香菇香味成分分離及分析研究的進(jìn)展(述評(píng))

陳昭君 孫培龍 何榮軍

(浙江工業(yè)大學(xué)生物與環(huán)境工程學(xué)院食品系,杭州 310014)

香菇 (Lentinus edodes(Berk)Sing),又名香蕈、香椹、香信、合蕈、臺(tái)蕈,屬擔(dān)子菌綱、傘菌科。由于其特殊的風(fēng)味和口感,備受人們喜愛(ài)[1]。根據(jù)出產(chǎn)方式的不同,可分為野生和人工栽培兩大類。我國(guó)是香菇栽培的發(fā)源地,歷史悠久,是栽培、自銷及出口最多的國(guó)家;而野生香菇則主要分布于我國(guó)南方以及朝鮮、日本、菲律賓等地。

食品的香氣不僅可以增加人們的食欲,而且可以刺激消化液的分泌,促進(jìn)人體對(duì)營(yíng)養(yǎng)成分的消化吸收。食用菌所具有的獨(dú)特香味是決定其品質(zhì)與大眾接受度的一個(gè)重要因素。香菇作為世界上第二大食用菌,文獻(xiàn)報(bào)道其香氣成分有391種[2],每種香菇都有自己獨(dú)特的香氣,其組分和含量的不同,是與所生長(zhǎng)的環(huán)境、氣候,以及品種等諸多因素有關(guān)。香菇歷來(lái)就是備受國(guó)人歡迎的食品,具有很高的營(yíng)養(yǎng)和藥用價(jià)值[3],但對(duì)其風(fēng)味成分了解甚少。由于新鮮香菇的耐貯性很差,在20℃下,自然存放的保鮮期僅兩天,所以香菇的商品形式主要為脫水干菇,僅很少一部分以鮮菇或罐頭等形式銷售。新鮮香菇香味輕微,只有經(jīng)一定溫度烘干后才具有其獨(dú)特的特征芳香。本文主要介紹脫水香菇的香味研究進(jìn)展,相信對(duì)后續(xù)香菇風(fēng)味成分方面的研究有一定的借鑒作用。

1 香菇的主要香味成分

香菇的揮發(fā)性成分種類繁多,主要包括揮發(fā)性八碳化合物、含硫化合物,以及醛、酸、酮、酯類等。不同品種,不同生長(zhǎng)部位及不同發(fā)育階段的香菇其所含的香味成分各不相同。

含硫化合物是香菇風(fēng)味的重要呈香物質(zhì),早在1966年,Katsura Morita和Shigeru Kobayashi[4]從干香菇中分離出對(duì)香菇特征風(fēng)味起決定作用的物質(zhì),將其取名為香菇精 (Lenthionine),其化學(xué)式為C2H4S5,中文名稱:1,2,3,5,6-五硫雜環(huán)庚烷,并對(duì)其結(jié)構(gòu)和合成進(jìn)行了深入研究[5]。它受熱不穩(wěn)定,易分解成二甲基二硫醚和二甲基三硫醚等化合物[7]。Chuchin Chen等人認(rèn)為硫醚和環(huán)硫化合物是以香菇中所具有的前體化合物香菇酸 (Lentinic acid)為起始物,在γ-谷氨酞基轉(zhuǎn)肽酶和S-烷基-L-半胱氨酸亞砜裂解酶的催化作用下,經(jīng)二硫雜環(huán)丙烷中間體聚合而成的[7～9]。含硫雜環(huán)化合物還有1,2,4-三硫雜環(huán)戊烷、1,2,4,5-四硫雜環(huán)己烷等[10]。在鮮香菇中含有另一類的香味成分為八碳醇化合物,主體是1-辛烯-3醇 (C8H15OH),還有2-辛烯-1-醇、3-辛醇、1-辛醇等。1-辛烯-3-醇也大量存在于幾乎所有品種的蘑菇中,含量在0.02～190 mg/kg之間,被譽(yù)為 “蘑菇醇”。它們均是由亞油酸經(jīng)脂肪氧化酶催化轉(zhuǎn)變而成,具有濃郁的蘑菇風(fēng)味。然而,1-辛烯-3-醇的穩(wěn)定性不強(qiáng),易為各種干制方法所破壞[11]。其他的一些揮發(fā)性化合物,包括酸、酮、酯、烷、烯烴和醛類,在香菇中起著調(diào)和、協(xié)同或互補(bǔ)的作用。

表1 文獻(xiàn)報(bào)道中檢測(cè)到的香菇中主要揮發(fā)性物質(zhì)

