佛手（Citrus medica L. var. sarcodactylis Swingle）是蕓香科柑橘屬植物香櫞的變種，兼具觀賞、食藥多重價值，已被正式列入國家藥食同源物管理系統(tǒng)。已有研究表明，檸檬烯、γ-松油烯、芳樟醇、α-佛手柑烯等是佛手精油中的特征香味物質(zhì)，這些成分賦予其標志性的木質(zhì)調(diào)香氣和柑橘香調(diào)。佛手獨特的香氣不僅能介導食欲促進和情緒調(diào)節(jié)，還具有一定的抗炎、抗菌等藥理活性，廣泛應(yīng)用于食品、香精香料、化妝品和傳統(tǒng)醫(yī)藥等領(lǐng)域。

人類嗅覺感知依賴于氣味分子與嗅覺受體的特異性結(jié)合。近年來，隨著AlphaFold程序等蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預測技術(shù)的突破，分子對接與分子動力學模擬已成為解析嗅覺識別機制的核心手段。

東南大學化學化工學院的侯夢、李乃旭*，江蘇中煙工業(yè)有限責任公司的廖惠云*等人采用氣相色譜-質(zhì)譜（GC-MS）技術(shù)對佛手精油、醇提物和水提物中的揮發(fā)性成分進行系統(tǒng)分析，通過網(wǎng)絡(luò)藥理學進行網(wǎng)絡(luò)互作分析與分子對接驗證，篩選具有香味活性的關(guān)鍵組分和關(guān)鍵嗅覺受體，闡釋特征香氣分子與特異性受體的結(jié)合模式及作用機理，從分子層面探究佛手增香的作用機制，旨在為天然香原料開發(fā)提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1 佛手非靶向成分分析

通過GC-MS技術(shù)對佛手的3 種提取物進行系統(tǒng)分析，其總離子流色譜圖（TIC）如圖1所示。

將采集到的TIC導入Unknown Analysis軟件進行解卷積處理后，與NIST 23、FLAVOR2標準質(zhì)譜庫進行化合物匹配鑒定，以匹配分數(shù)≥80為標準篩選匹配結(jié)果。如圖2a～c所示，佛手精油鑒定出94 種化合物，包括萜類36 種、酸類14 種、酯類15 種、酮類6 種、酚類5 種、烴類5 種、醛類4 種、醇類3 種、香豆素3 種以及其他類3 種；醇提浸膏鑒定出85 種化合物，包括酮類23 種、酸類16 種、醇類9 種、醛類8 種、酯類8 種、烴類3 種、萜類2 種、香豆素2 種、生物堿1 種、胺類1 種以及其他類8 種；水提浸膏鑒定出86 種化合物，包括酮類25 種，酸類13 種、酯類12 種、醛類7 種、胺類5 種、醇類5 種、酚類4 種、香豆素類2 種、萜類1 種、烴類1 種以及其他類11 種。從3 種佛手提取物中共獲得206 種化合物，其中萜類（17.67%）、酸類（13.95%）、酯類（18.14%）、酮類（15.81%）物質(zhì)構(gòu)成核心化學組分。進一步通過Venn圖對3 種提取物的化合物進行差異分析，發(fā)現(xiàn)精油與醇提浸膏、精油與水提浸膏和醇提浸膏與水提浸膏之間分別共有15、13 種和40 種化合物，3 種提取物共有化合物僅9 種（圖2d），表明不同提取工藝對化學成分的富集具有顯著選擇性，超臨界CO2制備精油的方法更利于萜烯類物質(zhì)（檸檬烯、γ-松油烯）的保留，這些成分構(gòu)成佛手典型柑橘、花甜香氣。而極性溶劑（水/醇）則對酮類、酸類等中等極性成分具有更好的萃取效率。然而，由于極性溶劑提取過程中揮發(fā)性香氣成分大量損失或本身含量極低，導致其香氣特征不如超臨界CO2制備的精油濃郁。這種化學成分的差異使它們在感官上能被清晰區(qū)分。其中，僅佛手精油完整地保留了強烈、典型的佛手特征香氣；醇提液香氣沉悶且?guī)в忻黠@溶劑和苦味干擾；水提液則幾乎喪失了典型香氣，更偏向于藥材的熟爛氣味。

