香菇香味成分分离及分析研究的进展(述评)

陈昭君 孙培龙 何荣军

(浙江工业大学生物与环境工程学院食品系,杭州 310014)

香菇 (Lentinus edodes(Berk)Sing),又名香蕈、香椹、香信、合蕈、台蕈,属担子菌纲、伞菌科。由于其特殊的风味和口感,备受人们喜爱[1]。根据出产方式的不同,可分为野生和人工栽培两大类。我国是香菇栽培的发源地,历史悠久,是栽培、自销及出口最多的国家;而野生香菇则主要分布于我国南方以及朝鲜、日本、菲律宾等地。

食品的香气不仅可以增加人们的食欲,而且可以刺激消化液的分泌,促进人体对营养成分的消化吸收。食用菌所具有的独特香味是决定其品质与大众接受度的一个重要因素。香菇作为世界上第二大食用菌,文献报道其香气成分有391种[2],每种香菇都有自己独特的香气,其组分和含量的不同,是与所生长的环境、气候,以及品种等诸多因素有关。香菇历来就是备受国人欢迎的食品,具有很高的营养和药用价值[3],但对其风味成分了解甚少。由于新鲜香菇的耐贮性很差,在20℃下,自然存放的保鲜期仅两天,所以香菇的商品形式主要为脱水干菇,仅很少一部分以鲜菇或罐头等形式销售。新鲜香菇香味轻微,只有经一定温度烘干后才具有其独特的特征芳香。本文主要介绍脱水香菇的香味研究进展,相信对后续香菇风味成分方面的研究有一定的借鉴作用。

1 香菇的主要香味成分

香菇的挥发性成分种类繁多,主要包括挥发性八碳化合物、含硫化合物,以及醛、酸、酮、酯类等。不同品种,不同生长部位及不同发育阶段的香菇其所含的香味成分各不相同。

含硫化合物是香菇风味的重要呈香物质,早在1966年,Katsura Morita和Shigeru Kobayashi[4]从干香菇中分离出对香菇特征风味起决定作用的物质,将其取名为香菇精 (Lenthionine),其化学式为C2H4S5,中文名称:1,2,3,5,6-五硫杂环庚烷,并对其结构和合成进行了深入研究[5]。它受热不稳定,易分解成二甲基二硫醚和二甲基三硫醚等化合物[7]。Chuchin Chen等人认为硫醚和环硫化合物是以香菇中所具有的前体化合物香菇酸 (Lentinic acid)为起始物,在γ-谷氨酞基转肽酶和S-烷基-L-半胱氨酸亚砜裂解酶的催化作用下,经二硫杂环丙烷中间体聚合而成的[7～9]。含硫杂环化合物还有1,2,4-三硫杂环戊烷、1,2,4,5-四硫杂环己烷等[10]。在鲜香菇中含有另一类的香味成分为八碳醇化合物,主体是1-辛烯-3醇 (C8H15OH),还有2-辛烯-1-醇、3-辛醇、1-辛醇等。1-辛烯-3-醇也大量存在于几乎所有品种的蘑菇中,含量在0.02～190 mg/kg之间,被誉为 “蘑菇醇”。它们均是由亚油酸经脂肪氧化酶催化转变而成,具有浓郁的蘑菇风味。然而,1-辛烯-3-醇的稳定性不强,易为各种干制方法所破坏[11]。其他的一些挥发性化合物,包括酸、酮、酯、烷、烯烃和醛类,在香菇中起着调和、协同或互补的作用。

表1 文献报道中检测到的香菇中主要挥发性物质

2 香菇香味物质提取方法

香气物质的提取方法和分析方法有多种,详见表2。

表2 香菇香味成分的分离分析方法

2.1 溶剂萃取

直接采用溶剂萃取是分离芳香物质的一个最简单有效的方法,所局限是不仅萃取出了芳香物质,而且将食品中含有的脂类物质一起萃取出来。溶剂萃取是应用最早的一种提取方法,Katsura Morita等发现香菇精,就是用二氯甲烷和正己烷连续萃取得到的[4],Renata Zawirska-Wojtasiak先用乙醚-戊烷 (V∶V=1∶1)萃取,再进行蒸馏减压萃取,提取香菇及其他菇类的挥发性物质,GC/MS检测得香菇中的1-辛烯-3-醇的含量为1.21%[12]。后期研究中也有很多研究者采用溶剂萃取及与其他萃取方法作比较[13,14]。

