60Co-γ辐照对美味牛肝菌挥发性成分的影响

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(1.四川省原子能研究院,四川成都 610101; 2.辐照保藏四川省重点实验室,四川成都 610101; 3.成都中科能源环保有限公司,四川成都 610041)

美味牛肝菌(Boletusedulis),又名白牛肝菌,属担子菌亚门(Basidiomycotina)、层菌纲(Hymenomycetes)、伞菌目(Agarieases)、牛肝菌科(Boletaceae)[1]。美味牛肝菌滋味鲜美,营养丰富,还具有较高的药用价值,是一种世界著名的大型食用菌,在我国分布广泛[2-4],目前已知种类有390多种,其中199种为可食用的种类[5]。

由于美味牛肝菌的新鲜子实体含水量高、生理代谢活跃,导致其货架期极短,即便4 ℃条件下,也仅能保存7 d左右[6]。脱水干制是食用菌子实体常用的保藏方法之一,但子实体中所携带的各类微生物仍会严重影响其干品的货架期[7]。辐照保藏技术主要是指利用γ-射线、X射线或高能电子束对食品、农产品或其原材料进行处理,以实现消毒、灭菌、杀虫、防霉以及抑制农产品后熟等目的,在保证产品品质的基础上,可有效延长食品及农产品的货架期[8-9],已广泛应用于各类食用菌的保鲜及保藏中[10-11]。该技术具有无污染、无放射性残留、不破坏营养成分、加工效率高及能耗低等优点,其安全性得到如世界卫生组织(WHO)、国际原子能机构(IAEA)、联合国粮农组织(FAO)以及美国食品和药品管理局(US-FDA)等权威机构的确认,是一种具有较大应用前景的物理保藏方法[12-14]。Lescano等[15]对双孢菇进行3 kGy的γ-辐照后,在约10 ℃,94%左右的相对湿度条件下贮藏11 d,风味无显著差异;Jiang等[16]利用1.0、1.5 kGy的γ-辐照处理香菇并结合气调包装,可将其货架期延长至20 d。但关于辐照处理美味牛肝菌的研究报道较少。另一方面,食用菌风味是影响食用菌品质及接受度的重要特征之一,而其中的挥发性成分则是影响食用菌风味的关键[17],目前关于辐照对美味牛肝菌挥发性成分影响的研究也还不多。

本试验采用顶空固相微萃取结合气相色谱-质谱联用技术(Headspace solid-phase micro-extraction gas chromatography mass spectrometry,HS-SPME-GC-MS)分析不同剂量辐照处理对美味牛肝菌干品挥发性成分的作用,为辐照技术在美味牛肝菌保藏中的应用提供有效的理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

美味牛肝菌干品 购自当地大型超市,将样品粉碎后过40目筛备用。

HP6890-5973型气相色谱-质谱联用仪 美国Agilent公司;Supelco固相微萃取装置,75 μm Car/PDMS(碳分子筛/聚二甲基硅氧烷)萃取头 美国Supelco公司;MS104S型分析天平 瑞士Mettler Toledo公司(精度0.1 mg);JYL-C025型小型粉碎机 九阳股份有限公司;200万居里全自动60Co-γ辐照装置 四川省原子能研究院辐照工程中心。

1.2 实验方法

1.2.1 辐照处理 将牛肝菌干粉用铝箔复合袋装好后,送至四川省原子能研究院辐照工程中心,使用全自动60Co-γ辐照装置进行辐照处理,设置高(3.30 kGy)、低(1.30 kGy)两个剂量处理组,温度为25 ℃,辐照处理时间约95 min,辐照源剂量率为35 Gy/min,以重铬酸银剂量计,测定样品的吸收剂量并确定其最终的辐照处理剂量为3.38、1.29 kGy,未经辐照处理的样品设为对照(CK)。

1.2.2 固相微萃取 准确称取5.0000 g美味牛肝菌干粉装入15 mL采样瓶中,将采样瓶置于45 ℃水浴锅中平衡温度,插入萃取头顶空吸附30 min,萃取后立刻插入GC进样口,于250 ℃脱附5 min后进行分析检测[18-19]。

