60Co-γ輻照對美味牛肝菌揮發(fā)性成分的影響

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(1.四川省原子能研究院,四川成都 610101; 2.輻照保藏四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,四川成都 610101; 3.成都中科能源環(huán)保有限公司,四川成都 610041)

美味牛肝菌(Boletusedulis),又名白牛肝菌,屬擔(dān)子菌亞門(Basidiomycotina)、層菌綱(Hymenomycetes)、傘菌目(Agarieases)、牛肝菌科(Boletaceae)[1]。美味牛肝菌滋味鮮美,營養(yǎng)豐富,還具有較高的藥用價(jià)值,是一種世界著名的大型食用菌,在我國分布廣泛[2-4],目前已知種類有390多種,其中199種為可食用的種類[5]。

由于美味牛肝菌的新鮮子實(shí)體含水量高、生理代謝活躍,導(dǎo)致其貨架期極短,即便4 ℃條件下,也僅能保存7 d左右[6]。脫水干制是食用菌子實(shí)體常用的保藏方法之一,但子實(shí)體中所攜帶的各類微生物仍會嚴(yán)重影響其干品的貨架期[7]。輻照保藏技術(shù)主要是指利用γ-射線、X射線或高能電子束對食品、農(nóng)產(chǎn)品或其原材料進(jìn)行處理,以實(shí)現(xiàn)消毒、滅菌、殺蟲、防霉以及抑制農(nóng)產(chǎn)品后熟等目的,在保證產(chǎn)品品質(zhì)的基礎(chǔ)上,可有效延長食品及農(nóng)產(chǎn)品的貨架期[8-9],已廣泛應(yīng)用于各類食用菌的保鮮及保藏中[10-11]。該技術(shù)具有無污染、無放射性殘留、不破壞營養(yǎng)成分、加工效率高及能耗低等優(yōu)點(diǎn),其安全性得到如世界衛(wèi)生組織(WHO)、國際原子能機(jī)構(gòu)(IAEA)、聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)以及美國食品和藥品管理局(US-FDA)等權(quán)威機(jī)構(gòu)的確認(rèn),是一種具有較大應(yīng)用前景的物理保藏方法[12-14]。Lescano等[15]對雙孢菇進(jìn)行3 kGy的γ-輻照后,在約10 ℃,94%左右的相對濕度條件下貯藏11 d,風(fēng)味無顯著差異;Jiang等[16]利用1.0、1.5 kGy的γ-輻照處理香菇并結(jié)合氣調(diào)包裝,可將其貨架期延長至20 d。但關(guān)于輻照處理美味牛肝菌的研究報(bào)道較少。另一方面,食用菌風(fēng)味是影響食用菌品質(zhì)及接受度的重要特征之一,而其中的揮發(fā)性成分則是影響食用菌風(fēng)味的關(guān)鍵[17],目前關(guān)于輻照對美味牛肝菌揮發(fā)性成分影響的研究也還不多。

本試驗(yàn)采用頂空固相微萃取結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)(Headspace solid-phase micro-extraction gas chromatography mass spectrometry,HS-SPME-GC-MS)分析不同劑量輻照處理對美味牛肝菌干品揮發(fā)性成分的作用,為輻照技術(shù)在美味牛肝菌保藏中的應(yīng)用提供有效的理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

美味牛肝菌干品 購自當(dāng)?shù)卮笮统?將樣品粉碎后過40目篩備用。

HP6890-5973型氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀 美國Agilent公司;Supelco固相微萃取裝置,75 μm Car/PDMS(碳分子篩/聚二甲基硅氧烷)萃取頭 美國Supelco公司;MS104S型分析天平 瑞士Mettler Toledo公司(精度0.1 mg);JYL-C025型小型粉碎機(jī) 九陽股份有限公司;200萬居里全自動60Co-γ輻照裝置 四川省原子能研究院輻照工程中心。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 輻照處理 將牛肝菌干粉用鋁箔復(fù)合袋裝好后,送至四川省原子能研究院輻照工程中心,使用全自動60Co-γ輻照裝置進(jìn)行輻照處理,設(shè)置高(3.30 kGy)、低(1.30 kGy)兩個(gè)劑量處理組,溫度為25 ℃,輻照處理時(shí)間約95 min,輻照源劑量率為35 Gy/min,以重鉻酸銀劑量計(jì),測定樣品的吸收劑量并確定其最終的輻照處理劑量為3.38、1.29 kGy,未經(jīng)輻照處理的樣品設(shè)為對照(CK)。

