HS-SPME-GC-MS結合電子鼻分析烘烤對大球蓋菇揮發(fā)性風味物質的影響

包陳力根，關淳博，辛明航，滕 旭，劉婷婷,*，王大為,*

（1.吉林農業(yè)大學食品科學與工程學院，吉林 長春 130118；2.農業(yè)農村部食用菌加工技術集成科研基地，吉林 長春 130118；3.吉林省糧食精深加工與高效利用工程研究中心，吉林 長春 130118；4.吉林省糧食精深加工與副產物高效利用技術創(chuàng)新重點實驗室，吉林 長春 130118）

大球蓋菇（）系球蓋菇科球蓋菇屬的一種珍稀食用菌，又被稱為赤松茸、皺球蓋菇、酒紅球蓋菇，是國際市場上十大蘑菇之一，富含蛋白質、多糖、礦物質及維生素等，是優(yōu)質的營養(yǎng)保健食材，素有“山林珍品”、“素中之葷”的美譽，并具有抗氧化、抗病毒、抗腫瘤、降血糖等多種生物活性，深受消費者的青睞。

揮發(fā)性風味物質是構成食品風味的重要因素，通常人們對食品的選擇和愛好主要取決于其揮發(fā)性風味。而風味的產生離不開風味前體物質，風味前體物質在加熱條件下可發(fā)生熱降解反應、美拉德反應、油脂氧化反應等使食品中脂肪、糖類及蛋白質發(fā)生變化的反應，從而形成不同的風味物質，對產品的風味品質產生影響。烘烤是食品加工中形成風味的主要途徑，Adelina等發(fā)現松子在烘烤前后揮發(fā)性化合物含量有明顯變化；Shi Yi等采用電子鼻和頂空固相微萃取-氣相色譜-質譜（head space-solid phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry，HS-SPME-GC-MS）研究糙米在烘烤過程中香氣成分變化，發(fā)現烘烤過程中雜環(huán)化合物含量增加，呋喃和吡嗪類物質對香氣品質作出巨大貢獻；Hwang等研究烘烤溫度對香菇揮發(fā)性風味的影響，表明160 ℃烘烤60 min的香菇揮發(fā)性化合物最多；烘烤還可改善產品的顏色、質地及延長保質期。目前對大球蓋菇的栽培方式、提取物及功能因子進行較多研究，但對其風味研究甚少，Hu Si等研究不同干燥方式對大球蓋菇非揮發(fā)性風味的影響，并說明真空冷凍干燥能更好地保存大球蓋菇中的非揮發(fā)性化合物，熱風干燥樣品的等效鮮味濃度值最高。

目前，絕大多數大球蓋菇以干品形式供給市場，其風味寡淡，如能對其進行提升風味的處理，能大幅度提高大球蓋菇的應用范圍及消費量，有效拉動大球蓋菇產業(yè)的發(fā)展。近年來，也已經有較多關于食用菌揮發(fā)性風味的研究，Li Qin等對雙胞蘑菇鮮品進行3 種不同烹調方式（煮沸、高壓蒸氣和微波加熱）的加工，發(fā)現煮沸蘑菇湯中揮發(fā)性化合物的種類比其他2 種方式高，不同食用菌其揮發(fā)性風味各有不同，烘烤對大球蓋菇揮發(fā)性風味物質影響的研究，國內外鮮見相關報道。本研究采用HS-SPME-GC-MS技術、電子鼻及感官評定研究烘烤溫度對大球蓋菇揮發(fā)性風味物質的影響，并對其揮發(fā)性組分進行分析，闡明豐富和改善大球蓋菇揮發(fā)性風味的烘烤條件，為大球蓋菇精深加工及綜合利用提供一定理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

大球蓋菇干品（含水量6%）由吉林省梅河口市鑫鑫蔬菜種植專業(yè)合作社提供，將除雜后的大球蓋菇干品用于樣品的制備。

1.2 儀器與設備

H-1000B高速多功能粉碎機 上海冰都電器有限公司；TSQ9000 GC-MS聯(lián)用儀 賽默飛世爾科技有限公司；PEN3型電子鼻 德國Airsense公司；HP-INNOWax毛細管柱、50/30 μm二乙烯基苯/碳分子篩/聚二甲基硅氧烷（divinylbenzene/carboxen/polydimethylsiloxane，DVB/CAR/PDMS）萃取頭 美國Supelco公司；XYF-1E遠紅外線食品烤爐 廣州電熱設備廠。

