基于多组学信息整合的傅里叶变换近红外光谱（FT-NIRS）框架用于干燥东方褐盖牛肝菌（Rugiboletus extremiorientalis）关键风味前体物质的无损预测

《Journal of Food Composition and Analysis》：A multiomics informed FT-NIR spectroscopy framework for nondestructive prediction ofkey flavor precursors in dried Rugiboletus extremiorientalis

　　

论文摘要专业翻译 野生食用菌因其独特的感官特性、营养价值和功能生物活性而受到全球消费者的青睐。其中，Rugiboletus extremiorientalis（RE）是一种具有商业价值的重要食用菌，以其独特的香气特征而闻名。然而，新鲜蘑菇含水量高、代谢活跃，极易在采后发生快速劣变。热风干燥被广泛认为是一种经济、高效且可控的脱水策略，可延长货架期并便于运输。在干燥过程中，水分蒸发和热传递显著重塑了挥发性和非挥发性代谢物谱。干燥温度在调控风味形成中起着关键作用。适度加热可通过美拉德反应（Maillard reaction, MR）和脂质氧化等反应促进理想香气化合物的生成，而过热则可能加速风味前体物质的降解并损害感官品质。在此过程中，还原糖和氨基酸作为参与热反应的重要前体物质，有助于香气活性化合物的生成。尽管已有研究探讨了干燥条件对蘑菇品质的影响，但这些研究主要集中于单一化学成分或挥发性物质谱，干燥过程中挥发性化合物与非挥发性代谢物之间的关系仍了解不足。因此，本研究旨在探究不同干燥温度下RE风味差异的代谢基础，并探索利用傅里叶变换近红外光谱（FT-NIRS）快速评估关键风味前体物质的可行性。研究人员建立了一种整合挥发性物质谱分析、非靶向代谢组学、靶向定量、多元关联分析和光谱预测的综合分析策略，以将温度相关的代谢变异与风味前体组成联系起来。研究人员重点关注氨基酸和还原糖作为可能塑造干燥RE挥发性香气特征的关键非挥发性组分。采用相关性分析和加权基因共表达网络分析（WGCNA）来解析这些代谢物之间的相互关系。同时，评估了傅里叶变换近红外光谱（FT-NIRS）结合偏最小二乘回归（PLSR）用于快速、无损定量这些关键前体物质的可行性。综上所述，该研究建立了一个系统的工作流程，将代谢差异与风味前体联系起来，并评估了FT-NIRS用于干燥RE快速品质评价的可行性。

论文主体内容解读

一、研究背景与问题提出

野生食用菌凭借独特的感官特性、营养价值与功能活性在全球范围内广受青睐。其中，东方褐盖牛肝菌（Rugiboletus extremiorientalis，RE）是一种具有重要商业价值的食用菌，以其独特的香气特征著称。然而，新鲜蘑菇含水量高、代谢活跃，采后极易发生快速劣变，严重制约其贮藏与运输。热风干燥作为一种经济、高效且可控的脱水方式，被广泛用于延长食用菌货架期。但干燥过程中水分蒸发与热传递会显著重塑蘑菇的挥发性和非挥发性代谢物谱，其中干燥温度是调控风味形成的关键因素。适度加热可通过美拉德反应（MR）和脂质氧化等途径促进理想香气化合物的生成，而过热则可能加速风味前体物质降解并损害感官品质。在此过程中，还原糖和氨基酸作为参与热反应的重要前体物质，对香气活性化合物的生成具有关键贡献。

然而，以往研究多聚焦于单一化学成分或挥发性物质谱，干燥过程中挥发性化合物与非挥发性代谢物之间的关联机制仍缺乏系统认识。此外，质谱分析通常需要复杂的样品前处理和专业仪器设备，限制了其在快速常规分析中的应用。因此，亟需建立一种能够系统解析干燥过程中风味代谢基础，并实现关键风味前体物质快速无损检测的分析策略。

二、研究设计与技术方法

研究人员于2025年8月从中国香格里拉采集新鲜健康的RE子实体，经形态学鉴定后，将样品随机分为五组，分别在50、55、60、65和70 ℃条件下进行热风干燥，直至目标含水量10.0% ± 0.2%。研究采用的主要关键技术方法包括：顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用（HS-SPME-GC-MS）用于挥发性有机物（VOCs）谱分析；超高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱（UPLC-Q-TOF-MS）用于非靶向代谢组学分析；超高效液相色谱-串联质谱（UPLC-MS/MS）用于氨基酸靶向定量；气相色谱-质谱联用（GC-MS）用于还原糖分析；傅里叶变换近红外光谱（FT-NIRS）用于光谱数据采集；偏最小二乘回归（PLSR）用于光谱预测模型构建；加权基因共表达网络分析（WGCNA）用于代谢物关联网络解析。

