不同培養(yǎng)基對香菇揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的影響

梁怡，劉改霞，李朋泰，郭紅珍，褚卓棟，周志國，尚校蘭，*

（1.廊坊師范學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，河北廊坊065000；2.河北省食藥用菌資源高值利用技術(shù)創(chuàng)新中心，河北廊坊065000；3.河北省高校食藥用菌資源開發(fā)應(yīng)用技術(shù)研發(fā)中心，河北廊坊065000；4.巴彥淖爾市食品藥品檢驗(yàn)所，內(nèi)蒙古巴彥淖爾015000）

香菇（Lentinula edodes）隸屬擔(dān)子菌綱、傘菌目、口蘑科、香菇屬，又名香蕈、香信、冬菇、花菇等[1]，其味道鮮美、香氣濃郁，而且富含多糖、氨基酸、維生素及微量元素等營養(yǎng)物質(zhì)，具有顯著的食用及藥用價(jià)值[2-3]。隨著香菇產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)栽培原料（柞木、櫟木等）產(chǎn)量已不足以維持產(chǎn)業(yè)需求，且價(jià)格不斷攀升，嚴(yán)重制約了香菇產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。越來越多的學(xué)者開始研究利用其它材料作為香菇的培養(yǎng)料。研究發(fā)現(xiàn)，蘋果枝木屑、棗木枝屑、桑木枝條屑、葡萄枝木屑、芒果枝條屑等利用果樹修剪的枝條屑制成的培養(yǎng)料均可栽培香菇，且在產(chǎn)量和品質(zhì)上均比傳統(tǒng)原料栽培的香菇高[4-8]。

河北省果木資源豐富，果木修剪枝條眾多，隨意堆放或焚燒造成資源嚴(yán)重浪費(fèi)和環(huán)境污染，果木枝條資源化利用成為研究的熱點(diǎn)[9]。雖然很多學(xué)者已經(jīng)研究了不同果木枝屑栽培的香菇的產(chǎn)量、營養(yǎng)價(jià)值等指標(biāo)，但是對果木枝屑栽培的香菇的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的研究，尚未見系統(tǒng)報(bào)道。本文以柞木栽培的香菇為對照，研究蘋果木屑、梨木屑、桃木屑和棗木屑全部代替和部分代替柞木后，香菇子實(shí)體中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的變化，比較果木屑和柞木屑對香菇揮風(fēng)性風(fēng)味物質(zhì)的影響，為香菇栽培基質(zhì)的選擇提供了新的參考方法，同時(shí)為有效緩解農(nóng)業(yè)廢棄物污染、改善生態(tài)環(huán)境具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

香菇菌種：河北省食藥用菌資源高值利用技術(shù)創(chuàng)新中心提供，品種為香菇0912號；木屑：廊坊當(dāng)?shù)毓麡錁渲Α?/p>

1.2 儀器與設(shè)備

IKA ETS-D5恒溫水浴鍋：艾卡儀器設(shè)備有限公司；DVB/CA/PDMS（2 cm，50/30 μm）萃取頭：美國 Supelco公司；TRACE 1310氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀：美國thermo scientific公司。

1.3 方法

1.3.1 香菇子實(shí)體的生產(chǎn)

用粉碎機(jī)將樹枝打碎成3 mm～5 mm左右的木屑。采用9種不同的培養(yǎng)基栽培香菇，采摘?jiǎng)偝龉降南愎阶訉?shí)體，于12 h內(nèi)測定。培養(yǎng)基配方見表1。

表1 9種香菇培養(yǎng)基組成Table 1 9 different culture media for Lentinula edodes

1.3.2 樣品的制備

稱取0.2 g樣品于15 mL氣相頂空樣品瓶中，將恒溫水浴調(diào)至55℃，待溫度穩(wěn)定后，將樣品瓶放于恒溫水浴中，預(yù)熱平衡20min，將微萃取（phasemicroextraction，SPME）針頭穿過樣品瓶密封瓶墊，于樣品瓶頂空部分伸出固相萃取頭，靜置萃取30 min，收回固相萃取頭，取出萃取裝置，待氣相色譜儀處于準(zhǔn)備狀態(tài)后，將SPME針頭插入進(jìn)樣口，伸出固相萃取頭，于250℃條件下解吸15 min。下次取樣前，首先將SPME萃取頭在250℃條件下老化30 min。