1.3 方法

1.3.1 樣品的制備

挑選無霉變、無病蟲害的大球蓋菇干品，切割成形狀小于0.5 cm，再將大球蓋菇塊兒粉碎至粒度為0.125 mm的粉末，分別取6 份大球蓋菇粉末（每份100 g）進行處理，其中一份樣品作為對照，不進行烘烤，其余5 份粉末平鋪于烤盤中，分別在不同溫度下（100、120、140、160、180 ℃）烘烤5 min即為樣品，烘烤溫度和時間為預實驗基礎上選擇。

1.3.2 HS-SPME條件

參照文獻[12]的方法，準確稱取1.0 g樣品，置于8 mL頂空瓶中，用帶有聚四氯乙烯隔墊的蓋子密封，置于60 ℃條件下平衡30 min，將已老化好的50 μm DVB/CAR/PDMS復合萃取頭插入頂空瓶中吸附40 min，后取出復合萃取頭插入到GC進樣口中，推出復合萃取頭中的纖維頭，在250 ℃條件下解吸5 min。

1.3.3 GC-MS條件

GC條件：HP-INNOWax強極性柱（30 mh0.25 mm，0.25 mm）；升溫程序：起始溫度40 ℃，保持5 min；以5 ℃/min速率升溫至150 ℃，保持1 min；以8 ℃/min速率升溫至220 ℃，保持2 min；以10 ℃/min速率升溫至230 ℃，保持2 min；進樣口溫度250 ℃，氦氣流速1.0 mL/min，分流比為5∶1。

MS條件：電子電離源；電離能量70 eV；傳輸線溫度230 ℃；離子源溫度240 ℃；溶劑延遲2.0 s；全掃描模式；質量掃描范圍/33～550。

根據得到的揮發(fā)性風味物質總離子流圖，利用GC-MS自帶的標準譜庫（NIST）對揮發(fā)性風味物質進行檢索定性分析，保留正反匹配度大于800的結果，同時根據保留指數（retention index，RI）及文獻報道的RI對揮發(fā)性風味物質進行再次鑒定。

1.3.4 電子鼻傳感器檢測

電子鼻是由多個性能彼此重疊的氣敏傳感器和適當的模式分類方法組成具有識別單一和復雜氣體能力的裝置，PEN3型電子鼻由10 個加熱型金屬氧化物傳感器陣列、氣體流量控制系統(tǒng)及分析控制軟件組成，金屬氧化物半導體對揮發(fā)性化合物具有不同的選擇性和敏感性，具有一定的特異性，電子鼻10 根傳感器描述如表1所示。稱取0.1 g的樣品置于進樣瓶中，并用帶有PTFE氣密性隔墊的蓋子蓋上，靜置30 min，用電子鼻探頭吸取進樣瓶頂端氣體并分析測定其揮發(fā)性風味物質，電子鼻設置的參數為測試時間60 s、清洗時間90 s、內部流量300 mL/min、進樣流量300 mL/min，每組進行3 次平行實驗。

表1 電子鼻傳感器性能描述Table 1 Performance description of electronic nose sensors

1.3.5 關鍵風味化合物評定

采用相對氣味活度值（relative odor activity value，ROAV）法，參考文獻[14]算法，定義對大球蓋菇揮發(fā)性風味成分貢獻最大的ROAV為100，其他揮發(fā)性風味組分按下式計算：

式中：和分別為該揮發(fā)性風味物質的相對含量/%和閾值/（mg/kg）；和分別為對整體風味貢獻最大的揮發(fā)性風味物質的相對含量/%和閾值/（mg/kg）。

1.3.6 感官評定

感官評定小組由7 名經過專業(yè)訓練的成員組成，通過重復討論最終確定烘烤大球蓋菇揮發(fā)性風味的特征術語。感官評定采用5 分制，0 分表示無香氣強度，3 分表示中等香氣強度，5 分表示較強香氣強度，每個樣品品評3 次，取平均值即為香氣強度值。