2 香菇香味物質(zhì)提取方法

香氣物質(zhì)的提取方法和分析方法有多種,詳見(jiàn)表2。

表2 香菇香味成分的分離分析方法

2.1 溶劑萃取

直接采用溶劑萃取是分離芳香物質(zhì)的一個(gè)最簡(jiǎn)單有效的方法,所局限是不僅萃取出了芳香物質(zhì),而且將食品中含有的脂類物質(zhì)一起萃取出來(lái)。溶劑萃取是應(yīng)用最早的一種提取方法,Katsura Morita等發(fā)現(xiàn)香菇精,就是用二氯甲烷和正己烷連續(xù)萃取得到的[4],Renata Zawirska-Wojtasiak先用乙醚-戊烷 (V∶V=1∶1)萃取,再進(jìn)行蒸餾減壓萃取,提取香菇及其他菇類的揮發(fā)性物質(zhì),GC/MS檢測(cè)得香菇中的1-辛烯-3-醇的含量為1.21%[12]。后期研究中也有很多研究者采用溶劑萃取及與其他萃取方法作比較[13,14]。

2.2 水蒸氣蒸餾

水蒸氣蒸餾是一種獲取揮發(fā)性物質(zhì)的最古老的方法。普通的水蒸氣蒸餾是簡(jiǎn)單地將水蒸氣通入原料液,加熱收集餾出液,這種蒸餾物可通過(guò)溶劑萃取得到適合于氣相色譜分析的物質(zhì)。張維華等通過(guò)水蒸氣蒸餾,氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用 (GC/MS)對(duì)香菇中的花菇和水菇的揮發(fā)性成分進(jìn)行分析、比較,發(fā)現(xiàn)花菇(9608)和水菇 (9508)揮發(fā)油主體部分相同,但花菇含有的烷酸和烯酸的量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于水菇所含的量,且水菇的揮發(fā)性成分較復(fù)雜[15]。楊開(kāi)等采用水蒸氣蒸餾法提取香菇精,取得很好的效果,并在優(yōu)化條件下對(duì)香菇進(jìn)行蒸餾成分分析,檢測(cè)出包括主要呈味物質(zhì)的13種化合物[16]。

同時(shí)蒸餾萃取法 (SDE)是集水蒸氣蒸餾與溶劑萃取于一體的一種改進(jìn)的提取方法,有利于減少實(shí)驗(yàn)步驟,縮短分析時(shí)間,大幅度減少溶劑用量,并且能降低有機(jī)溶劑去除過(guò)程中致香成分的損失。這種方法對(duì)多數(shù)芳香化合物都有較高的收率,是目前我國(guó)內(nèi)研究香菇風(fēng)味物質(zhì)成分使用最多的方法[17],此法可與溶劑萃取法聯(lián)用[12]。Neil C.Da Costa等用Likens-Nickerson儀器萃取香菇中的香味成分,經(jīng)GC/FID、GC/AED、GC/O、GC/MS分析,共檢測(cè)到260種成分,其中含硫化合物67種,含氮化合物57種[2]。劉楊岷等應(yīng)用同時(shí)蒸餾萃取提取出干香菇的揮發(fā)性風(fēng)味成分,經(jīng)旋蒸濃縮、GC/MS鑒定出91種組分,首次發(fā)現(xiàn)硫化物中的3,5-二甲基-1,2,4-三硫雜環(huán)戊烷[18]。鄭建仙應(yīng)用同時(shí)蒸餾法抽提并經(jīng)GC/MS分析,從福建產(chǎn)干香菇傘部及柄部分別鑒定出64和42種風(fēng)味化合物,并發(fā)現(xiàn)這兩者在主要的呈味物質(zhì)組成上差異并不大[10]。張書(shū)香等用同時(shí)蒸餾萃取、GC/MS分析了黑龍江產(chǎn)香菇的香味成分,鑒定出137種成分,并得出最佳萃取時(shí)間為6 h,萃取率可達(dá)0.51%[19]。李秦等采用同時(shí)蒸餾萃取法與GC/MS聯(lián)用,對(duì)新鮮香菇子實(shí)體的芳香物質(zhì)進(jìn)行分析,從香菇中鑒定出33種揮發(fā)性香氣成分,其中主要為蘑菇醇、正十六烷酸、二甲基三硫、3-辛醇、3-辛酮和亞油酸[20]。楊銘鐸等采用同時(shí)蒸餾萃取裝置提取香菇中揮發(fā)性成分、GC/MS分析鑒定,得出香菇的揮發(fā)性成分主要是一些含硫和八碳的化合物的結(jié)論[5]。Necla Caglarirmak采用同時(shí)蒸餾萃取從香菇中提取出揮發(fā)性物質(zhì),鑒定出9種物質(zhì),按峰面積歸一法計(jì)算得棕櫚酸的含量最高,占47.13%[21]。