香氣物質(zhì)的種類和含量是決定佛手香氣或者風味口感的關(guān)鍵因素，其組分中的單萜類物質(zhì)（如D-檸檬烯、月桂烯等）提供典型的柑橘調(diào)清香，D-檸檬烯具有令人愉快的新鮮檸檬果香，是柑橘類水果中主要香氣物質(zhì)組分；部分倍半萜類（如β-石竹烯等）賦予其木質(zhì)調(diào)香氣基底，增強香氣結(jié)構(gòu)，同時低含量的芳香族化合物則為其提供微妙的辛香尾調(diào)，提升香氣的層次復雜度；酯類物質(zhì)（如丁內(nèi)酯、乙酸香葉酯等）賦予果香甜潤感與脂香基底，彌合柑橘味的銳利，達到平衡香氣的作用。

2 佛手-嗅覺受體網(wǎng)絡(luò)互作分析

2.1 香味成分靶點和嗅覺受體靶點分析

基于非靶向檢測的化合物組分的篩選，并結(jié)合文獻報道的關(guān)鍵香氣成分對篩選結(jié)果進行補充，總計獲得45 個候選香味成分（表1）。通過SwissTargetPrediction、M2OR、CORD、OlfactionBase和ODORactor數(shù)據(jù)庫對候選香味成分進行靶點預測，整合后經(jīng)去冗余處理獲得581 個靶點。在UniProt數(shù)據(jù)庫中以“Olfactory receptor”為嗅覺受體關(guān)鍵詞，以“Reviewed”“Homo sapiens”為標準獲取人類嗅覺受體相關(guān)靶點482 個。如圖3a所示，通過將香味物質(zhì)靶點和嗅覺受體進行雙向映射，獲得交集靶點202 個。

2.2 蛋白相互作用網(wǎng)絡(luò)分析

將獲得的交集靶點導入STRING數(shù)據(jù)庫中，獲取蛋白互作的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，并通過Cytoscape 3.10.0軟件構(gòu)建交集靶點的蛋白相互作用網(wǎng)絡(luò)，結(jié)果如圖3b所示。利用Network Analyzer插件對該網(wǎng)絡(luò)進行拓撲分析，結(jié)果表明其具有508 條邊和98 個節(jié)點。為直觀展示網(wǎng)絡(luò)特征，設(shè)置節(jié)點大小和顏色與degree呈正相關(guān)，即degree越高的靶點節(jié)點越大且顏色越深。結(jié)果顯示，OR2C1、OR2L13、OR11H4等靶點degree較高。為進一步篩選出核心靶點，使用CytoHubba插件基于度中心算法過濾出蛋白相互作用網(wǎng)絡(luò)中degree排名前10的靶點（圖3c），再以節(jié)點degree≥20為篩選閾值，最終確定9 個核心靶點，分別是為OR2C1、OR2L13、OR11H4、OR2M7、OR11A1、OR2A7、OR7D4、OR51M1和OR52E5。