1.3.3 色譜條件

色譜柱 TG-5 ms（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；固定相為聚乙二醇；載氣為高純氦氣，流速1.0 mL/min；進(jìn)樣口溫度 250℃；分流比 5∶1；初始爐溫 40℃，保持 3 min，以4℃/min升到150℃，保持1 min，再以8℃/min升到250℃，保持6 min。

1.3.4 質(zhì)譜條件

電子電離（electronic nization，EI）源，電子能量70 eV；離子源溫度250℃；接口溫度250℃，質(zhì)量掃描范圍43 u～500 u；調(diào)諧文件為標(biāo)準(zhǔn)調(diào)諧；數(shù)據(jù)采集為全掃描模式；無溶劑延遲[10]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

將氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）分析圖譜經(jīng)計(jì)算機(jī)和人工把每個(gè)峰與NISTLibrary和Wiley Library進(jìn)行匹配檢索定性，按峰面積歸一化法算出樣品中各個(gè)組分的相對含量（組分峰面積占總峰面積的百分比）。主成分分析（principal component analysis，PCA）采用 SIMCA14.1 軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同培養(yǎng)基對香菇揮發(fā)性物質(zhì)種類和含量的影響

不同培養(yǎng)基香菇揮發(fā)性風(fēng)味成分及相對含量見表2，不同培養(yǎng)基香菇揮發(fā)性成分種類與含量見表3。

在9個(gè)樣品中，共檢測到52種化合物，其中烴類16種、醇類13種、醛類12種、酮類1種、醚類1種、酸類3種、酯類2種、芳香化合物2種、其它物質(zhì)2種。樣品 1～9 號分別檢測出 37、36、38、36、38、38、43、39、39種揮發(fā)性物質(zhì)，7號樣品揮發(fā)性物質(zhì)的種類最多。樣品1和樣品5中，均是烴類物質(zhì)含量最高，其次是酮類物質(zhì)，然后是醇類物質(zhì)；樣品2中也是烴類物質(zhì)含量最高，其次是醇類物質(zhì)，而酮類物質(zhì)含量較低，說明1號樣品和2號樣品風(fēng)味具有一定差異；樣品3中也是烴類物質(zhì)含量最高，而醇類物質(zhì)和酮類物質(zhì)含量基本接近；樣品4、6、8中同樣也是烴類物質(zhì)含量最高，其次是醇類，然后是酮類；和其它不同，樣品7中醇類物質(zhì)含量最高，烴類物質(zhì)次之，然后是酮類物質(zhì)；樣品9的烴類和醇類物質(zhì)含量接近，占據(jù)了所有成分的絕大多數(shù)，其它類物質(zhì)的含量均較低。

表2 不同培養(yǎng)基香菇揮發(fā)性風(fēng)味成分及相對含量表Table 2 Volatile flavor components and relative contents in Lentinula edodes from different culture media

續(xù)表2 不同培養(yǎng)基香菇揮發(fā)性風(fēng)味成分及相對含量表Continue table 2 Volatile flavor components and relative contents in Lentinula edodes from different culture media

表3 不同培養(yǎng)基香菇揮發(fā)性成分種類與含量Table 3 The groups and amounts of volatile compounds in in Lentinula edodes from different culture media

