APPS | 风味组学解码大球盖菇采后“变味”之谜：冷藏期间挥发性化合物如何动态演变？——基于GC×GC-TOF MS的数据驱动研究

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Introduction

大球盖菇（Stropharia rugosoannulata），又称酒红球盖菇、赤松茸，是联合国粮食及农业组织（FAO）向全球推荐栽培的珍稀食用菌。其肉质肥厚、口感脆嫩，带有独特的泥土清香和鲜味，近年来在亚洲、欧洲和北美地区广泛栽培，经济价值日益凸显。然而，大球盖菇采后保鲜是世界性难题——它含水量高达80%~90%，代谢活动极其旺盛，在常温下仅能存放1~2天，即便在冷藏条件下，也会迅速发生失水萎蔫、质地软化、酶促褐变和风味劣变，严重制约其市场流通半径和商品价值。

食用菌的采后品质劣变是一个涉及物理损伤、生理代谢、生化反应和微生物侵染的复杂过程。过去的研究多聚焦于宏观品质指标（如硬度、色泽）或抗氧化酶活性，对于风味这一决定消费者接受度的核心属性，其动态演变规律和分子机制仍不清晰。尤其是，大球盖菇在冷藏过程中，那股令人愉悦的“蘑菇味”是如何消散的？令人不悦的“酸败味”“脂肪味”又是如何产生的？这些感官变化背后，是哪些挥发性化合物在“兴风作浪”？

要回答这些问题，离不开先进的分析技术。全二维气相色谱-飞行时间质谱（GC×GC-TOF MS）是当前挥发性化合物分析的“利器”，其分离能力和灵敏度远超传统一维气质联用，能够从复杂食品基质中检测出成百上千种痕量挥发物。结合风味组学（Flavoromics）策略——即通过高通量仪器分析结合多元统计建模，全景式解析风味相关分子的变化规律——我们可以像“CT扫描”一样，精准描绘大球盖菇在贮藏过程中的风味化学肖像。

近日，上海市农业科学院食用菌研究所杨焱研究员、陈万超副研究员团队在采后大球盖菇风味劣变机制研究中取得重要进展，相关成果发表于国际学术期刊。研究以商业成熟度的大球盖菇为对象，在5 ℃冷藏条件下模拟实际冷链物流环境，系统监测了0、2、4、6、8、10天共6 个时间点的品质变化，并采用HS-SPME-GC×GC-TOF MS技术对挥发性化合物进行了全面鉴定和半定量分析。通过相对气味活度值（ROAV）评估关键气味物质的感官贡献，结合主成分分析（PCA）、偏最小二乘判别分析（PLS-DA）等多元统计手段，研究旨在：（1）揭示大球盖菇采后品质劣变的时序特征；（2）绘制冷藏期间挥发性化合物的全景动态图谱；（3）筛选可用于实时监测新鲜度和预测货架期的挥发性生物标志物。以下为研究的核心发现。

Results and discussion

品质看得见：从变硬到软烂，褐变是早期预警

研究团队将新鲜大球盖菇在5 ℃下贮藏10 天，系统监测了外观、失重、硬度和色泽变化。

• 失重率持续攀升：贮藏第10天，失重率达1.22%，后期加速明显，表明细胞膜结构逐渐崩解。

• 硬度先升后降：有趣的是，硬度在第2天反而上升了5.9%，随后才持续下降。研究人员推测这与初期组织纤维化有关，而后期软化则是细胞壁多糖被酶解所致。

• 色泽是“晴雨表”：褐变指数（BI）在10天内飙升了8.5倍！特别是第4天起，红色值（a*）和黄色值（b*）显著增加，表明酶促褐变是采后最早发生的品质劣变事件之一，可作为新鲜度的敏感指标。

图1大球盖菇冷藏期间外观(A)、失重率(B)、硬度(C)、色差值(D)及褐变指数(E)的动态变化

（图示：展示不同天数蘑菇的照片对比，以及各项指标的折线图或柱状图，突出第4天和第8天为关键转折点）

风味藏不住：近万种挥发物勾勒出“变味”三部曲

利用GC×GC-TOF MS技术，研究共鉴定出9 746种挥发性化合物，数量随着贮藏时间增加而上升，揭示了代谢活动的加剧。通过分析这些化合物的种类和含量动态，团队勾勒出清晰的风味演变“三部曲”：

• 新鲜阶段（0~2天）：醇类占主导（如标志性的蘑菇醇1-辛烯-3-醇），贡献清新的蘑菇香气。

• 过渡阶段（4~6天）：酯类含量激增，从14.36%跃升至24.40%，暗示着能量代谢途径的转变和应激反应。

• 衰老阶段（8~10天）：脂质氧化产物（醛、酮类）大量积累，标志着组织崩解和异味（如脂肪味、哈败味）的产生。

图2大球盖菇挥发性化合物的全貌分析

（图示：A-C为代表性的1D、2D、3D总离子流图；D为各时间点鉴定出的挥发物总数及韦恩图展示共有/特有成分；E为化学类别堆积图，展示醇、酯、酮类比例随时间的变化；F为雷达图，直观对比各阶段化合物组成差异）