1.4 數據統(tǒng)計分析

揮發(fā)性風味物質的定量采用峰面積歸一化法，使用Tbtools軟件對揮發(fā)性風味物質的百分比數據進行熱圖分析，采用Origin 2021軟件對電子鼻數據進行主成分分析（principal component analysis，PCA）和雷達圖分析。

2 結果與分析

2.1 揮發(fā)性風味物質分析

由圖1、表2可知，不同溫度烘烤的大球蓋菇中共鑒定出87 種揮發(fā)性風味物質，其主要為醛類13 種、酯類17 種、醇類18 種、烷烴類4 種、酮類9 種、酸類8 種、吡嗪類4 種及其他類14 種，大球蓋菇在烘烤過程中揮發(fā)性風味物質的組成與含量存在顯著差異。未烘烤樣品中，酸、醇類物質的含量占總揮發(fā)性風味物質含量的71.89%，其中酸類物質含量物質最高，占總揮發(fā)組分的36.72%，其次是醇類，占35.17%；6 個樣品中酸類物質相對含量均最高，分別達到36.72%、37.28%、38.81%、35.41%、28.13%、27.39%。隨著烘烤程度增加，醇類含量顯著減少，醛類、烷烴類、吡嗪類物質含量有所增加，酸類物質呈現先增加后減少的趨勢，酯類、酮類及其他類物質含量沒有顯著差異。

圖1 不同烘烤溫度大球蓋菇揮發(fā)性風味物質種類數量（A）及相對含量（B）Fig.1 Number (A) and relative content (B) of volatile flavor components in S.rugoso-annulata roasted at different temperatures

表2 不同烘烤溫度大球蓋菇揮發(fā)性風味物質組成及相對含量Table 2 Composition and relative content of volatile flavor components in S.rugoso-annulata roasted at different temperatures

續(xù)表2

續(xù)表2

醛類物質是食用菌中含量豐富、味覺閾值也相對較低的揮發(fā)性風味物質，賦予食品特殊風味。未烘烤樣品中醛類物質相對含量為9.94%，隨著烘烤溫度升高，醛類物質含量有所增加，100、120、140、160、180 ℃樣品中醛類物質相對含量分別為10.11%、11.19%、13.21%、26.42%、26.79%。其中相對含量較多的醛類物質為異戊醛和正己醛，異戊醛具有麥芽香、水果香氣，正己醛賦予食品青香的味道，此外，苯甲醛在所有樣品中均有檢出，具有特殊的櫻桃與杏仁香氣；2-甲基丁醛只存在于烘烤后的樣品中，其相對含量為0.88%～6.88%，推測這可能是亮氨酸在高溫下的Strecker反應產生，增加了堅果、麥芽和獨特的可可香氣。

酯類化合物可通過酯化反應得到，即有機酸和醇類反應，生成酯類化合物同時生成一分子水，其中無環(huán)狀的羥基羧酸經分子內酯化可形成內酯，所有樣品中酯類物質共17 種，140 ℃烘烤生成酯類物質最多13 種，可能是因為酯化反應的產生，丙位戊內酯和4-羥基丁酸內酯含量相對較高，增加樣品椰子香氣。

醇類物質其前體物質主要是多不飽和脂肪酸，一般是脂質氧化而成的一類閾值較高的揮發(fā)性風味物質，當濃度足夠高時可對風味起重要貢獻作用。未烘烤樣品中醇類物質相對含量為35.17%，隨著溫度升高，醇類物質總含量呈遞減趨勢。其中，異戊醇、正戊醇、正己醇、1-辛烯-3-醇、苯甲醇、苯乙醇是主要揮發(fā)性物質，異戊醇具有青香的味道，正己醇提供花香、脂肪香，苯乙醇具有玫瑰香，1-辛烯-3-醇屬于C醇，也叫做蘑菇醇，有標志性的蘑菇氣味、泥土味和玫瑰氣味，是一種脂肪族不飽和醇；由酶促降解的亞油酸，產生堿性芳香化合物的“蘑菇壤香”氣味，在后續(xù)烘烤樣品中，含量明顯減少，這可能是因為C醇在熱處理過程中易降解或分解造成的。