在9個(gè)樣品中，含量差異較大的有3類含硫烴類化合物，1類醇類化合物，1類酮類化合物。其中二甲基二硫是一種具有洋蔥風(fēng)味的物質(zhì)，二甲基三硫是一種具有卷心菜風(fēng)味的物質(zhì)，兩者的香味閾值都較低，風(fēng)味活度值較高[11]，因此在香菇整體風(fēng)味的發(fā)揮中起著非常重要的作用[12]，本研究中，二甲基二硫和二甲基三硫含量最高的均為4號樣品（分別為3.97%和5.35%），含量最低的均為9號樣品（分別為0.09%和0.15%），不同樣品間的二甲基二硫和二甲基三硫含量差異較大，因此不同培養(yǎng)基的香菇揮發(fā)性風(fēng)味具有較大差異；二甲基四硫，一般被認(rèn)為是豬肉的揮發(fā)性成分[13]，在發(fā)酵型臭豆腐及韭菜類食品中較常見[14]，而在香菇風(fēng)味的文獻(xiàn)中很少被報(bào)道，黃雯認(rèn)為在香菇干燥的過程中才會(huì)產(chǎn)生二甲基四硫，而在新鮮香菇中并未檢測到[15]，本研究的9種香菇樣品均檢測到了二甲基四硫，其中含量最高的為1號樣品（2.74%），含量最低的為7號樣品（0.05%），這可能和培養(yǎng)基的組成有關(guān)；1-辛烯-3-醇，俗稱蘑菇醇，帶有強(qiáng)烈、別致的清香，有米糠油臭樣氣息，甜的藥草樣味道，所以在飲料、糖果、冰制食品、烘烤食品、調(diào)味品及煙用香精中均有使用[16]，本研究中含量最高的為7號樣品（34.00%），含量最低的為1號樣品（1.11%）；3-辛酮也是香菇中常見的一種物質(zhì)，其具有香甜的水果、奶酪風(fēng)味[17]，含量最高的為1號樣品（35.07%），含量最低的為4號樣品（8.91%）；在前人對香菇風(fēng)味的研究中，2，2-二氧化物-2，4，5-三硫代己烷未見報(bào)道，本研究中含量最高的為4號樣品（9.19%），含量最低的為9號樣品（0.14%），此物質(zhì)的產(chǎn)生可能也和培養(yǎng)基的組成成分有關(guān)。

2.2 不同培養(yǎng)基香菇揮發(fā)性風(fēng)味成分的主成分分析

主成分的貢獻(xiàn)率見表4。

主成分分析是數(shù)學(xué)上對數(shù)據(jù)降維的一種方法，其基本思想是設(shè)法用一組較少的互不相關(guān)的綜合指標(biāo)來代替原來眾多的且具有一定相關(guān)性的指標(biāo)，其目的是簡化數(shù)據(jù)和揭示變量間的關(guān)系。目前主成分分析作為一種多元分析技術(shù)已廣泛應(yīng)用于不同物質(zhì)香氣成分的綜合分析中[18]。常用的主成分分析的軟件有賽仕軟件系統(tǒng)（statistical analysis system，SAS）[19]、統(tǒng)計(jì)產(chǎn)品與服務(wù)解決方案（statistical product and service solutions，SPSS）[20]、Winmuster[21]、軟獨(dú)立模式分類（soft independent modeling of class analogy，SIMCA）[22]等。

表4 主成分的貢獻(xiàn)率Table 4 Contribution and cumulative contribution of principal components

香菇中含有的揮發(fā)性成分多，為了區(qū)分9種香菇之間揮發(fā)性成分的差異，了解哪種成分起到了主要作用，利用主成分分析是首選方法。篩選2個(gè)以上香菇樣品都含有的48種風(fēng)味成分，利用SIMCA14.1軟件對其進(jìn)行主成分分析，得到第一主成分的貢獻(xiàn)率達(dá)到44.3%，第二主成分的貢獻(xiàn)率為27.8%，前4個(gè)主成分的累積貢獻(xiàn)率達(dá)到了85%以上（表4）。前2個(gè)主成分的累積貢獻(xiàn)率達(dá)到了72.1%，能較好解釋樣本的總體情況，對前兩個(gè)主成分作二維散點(diǎn)圖，結(jié)果如圖1和圖2。