闻香识鲜腐：11 种关键气味分子决定感官转向

化合物的多少不代表气味的强弱。研究团队进一步采用相对气味活度值（ROAV），锁定了真正驱动感官变化的11种关键气味活性物质。

• 新鲜感消退的标志：具有“蘑菇味、泥土味”的1-辛烯-3-酮的ROAV值在初期较高，随后急剧下降。

• 异味产生的元凶：贮藏中后期，庚醛、(E)-2-辛烯醛等脂肪族醛类的ROAV值显著升高，带来“脂肪味、腐败味”。这些醛类是细胞膜脂质在酶和活性氧攻击下的过氧化产物。

图3关键气味活性物质动态演变及与品质指标的相关性网络
（图示：A为11 种关键气味物质的ROAV热图，清晰展示从“绿色/蘑菇味”向“脂肪/腐败味”的转变；B为相关性网络图，显示庚醛等醛类与褐变指数、硬度下降存在关联）

寻找分子“计时器”：8个生物标志物精准监控新鲜度

通过主成分分析（PCA）和偏最小二乘判别分析（PLS-DA），样品被自然地划分为三个生理阶段：新鲜期、过渡期和衰老期。经过严格的“三重筛选”（VIP > 1, 95%置信区间> 1, FDR < 0.05），研究筛选出了能稳定表征品质变化的挥发性生物标志物。

• 阶段性标志物：在过渡期，酯类（如乙酸丙酯）的显著上调是早期劣变的信号；而在衰老期，直链醛（如壬醛、十二醛）的爆发式增长则是严重脂质氧化的明确标志。

• 持续性标志物：最引人注目的是7种持续上调的化合物，如2-十七烷酮、丁二酸二乙酯等。它们像精准的分子“计时器”一样，随着贮藏时间单向递增，不受阶段波动影响，是预测货架期和实时监控新鲜度的理想指标。

图4多变量统计分析筛选关键挥发性标志物

（图示：A为PCA得分图，显示样品聚为3类；B为PLS-DA得分图，三类区分明显；C为模型验证图；D为VIP得分排名前30的化合物，突出高贡献标志物）

图5阶段性及持续性生物标志物的筛选

（图示：A、B为火山图，展示两阶段间差异挥发物的上下调情况；C、D为韦恩图，通过交叉验证锁定交集部分的8 个持续变化标志物）

结论与展望

本研究首次绘制了大球盖菇采后冷藏期间的高精度挥发物组图谱，明确了风味劣变并非简单的新鲜香气散失，而是以酯类应激合成和脂质氧化醛类积累为特征的主动代谢过程。研究建立的一套挥发性生物标志物体系，为开发针对性的保鲜技术、设计智能包装以及建立冷链物流中的实时品质监控模型提供了坚实的理论基础和数据支撑。

01

第一作者简介

陈万超，博士，上海市农业科学院食用菌研究所副研究员，上海市农业科学院食品营养与健康研究中心首席科学家助理，硕士生导师。中国菌物学会大球盖菇产业分会理事，上海市食品学会青委会委员，食用菌深加工学科党支部宣传委员。主要围绕食药用菌营养风味品质评价及采后增值减损技术开发与应用研究，建立了基于指纹图谱和谱效关系的桑黄质量评价体系；搭建了大球盖菇、香菇等风味肽库，并对其鲜咸风味呈味机理进行解析；构建了适用于食用菌的多层级营养风味评价方法，为食药用菌深加工利用提供有效技术手段。主持上海市农业科技创新、标准预研等省级项目3 项，技术服务项目5 项，作为骨干参与国家重点研发、国家自然基金等省部级以上项目10余项，辅助团队开展成果转化、技术服务超2 000万元；入选上海市东方英才（青年）、上海市启明星计划和上海市农业科学院“助跑”、尚农英才“攀高”人才项目；近五年以第一作者或通信作者发表论文29 篇，SCI论文11 篇（累计影响因子89.989，中科院一区TOP论文9 篇）；主持获得授权发明专利2 项，软件著作权6 项；获上海市科技进步二等奖（R3）和上海市农业科学院科技成果奖一等奖（R2）、二等奖（R7）各1 项。

02

通信作者简介

杨焱，博士，二级研究员，博士生导师，国家食用菌工程技术研究中心加工分部主任，上海市农科院食用菌所加工技术与发酵工程研究室主任，上海市农业科学院食品营养与健康研究中心首席科学家。2020入选国家百千万人才，国家有突出贡献的中青年专家；2023获得国务院政府特殊津贴，获得全国五一巾帼建功标兵；2018入选上海市领军人才，2016入选上海市农业领军人才。兼任中国食用菌协会药用真菌委员会委员、中国农学会食用菌分会理事、中国菌物学会桑黄产业分会秘书长，上海市食品学会理事，上海市女科学家联谊会理事。上海海洋大学、上海师范大学和上海理工大学的兼职硕士生导师。主要研究方向为食药同源农业资源的高值利用；食用菌功能营养和风味评价；采后加工和保鲜技术研发；营养功能食品开发。

