電子鼻結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)分析松茸減壓貯藏過(guò)程中揮發(fā)性風(fēng)味成分變化

張沙沙，羅曉莉，曹晶晶，何容，張微思

(中華全國(guó)供銷(xiāo)合作總社昆明食用菌研究所，云南 昆明，650223)

松茸(Tricholomamatsutake)又名松菇、松口蘑等，是一種珍稀、名貴的野生食用菌，具有強(qiáng)身、益胃、治療心血管疾病及糖尿病等功效，被譽(yù)為“菌中之王”[1]，因其營(yíng)養(yǎng)豐富、味道鮮美而深受?chē)?guó)內(nèi)外消費(fèi)者青睞。松茸是大自然濃郁鮮嫩的野味，日本人稱(chēng)其為“秋天味覺(jué)之王”[2]，主要分布在中國(guó)、日本、韓國(guó)等地方[3]。

松茸貯藏過(guò)程中，隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，風(fēng)味物質(zhì)發(fā)生變化，會(huì)產(chǎn)生酸味、臭味等不良?xì)馕?、松茸味變淡、口感變差，?yán)重影響松茸的品質(zhì)。減壓保鮮技術(shù)是一種無(wú)污染的物理技術(shù)，減壓貯藏松茸可以延緩松茸采后品質(zhì)的下降，延長(zhǎng)保鮮期[4]。目前對(duì)松茸的揮發(fā)性成分常用的檢測(cè)方法是感官評(píng)定和氣相色譜-質(zhì)譜(gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS)等儀器來(lái)分析，感官評(píng)定存在主觀性、個(gè)體差異性、抽象性等不足。近年來(lái)，常用電子鼻技術(shù)模擬人的嗅覺(jué)系統(tǒng)，其具有自動(dòng)化程度高、操作成本低、快速、無(wú)損檢測(cè)技術(shù)、重復(fù)性好等優(yōu)勢(shì)，已廣泛應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品內(nèi)在品質(zhì)的檢測(cè)[5]，但是鮮見(jiàn)關(guān)于電子鼻研究松茸新鮮度的相關(guān)報(bào)道。本文采用電子鼻檢測(cè)不同貯藏時(shí)間的松茸的揮發(fā)性物質(zhì)，并結(jié)合傳統(tǒng)的GC-MS分析，判斷松茸的新鮮度，為松茸貯藏保鮮機(jī)理研究及保鮮方法的研究提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

新鮮松茸，昆明市木水花野生菌交易市場(chǎng)，無(wú)蟲(chóng)蛀、無(wú)機(jī)械損傷、五成熟、大小基本一致。

減壓冷藏實(shí)驗(yàn)機(jī)(JYL0.1X2A型)，上海善如水保鮮科技有限公司；電子鼻(PEN3)，德國(guó)AIRSENSE公司(10個(gè)傳感器代表的物質(zhì)種類(lèi)及性能描述見(jiàn)表1)；氣質(zhì)聯(lián)用儀(6890N/5975)，美國(guó)Agilent公司；色譜柱：彈性石英毛細(xì)管柱(HP-5MS，30 m×0.25 mm×0.25 μm)，美國(guó)Agilent公司；固相微萃取頭(75 μm Carboxen-PDMS，黑色)，美國(guó)Supelco公司；頂空瓶(20 mL)。

表1 傳感器代表的物質(zhì)種類(lèi)及性能描述Table 1 Material type and performance description represented by sensor

1.2 試驗(yàn)方法

購(gòu)買(mǎi)的新鮮松茸分成平均分成5份，每份約300 g，置于2臺(tái)真空室減壓冷藏實(shí)驗(yàn)機(jī)中，每隔7 d取樣進(jìn)行電子鼻和GC-MS檢測(cè)分析。

1.2.1 電子鼻檢測(cè)參數(shù)

樣品間隔時(shí)間1 s，沖洗時(shí)間60 s，調(diào)零時(shí)間10 s，樣品準(zhǔn)備時(shí)間5 s，樣品測(cè)定時(shí)間100 s，流速400 mL/min，環(huán)境溫度為18～20 ℃。為保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性，選取測(cè)試過(guò)程中50～60 s的數(shù)據(jù)用于后續(xù)分析，每個(gè)處理重復(fù)測(cè)定3次。