圖1 PCA得分圖Fig.1 PCA score chart

圖2 主成分載荷矩陣圖Fig.2 PCA loading plot

圖1可以看出，1號樣品距離其它樣品距離比較遠(yuǎn)，意味著1號樣品（柞木作為培養(yǎng)基）和其它樣品（果木培養(yǎng)基）的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)相差較大。在得分圖中，兩個(gè)點(diǎn)靠得越近，說明兩個(gè)樣品的揮發(fā)性成分的組成越相同。本研究中，樣品1和樣品3雖然均在第一象限，但兩者距離較遠(yuǎn)；樣品4和樣品6均在第二象限，相距也較遠(yuǎn)；樣品7和樣品8都在第四象限，也存在一定距離。如果兩個(gè)樣品在對角線的位置，說明兩個(gè)樣品中相同的揮發(fā)性成分的含量差異很大。本研究中，樣品2和樣品5處于對角線位置，說明在樣品2中含量高的揮發(fā)性成分，在樣品5中含量低；樣品4、樣品6和樣品7、樣品8分別位于對角線位置，樣品2和樣品3處于近似對角線位置，說明這些樣品兩兩之間的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)差異較大。

圖2可以看出，橫坐標(biāo)代表的是第一主成分，距離橫坐標(biāo)遠(yuǎn)的點(diǎn)，在第一主成分中起到主要的作用；縱坐標(biāo)代表的是第二主成分，距離縱坐標(biāo)遠(yuǎn)的點(diǎn)，在第二主成分中起到主要的作用。本研究中，對第一主成分貢獻(xiàn)最大的是3-辛醇，其次是3-甲基-1-丁醇、3-辛酮、2-甲基-1-丁醇、2-乙基己醇；對第二主成分貢獻(xiàn)最大的是二甲基四硫，其次是1,2,4-三硫戊烷、二甲基三硫、二甲基二硫。

結(jié)合圖1、圖2，其中樣品1和樣品3在第一主成分和第二主成分上呈正向分布，2-甲基-1-丁醇、3-辛酮、3-甲基丁醛、2-乙基己醇、2-苯基-1-丙醇、1-庚醛、β-苯乙醇、二甲基四硫等也在第一主成分和第二主成分上呈正向分布，由此可見，這些揮發(fā)性成分和樣品1、樣品3呈正相關(guān)；樣品4和樣品6分布在第二象限，表明其與第一主成分呈負(fù)相關(guān)，與第二主成分呈正相關(guān)，而2,4,5-三硫雜己烷、1,2,4,6-四硫環(huán)己烷、（甲硫基）乙酸、二甲基二硫、二甲基三硫、2,2-二氧化物-2,4,5-三硫代己烷、1,2,4,-三硫戊烷等也分布在第二象限，由此可見，這些是樣品4和樣品6中主要的揮發(fā)性成分；雖然第三象限不存在樣品，但是樣品4和樣品9位于坐標(biāo)軸上，說明此兩種樣品中含有的相鄰兩象限的揮發(fā)性成分含量接近；而樣品7和樣品8處于第四象限，與第一主成分呈正相關(guān)，與第二主成分呈負(fù)相關(guān)，3-甲基-2-庚烯-1-醇、苯乙烯、1,2,3,4,5,6-六硫雜環(huán)庚烷、2-苯基丙醛、己醛等位于第四象限，由此可見，樣品7和樣品8以這些成分為主。

3 結(jié)論

9種培養(yǎng)基生產(chǎn)的香菇揮發(fā)性成分的種類差異不大，分布在36種～43種之間，主要是烴類、醇類、酮類物質(zhì)。通過主成分分析法提取了4個(gè)主成分以代表9種培養(yǎng)基香菇的51種香氣成分，4個(gè)主成分累積貢獻(xiàn)率超過85%；前兩個(gè)主成分的累積貢獻(xiàn)率為72.1%，能較好解釋樣本整體信息，以前兩個(gè)主成分作二維散點(diǎn)圖得出，傳統(tǒng)柞木作為培養(yǎng)基栽培的香菇揮發(fā)性風(fēng)味和果木（蘋果木屑、梨木屑、桃木屑和棗木屑）栽培的香菇揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)差異相對較大；對第一主成分貢獻(xiàn)最大的是3-辛醇，其次是3-甲基-1-丁醇、3-辛酮、2-甲基-1-丁醇、2-乙基己醇；對第二主成分貢獻(xiàn)最大的是二甲基四硫，其次是1,2,4-三硫戊烷、二甲基三硫、二甲基二硫。