食用菌風(fēng)味物質(zhì)及其在美拉德反應(yīng)中的研究進(jìn)展

劉培基，崔文甲，王文亮，弓志青，楊正友

（1.山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品研究所，山東省農(nóng)產(chǎn)品精深加工技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部新食品資源加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東濟(jì)南250100；2.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，山東泰安271018）

食用菌是指擁有碩大子實(shí)體并可供食用的大型 真菌，俗稱蘑菇。常見的食用菌有：香菇、草菇、猴頭菇、金針菇和牛肝菌等[1]。食用菌獨(dú)特的香氣不僅可以使人們?cè)黾邮秤?，也可以刺激消化液的分泌，促進(jìn)人體中的營養(yǎng)成分消化吸收[2]。分析食用菌揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的含量及構(gòu)成，可以更加深入了解其風(fēng)味特征，對(duì)食用菌品種的篩選改良以及精深加工和應(yīng)用方面具有重要作用。

1 食用菌中風(fēng)味物質(zhì)的研究進(jìn)展

1.1 揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)

食用菌的風(fēng)味主要由非揮發(fā)性的滋味物質(zhì)和揮發(fā)性的香味物質(zhì)組成，不同食用菌會(huì)呈現(xiàn)出不同的風(fēng)味，與揮發(fā)性風(fēng)味成分有很大關(guān)系，其中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)是食用菌香味的主要組分[3]。食用菌揮發(fā)性成分種類繁多，包括八碳化合物及其衍生物、萜烯類、含硫化合物、醛類、酮類、酯類和酸類化合物等[4]。其中八碳化合物和含硫化合物是核心成分[5]，而醛、酮、酯、酸類等與它們互補(bǔ)調(diào)和，因而呈現(xiàn)出食用菌的特殊香味[6-7]。目前，該方面的研究人員大都利用水蒸氣蒸餾、超臨界CO2萃取、固相微萃取等多種方法來研究各種食用菌的揮發(fā)性香味成分。

食用菌最重要的風(fēng)味物質(zhì)是八碳化合物（C8H16O），是由亞油酸、亞麻酸等不飽和脂肪酸經(jīng)脂肪氧化酶催化和氫過氧化物裂解酶作用下形成的具有菇香風(fēng)味的物質(zhì)，主要包括1-辛烯-3-醇、1-辛烯-4-醇、3-辛烯-2-醇等[8-9]，其中，1-辛烯-3-醇很有特點(diǎn)，它擁有2個(gè)旋光活性的異構(gòu)體[10]。早在1938年，BADENHOP AF就發(fā)現(xiàn)1-辛烯-3-醇（松茸醇）[11]。劉璐等[12]在干制白靈菇、香菇及杏鮑菇中均檢測(cè)出一種化合物——1-辛烯-3-醇，正是這種化合物使得這3種食用菌散發(fā)出蘑菇香氣。而且他們?cè)谘芯恐邪l(fā)現(xiàn)，這種化合物在干制白靈菇與干制杏鮑菇的相對(duì)含量較高。此外，經(jīng)研究證明，食用菌的風(fēng)味物質(zhì)會(huì)因生長(zhǎng)條件不同而表現(xiàn)出差異，但幾乎所有的食用菌都含有1-辛烯-3-醇。