酮類是一類重要的風味物質，短鏈酮類具有脂香和焦香香氣，長鏈酮類則呈現出花香氣息，隨著烘烤溫度升高，酮類物質相對含量增多，這可能是由不飽和脂肪酸的降解引起的，其中奇數碳原子的甲基酮具有堅果奶酪的味道。表中甲基壬基甲酮是共有的酮類物質，具有奶香味、水果味，在烘烤大球蓋菇過程中，起到風味增強的作用。

烷烴類物質閾值較高，對大球蓋菇揮發(fā)性風味貢獻不大，共檢出3 種烷烴類物質，120 ℃烘烤時生成十四烷，并隨著溫度升高，相對含量增多；吡嗪類物質共鑒定出4 種，2,6-二甲基吡嗪和2,3,5-三甲基吡嗪只存在于烘烤樣品中，并隨著溫度升高，相對含量增加，帶有令人愉悅的可可香氣和堅果香氣，推測是因為在烘烤過程中產生了美拉德反應；酸類物質閾值較高，其中異戊酸隨著烘烤溫度升高，相對含量降低，減少了酸臭味。

2.2 揮發(fā)性風味物質熱圖聚類分析

為進一步分析揮發(fā)性風味物質，對6 個樣品的揮發(fā)性風味物質繪制成熱圖，如圖2所示，可以直觀地看到6 個樣品的揮發(fā)性風味物質明顯有差異。藍色代表低含量，紅色代表高含量，熱圖中顏色越深代表該成分含量越高。從圖2可知，十二醛、苯乙醛、反,順-2,6-壬二烯醛、丁酸甲酯、異戊酸甲酯、戊酸甲酯、乙酸異戊酯、異丁醇與2,3-二甲基-1-丁醇只存在于未烘烤樣品中；6 個樣品中檢測到共有物質25 種，分別為異丁醛、異戊醛、戊醛、正己醛、苯甲醛、乙酸甲酯、丙位戊內酯、4-羥基丁酸內酯、丙位壬內酯、酞酸二甲酯、異戊醇、正戊醇、正己醇、蘑菇醇、苯甲醇、苯乙醇、甲基壬基甲酮、2(5)-呋喃酮、異戊酸、正戊酸、正己酸、甲苯、2-戊基呋喃、對甲苯胺和2-乙?；量缓婵具^程中生成40 種風味物質，烘烤使風味物質的豐富度增加，140 ℃烘烤時，揮發(fā)性風味物質種類最多達到63 種，主要呈麥芽香、果香、玫瑰香、堅果香和可可香，同時保留了大球蓋菇原有的蘑菇香氣；100 ℃和120 ℃烘烤樣品具有相似的揮發(fā)性風味物質，140、160 ℃和180 ℃烘烤樣品中揮發(fā)性風味標志物聚為一類。

圖2 不同烘烤溫度大球蓋菇揮發(fā)性風味物質聚類熱圖Fig.2 Cluster heat map of volatile flavor compounds of S.rugosoannulata roasted at different temperatures

2.3 電子鼻數據分析

使用配有10 種類型傳感器的電子鼻對樣品的揮發(fā)性風味物質特征進行分析，對結果進行PCA，總結屬性和樣本之間的整體關系。由圖3可知，PC1和PC2貢獻率分別為90.3%和7.7%，累計貢獻率為98%，說明PC1和PC2可以反映樣品中的絕大部分信息。圖中同一樣品的數據點聚集程度相對較好，表明同一樣品的重復性和穩(wěn)定性相對較高；并且烘烤前后樣品區(qū)域明顯分布不同；不同烘烤溫度的各個樣品之間分離顯著，由此說明6 個樣品的揮發(fā)性風味物質差異較大，電子鼻可以準確有效地區(qū)分。電子鼻雙標圖中W6S、W3S與未烘烤樣品相關聯(lián)，W1C、W3C和W5C與烘烤100、120、140 ℃相關聯(lián)，W5S、W1W、W2W、W2S和W1S與烘烤160、180 ℃相關聯(lián)。

圖3 不同烘烤溫度大球蓋菇電子鼻PCA圖（A）及雷達圖（B）Fig.3 Principal component analysis (A) and radar chart (B) of the electronic nose data for S.rugoso-annulata roasted at different temperatures

