不同干燥温度下远东硬皮马勃挥发性化合物的表征与解析：基于衰减全反射红外光谱、顶空固相微萃取 - 气相色谱 - 质谱联用、电子鼻和分子对接的联合分析

《Food Research International》：Characterization and decoding of volatile compounds in Rugiboletus extremiorientalis at different drying temperatures: A combined analysis by ATR-FTIR, HS-SPME-GC-MS, E-nose, and molecular docking

　　

•ATR-FTIR 光谱和 GC-MS 反映了挥发性成分的变化。
•分子对接阐明了 C-8 化合物中香气形成的机制。
•ATR-FTIR 预测 C-8 化合物，具有快速定量分析的潜力。
•开发“风味成分变化 - 风味感知机制 - 快速质量评估”研究框架。

引言

近年来，联合国粮农组织（FAO）提倡“一肉一菜一菇”膳食模式，从而推动了健康意识消费者对蘑菇的消费（Liu, Liu, et al., 2022）。作为森林的自然资源，野生食用牛肝菌具有高营养和药用价值以及独特的风味特征。同时，它可以作为某些动物蛋白和植物基产品的优质替代品（Zheng et al., 2025）。据统计，到 2025 年，出口量和出口额分别增长至 14,207.46 吨和 1.2 亿美元（http://www.customs.gov.cn/）。作为野生食用牛肝菌的一个物种，极东红牛肝菌（Rugiboletus extremiorientalis）在中国具有重要的营养、经济和科研价值。它主要分布在亚洲各地区针叶树和红豆杉的混交林中。其形态特征包括皱褶状、棕黄色的菌褶、黄色的子实层以及带有斑点鳞片的菌柄（Guo et al., 2022）。

由于含水量高、呼吸代谢强且易受微生物污染，新鲜的极东红牛肝菌货架期较短。采摘后 1–3 天内，菌盖可能会出现斑点、褐变、软化或失水（Deng et al., 2025a）。虽然采用冷藏、真空包装和化学处理等措施来延长货架期，但效果有限（Zheng et al., 2025）。干燥作为一种传统加工方法，通过降低水分含量延长货架期（Yang et al., 2024）。然而，它是影响风味、香气和营养特性的关键因素之一。极东红牛肝菌独特的风味和香气——由挥发性成分和非挥发性成分组成——在评估质量和影响消费者偏好方面发挥着重要作用。研究表明，干燥可以改变挥发性化合物的类型和浓度，从而产生与新鲜蘑菇不同的香气特征（Meng et al., 2025）。Yang 等（2024）表明，在干燥过程中，脂肪酸、氨基酸和碳水化合物在特定酶的催化下转化为挥发性化合物。Meng 等（2025）提出并验证了温度作为关键非生物因素之一，在食用菌热处理过程中香气化合物的形成中起着至关重要的作用。随着干燥温度的升高，某些成分如含硫化合物、吡嗪、吡啶和呋喃的浓度趋于上升。然而，在风味研究中，极东红牛肝菌的风味成分很少被研究，特别是热处理温度对香气形成的影响尚未阐明。因此，阐明干燥温度与极东红牛肝菌之间的关系对于研究风味变化和优化干燥过程至关重要。

光谱学作为一项新兴技术，可以提供研究样本化学特性的基本表征。衰减全反射傅里叶变换红外（ATR-FTIR）光谱以其速度和用户友好性为特征；其波长范围（4000–400 cm?1）涵盖了基本振动模式的特征指纹带（Deng et al., 2025a）。在表征样本的化学基团信息时，已采用三步光谱分析法分析和表征在不同实验条件下淀粉、牛肝菌、三叶木通和五叶木通的化学差异和变化（An et al., 2024; Tan et al., 2021; Zheng et al., 2025）。虽然 ATR-FTIR 光谱广泛用于其他物种，但它无法准确识别和定量特定成分（Zheng et al., 2025）。将光谱学与能够进行化学组成定性和定量分析的技术相结合，将有效解决这一局限性。电子鼻和顶空固相微萃取（HS-SPME）结合气相色谱 - 质谱联用（GC-MS）在风味表征和定性定量分析中极其重要。Zheng 等（2025）采用 HS-SPME-GC-MS 阐明了不同温度下干燥的白牛肝菌的挥发性成分和风味特征，这主要归因于（2S, 4R）-4-甲基 -2-（2-甲基丙 -1-烯 -1-基）四氢 -2H-吡喃提供的坚果味、果味和青味。确定核桃的最佳烘焙时间和温度分别为 140 °C 和 60 min，并通过结合电子鼻和 HS-SPME-GC-MS 识别了关键成分（Zhu et al., 2025）。