三、研究结果

3.1 挥发性代谢物的风味组学分析

通过HS-SPME-GC-MS分析，共鉴定出945种VOCs，以萜类化合物（173种，18.31%）、酯类（150种，15.87%）、酮类（125种，13.23%）、醇类（105种，11.11%）、杂环化合物（96种，10.16%）、醛类（69种，7.30%）和烃类（48种，5.08%）为主。总挥发性化合物丰度在50 ℃时达到最大值，随温度升高而下降，主要归因于酯类和酮类的热挥发。相比之下，60-65 ℃干燥样品表现出更高的醛类和杂环化合物丰度，这些化合物通常与美拉德反应和脂质氧化相关。OPLS-DA模型显示R2X、R2Y和Q2值分别为0.582、0.975和0.887，200次置换检验验证了模型有效性。以VIP > 1且p < 0.05为标准筛选出402种显著变化的VOCs。

3.1.1 酮类：酮类是RE中最主要的VOCs，贡献果香、奶油香和脂肪香。17种酮类在60 ℃时含量显著升高，包括美拉德反应来源的1-(呋喃-2-基)-2-甲基戊-1-酮和2,4-二甲基吡咯-3-基甲基酮，以及脂质降解来源的8-壬烯-2-酮和2-癸酮。另一簇酮类在65 ℃时达到峰值，包括具有甜焦糖香气的5-乙基-3-羟基-4-甲基-2(5H)-呋喃酮。60-65 ℃干燥有利于RE中风味活性酮类的积累。

3.1.2 酯类：共鉴定出76种酯类，多数在60-65 ℃积累。酯类主要通过热脂质降解和酯化反应生成。在70 ℃时，热敏性酯类因分解、氧化和挥发而显著减少，导致花果香和青香特征损失。

3.1.3 杂环化合物：吡嗪类（如2-乙基-3-(甲硫基)吡嗪）和吡咯类（如3-乙酰基-1H-吡咯啉）在60-65 ℃显著积累，表明美拉德反应增强并产生烘烤香、坚果香和肉香。而在70 ℃时，热降解促进了含硫和含氮杂环化合物的形成，导致不良的硫磺味和橡胶味。

3.1.4 萜类化合物：单萜类化合物如香茅醇和香叶醇在60-65 ℃显著增加，赋予清新的柑橘和花香。但在70 ℃时，这些单萜随水蒸气蒸发，而挥发性较低的倍半萜表现出更好的热保留性。

3.1.5 其他化合物：醛类含量在60-65 ℃显著增加，苯甲醛和异戊醛主要通过氨基酸的Strecker降解生成，贡献杏仁、清新和脂肪香。特征性的1-辛烯-3-醇在50 ℃以上显著下降。总体而言，60-65 ℃是理想醛类和醇类生成的最佳温度窗口。

3.2 关键VOCs的鉴定与风味特征

通过相对气味活性值（rOAV）和归一化比值（ROAV）筛选，共获得39种关键挥发性化合物，包括1种酸、2种醇、9种醛、7种酯、3种杂环化合物、7种酮、1种含氮化合物和9种萜类化合物。其中，5-乙基-3-羟基-4-甲基-2(5H)-呋喃酮作为典型的糖热降解和美拉德反应产物，其rOAV在60 ℃时达到峰值949562.34 ± 35412.19。2-乙酰基-1,4,5,6-四氢吡啶在中等温度时达到峰值。脂质来源的醛类如(E)-2-己烯醛和2-己烯醛表现出较高的热敏感性。这些呋喃酮、吡啶和特定酮类的rOAV在60-65 ℃同步上升，产生协同效应，增强了RE的甜香、焦糖香和烘烤香特征。50 ℃处理因能量不足保留了原始清新青香，而70 ℃处理因热降解和物理挥发超过化学生成速率而削弱了典型蘑菇风味。

四、讨论与结论

该研究通过整合挥发性物质谱分析、非靶向代谢组学、靶向定量、多元关联分析和光谱预测的综合策略，系统揭示了干燥温度对RE风味代谢的影响规律。60-65 ℃被确定为理想的风味形成温度窗口，在此温度范围内，美拉德反应和脂质氧化反应适度进行，有利于风味活性酮类、醛类、杂环化合物和萜类化合物的积累，同时关键风味前体物质（氨基酸和还原糖）的保留与转化达到动态平衡。相关性分析和WGCNA解析了氨基酸和还原糖与风味相关VOCs之间的代谢关联。更重要的是，FT-NIRS结合PLSR成功实现了对关键风味前体物质的快速、无损定量预测，为干燥食用菌的品质评价提供了高效的技术手段。该研究建立的系统工作流程不仅深化了对食用菌干燥过程中风味形成机制的理解，也为食品工业中干燥工艺的精准控制和产品质量的快速检测提供了科学依据和技术支撑。