导致其整体香气复杂度和浓郁度不及GZ-JZ。

结论与讨论

本研究通过GC-MS广泛靶向代谢组学技术，系统比较了贵州地方椒GZ-JZ与其他4 个自交系的差异代谢物种类、数量以及涉及到的代谢途径等方面，发现它们之间存在明显的代谢差异。萜类作为植物重要次生代谢产物，是辣椒挥发性香气的主要成分，与酯类、醛类和醇类共同构成了辣椒香气的主体，这些物质大多来自脂肪酸的分解和酯化反应，对辣椒特征风味具有重要贡献。从5 个高代自交系的果实样品中共鉴定出885 种挥发性代谢物质，且萜类物质在所有品种中含量最高，GZ-JZ的总挥发性香气成分含量最高，其萜类、酯类、醇类、烃类、酚类含量也较高，香气最为丰富。

多元变量统计分析结合差异代谢物筛选和4 组样本代谢物所在的代谢通路分析，本研究明确了108 种共有差异代谢物，进一步锁定53 种核心差异代谢物，主要包括烃类、萜类与酯类，其在GZ-JZ中显著富集；代谢物表达差异性最高的关键代谢通路主要集中在核心碳代谢和能量代谢通路中，与大部分香气风味物质合成相关的通路显著上调，差异代谢物橙花叔醇含量是其他品系的50 倍，可能是构成GZ-JZ独特风味指纹的关键成分之一，极高的含量使得GZ-JZ的香气尤为显著，该现象表明GZ-JZ在萜类生物合成的遗传调控网络和代谢流分配上存在显著优势，这可能是由于GZ-JZ具有DXS及特定TPS基因（负责合成橙花叔醇的CcTPS1同源基因）的高表达等位变异或拷贝数增加，从而从源头上增加了前体供应并高效催化目标产物的生成，GZ-JZ强大的初级代谢基础为萜类合成提供了充沛的前体池，保障了碳流能高效、定向地转化为目标萜类产物（如橙花叔醇）；多种二甲基十一烷同系物含量是其他品种的30 倍，是GZ-JZ的另一个显著特征，其直接风味贡献可能还需进一步的感官科学研究证实；4-氨基丁酸的含量是其他品种的40 倍，4-氨基丁酸是形成2-乙酰基-1-吡咯啉（爆米花香、烤面包香）和2-乙酰基吡咯（烤坚果香）等关键香气活性物质的重要前体，在GZ-JZ加工过程中可增强其鲜味、肉香，提升风味饱满度。

本研究分析发现，Gy17-14在萜类和醛类化合物的总含量上最高，而在萜类代谢通路上却低于GZ-JZ，导致其风味不及GZ-JZ，这可能是由于Gy17-14的代谢背景更倾向于合成这两类物质，但决定其整体香气复杂度和浓郁度的关键在于其中低阈值、高香气强度化合物的具体构成。在53 种核心差异代谢物中，GZ-JZ在绝大多数关键物质上（如反-4-癸烯醛、多种果香酯类、反式胡椒醇）的含量远超Gy17-14及其他品种，部分差异高达40～50 倍。这些物质多为已知的对果香、青香、花香、草本香有重要贡献的化合物，且通常具有较低的气味阈值。因此，GZ-JZ虽然在总萜类含量上略低于Gy17-14，但其关键萜类（如反式胡椒醇、橙花叔醇）和酯类等核心风味物质的超高积累构成了其强烈而复杂的香气基底。相反，Gy17-14可能积累了更多香气活性较弱或阈值较高的萜类和醛类，导致其虽有较高的类别总量，但缺乏足够、多样化的低阈值物质构建具有冲击力和层次感的整体香气。这一现象与食品风味学中的普遍认知一致，即整体感官品质由少数关键香气活性物质的协同效应主导，而非挥发性物质的总量。未来研究可通过气相色谱-嗅闻（GC-O）分析和感官评价进一步量化这些关键差异物质对贵州地方椒特征香气的具体贡献度。

通过对成熟鲜椒的代谢组学分析，揭示了GZ-JZ在鲜果阶段独特的挥发性物质积累模式。然而，贵州地方椒的最终风味优势体现在其干椒产品中。因此，理解鲜椒代谢特征如何影响或转化为干椒风味至关重要，这也是本研究的局限性所在。干燥过程会深刻重塑辣椒的挥发性物质谱，使鲜椒中的青鲜风味减弱，转而生成以吡嗪类、含硫化合物等为核心的干椒特征烤香、坚果香。本研究在鲜椒GZ-JZ中发现的极高含量的风味前体（如4-氨基丁酸）及丰富的萜类、酯类，为其干椒风味的形成提供了重要的物质基础：4-氨基丁酸可通过热反应转化为关键烤香物质；部分高沸点萜类（如橙花叔醇）与酯类也可能得以保留或转化，持续贡献复杂香韵。然而，上述关联仍属化学推演，本研究的主要局限在于缺乏对同一材料干燥前后代谢组的动态追踪。未来需通过“鲜椒-干椒”对比代谢组学结合GC-O分析，直接验证鲜椒代谢优势向干椒风味品质的转化机制，从而系统阐明从代谢型到加工型再到感官表型的完整风味形成路径。

作者简介

第一作者：

廖芳芳，女，副研究员，植物学硕士，主持贵州省科技厅项目3 项，主持国家重点研发项目任务1 项，地厅级项目1 项，参与省部级以上项目10余项，2021年获贵州省科技进步奖二等奖1 项，排名第4；主持选育登记新品种7 个、参与选育登记、审定新品种10余个；获农业部植物新品种保护1 项；获国家发明专利1 项；以第一作者发表研究论文10余篇，其中中文核心期刊8 篇；2022年入选贵州省农科院科技人才“百人计划”的青年领军人才。2023年获贵州省高层次创新型人才遴选“千”层次人才培养计划 。

引文格式：

廖芳芳, 朱文超, 彭泽, 等. 基于广泛靶向代谢组学技术分析不同品系辣椒挥发性代谢物差异[J]. 食品科学, 2026, 47(12): 228-237. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20251121-164.

LIAO Fangfang, ZHU Wenchao, PENG Ze, et al. Analysis of differences in volatile metabolites among different chili pepper varieties based on widely targeted metabolomics[J]. Food Science, 2026, 47(12): 228-237. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20251121-164.

实习编辑：刘芯；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网

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