2.3 頂空分析

頂空分析分為靜態(tài)頂空分析法和動(dòng)態(tài)頂空分析法 (頂空濃縮方法)兩種。靜態(tài)頂空分析法是直接在食品頂空采集平衡氣體,其特點(diǎn)是簡(jiǎn)單、溫和、易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,但靈敏度不夠高;動(dòng)態(tài)頂空分析法需用一些惰性氣體吹掃樣品,將揮發(fā)性物質(zhì)帶出,從而達(dá)到分離,其特點(diǎn)是利于那些在食品表面具有最高蒸汽壓的成分的分離,但得到的是一個(gè)含水蒸餾物。Neil C.Da Costa等用動(dòng)態(tài)頂空萃取,經(jīng)GC/FID、GC/MS分析共檢測(cè)到209種成分,其中含硫化合物18種,含氮化合物46種[2]。Renata Zawirska-Wojtasiak用頂空-固相微萃取對(duì)香味成分中的香氣成分進(jìn)行萃取[12]。Carlo Bicchi總結(jié)各種萃取方法在香菇上的應(yīng)用,分別用頂空吸附萃取 (HSSE)和動(dòng)態(tài)頂空萃取法進(jìn)行萃取,得香菇中主要的物質(zhì)為呋喃、噻唑和噻唑啉[22]。

2.4 固相微萃取

固相微萃取 (SPME)是由加拿大Waterloo大學(xué)Pawliszyn研究小組首先提出的一種新型的、對(duì)環(huán)境友好的樣品前處理方法,特別適合于芳香族化合物的定性和定量分析。它通過(guò)吸附/脫附技術(shù),富集樣品中的揮發(fā)和半揮發(fā)性成分,克服了傳統(tǒng)提取技術(shù)樣品用量大、耗時(shí)、處理效果差等缺點(diǎn),具有操作簡(jiǎn)便、萃取速度快、不需溶劑、便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,以及易于與色譜、電泳等高效分離檢測(cè)手段聯(lián)用的突出優(yōu)點(diǎn),適于分析香菇中的揮發(fā)性風(fēng)味成分,此法常與頂空分析聯(lián)用[12]。張書(shū)香等使用Carboxen/PDMS纖維固相微萃取、GC/MS分析了香菇的揮發(fā)性香味成分,確定了固相微萃取的優(yōu)化條件為:萃取時(shí)間45min,萃取溫度60℃,共檢出43種揮發(fā)性成分[23]。溫泉等采用固相微萃取、GC/MS分析鑒定香菇中的揮發(fā)性風(fēng)味成分,采用蒸餾萃取的方式,取餾分為萃取對(duì)象,優(yōu)化了萃取條件[24]。閻瑞香等采用固相微萃取 (SPME)與GC/MS聯(lián)用的方法,對(duì)1-MCP和ClO2貯藏的香菇的香氣成分進(jìn)行了比較分析,鑒定并確定了香菇貯藏后期的香氣組分[25]。

2.5 超臨界流體萃取

超臨界流體萃取技術(shù)具有溶解能力強(qiáng)、傳質(zhì)速度快、萃取效率高、純天然、無(wú)污染、低溫操作等特點(diǎn),在農(nóng)產(chǎn)品風(fēng)味成分的萃取,動(dòng)植物油的萃取分離,以及某些特定成分的提取、脫色、脫臭、脫苦等方面都有研究報(bào)道,已成為萃取分離的重要技術(shù)手段[26]。Cíntia Sorane Good Kitzberger等對(duì)巴西的干香菇進(jìn)行超臨界萃取,香菇精油的萃取率分別達(dá)1.01%(純CO2)和3.81%(夾帶劑:乙醇)[13],同時(shí)對(duì)萃取的工藝進(jìn)行優(yōu)化,得出了模型,通過(guò)質(zhì)譜分析,得出所得精油的主要成分為棕櫚酸、亞油酸及麥角甾醇[14]。

2.6 攪拌棒吸附萃取

攪拌棒吸附萃取 (Stir Bar Sorptive Extraction,SBSE)是Baltussen和Sandra等人于1999年提出的一種新型樣品前處理技術(shù),具有靈敏度高、重現(xiàn)性好、不使用有機(jī)溶劑等優(yōu)點(diǎn),已成功應(yīng)用于環(huán)境、食品、生物等領(lǐng)域[27]。Neil C.Da Costa等用攪拌棒吸附萃取,經(jīng)GC/FID、GC/MS分析共檢測(cè)到156種成分,其中含硫化合物23種,含氮化合物42種[2]。