风味研究的最新进展结合了光谱学、质谱、分子对接和机器学习，以表征成分变化，阐明感官感知背后的分子机制，并建立快速评估平台。在蘑菇的香气成分中，C-8 化合物和含硫化合物通常被认为贡献显著，而其余成分在香气支持和协调中发挥着不可或缺的作用（Deng et al., 2023）。筛选潜在香气化合物对于研究极东红牛肝菌的风味成分至关重要；差异表达代谢物（VIP > 1, p < 0.05）和大于 1 的相对香度值（ROAV）是化合物筛选的主要标准。分子对接的结果进一步证明了这些化合物的重要性。从食品科学的角度来看，嗅觉在食物风味的感知中起着重要作用。调查香气化合物与嗅觉受体（ORs）之间的相互作用可能是阐明极东红牛肝菌香气形成机制的关键方法，为牛肝菌风味研究提供新见解。迄今为止，已鉴定出超过 390 种人类嗅觉受体，这些受体分为广谱型和窄谱型受体。在广谱型受体中，OR1A1、OR1D2、OR1G1、OR2W1 和 OR52D1 可以与多种化合物相互作用，如芳樟醇、庚醛、柠檬烯、乙基庚酮、香草醛、呋喃醇、苯并噻唑和香豆素（Zhu et al., 2024）。窄谱型受体仅对特定化合物作出反应，例如，呋喃酮和呋喃醇可以特异性激活 OR5M3，而香茅醛的关键嗅觉受体是 OR1A2（Xiao, Li, et al., 2024）。分子对接的原理在于计算分子与嗅觉受体之间的结合能，预测结合位点，并通过实验观察分析气味形成的机制（Jia et al., 2025）。Jia 等（2025）对测试的挥发性化合物与与花香相关的嗅觉受体进行了分子对接，识别出 10 种关键芳香化合物。对香度值（OAV）大于 1 的化合物与嗅觉受体（OR1A1、OR1D2、OR2W1、OR5AC2、OR1A2 和 OR5M3）进行了分子对接。结果显示，所有化合物的平均结合能大于 -4.7 kcal/mol，疏水相互作用是关键驱动力（Xiao, Li, et al., 2024）。因此，本研究采用分子对接初步调查关键香气化合物与嗅觉受体之间的相互作用以及感官感知背后的分子机制，为风味研究提供新视角。

为了快速质量评估，电子鼻和 HS-SPME-GC-MS 等现代分析仪器结合机器学习和深度学习，越来越多地被用于快速预测各种食品样本中的挥发性化合物。Zhu 等（2025）分析了烘焙核桃的主要成分，并通过利用反向传播神经网络（BPNN）模型有效预测了挥发性有机化合物的含量。结合 HS-SPME-GC-MS 和近红外光谱数据开发的偏最小二乘回归（PLSR）模型，能够快速预测白牛肝菌中的吡嗪化合物（Deng et al., 2025a）。然而，包括 ATR-FTIR 光谱、电子鼻、HS-SPME-GC-MS、分子对接和机器学习在内的多种技术的互补应用在极东红牛肝菌中尚未被系统地探索。这种集成方法可以表征极东红牛肝菌在不同干燥温度下挥发性成分的变化，为其分子感官机制提供初步分析，并提供一种检测未知样本中成分的快速方法。

因此，为解决这一研究空白，本研究首先使用 ATR-FTIR 光谱宏观表征极东红牛肝菌在不同干燥温度下的变化模式。随后，采用电子鼻和 HS-SPME-GC-MS 分析极东红牛肝菌在不同处理条件下的独特风味特征，并筛选潜在香气化合物。接下来，使用分子对接技术阐明潜在香气化合物与嗅觉受体之间的相互作用。最后，应用机器学习预测潜在香气化合物的相对含量。本研究的結果有助于全面理解不同干燥温度下极东红牛肝菌的香气特征、成分变化和分子机制，从而有助于优化干燥过程。此外，潜在香气化合物含量的预测有助于未来研究中快速识别未知化合物，从而节省分析时间。

章节片段

样本信息
在云南省大理市剑川县采集极东红牛肝菌后，必须在 5–6 小时内以冷藏条件运输至实验室。收到样本后，首先去除表面土壤和杂质，然后用去离子水清洗牛肝菌。彻底清洗后，选择大小均匀的样本用于不同干燥温度的实验，干燥温度设置为 50、55、60、65 和 75 °C，使用 20 个子实体

光谱分析
宏观观察极东红牛肝菌在不同干燥温度下官能团的变化有助于推断其化学成分的变化。计算了每个干燥温度下样本的平均光谱，并绘制了光谱吸光度图。在不同条件下的极东红牛肝菌导致峰形和特征位置的显现表现出高度的相似性，从而表明它们的化学成分是

讨论
本研究重点关注极东红牛肝菌在干燥条件下的风味变化模式、风味感知以及快速质量评估方法的开发，采用湿化学分析、光谱技术、分子对接和机器学习进行分析。该研究为干燥过程中的适当干燥温度提供了参考，并为研究人员和消费者了解风味感知提供了见解。

结论
本研究系统地采用多种分析技术，调查了干燥温度对极东红牛肝菌挥发性化合物的影响。光谱学、电子鼻分析和 GC-MS 有效表征了极东红牛肝菌香气成分的变化。ATR-FTIR 光谱和 GC-MS 在宏观和微观层面提供了相互验证；随着温度升高，成分降解或挥发，导致光谱

CRediT 作者贡献声明
邓广美：写作 - 审阅与编辑，写作 - 原稿起草，可视化，软件，数据整理，概念化。李结清：验证，数据整理，概念化。刘洪高：项目管理，形式分析，概念化。王远中：资源，项目管理，方法论。

利益冲突声明
作者声明他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系，这些利益或关系可能影响本文中报告的工作。

致谢
本研究得到国家自然科学基金 [项目编号：32160735]；云南省农业基础研究联合专项一般项目 [项目编号：202301BD070001-167] 的支持。

邓广美 | 李结清 | 刘洪高 | 王远中