主持或参加了国家科技部863、科技支撑、十四五国家重点研发专项、农业部行业专项、农业成果转化、国家自然科学基金等国家和省市级50多项课题的研究。对食药用菌猴头菇和桑黄优良种源创制、发酵代谢调控、功能成分的分离制备、活性作用机制等进行了深入系统的研究，获得了高产活性代谢物的优良菌株及高值利用技术；揭示了天然活性多糖功效作用的结构基础，构建了多糖的精准质控和高效制备技术，开发了系列营养健康产品；系统研究了食用菌风味物质产生的关键因素及机制，采后加工过程感官品质和营养风味的变化规律，建立了食用菌风味评价体系。已在国内外学术刊物上发表论文320多篇，其中SCI收录110余篇；已申请发明专利50余项，获授权37 项；负责了5 项功能食品的开发和申报，均获得国家健字号批文；认定了7 个食药用菌新品种，推广应用到全国20多个地区；与寿仙谷、雷允上、大山合等行业龙头企业合作开发了30余种系列健康食品。以第一完成人主持“天然活性多糖质效控制关键技术和产业化应用”获得2017年上海市科技进步一等奖；第一完成人主持“食用菌风味强化关键技术创新与应用”获得2022年上海市科技进步二等奖；第一完成人主持“灰树花和猴头菌功能性成份的挖掘和制备技术”获2009年上海市技术发明三等奖；参与获得中华神农科技二等奖1 项、中国医药教育协会一等奖1 项，上海市科技进步三等奖4 项。

Data-driven flavoromics reveals postharvest quality deterioration and volatile compound dynamics in Stropharia rugosoannulata mushroom during cold storageWanchao Chena,*, Junying Zhub, Wen Lia, Di Wua, Zhong Zhanga, Peng Liua & Yan Yanga,*

aNational Engineering Research Center of Edible Fungi, Key Laboratory of Edible Fungi Resources and Utilization (South), Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Institute of Edible Fungi, Shanghai Academy of Agricultural Sciences, Shanghai, 201403, China

bShanghai Agricultural Science and Technology Service Center, Shanghai, 200335, China

Wanchao Chen and Junying Zhu contributed equally to this work and should be considered co-first authors.

*Corresponding authors.

Abstract

Fresh Stropharia rugosoannulata mushrooms are highly perishable, undergoing rapid postharvest quality and flavor degradation. However, how volatile organic compounds (VOCs) dynamically evolve and relate to macroscopic quality changes remains poorly characterized. Here, we employed a data‑driven flavoromics approach integrating headspace solid-phase microextraction coupled with comprehensive two-dimensional gas chromatography-time-of-flight mass spectrometry (HS‑SPME‑GC × GC‑TOF MS) with multivariate analysis to investigate postharvest quality deterioration and volatile dynamics in S. rugosoannulata stored at 5 °C for 10 days. Quality assessment revealed progressive weight loss (1.22% at Day 10), biphasic texture changes (hardening then softening), and continuous browning, with browning index increasing 8.5‑fold. GC × GC‑TOF MS profiling detected 9 746 volatile compounds, demonstrating a systematic succession from alcohol‑dominant (fresh) to ester‑enriched (mid‑storage) and finally to lipid oxidation‑dominated (late storage) profiles. Relative odor activity value analysis identified 11 key odorants driving sensory transitions, with dissipation of mushroom‑like 1‑octen‑3‑one and accumulation of fatty aldehydes marking the critical shift toward off‑flavor development. Integrative correlation networks revealed significant associations between specific volatiles and quality attributes, linking aldehyde accumulation with browning and softening processes. Multivariate modeling (principal component nalysis/partial least squares—discriminant analysis) delineated 3 distinct physiological stages during storage, and rigorous triple‑filter screening (variable importance in projectio > 1, 95% confidence interval > 1, false discovery rate (FDR) < 0.05) identified robust stage‑specific and continuous biomarkers. Notably, 7 continuously upregulated compounds were validated as progressive indicators of senescence, serving as molecular “ticking clocks” for freshness monitoring. This study provides the first comprehensive volatilome map of postharvest S. rugosoannulata and establishes a set of reliable volatile markers for real‑time quality assessment, offering a powerful framework for developing targeted preservation strategies and predicting shelf‑life in edible fungi during cold chain logistics.

Reference:

Chen, W., Zhu, J., Li, W. et al. Data-driven flavoromics reveals postharvest quality deterioration and volatile compound dynamics in Stropharia rugosoannulata mushroom during cold storage. Agric. Prod. Process. Sto. 2, 44 (2026). https://doi.org/10.1007/s44462-026-00078-0.

文章编译由作者提供

编辑：王佳红；责任编辑：孙勇

封面图片来源：摄图网

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