食用菌擁有揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)受諸多因素影響，其中含硫化合物對(duì)于菇體整體的芳香氣味而言舉足輕重，并且是香菇中非常重要的香味來源。馬琦等[13]研究利用電子鼻和頂空固相微萃取結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)對(duì)杏鮑菇樣品進(jìn)行分析，鑒定出包括八碳化合物、含硫雜環(huán)類、硫醚類、硫醇類及噻吩類共100種揮發(fā)性物質(zhì)。李文等[14]對(duì)香菇中的含硫風(fēng)味化合物進(jìn)行了深入研究，使用真空干燥、熱風(fēng)干燥、冷凍干燥、自然干燥等方式對(duì)香菇子實(shí)體風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行測(cè)定，通過固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法對(duì)香菇干品中的含硫化合物進(jìn)行提取分析。分析發(fā)現(xiàn)經(jīng)冷凍干燥的干制品含硫化合物種類最多，經(jīng)熱風(fēng)干燥和自然干燥的干制品含硫化合物相對(duì)含量最高。主成分分析發(fā)現(xiàn)9種含硫雜環(huán)化合物對(duì)香菇風(fēng)味發(fā)揮十分重要的作用，其中 1，2，3，5，6-五硫雜環(huán)庚烷（香菇精）擁有濃郁的菇香風(fēng)味，是對(duì)香菇風(fēng)味影響最大的含硫雜環(huán)化合物。但食用菌的香味不僅僅是一種呈味化合物所表達(dá)出來的結(jié)果，而是由多種成分互相協(xié)調(diào)、互相影響、互相作用的效果。

食用菌中其它的一些揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，如一些醛類、酮類、酯類，在香菇風(fēng)味中也起著不可忽視的作用[15]。蘭蓉等[16]在萃取白靈菇中的揮發(fā)性風(fēng)味成分時(shí)利用了超臨界CO2的方法，探究不同的因素變量對(duì)白靈菇揮發(fā)性風(fēng)味成分萃取率的影響，譬如萃取壓力、萃取溫度、分離壓力、分離溫度等，以此來確定最佳提取工藝條件。通過氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)分析萃取物，鑒定出16種主要成分，主要成分為：（Z）-9-十六碳烯酸、十六烷酸、亞油酸、8-十八碳烯酸等。李翔等[17]采用頂空固相微萃取-氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)對(duì)野生與人工栽培羊肚菌的揮發(fā)性成分進(jìn)行提取及檢測(cè)分析，分別在野生和人工栽培的羊肚菌中共檢出24種和29種揮發(fā)性成分，主要是醛類、醇類和酯類化合物。采用相對(duì)香氣活度值法進(jìn)行風(fēng)味評(píng)價(jià)，野生羊肚菌的關(guān)鍵風(fēng)味物質(zhì)包括3-甲基丁醛、正己醛、庚醛、1-辛烯-3-醇、正庚酸、反-2-辛烯醛、壬醛共7種；人工栽培羊肚菌的關(guān)鍵風(fēng)味物質(zhì)包括3-甲基丁醛、2-甲基丁醛、正己醛、1-辛烯-3-醇共4種。

1.2 非揮發(fā)性滋味物質(zhì)

食用菌香味的主要組成是揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，而食用菌的滋味主要是從非揮發(fā)性滋味物質(zhì)中體現(xiàn)出來的[18]。食用菌中非揮發(fā)性的滋味物質(zhì)主要包括氨基酸、5’-核苷酸及碳水化合物等，是一類具有可溶性的、相對(duì)分子質(zhì)量較低的化合物[19]。

食用菌中所含的氨基酸有30%處于游離狀態(tài)[20]。游離氨基酸在非揮發(fā)性滋味物質(zhì)中占有十分重要的地位，是其重要的組成部分，人們將氨基酸分成以下4類：甜味氨基酸、苦味氨基酸、鮮味氨基酸和無味氨基酸[21]。史琦云等[22]在測(cè)定國內(nèi)常見的8種食用菌的營養(yǎng)成分時(shí)發(fā)現(xiàn)，甘氨酸、丙氨酸、天冬氨酸、谷氨酸等鮮味氨基酸的含量很高，這一現(xiàn)象在香菇、金針菇及雙孢蘑菇中表現(xiàn)尤為明顯，其含量占氨基酸總量的40%以上。也正是由于這一點(diǎn)，才使得香菇、金針菇及雙孢蘑菇味道鮮美，備受人們喜愛。