2.2 水蒸气蒸馏

水蒸气蒸馏是一种获取挥发性物质的最古老的方法。普通的水蒸气蒸馏是简单地将水蒸气通入原料液,加热收集馏出液,这种蒸馏物可通过溶剂萃取得到适合于气相色谱分析的物质。张维华等通过水蒸气蒸馏,气相色谱-质谱联用 (GC/MS)对香菇中的花菇和水菇的挥发性成分进行分析、比较,发现花菇(9608)和水菇 (9508)挥发油主体部分相同,但花菇含有的烷酸和烯酸的量远远大于水菇所含的量,且水菇的挥发性成分较复杂[15]。杨开等采用水蒸气蒸馏法提取香菇精,取得很好的效果,并在优化条件下对香菇进行蒸馏成分分析,检测出包括主要呈味物质的13种化合物[16]。

同时蒸馏萃取法 (SDE)是集水蒸气蒸馏与溶剂萃取于一体的一种改进的提取方法,有利于减少实验步骤,缩短分析时间,大幅度减少溶剂用量,并且能降低有机溶剂去除过程中致香成分的损失。这种方法对多数芳香化合物都有较高的收率,是目前我国内研究香菇风味物质成分使用最多的方法[17],此法可与溶剂萃取法联用[12]。Neil C.Da Costa等用Likens-Nickerson仪器萃取香菇中的香味成分,经GC/FID、GC/AED、GC/O、GC/MS分析,共检测到260种成分,其中含硫化合物67种,含氮化合物57种[2]。刘杨岷等应用同时蒸馏萃取提取出干香菇的挥发性风味成分,经旋蒸浓缩、GC/MS鉴定出91种组分,首次发现硫化物中的3,5-二甲基-1,2,4-三硫杂环戊烷[18]。郑建仙应用同时蒸馏法抽提并经GC/MS分析,从福建产干香菇伞部及柄部分别鉴定出64和42种风味化合物,并发现这两者在主要的呈味物质组成上差异并不大[10]。张书香等用同时蒸馏萃取、GC/MS分析了黑龙江产香菇的香味成分,鉴定出137种成分,并得出最佳萃取时间为6 h,萃取率可达0.51%[19]。李秦等采用同时蒸馏萃取法与GC/MS联用,对新鲜香菇子实体的芳香物质进行分析,从香菇中鉴定出33种挥发性香气成分,其中主要为蘑菇醇、正十六烷酸、二甲基三硫、3-辛醇、3-辛酮和亚油酸[20]。杨铭铎等采用同时蒸馏萃取装置提取香菇中挥发性成分、GC/MS分析鉴定,得出香菇的挥发性成分主要是一些含硫和八碳的化合物的结论[5]。Necla Caglarirmak采用同时蒸馏萃取从香菇中提取出挥发性物质,鉴定出9种物质,按峰面积归一法计算得棕榈酸的含量最高,占47.13%[21]。

2.3 顶空分析

顶空分析分为静态顶空分析法和动态顶空分析法 (顶空浓缩方法)两种。静态顶空分析法是直接在食品顶空采集平衡气体,其特点是简单、温和、易实现自动化,但灵敏度不够高;动态顶空分析法需用一些惰性气体吹扫样品,将挥发性物质带出,从而达到分离,其特点是利于那些在食品表面具有最高蒸汽压的成分的分离,但得到的是一个含水蒸馏物。Neil C.Da Costa等用动态顶空萃取,经GC/FID、GC/MS分析共检测到209种成分,其中含硫化合物18种,含氮化合物46种[2]。Renata Zawirska-Wojtasiak用顶空-固相微萃取对香味成分中的香气成分进行萃取[12]。Carlo Bicchi总结各种萃取方法在香菇上的应用,分别用顶空吸附萃取 (HSSE)和动态顶空萃取法进行萃取,得香菇中主要的物质为呋喃、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大学Pawliszyn研究小组首先提出的一种新型的、对环境友好的样品前处理方法,特别适合于芳香族化合物的定性和定量分析。它通过吸附/脱附技术,富集样品中的挥发和半挥发性成分,克服了传统提取技术样品用量大、耗时、处理效果差等缺点,具有操作简便、萃取速度快、不需溶剂、便于实现自动化,以及易于与色谱、电泳等高效分离检测手段联用的突出优点,适于分析香菇中的挥发性风味成分,此法常与顶空分析联用[12]。张书香等使用Carboxen/PDMS纤维固相微萃取、GC/MS分析了香菇的挥发性香味成分,确定了固相微萃取的优化条件为:萃取时间45min,萃取温度60℃,共检出43种挥发性成分[23]。温泉等采用固相微萃取、GC/MS分析鉴定香菇中的挥发性风味成分,采用蒸馏萃取的方式,取馏分为萃取对象,优化了萃取条件[24]。阎瑞香等采用固相微萃取 (SPME)与GC/MS联用的方法,对1-MCP和ClO2贮藏的香菇的香气成分进行了比较分析,鉴定并确定了香菇贮藏后期的香气组分[25]。