揮發(fā)性風味物質的微小變化都會導致電子鼻傳感器響應值的差異，如圖3B所示，W1S、W1W和W2W傳感器的響應值差異明顯，表明樣品經過烘烤含有較多的烴類物質、硫化物、有機硫化物和芳香化合物。W5S傳感器的響應值起初變化不大，180 ℃烘烤樣品響應值較高，表明該樣品中含有較多氮氧化物，相比之下W1C、W3C、W6S、W5C及W3S傳感器響應值較低，但信號強度仍然不同。電子鼻可以有效區(qū)分不同烘烤溫度大球蓋菇的揮發(fā)性風味，且與HS-SPME-GC-MS測定結果基本一致。

2.4 關鍵風味物質鑒定

通常，把人們能感受到某種香氣物質的最低濃度稱為該香氣物質的氣味閾值，通過已報道的氣味閾值分析各揮發(fā)性風味成分的ROAV見表3，異戊醛的閾值較低，相對含量較高，對大球蓋菇揮發(fā)性風味貢獻最大，定義異戊醛為大球蓋菇的關鍵風味物質，即ROAV=100。表中僅列出ROAV不小于0.1的34 種物質，ROAV不小于1的組分為樣品的關鍵風味化合物，ROAV越大，表明該物質對大球蓋菇揮發(fā)性總體風味成分貢獻越大；0.1≤ROAV＜1的組分對樣品風味具有重要的修飾作用，6 個樣品中各個物質的ROAV存在一定的差異。2-甲基丁醛、異戊醛、正己醛、反式-2-壬烯醛、乙酸己酯、蘑菇醇、甲基壬基甲酮、2,5-二甲基吡嗪、2,6-二甲基吡嗪、2-戊基呋喃及苯酚的ROAV不小于1，因此均可視為關鍵揮發(fā)性風味物質，其余23 種化合物對大球蓋菇揮發(fā)性總體風味成分具有重要的修飾作用。

表3 不同烘烤溫度大球蓋菇揮發(fā)性風味物質的ROAVTable 3 ROAV of volatile flavor compounds in S.rugoso-annulata roasted at different temperatures

2.5 感官評定分析

如圖4所示，烘烤大球蓋菇的揮發(fā)性風味屬性被描述為麥芽香、蘑菇香、青香、堅果可可香及奶香甜香，這與HS-SPME-GC-MS和關鍵風味物質鑒定的分析結果相吻合，可明顯看到不同樣品之間感官屬性方面存在一定差異。140 ℃烘烤的樣品在蘑菇香、青香、堅果可可香和奶香甜香方面的評定值均高于其余樣品；160 ℃烘烤樣品的麥芽香氣評定值比其他樣品高；未烘烤樣品在麥芽香、堅果可可香及奶香甜香的評定值均為最低，這與上述電子鼻和HS-SPME-GC-MS分析結果一致，再次說明了烘烤增加大球蓋菇香氣，提高揮發(fā)性風味物質的豐富度。

圖4 不同烘烤溫度大球蓋菇感官評定雷達圖Fig.4 Rader chart of sensory evaluation of S.rugoso-annulata roasted by different temperatures

3 結 論

采用HS-SPME-GC-MS共鑒定出87 種揮發(fā)性風味成分，包括醛類、酯類、醇類、烷烴類、酮類等其他物質，烘烤過程中，醛類、烷烴類、吡嗪類物質含量有所增加，醇類物質含量減少，140 ℃烘烤時生成物質種類最多，達到63 種，提高了風味的豐富度，增加了果香、麥芽香、玫瑰香、堅果香和可可香味，使該樣品總體風味有所改善；通過繪制聚類熱圖，可直觀看到各個樣品間揮發(fā)性風味物質的差異，利用電子鼻PCA和雷達圖分析，不同烘烤溫度處理的大球蓋菇揮發(fā)性風味物質和氣味輪廓得到了明顯區(qū)分；且電子鼻與HS-SPME-GC-MS的分析結果具有一定的相關性，并結合ROAV篩選出34 種關鍵風味物質，主要是醛類和醇類香氣，呈現麥芽香、果香和可可香等天然香氣；感官評定結果表明不同烘烤溫度處理的大球蓋菇揮發(fā)性風味存在差異，140 ℃烘烤的樣品香氣突出，與上述分析結果基本一致，研究結果可為大球蓋菇揮發(fā)性風味成分分析及大球蓋菇食品的開發(fā)利用提供理論依據。