食用菌中含有多種具有呈味功能的氨基酸，其中谷氨酸最為關(guān)鍵。谷氨酸在與食鹽的相互作用過程中，可以形成味精的主要成分L-谷氨酸鈉（sodium L-glutamate，MSG），呈味閾值為0.03%，可以表現(xiàn)出較強(qiáng)的鮮味口感，有明顯提鮮的效果。丙氨酸具有香甜氣味，與鳥苷酸、谷氨酸等具有的鮮味物質(zhì)相互配合可以呈現(xiàn)出鮮香風(fēng)味，還可使肉類、魚類的鮮味成分更好的釋放出來，有相互助鮮的特點(diǎn)。與葷食相互搭配烹飪，可以更好地發(fā)揮食用菌的鮮香風(fēng)味。BELUHAN等[23]對(duì)檢測(cè)的10種克羅地亞野生蘑菇研究結(jié)果可以表明，食用菌品種不同，其氨基酸組成也會(huì)不同。不同的氨基酸種類及含量也形成了食用菌己有的獨(dú)特風(fēng)味，人們以此為試驗(yàn)依據(jù)，對(duì)試驗(yàn)條件進(jìn)行優(yōu)化，可以得到帶有理想風(fēng)味的食用菌調(diào)味品[24]。另外，其他如β-氨基丁酸、豆氨酸等稀有氨基酸，雖然含量較少但也十分重要，以及干香菇中的不飽和脂肪酸等，它們相互調(diào)和，相互配合，使每種食用菌都具有本身的獨(dú)特風(fēng)味[25]。

食用菌滋味物質(zhì)除了呈味氨基酸以外，呈味核苷酸也占有舉足輕重的地位。食用菌中的呈味核苷酸包括尿苷酸（uridine monophosphate，UMP）、肌苷酸（inosinic monophosphate，IMP）、鳥苷酸（guanosine monophosphate，GMP）、胞苷酸 （orotidylic monophosphate，OMP）和黃苷酸（xanthylic monophosphate，XMP）等，自然環(huán)境中存在的3種單核苷酸5’-鳥苷酸、5’-肌苷酸、5’-尿苷酸擁有十分強(qiáng)烈的呈味作用，其中，5’-肌苷酸在水溶液中只要存在0.012%～0.025%就可以起到呈味作用[26]。香菇具有獨(dú)特的鮮香風(fēng)味，也是食用菌中的鮮味物質(zhì)呈鮮度最強(qiáng)的，主要原因是香菇中含有較多的核苷酸物質(zhì)，如鳥苷酸、腺苷酸、尿苷酸等，香菇中鳥苷酸的含量最為豐富[27]，香菇中最主要的呈味因子是5’-鳥苷酸，有報(bào)道香菇浸出液中5’-鳥苷酸含量可達(dá)4%以上[28]。5’-核苷酸呈現(xiàn)滋味十分單一，所以經(jīng)常使它們與氨基酸共同作用，尤其是5’-核苷酸和谷氨酸共同發(fā)生作用時(shí)，提鮮作用十分明顯[29]。

呈味核苷酸和鮮味氨基酸在增鮮上具有相輔相成的效果，二者的不同種類和配比使得食用菌具有豐富多樣的風(fēng)味。添加少量5’-核苷酸可以使處于閾值以下氨基酸類鮮味物質(zhì)的含量提到閾值以上，改變?cè)觉r味不明顯的缺點(diǎn)，極大發(fā)揮其增鮮作用。何炘等[30]研究發(fā)現(xiàn)12%GMP∶88%MSG呈味鮮度相當(dāng)于MSG的9.9倍，12%IMP+GMP∶88%MSG呈味鮮度是MSG 8.1倍。核苷酸對(duì)MSG的增鮮作用最高可達(dá)30倍，YAMAGUCHI S等[31]發(fā)現(xiàn)5’-肌苷酸鈉和MSG的相乘效應(yīng)是呈非線性的，5’-肌苷酸鈉與MSG的質(zhì)量比為1∶1時(shí)，鮮味強(qiáng)度最高。TORRI K等[32]對(duì)其增鮮機(jī)制進(jìn)行了研究，結(jié)果顯示是由于當(dāng)5’-核苷酸存在時(shí)，鮮味的受容蛋白質(zhì)與核苷酸結(jié)合而產(chǎn)生變構(gòu)，從而更易與MSG結(jié)合。