1.2.2 頂空固相微萃取

取1.0 g樣品于20 mL頂空瓶中。將頂空瓶放置于80 ℃水浴中，用固相微萃取頭置于頂空瓶中進(jìn)行萃取，萃取時(shí)間為30 min。之后將固相微萃取頭插入氣相色譜進(jìn)樣口進(jìn)樣，時(shí)間為2 min，經(jīng)氣相色譜分離后用質(zhì)譜鑒定。

1.2.3 GC-MS條件

1.2.4 數(shù)據(jù)分析

電子鼻數(shù)據(jù)分析：采用Winmuster分析軟件對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析(principal componenets analysis，PCA)、線性判別分析(linear disriminant analysis，LDA)。

GC-MS數(shù)據(jù)分析：采用Nist14標(biāo)準(zhǔn)譜庫(kù)和Wiley275標(biāo)準(zhǔn)譜庫(kù)進(jìn)行檢索定性分析。

定量分析：采用內(nèi)標(biāo)法，以正癸醇為內(nèi)標(biāo)物，甲醇作為溶劑，配制成50 mg/L的內(nèi)標(biāo)液，按公式(1)計(jì)算揮發(fā)性物質(zhì)含量：

(1)

2 結(jié)果與分析

2.1 基于電子鼻的分析

2.1.1 減壓貯藏期間松茸揮發(fā)性風(fēng)味成分的雷達(dá)圖譜

PEN3電子鼻有10個(gè)金屬傳感器，分別具有不同性能，且對(duì)不同濃度的揮發(fā)性風(fēng)味成分敏感程度不同，這與揮發(fā)性風(fēng)味成分的的屬性和含量呈正相關(guān)。利用電子鼻對(duì)松茸減壓貯藏期間揮發(fā)性風(fēng)味成分進(jìn)行分析，每組重復(fù)8次。由圖1雷達(dá)圖譜可以看出，貯藏不同時(shí)間的松茸的響應(yīng)值與傳感器之間存在明顯差異，其中5個(gè)樣品對(duì)2、3、4號(hào)感應(yīng)器的感應(yīng)值最明顯，其中3號(hào)響應(yīng)值最高，說(shuō)明松茸對(duì)硫化物最敏感，其次是有機(jī)硫化物、芳香成分、氮氧化合物，而其他7號(hào)感應(yīng)器基本無(wú)明顯變化。用電子鼻判斷松茸新鮮度具有可行性。

圖1 減壓貯藏期間松茸揮發(fā)性風(fēng)味成分的雷達(dá)圖譜Fig.1 Radar map of volatile flavor components of Tricholoma matsutake during hypobaric storage注：1～10代表1～10號(hào)感應(yīng)器

2.1.2 基于電子鼻不同貯藏期間松茸的PCA分析

PCA是將電子鼻傳感器所提取的多個(gè)指標(biāo)的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)降維處理，從多元變量中得出貢獻(xiàn)率最大的因子，從而比較觀察不同貯藏期間松茸樣品的PCA值在空間的分布差異[6]。圖2為電子鼻對(duì)不同貯藏期間松茸的PCA分析結(jié)果，第1主成分貢獻(xiàn)率為99.19%，第2主成分的貢獻(xiàn)率為0.57%，總貢獻(xiàn)率為99.76%，且5個(gè)樣品完全不重疊，說(shuō)明不同貯藏期間的松茸氣味可以通過(guò)電子鼻有效區(qū)別出來(lái)。

圖2 基于電子鼻不同貯藏期間松茸的PCA分析Fig.2 PCA analysis of Tricholoma matsutake during different storage period based on electronic nose