1.2.2 固相微萃取 準(zhǔn)確稱取5.0000 g美味牛肝菌干粉裝入15 mL采樣瓶中,將采樣瓶置于45 ℃水浴鍋中平衡溫度,插入萃取頭頂空吸附30 min,萃取后立刻插入GC進(jìn)樣口,于250 ℃脫附5 min后進(jìn)行分析檢測[18-19]。

1.2.3 GC-MS分析條件 色譜柱為HP-INNOVWAX彈性石英毛細(xì)管柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm);升溫程序:色譜柱初始溫度60 ℃,保持5 min,以5 ℃/min升溫至200 ℃,保持3 min;以10 ℃/min升溫至260 ℃,保持10 min;進(jìn)樣口溫度250 ℃,載氣為高純He(99.999%),流速1.0 mL/min,分流比2∶1。質(zhì)譜條件:離子化方式為電子轟擊電離(EI),電子能量70 eV,離子源溫度250 ℃,四級桿溫度150 ℃,質(zhì)譜接口溫度260 ℃,掃描范圍為m/z 50～550。

1.3 數(shù)據(jù)處理

揮發(fā)性成分經(jīng)質(zhì)譜掃描后,得到總離子流量圖譜,對質(zhì)譜圖進(jìn)行圖譜庫檢索(WILEY+NIST),匹配度大于80%作為判定依據(jù)。按峰面積歸一化法求得樣品中各揮發(fā)性成分的相對含量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果均為3次測定的平均值,利用PASW Statistics 18軟件對結(jié)果進(jìn)行ANOVA分析,顯著性水平設(shè)置為p<0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同輻照處理后美味牛肝菌揮發(fā)性成分GC-MS總離子流圖分析

美味牛肝菌干粉經(jīng)過不同輻照劑量處理后,其揮發(fā)性成分的總離子色譜圖如圖1所示。

圖1 不同劑量輻照處理的美味牛肝菌干品揮發(fā)性成分GC-MS總離子色譜圖Fig.1 GC-MS total ion current chromatogram of volatile components in dried B. edulis treated by 60Co-γ irradiation at different doses注:A：CK;B:1.29 kGy;C:3.38 kGy。

從圖1A～圖1C可見,GC-MS圖譜基線穩(wěn)定且噪聲低,可有效分離美味牛肝菌中各類揮發(fā)性成分,鑒定出的揮發(fā)性成分出峰時(shí)間主要集中在6～40 min之間。美味牛肝菌經(jīng)不同劑量輻照處理后,揮發(fā)性成分的響應(yīng)值發(fā)生不同程度的改變,表明不同劑量的輻照處理對牛肝菌中各揮發(fā)性成分產(chǎn)生了不同的作用。

2.2 美味牛肝菌揮發(fā)性成分的SPME-GC-MS鑒定

利用工作站對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,并采用面積歸一化法計(jì)算各組分相對含量,按各峰的質(zhì)譜圖進(jìn)行質(zhì)譜數(shù)據(jù)譜庫檢索,共鑒定出43種揮發(fā)性成分,其組成和相對含量如表1所示。

表1 輻照處理對美味牛肝菌揮發(fā)性成分作用的GC-MS分析結(jié)果Table 1 Effects of irradiation treatment with different doses on volatile components of B.edulis