2.3 “香味成分-交集靶點-嗅覺受體”網(wǎng)絡(luò)分析

為系統(tǒng)解析香味成分和嗅覺受體間的相互作用機制，基于已獲得的交集靶點構(gòu)建“香味成分-交集靶點-嗅覺受體”互作網(wǎng)絡(luò)，并利用Cytoscape 3.10.0軟件進行網(wǎng)絡(luò)可視化和拓撲分析。如圖3d所示，“香味成分-交集靶點-嗅覺受體”互作網(wǎng)絡(luò)具有861 條邊和241 個節(jié)點，其中菱形表示交集靶點，圓形表示香味成分?；贜etwork Analyzer插件的拓撲分析，以節(jié)點degree≥20為篩選閾值，篩選出10 個核心香味成分，分別為香葉醇、乙酸香葉酯、檸檬醛、丁子香酚、芳樟醇、乙酸、癸醛、橙花醛、α-松油醇和百里香酚。在篩選出的9 個核心靶點中，香葉醇包含OR2A7、OR11A1、OR2M7、OR2L13、OR2C1靶點；乙酸香葉酯包含OR11H4、OR51M1、OR52E5靶點；檸檬醛包含OR2L13、OR11H4靶點；丁子香酚包含OR2L13、OR11A1、OR2A7、OR7D4靶點；芳樟醇包含OR2L13、OR51M1靶點；乙酸包含OR2C1、OR2L13、OR11A1、OR2A7靶點；癸醛包含OR51M1、OR52E5靶點；橙花醛包含OR2L13、OR2M7靶點；α-松油醇包含OR2L13靶點。結(jié)果表明，佛手香味成分觸發(fā)嗅覺感知并不是由單一成分主導，而是多個香氣分子與多個靶點特異性結(jié)合的結(jié)果。

3 分子對接結(jié)果

利用分子對接技術(shù)分析10 種核心香味成分與9 種核心靶點的結(jié)合親和力，結(jié)果如表2所示。對接的結(jié)合能范圍為-7.283～-2.955 kcal/mol。一般認為，結(jié)合能小于-5.0 kcal/mol表示具有潛在結(jié)合親和力，結(jié)合能小于-7.0 kcal/mol表示具有較強的結(jié)合親和力。除乙酸外，其他9 種核心成分均與不同嗅覺受體存在潛在結(jié)合構(gòu)象，其中OR2C1蛋白與乙酸香葉酯結(jié)合能最低，說明該配體能夠以合理穩(wěn)定的結(jié)合模式和較低的結(jié)合能與靶蛋白結(jié)合。值得注意的是，α-松油醇、百里香酚、乙酸香葉酯、丁子香酚、芳樟醇、香葉醇與多數(shù)嗅覺受體的結(jié)合能小于-5.0 kcal/mol，表明這些化合物在與嗅覺感知中起至關(guān)重要的作用，可能為香氣感知的關(guān)鍵貢獻者。

圖4顯示了結(jié)合能最小的9 個香味成分與嗅覺受體結(jié)合構(gòu)象。OR2C1蛋白中氨基酸殘基LEU-107與香葉醇通過氫鍵結(jié)合，距離為3.2 ?；OR2C1蛋白中氨基酸殘基LEU-105、ASN-155與乙酸香葉酯通過氫鍵，距離分別為3.2、2.4 ?；OR2C1蛋白中氨基酸殘基GLU-11與檸檬醛產(chǎn)生氫鍵并結(jié)合，距離為3.2 ?；OR2C1蛋白質(zhì)中氨基酸殘基ASP-70與丁子香酚產(chǎn)生氫鍵并結(jié)合，距離為2.7 ?；OR2C1蛋白中氨基酸殘基GLU-11與丁子香酚產(chǎn)生氫鍵并結(jié)合，距離為3.3 ?；OR2C1蛋白質(zhì)中氨基酸殘基ASN-155與α-松油醇產(chǎn)生氫鍵并結(jié)合，距離為2.7 ?；OR2L13蛋白質(zhì)中氨基酸殘基THR202與百里香酚產(chǎn)生氫鍵并結(jié)合，距離為2.7 ?；OR11H4蛋白質(zhì)中氨基酸殘基TYR-166與丁子香酚通過2 個氫鍵結(jié)合，距離分別為2.4、2.5 ?。此外，百里香酚與OR2C1之間并無氫鍵形成，進一步的結(jié)構(gòu)分析表明，百里香酚是通過疏水相互作用與OR2C1蛋白質(zhì)中氨基酸殘基TYR-259、TYR-278、PHE-104、PHE-251、PHE-73、PRO-283結(jié)合；類似地，OR2C1與香葉醇之間也存在疏水相互作用，通過殘基PHE-251、TYR-278、PHE-104、PHR-73與受體結(jié)合。綜上所述，佛手香味成分和嗅覺受體結(jié)合受氫鍵和疏水作用主導。