2.1.3 基于電子鼻不同貯藏期間松茸的LDA分析

LDA法與PCA法相比，能夠使同一類(lèi)別內(nèi)的分布加大，從所有數(shù)據(jù)中收集信息，提高分類(lèi)的精確度[6-7]。由圖3基于電子鼻不同貯藏期間松茸的LDA分析可以看出，第1主成分和第2主成分的貢獻(xiàn)率分別為86.72%、11.48%，總貢獻(xiàn)率為98.20%。從揮發(fā)性成分所代表的橢圓區(qū)域性的距離看，松茸貯藏第1、8、15天的橢圓間距離較小，說(shuō)明前15 d松茸的揮發(fā)性風(fēng)味成分變化不明顯，貯藏第15天與貯藏第22天、貯藏第22天與貯藏第29天揮發(fā)性橢圓間距離較大，說(shuō)明松茸在貯藏第15天與貯藏第22天的松茸氣味變化比較明顯，貯藏第22天的松茸和貯藏第29天的揮發(fā)性成分變化較大。且由橢圓區(qū)域性變化方向來(lái)看，松茸貯藏第1～15天沿第2主成分正方向變化，松茸貯藏第15～22天沿第2主成分反方向變化。因此，貯藏第15天為松茸揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)變化的點(diǎn)，即新鮮度變化的拐點(diǎn)。

圖3 基于電子鼻不同貯藏期間松茸的LDA分析Fig.3 LDA analysis of Tricholoma matsutake during different storage period based on electronic nose

2.2 松茸減壓貯藏過(guò)程中SPME-GC-MS分析

2.2.1 松茸減壓貯藏過(guò)程中風(fēng)味成分分析

松茸的香味不是由單一化合物所能呈現(xiàn)的，而是由多種揮發(fā)性成分平衡的整體效果[8]。由表2可以看出，松茸減壓貯藏期間共檢測(cè)出來(lái)76種化合物，其中，醇類(lèi)物質(zhì)有23種，醛類(lèi)物質(zhì)有29種，酮類(lèi)9種，烷烴類(lèi)5種，酯類(lèi)2種，其他類(lèi)8種。減壓貯藏第1、8、15、22、29天確定的化合物分別為42種、48種、53種、56種、56種，隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，松茸揮發(fā)性物質(zhì)的種類(lèi)逐漸增加。

表2 松茸減壓貯藏期間松茸揮發(fā)性風(fēng)味成分變化Table 2 Changes of volatile flavor components of Tricholoma matsutake during hypobaric storage

2.2.2 松茸減壓貯藏期間揮發(fā)性風(fēng)味成分的變化分析

醇類(lèi)物質(zhì)是松茸減壓貯藏第1～8天的主要揮發(fā)性物質(zhì)，松茸貯藏第1、8、15、22、29天醇類(lèi)物質(zhì)含量分別為29.94、20.47、4.98、14.36、6.69 μg/g，隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，醇類(lèi)物質(zhì)含量呈先降低后上升再減低的趨勢(shì)，表明減壓貯藏第15天是松茸醇類(lèi)揮發(fā)性風(fēng)味成分變化的拐點(diǎn)。醇類(lèi)物質(zhì)可由脂肪酸經(jīng)脂肪氧化酶催化形成而來(lái)[9]。醇類(lèi)物質(zhì)通常具有泥土氣味、植物香味或酸敗味[10]，閾值較高，對(duì)食用菌風(fēng)味影響不明顯，但是長(zhǎng)鏈醇和不飽和醇具有金屬氣味和獨(dú)特的蘑菇風(fēng)味[11-12]，不飽和醇閾值相對(duì)較低，對(duì)風(fēng)味影響比較大[13]。松茸中醇類(lèi)物質(zhì)含量較高(貯藏第1天29.94 μg/g)，我們檢測(cè)到含量較高的醇類(lèi)為：1-辛烯-3-醇、3-辛醇、(Z)-2-辛烯-1-醇、辛醇，它們是導(dǎo)致松茸在不同貯藏期間氣味存在差異的主要醇類(lèi)，尤其是具有濃郁的蘑菇風(fēng)味、油脂味“蘑菇醇”1-辛烯-3-醇，其是一種亞油酸的氫過(guò)氧化物的降解產(chǎn)物[14]，貯藏第1天含量為18.85 μg/g，而貯藏第29天含量?jī)H為1.28 μg/g，這可能是因?yàn)橘A藏期間水分含量減少后各化學(xué)成分反應(yīng)而生成其他物質(zhì)[3，15]。