分析表1結(jié)果(CK)可知,美味牛肝菌揮發(fā)性成分構(gòu)成復(fù)雜,主要由吡嗪類、烴類、醛類、酮類、酸類、酚類、酯類、雜環(huán)及呋喃類等共43種化合物組成,分別是7種吡嗪類,4種烴類,1種醛類,1種酮類,5種酚類,2種酯類,8種酸類,11種雜環(huán)類,另外還有4種未知化合物。由表2可得，這些化合物中,相對含量最高的是酸類,為28.43%,然后依次為吡嗪類18.11%,烴類17.41%,雜環(huán)及呋喃類17.25%,醛類5.89%,酚類3.41%和酯類1.88%。其中相對含量大于3%的揮發(fā)性成分有2-癸烯(6.73%),2,5-二甲基吡嗪(6.69%),2,6-二甲基吡嗪(6.54%),十四烷(5.34%),乙酸(4.81%),苯甲醛(5.89%),十六烷(3.87%),2-甲醛-噻吩(3.6%),2-乙酮基-吡咯(6.23%),棕櫚酸(10.54%),油酸(4.22%),亞油酸(4.41%),這些化合物應(yīng)是美味牛肝菌中主要的揮發(fā)性成分。

表2 美味牛肝菌中主要揮發(fā)性成分類別及其總相對含量Table 2 Classifications and their total relative contents of the main volatile components of B.edulis

食用菌的風(fēng)味與其揮發(fā)性成分的氣味閾值、構(gòu)成及含量密切相關(guān)[20-21]。分析表1結(jié)果并查閱文獻(xiàn)可知,美味牛肝菌中含大量風(fēng)味物質(zhì)。吡嗪類是美味牛肝菌中種類較多,含量較高的揮發(fā)性成分,相對含量達(dá)18.11%。這些化合物是多種食品重要的香味成分,閾值較低,通常由食用菌中糖和氨基酸發(fā)生美拉德反應(yīng)而生成[22],具有愉悅的堅(jiān)果、烘烤、焦糖、清香、泥土香等香味[21,23-24],如2,6-二甲基吡嗪(相對含量6.54%)具有烤堅(jiān)果香;2,5-二甲基吡嗪(相對含量6.69%)具有堅(jiān)果、土豆、脂肪香;三甲基吡嗪(相對含量0.3%)具有烘烤、堅(jiān)果類香味,吡嗪化合物對美味牛肝菌特征風(fēng)味的形成具有重要貢獻(xiàn)。

含氮含硫及雜環(huán)化合物(相對含量17.25%)是美味牛肝菌中含量較高的一大類化合物,對其風(fēng)味的產(chǎn)生也有重要作用。2-戊基呋喃(相對含量0.65%)可能是亞油酸氧化的產(chǎn)物,具有豆香、果香、泥土、青香味,且氣味閾值很低(4×10-9g/mL);呋喃酮類(相對含量2.32%)具有蘋果、草莓等水果風(fēng)味[25];吡咯類化合物是廣泛存在于食品中的含氮雜環(huán)類化合物,通常具有甜味、玉米香味、焦糖味、烤香味等令人愉悅的風(fēng)味[26],GC-MS結(jié)果表明,美味牛肝菌中三種吡咯類化合物的相對含量為6.73%,是其特征風(fēng)味的重要組成部分。

醛類化合物主要由脂質(zhì)氧化或Strecker反應(yīng)降解產(chǎn)生,香味閾值普遍較低[17]。苯甲醛(相對含量5.89%)一般由苯丙氨酸降解生成,具有愉快的杏仁香、花香[27];酮類化合物也具有獨(dú)特的香味,且香味閾值較低[28]。2-十一酮(相對含量1.37%)具有蠟香、脂肪香并伴有水果奶油味,對美味牛肝菌特殊風(fēng)味的產(chǎn)生有一定貢獻(xiàn)[29];酯類物質(zhì)一般是由脂肪氧化產(chǎn)生的醇和游離的脂肪酸作用形成,如棕櫚酸乙酯(相對含量1.73%)呈微弱蠟香、果香和奶油香氣,可用于香精香料生成中[30];環(huán)丁內(nèi)酯,又稱γ-丁內(nèi)酯(相對含量0.15%),具有輕微的甜奶油味,是國標(biāo)GB 2760允許添加的香精[31]。酯類成分的特殊風(fēng)味對美味牛肝菌香味也有一定的貢獻(xiàn)。