由分子對接結(jié)果可知，同一香味物質(zhì)與不同嗅覺受體的結(jié)合位點不同，這些氨基酸殘基結(jié)合位點的差異是受體和香味物質(zhì)之間親和力不同的重要原因，根據(jù)親和力不同，香味物質(zhì)依次激活受體，最終產(chǎn)生特有的香氣。此外，相同受體也可與多種香氣物質(zhì)具有不同的識別作用和結(jié)合能，嗅覺受體可能優(yōu)先與具有較強親和力的香味物質(zhì)結(jié)合，占據(jù)受體上有限的結(jié)合位點，因此香味物質(zhì)之間存在競爭或者非競爭性的方式占據(jù)位點，競爭特定的活性位點會使某種氣味被感知到的強度減弱，達到掩蓋的效果；相反，協(xié)同或非競爭性方式使成分產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，并相應(yīng)地增強香氣強度。α-松油醇、百里香酚、乙酸香葉酯、丁子香酚、芳樟醇、香葉醇等多種關(guān)鍵揮發(fā)性香氣成分的競爭、協(xié)同作用，共同構(gòu)成佛手提取物標志性的柑橘調(diào)甜香和木質(zhì)調(diào)清香，使得其可能成為適宜的香用原料。

4 結(jié)論

本實驗采用GC-MS技術(shù)分別對佛手3 種提取物（精油、醇提浸膏和水提浸膏）進行非靶向鑒定分析，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)互作分析與分子對接驗證，考察其關(guān)鍵香味組分與嗅覺受體的相互作用。結(jié)果顯示，精油、醇提浸膏和水提浸膏中分別鑒定出94、85 種和86 種化合物，其中精油與醇提浸膏、精油與水提浸膏和醇提浸膏與水提浸膏之間分別共有15、13 種和40 種化合物，3 種提取物之間共有9 種化合物。通過蛋白互作網(wǎng)絡(luò)拓撲分析篩選出9 個核心靶點（包括OR2C1、OR2L13、OR11H4、OR2M7、OR11A1、OR2A7、OR7D4、OR51M1、OR52E5），并通過“香味成分-交集靶點-嗅覺受體”網(wǎng)絡(luò)拓撲分析篩選出佛手與嗅覺受體作用的10 個核心成分（包括香葉醇、乙酸香葉酯、檸檬醛、丁子香酚、芳樟醇、乙酸、癸醛、橙花醛、α-松油醇、百里香酚）。分子對接結(jié)果顯示，乙酸香葉酯、百里香酚等成分與嗅覺受體呈現(xiàn)自發(fā)結(jié)合特性，并通過氫鍵和疏水作用形成穩(wěn)定的構(gòu)象，提示這類香味成分可能作為佛手特征性木質(zhì)調(diào)清香和柑橘花香感知的關(guān)鍵分子，該方法可為天然香料開發(fā)提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

作者簡介

第一作者：

侯夢，碩士在讀，東南大學化學化工學院。研究方向：天然提取物組分分析研究。

引文格式：

侯夢, 曹凡, 秦宇, 等. 基于嗅覺受體互作和分子對接探究佛手增香作用機制[J]. 食品科學, 2026, 47(2): 58-65. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250729-228.

HOU Meng, CAO Fan, QIN Yu, et al. Aroma-enhancing mechanism of bergamot (Citrus medica L. var. sarcodactylis): insights from olfactory receptor interactions and molecular docking[J]. Food Science, 2026, 47(2): 58-65. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250729-228.

實習編輯：安宏琳；責任編輯：張睿梅。點擊下方閱讀原文即可查看全文。圖片來源于文章原文及攝圖網(wǎng)

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