續(xù)表2

醛類(lèi)物質(zhì)在松茸中種類(lèi)比較豐富，但其含量低，氣味閾值相對(duì)醇類(lèi)較低，與其他物質(zhì)有很強(qiáng)的風(fēng)味重疊作用[8]。C5-C9的醛類(lèi)來(lái)自脂肪氧化和降解，具有脂香氣味[16]。醛類(lèi)物質(zhì)在松茸減壓貯藏期間前15天呈升高的趨勢(shì)，第15～22天呈降低的趨勢(shì)，表明松茸減壓貯藏第15天是松茸醛類(lèi)揮發(fā)性風(fēng)味成分變化的拐點(diǎn)。其中具有黃瓜和柑橘樣香氣的(E)-2-辛烯醛在松茸減壓貯藏期間含量呈增加的趨勢(shì)，貯藏第1天為2.45 μg/g，貯藏第29天達(dá)到9.84 μg/g。

酮類(lèi)具有焦香和呈脂香氣，且隨碳鏈增長(zhǎng)而呈現(xiàn)出較濃郁的花香氣息[17]。松茸減壓貯藏第1天檢測(cè)出2種酮類(lèi)，而第29天則檢測(cè)出7種酮類(lèi)，可能是由于微生物氧化、不飽和脂肪酸降解、氨基酸分解引起的[18]。酮類(lèi)物質(zhì)在松茸減壓貯藏期間第1～15天呈逐漸升高的趨勢(shì)，第15～22天呈降低的趨勢(shì)，表明松茸減壓貯藏第15天是松茸酮類(lèi)揮發(fā)性風(fēng)味成分變化的拐點(diǎn)。但是，松茸減壓貯藏期間對(duì)松茸揮發(fā)性風(fēng)味影響較大的酮類(lèi)是3-辛酮，其相對(duì)含量從貯藏第1天的6.66 μg/g下降到地29天1.31 μg/g。

酯類(lèi)物質(zhì)會(huì)賦予松茸甜香氣味[19]。松茸減壓貯藏期間檢測(cè)到的酯類(lèi)物質(zhì)種類(lèi)很少，但是肉桂酸甲酯相對(duì)含量較高，減壓貯藏第1天為5.18 μg/g，第8天開(kāi)始明顯下降，第29天僅為0.14 μg/g。

由表2可以看出，松茸貯藏過(guò)程中若檢測(cè)出2-甲基-1-丁醇、3,5,11,15-四甲基-1-十六碳烯-3-醇、1-十二烷醇、(Z)-3-壬烯-1-醇、3-羥基-2-丁酮、2-庚酮、2-十三酮、2-乙基-1-己醇這些物質(zhì)時(shí)，松茸品質(zhì)可能已經(jīng)開(kāi)始劣變[20]，這些物質(zhì)均出現(xiàn)于減壓貯藏第15天后，結(jié)合醇類(lèi)、醛類(lèi)、酮類(lèi)物質(zhì)變化的拐點(diǎn)均為第15天，說(shuō)明減壓貯藏的第15天是松茸風(fēng)味物質(zhì)成分變化的拐點(diǎn)。

3 結(jié)論

本研究采用電子鼻和GC-MS檢測(cè)分析松茸減壓貯藏期間揮發(fā)性物質(zhì)的變化，PCA分析結(jié)果表明，不同貯藏期間的松茸氣味可以通過(guò)電子鼻有效區(qū)別出來(lái)；GC-MS結(jié)果表明，松茸減壓貯藏期間共檢出76種揮發(fā)性物質(zhì)，其中醇類(lèi)物質(zhì)有23種，醛類(lèi)物質(zhì)有29種，酮類(lèi)9種，烷烴類(lèi)5種，酯類(lèi)2種，其他類(lèi)8種。其中，新鮮松茸特征香氣物質(zhì)為：1-辛烯-3-醇、3-辛酮、肉桂酸甲酯。電子鼻和GC-MS的分析結(jié)果均顯示，減壓貯藏的第15天是松茸揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)改變的拐點(diǎn)，也是松茸新鮮度改變的拐點(diǎn)，電子鼻結(jié)合GC-MS能很好檢測(cè)分析松茸揮發(fā)性風(fēng)味成分，松茸保鮮貯藏過(guò)程中可用電子鼻初步快速判斷其新鮮度。