碳水化合物也是食用菌風(fēng)味物質(zhì)的一部分，其含量達(dá)2%～10%[33]。其中，使得食用菌具備甜味的物質(zhì)是可溶性糖。研究顯示甘露糖和海藻糖是食用菌中最主要的可溶性糖，食用菌品種不同，其可溶性糖的含量也會(huì)有較大差異，像草菇、落葉松蕈、木耳中的可溶性糖含量較高，而靈芝、雞腿菇、茶樹菇中可溶性糖含量較低[34]。

2 美拉德反應(yīng)機(jī)理及風(fēng)味物質(zhì)研究進(jìn)展

美拉德反應(yīng)（Maillard reaction）是一種非常普遍的食品熱加工生產(chǎn)方法，其本質(zhì)是醛、酮、還原糖的羰基與氨基酸、肽、蛋白質(zhì)等含氮化合物的游離氨基之間發(fā)生反應(yīng)[35]。美拉德反應(yīng)是一種常見的非酶褐變反應(yīng)，經(jīng)過縮合、聚合反應(yīng)后最終得到的美拉德產(chǎn)物包含一類棕褐色、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、聚合度不等的高分子聚合物混合物，稱之為類黑精[36]。

美拉德反應(yīng)分為初級(jí)階段、高級(jí)階段、終極階段三部分。

初級(jí)階段在高溫的作用下還原糖上的羰基和來自不同物質(zhì)的氨基自由基進(jìn)行縮合生成新的物質(zhì)N-糖基胺，該反應(yīng)過程中生成的物質(zhì)是不能揮發(fā)的香氣成分的前體，不會(huì)造成食品的外觀及氣味的變化。

在高級(jí)階段中有3個(gè)反應(yīng)的途徑，分別是當(dāng)反應(yīng)環(huán)境為堿性時(shí)、為酸性時(shí)和Strecker聚解反應(yīng)。在酸性環(huán)境中Amadori化合物經(jīng)1，2-烯醇化反應(yīng)生成羥甲基糠醛。在堿性環(huán)境中Amadori化合物經(jīng)過2，3-烯醇化反應(yīng)生成還原酮類和二羰基化合物。Strecker聚解反應(yīng)中，Amadori化合物形成羰基和雙羰基化合物后繼續(xù)反應(yīng)生成Strecker醛類。

終級(jí)階段會(huì)生成蛋白黑素，此階段多羰基不飽和化合物一方面進(jìn)行裂解反應(yīng)，另一方面進(jìn)行縮合聚合反應(yīng)，蛋白黑素主要是由美拉德反應(yīng)中的活性中間體繼續(xù)與氨基酸反應(yīng)形成的[37]。美拉德反應(yīng)不僅可使產(chǎn)品產(chǎn)生特殊的色澤與風(fēng)味，還在食品穩(wěn)定性和貨架期等方面起著重要作用[38]。

3 食用菌美拉德反應(yīng)風(fēng)味物質(zhì)的研究進(jìn)展

美拉德反應(yīng)不僅可以提高食品的感官質(zhì)量，還可以豐富食品種類，在食品的色、香、味等風(fēng)味特征的形成中也具有十分重要的作用。美拉德反應(yīng)會(huì)消耗食品原料中的氨基酸和糖類，降低蛋白質(zhì)的生物學(xué)效價(jià)[35]。其中，最易在褐變反應(yīng)中損失的是人體必需氨基酸，從而降低了食品的營養(yǎng)價(jià)值[39]。食用菌不僅擁有特有的鮮香風(fēng)味，還含有豐富的蛋白質(zhì)、人體必需氨基酸、維生素、礦物元素和風(fēng)味物質(zhì)。所以，將食用菌加工與美拉德反應(yīng)相結(jié)合，可以相互協(xié)同，取長(zhǎng)補(bǔ)短，發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，是非常好的研究方向。