2.5 超临界流体萃取

超临界流体萃取技术具有溶解能力强、传质速度快、萃取效率高、纯天然、无污染、低温操作等特点,在农产品风味成分的萃取,动植物油的萃取分离,以及某些特定成分的提取、脱色、脱臭、脱苦等方面都有研究报道,已成为萃取分离的重要技术手段[26]。Cíntia Sorane Good Kitzberger等对巴西的干香菇进行超临界萃取,香菇精油的萃取率分别达1.01%(纯CO2)和3.81%(夹带剂:乙醇)[13],同时对萃取的工艺进行优化,得出了模型,通过质谱分析,得出所得精油的主要成分为棕榈酸、亚油酸及麦角甾醇[14]。

2.6 搅拌棒吸附萃取

搅拌棒吸附萃取 (Stir Bar Sorptive Extraction,SBSE)是Baltussen和Sandra等人于1999年提出的一种新型样品前处理技术,具有灵敏度高、重现性好、不使用有机溶剂等优点,已成功应用于环境、食品、生物等领域[27]。Neil C.Da Costa等用搅拌棒吸附萃取,经GC/FID、GC/MS分析共检测到156种成分,其中含硫化合物23种,含氮化合物42种[2]。

3 香菇香气物质的分析鉴定方法

3.1 气相色谱-质谱联用 (GC/MS)

风味物质研究的发展在很大程度上得益于气相色谱的发展。气相色谱具有很高的分辨率和灵敏度(mg/kg级),非常适合于风味研究。质谱的灵敏度高 (10～100 pg),且与气相色谱有良好兼容性,使得气-质联用分析非常有价值,而普遍使用。质谱仪可以测定未知物,或作为气相色谱的质量选择性检测器。本文第2部分提到的研究,绝大多数应用GC/MS分析鉴定分离所得的挥发性成分。

3.2 电子鼻检测技术 (electronic nose)

电子鼻检测技术是在20世纪90年代发展起来的一种分析、识别和检测复杂气体的新技术。电子鼻作为一种新型人工智能嗅觉装置,具有价格适中、操作简单、携带方便等优点,更为突出的是它灵敏度高、测量数据与人类的感官评价相关性好[28],因此,在食品风味分析领域越来越受到重视,具有广阔的发展前景。电子鼻检测技术在肉制品风味、调味品风味、茶叶风味及酒类风味分析中,都得到了很广泛的应用[29]。李琴等利用电子鼻技术对熬制的香菇菌汤进行测定,通过主成分分析 (PCA)和线性判别分析(LDA)两种分析方法的所得数据表明,PCA是分辨不同种类菌汤的有效分析方法,LDA是分辨不同菌汤风味的有效分析方法[30]。

3.3 气相色谱与其他检测器联用

气相色谱-嗅觉测定仪 (GC/O)是专门用于风味分析的技术。气相色谱系统将其柱流出物分为两部分,一部分流向嗅闻口,剩下的流向气相色谱检测器,或者先让所有的流出物流过鼻子再连接到检测器上再次进行色谱分析。后一种方法提供了尽可能多的样品量,提高了各个检测器的性能,但分析时间长,难于确定峰与气味物质之间的对应关系[17]。GC/O方法带有一定的主观性,不同的人可能得到不一致的结果。气相色谱-质谱-嗅觉测定仪联用 (GC/MS/O)是最理想的分析风味物质的方法,它不但可以确定各个峰与气味之间的关系,而且可以知道对应峰的质谱图,从而推出形成各种气味的物质结构。气相色谱与火焰离子化检测器和原子发射检测器的联用应用较少,Neil C.Da Costa等曾采用这些方法[2]。

4 展望

目前,研究食用菌香气物质的手段已经比较成熟,不过对于香菇风味成分的研究还不是很深入,尚不清楚不同产地、不同种类的香菇香气成分的异同。还有很多方法,如嗅觉测定仪及其与其他提取及分析方法的联用,在肉制品与酒类的研究中已有应用[31,32],可还没有应用于香菇风味的研究中。后续工作者可以采用一些新的分析方法,对香菇香味成分进行分析及分离鉴定,以便于促进香菇产业及食用菌产业的发展。

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