美味牛肝菌中酸類成分相對含量為28.43%,是GC-MS鑒定的揮發(fā)性成分中含量最高的一類化合物,通常具有酸味、奶酪味等風(fēng)味,但其氣味閾值較高,一般起到調(diào)節(jié)美味牛肝菌風(fēng)味的作用[17,29];酚類化合物(相對含量3.41%)通常用于制作香精,具有一定的香味,如2,6-二甲氧基苯酚(相對含量2.26%),具有甜香、木香味;2-甲氧基-4-甲基苯酚(相對含量0.2%),具有辛香、丁香、香莢蘭氣味,均是國標(biāo)GB 2760中規(guī)定可以使用的香精。另一方面,本研究檢測到美味牛肝菌中烷烴的相對含量也比較高,達(dá)到17.41%,但通常情況下,飽和烷烴的香味閾值都比較高,對美味牛肝菌風(fēng)味產(chǎn)生的貢獻(xiàn)較小[21]。

有研究表明,八碳及以下的揮發(fā)性化合物是決定食用菌風(fēng)味的關(guān)鍵成分[19,32]。根據(jù)GC-MS分析結(jié)果,美味牛肝菌中共鑒定出23種含八碳及以下的揮發(fā)性化合物,其總體相對含量達(dá)到48.16%。因此,干制美味牛肝菌中小分子揮發(fā)性成分是其風(fēng)味產(chǎn)生重要組分。另外,美味牛肝菌在干制時(shí),子實(shí)體中氨基酸及多肽類化合物產(chǎn)生熱解反應(yīng),糖類和氨基酸產(chǎn)生相互作用,影響干制品的風(fēng)味的呈現(xiàn),如1-辛烯-3-醇,1-辛烯-4-醇等是大型食用菌重要的風(fēng)味化合物,但在本研究中這些物質(zhì)均未檢出,這可能是由于它們穩(wěn)定性低,在美味牛肝菌的干制過程中這類物質(zhì)發(fā)生降解所致[21]。