金針菇中含有大量的纖維素，使其風(fēng)味蛋白、肽和氨基酸等物質(zhì)不易釋放到外部，特有的菇香風(fēng)味無法完全釋放。纖維素酶可以水解細(xì)胞壁中纖維素，將細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)破壞，充分釋放細(xì)胞中風(fēng)味成分[40]。唐秋實(shí)等[41]使用雙酶復(fù)合水解金針菇，發(fā)現(xiàn)纖維素酶和風(fēng)味蛋白酶具有協(xié)同作用，由雙酶作用制得的金針菇酶解液水解度高，呈味氨基酸含量豐富。將金針菇酶解液與糖進(jìn)行美拉德熱反應(yīng)，并對(duì)金針菇美拉德反應(yīng)后的酶解液生成的香氣物質(zhì)進(jìn)行測(cè)定。通過氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）檢測(cè)得到69種物質(zhì)，有醛類8種（36.94%）、呋喃類 3種（20.28%）、酮類2種（27.92%）、醇類 3種（8.7%）、含硫化合物 3種（2.96%）及其它5種（3.17%）。其中，醛類中以3-甲基丁醛（11.32%）、苯乙醛（10.70%）和2-甲基丁醛（8.54%）含量較高；酮類中3-辛酮含量最高為27.48%；呋喃類中3-苯基呋喃含量最高為15.80%，2-甲基呋喃次之含量為4.15%；醇類中順式5-辛烯-1-醇（7.42%）含量最高；含硫化合物中4甲基-5-羥乙基噻唑（1.84%）含量最高。研究表明呋喃類、醛類、酮類伴有果香味，3-辛酮等八碳類化合物擁有蘑菇香味，是食用菌中最重要的風(fēng)味化合物[42]。檢測(cè)結(jié)果顯示，八碳類化合物占比達(dá)46.07%，對(duì)金針菇酶解液美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的風(fēng)味具有重要貢獻(xiàn)。各種風(fēng)味化合物協(xié)同發(fā)揮作用，共同組成了金針菇酶解液美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的特殊風(fēng)味。

XIAO C等[43]以蘑菇水解液為原料，在pH值為7.4的條件下，使d-木糖和l-半胱氨酸在不同溫度（100℃～140℃）中加熱2 h，得到美拉德反應(yīng)產(chǎn)物，并用GC-MS對(duì)揮發(fā)性化合物進(jìn)行了分析。結(jié)果顯示，反應(yīng)溫度越高，美拉德產(chǎn)物中含氮、含硫化合物越多，而蘑菇水解液中則以醇類、酮類和醛類為主，使用最小二乘回歸法的相關(guān)性分析結(jié)果顯示，3-苯基呋喃和2-辛基呋喃主要提供了焦糖風(fēng)味；1-辛烯-3-醇、香葉酰丙酮、（E）-2-辛烯-1-醇與蘑菇風(fēng)味呈顯著正相關(guān)，而2-噻吩-羧醛、3-甲基丁醛、2，5-噻吩-二羧基醛對(duì)美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的肉質(zhì)性狀呈顯著正相關(guān)。試驗(yàn)結(jié)果表明，125℃是制備蘑菇水解液美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的最佳溫度，擁有豐富的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)和良好的風(fēng)味特性；游離氨基酸和5’-GMP與呈現(xiàn)鮮味有很大關(guān)系，在小于125℃條件下，其濃度在美拉德反應(yīng)產(chǎn)物中比在水解液中高3倍～4倍。