3 香菇香氣物質(zhì)的分析鑒定方法

3.1 氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用 (GC/MS)

風(fēng)味物質(zhì)研究的發(fā)展在很大程度上得益于氣相色譜的發(fā)展。氣相色譜具有很高的分辨率和靈敏度(mg/kg級(jí)),非常適合于風(fēng)味研究。質(zhì)譜的靈敏度高 (10～100 pg),且與氣相色譜有良好兼容性,使得氣-質(zhì)聯(lián)用分析非常有價(jià)值,而普遍使用。質(zhì)譜儀可以測(cè)定未知物,或作為氣相色譜的質(zhì)量選擇性檢測(cè)器。本文第2部分提到的研究,絕大多數(shù)應(yīng)用GC/MS分析鑒定分離所得的揮發(fā)性成分。

3.2 電子鼻檢測(cè)技術(shù) (electronic nose)

電子鼻檢測(cè)技術(shù)是在20世紀(jì)90年代發(fā)展起來(lái)的一種分析、識(shí)別和檢測(cè)復(fù)雜氣體的新技術(shù)。電子鼻作為一種新型人工智能嗅覺(jué)裝置,具有價(jià)格適中、操作簡(jiǎn)單、攜帶方便等優(yōu)點(diǎn),更為突出的是它靈敏度高、測(cè)量數(shù)據(jù)與人類的感官評(píng)價(jià)相關(guān)性好[28],因此,在食品風(fēng)味分析領(lǐng)域越來(lái)越受到重視,具有廣闊的發(fā)展前景。電子鼻檢測(cè)技術(shù)在肉制品風(fēng)味、調(diào)味品風(fēng)味、茶葉風(fēng)味及酒類風(fēng)味分析中,都得到了很廣泛的應(yīng)用[29]。李琴等利用電子鼻技術(shù)對(duì)熬制的香菇菌湯進(jìn)行測(cè)定,通過(guò)主成分分析 (PCA)和線性判別分析(LDA)兩種分析方法的所得數(shù)據(jù)表明,PCA是分辨不同種類菌湯的有效分析方法,LDA是分辨不同菌湯風(fēng)味的有效分析方法[30]。

3.3 氣相色譜與其他檢測(cè)器聯(lián)用

氣相色譜-嗅覺(jué)測(cè)定儀 (GC/O)是專門用于風(fēng)味分析的技術(shù)。氣相色譜系統(tǒng)將其柱流出物分為兩部分,一部分流向嗅聞口,剩下的流向氣相色譜檢測(cè)器,或者先讓所有的流出物流過(guò)鼻子再連接到檢測(cè)器上再次進(jìn)行色譜分析。后一種方法提供了盡可能多的樣品量,提高了各個(gè)檢測(cè)器的性能,但分析時(shí)間長(zhǎng),難于確定峰與氣味物質(zhì)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系[17]。GC/O方法帶有一定的主觀性,不同的人可能得到不一致的結(jié)果。氣相色譜-質(zhì)譜-嗅覺(jué)測(cè)定儀聯(lián)用 (GC/MS/O)是最理想的分析風(fēng)味物質(zhì)的方法,它不但可以確定各個(gè)峰與氣味之間的關(guān)系,而且可以知道對(duì)應(yīng)峰的質(zhì)譜圖,從而推出形成各種氣味的物質(zhì)結(jié)構(gòu)。氣相色譜與火焰離子化檢測(cè)器和原子發(fā)射檢測(cè)器的聯(lián)用應(yīng)用較少,Neil C.Da Costa等曾采用這些方法[2]。

4 展望

目前,研究食用菌香氣物質(zhì)的手段已經(jīng)比較成熟,不過(guò)對(duì)于香菇風(fēng)味成分的研究還不是很深入,尚不清楚不同產(chǎn)地、不同種類的香菇香氣成分的異同。還有很多方法,如嗅覺(jué)測(cè)定儀及其與其他提取及分析方法的聯(lián)用,在肉制品與酒類的研究中已有應(yīng)用[31,32],可還沒(méi)有應(yīng)用于香菇風(fēng)味的研究中。后續(xù)工作者可以采用一些新的分析方法,對(duì)香菇香味成分進(jìn)行分析及分離鑒定,以便于促進(jìn)香菇產(chǎn)業(yè)及食用菌產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

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