2.3 輻照處理對美味牛肝菌揮發(fā)性風(fēng)味成分的影響

對美味牛肝菌進(jìn)行輻照處理時(shí),一方面,射線的能量可導(dǎo)致微生物的重要成分,如DNA、蛋白質(zhì)等大分子中化學(xué)鍵的斷裂,還可引起DNA-蛋白質(zhì)交聯(lián)及DNA堿基的改變,達(dá)到消毒、滅菌等效果[33];另一方面,輻照處理還可能對美味牛肝菌中揮發(fā)性成分產(chǎn)生影響[13]。如表1和表2所示,不同劑量的60Co-γ輻照處理對美味牛肝菌中揮發(fā)性成分產(chǎn)生了不同的影響。經(jīng)兩種劑量(1.29和3.38 kGy)的輻照處理后,吡嗪類化合物的相對含量有明顯降低(p<0.05),分別從對照組的18.11%降低到15.51%和14.98%,降低了14.36%和17.28%;輻照處理能顯著降低美味牛肝菌中雜環(huán)類化合物的相對含量(p<0.05),輻照后從對照組的17.25%降低到14.75%和14.27%,降低了14.49%和17.27%,但實(shí)驗(yàn)中兩種劑量處理后雜環(huán)類化合物的相對含量變化不顯著(p>0.05);醛類及酮類化合物的相對含量也有顯著降低(p<0.05),苯甲醛從對照組的5.89%降低到3.78%和4.77%,降低了35.82%和19.02%;2-十一酮從對照組的1.37%降低到0.98%和0.98%,降低了28.47%和28.47%,不同輻照劑量處理對2-十一酮含量影響不顯著(p>0.05)。進(jìn)一步分析表明,八碳及以下?lián)]發(fā)性化合物的總相對含量在輻照前后也出現(xiàn)明顯變化(p<0.05),從對照組的48.16%降低到42.73%和42.50%,降低了11.27%和11.75%,而實(shí)驗(yàn)所用兩種輻照劑量處理后八碳及以下?lián)]發(fā)性化合物的總相對含量變化也不顯著(p>0.05)。此外,烴類相對含量則從對照組的17.41%降低到9.31%和8.87%,降低了46.52%和49.05%(p<0.05)。γ-輻照處理能顯著降低美味牛肝菌中主要揮發(fā)性風(fēng)味成分的相對含量,可能是由于電離輻射的次生效應(yīng)生成了水合電子、OH和H等自由基,這些自由基對這幾類揮發(fā)性成分有較強(qiáng)的氧化降解作用,從而導(dǎo)致上述揮發(fā)性成分相對含量的降低[10,34]。以上結(jié)果表明,對美味牛肝菌干品進(jìn)行輻照處理時(shí),應(yīng)采取適當(dāng)?shù)拇胧?如包裝方式、溫度、抗氧化劑等,降低射線對美味牛肝菌中風(fēng)味物質(zhì)的影響,保證產(chǎn)品的品質(zhì)。

輻照處理后,美味牛肝菌中酚類成分的相對含量呈先上升后下降的趨勢,變化顯著(p<0.05),1.29 kGy輻照后的酚類成分相對含量最高,達(dá)7.26%,相對于對照樣品提高了112.90%,可能是低劑量處理促進(jìn)了美味牛肝菌中酚類物質(zhì)的生成,這與前人的研究結(jié)果類似[16,35-36]。

輻照處理后美味牛肝菌中8種酸類成分的總相對含量顯著增加(p<0.05),從對照組的28.43%上升至31.04%(1.29 kGy)和41.38%(3.38 kGy),提高了9.18%和45.55%,由于烴類化合物主要來源于脂肪酸烷氧自由基的均裂,而羧酸類成分一般通過發(fā)酵或脂質(zhì)代謝產(chǎn)生[37],本實(shí)驗(yàn)采用的輻照處理劑量可能對酸類成分的產(chǎn)生有促進(jìn)作用而對烴類成分有降解效應(yīng),但此兩種輻射劑量并不足以氧化酸類成分,因而提高了輻照后美味牛肝菌中8種酸類成分的總相對含量，但烴類化合物含量出現(xiàn)降低,此現(xiàn)象與Aprea等[38]的研究結(jié)果相符。

3 結(jié)論

通過HS-SPME-GC-MS分析不同劑量輻照處理對美味牛肝菌干品揮發(fā)性成分的影響,結(jié)果表明,美味牛肝菌揮發(fā)性成分主要由酸類、吡嗪類、烴類、醛類、酮類、酚類、酯類、雜環(huán)及呋喃類等化合物組成,八碳及以下化合物有23種,其總相對含量達(dá)48.16%,小分子化合物是美味牛肝菌主要揮發(fā)性成分。輻照對美味牛肝菌中的吡嗪類、醛類、酮類、雜環(huán)及呋喃類等主要揮發(fā)性成分以及八碳及以下的化合物有降解作用,并隨輻照劑量的升高,大部分風(fēng)味相關(guān)的揮發(fā)性成分的降解程度有升高趨勢,表明輻照處理對美味牛肝菌風(fēng)味有一定的影響,在輻照處理時(shí),應(yīng)采取適當(dāng)措施來降低輻照對美味牛肝菌風(fēng)味的影響。本研究結(jié)果可為輻照技術(shù)在美味牛肝菌保藏中的應(yīng)用提供了試驗(yàn)數(shù)據(jù)。