MISHARINA TA等[44]采用毛細(xì)管氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)對(duì)雙孢蘑菇的香氣成分進(jìn)行了鑒定，共鑒定出56種化合物。研究發(fā)現(xiàn)，雙胞菇的風(fēng)味物質(zhì)是由不飽和脂肪酸氧化酶催化及美拉德反應(yīng)產(chǎn)生的揮發(fā)性化合物共同形成的。含有8碳原子的不飽和醇和酮決定了雙胞菇的特殊風(fēng)味。雙胞菇的特殊香氣是由含雜環(huán)化合物的硫、氧和氮的取代物的復(fù)雜組成，以及羰基化合物和蛋氨酸化合物確定的。結(jié)果表明，在香菇干燥前加入氨基酸混合物后，揮發(fā)性羰基化合物和雜環(huán)化合物的濃度均有所增加。

美拉德反應(yīng)由于其可以改善食用菌風(fēng)味特性，在制備食用菌基料及調(diào)味品方面也有廣泛應(yīng)用。趙立娜等[45]為制備具有良好菇香風(fēng)味的調(diào)味品呈味基料，以雙孢蘑菇蛋白酶解液為原液，對(duì)反應(yīng)中的氨基酸和糖進(jìn)行篩選，并對(duì)其美拉德反應(yīng)制備呈味基料的工藝進(jìn)行優(yōu)化，得到具有食用菌特有的鮮香風(fēng)味，口味柔和，醇厚感較好的呈味基料。張歷[46]對(duì)真姬菇進(jìn)行復(fù)合酶解，然后通過美拉德反應(yīng)制備含肉香、燒烤香味的真姬菇美拉德反應(yīng)漿液。通過試驗(yàn)得到具有獨(dú)特風(fēng)味并含有豐富的蛋白質(zhì)、氨基酸、多糖、膳食纖維以及多種礦物質(zhì)的真姬菇復(fù)合調(diào)味品。

食用菌經(jīng)美拉德反應(yīng)還可以增強(qiáng)其抗氧化能力，在抗氧化劑的制備方面有較好研究前景。李佳佳[47]以秀珍菇干粉為原料，生物酶解技術(shù)和美拉德反應(yīng)相結(jié)合，制備出具有菇香風(fēng)味和肉香味并且能夠增強(qiáng)醇厚感和鮮味的秀珍菇調(diào)味核心基料。在與秀珍菇酶解液的抗氧化活性作對(duì)比中可以發(fā)現(xiàn)，經(jīng)美拉德反應(yīng)的調(diào)味基料的還原力和清除DPPH自由基能力顯著增強(qiáng)，與Fe2+螯合能力明顯降低。李超[48]以羥基自由基清除率為指標(biāo)，對(duì)雞腿菇多肽-果糖美拉德反應(yīng)制備抗氧化劑的工藝進(jìn)行優(yōu)化。發(fā)現(xiàn)為糖肽比1.95∶1（質(zhì)量比），反應(yīng)溫度100.8℃和反應(yīng)時(shí)間123.2 min時(shí)抗氧化能力較好，此時(shí)實(shí)際羥基自由基清除率達(dá)69.33%。

4 展望

食用菌是營養(yǎng)豐富且味道鮮美的食品，深受人們喜愛。隨著社會(huì)的進(jìn)步，生活水平不斷提高，人們意識(shí)到了食用菌在食品加工方面的重要性。經(jīng)過這些年的發(fā)展，食用菌產(chǎn)業(yè)也從朝陽產(chǎn)業(yè)變成了驕陽產(chǎn)業(yè)。但產(chǎn)業(yè)發(fā)展并非一帆風(fēng)順，目前，食用菌精深加工方向狹窄，產(chǎn)品附加值低的問題日益突出，解決食用菌精深加工技術(shù)薄弱成為食用菌發(fā)展的重中之重。經(jīng)過美拉德反應(yīng)的食用菌風(fēng)味物質(zhì)更為突出，可以使香菇、金針菇等更好釋放人們喜愛的擁有菇香風(fēng)味的風(fēng)味物質(zhì)，有較好的研究前景，是食用菌精深加工的重要研究方向。