1.2.3 GC-MS分析条件 色谱柱为HP-INNOVWAX弹性石英毛细管柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm);升温程序:色谱柱初始温度60 ℃,保持5 min,以5 ℃/min升温至200 ℃,保持3 min;以10 ℃/min升温至260 ℃,保持10 min;进样口温度250 ℃,载气为高纯He(99.999%),流速1.0 mL/min,分流比2∶1。质谱条件:离子化方式为电子轰击电离(EI),电子能量70 eV,离子源温度250 ℃,四级杆温度150 ℃,质谱接口温度260 ℃,扫描范围为m/z 50～550。

1.3 数据处理

挥发性成分经质谱扫描后,得到总离子流量图谱,对质谱图进行图谱库检索(WILEY+NIST),匹配度大于80%作为判定依据。按峰面积归一化法求得样品中各挥发性成分的相对含量。实验结果均为3次测定的平均值,利用PASW Statistics 18软件对结果进行ANOVA分析,显著性水平设置为p<0.05。

2 结果与分析

2.1 不同辐照处理后美味牛肝菌挥发性成分GC-MS总离子流图分析

美味牛肝菌干粉经过不同辐照剂量处理后,其挥发性成分的总离子色谱图如图1所示。

图1 不同剂量辐照处理的美味牛肝菌干品挥发性成分GC-MS总离子色谱图Fig.1 GC-MS total ion current chromatogram of volatile components in dried B. edulis treated by 60Co-γ irradiation at different doses注:A：CK;B:1.29 kGy;C:3.38 kGy。

从图1A～图1C可见,GC-MS图谱基线稳定且噪声低,可有效分离美味牛肝菌中各类挥发性成分,鉴定出的挥发性成分出峰时间主要集中在6～40 min之间。美味牛肝菌经不同剂量辐照处理后,挥发性成分的响应值发生不同程度的改变,表明不同剂量的辐照处理对牛肝菌中各挥发性成分产生了不同的作用。

2.2 美味牛肝菌挥发性成分的SPME-GC-MS鉴定

利用工作站对数据进行处理,并采用面积归一化法计算各组分相对含量,按各峰的质谱图进行质谱数据谱库检索,共鉴定出43种挥发性成分,其组成和相对含量如表1所示。

表1 辐照处理对美味牛肝菌挥发性成分作用的GC-MS分析结果Table 1 Effects of irradiation treatment with different doses on volatile components of B.edulis

分析表1结果(CK)可知,美味牛肝菌挥发性成分构成复杂,主要由吡嗪类、烃类、醛类、酮类、酸类、酚类、酯类、杂环及呋喃类等共43种化合物组成,分别是7种吡嗪类,4种烃类,1种醛类,1种酮类,5种酚类,2种酯类,8种酸类,11种杂环类,另外还有4种未知化合物。由表2可得，这些化合物中,相对含量最高的是酸类,为28.43%,然后依次为吡嗪类18.11%,烃类17.41%,杂环及呋喃类17.25%,醛类5.89%,酚类3.41%和酯类1.88%。其中相对含量大于3%的挥发性成分有2-癸烯(6.73%),2,5-二甲基吡嗪(6.69%),2,6-二甲基吡嗪(6.54%),十四烷(5.34%),乙酸(4.81%),苯甲醛(5.89%),十六烷(3.87%),2-甲醛-噻吩(3.6%),2-乙酮基-吡咯(6.23%),棕榈酸(10.54%),油酸(4.22%),亚油酸(4.41%),这些化合物应是美味牛肝菌中主要的挥发性成分。

表2 美味牛肝菌中主要挥发性成分类别及其总相对含量Table 2 Classifications and their total relative contents of the main volatile components of B.edulis

食用菌的风味与其挥发性成分的气味阈值、构成及含量密切相关[20-21]。分析表1结果并查阅文献可知,美味牛肝菌中含大量风味物质。吡嗪类是美味牛肝菌中种类较多,含量较高的挥发性成分,相对含量达18.11%。这些化合物是多种食品重要的香味成分,阈值较低,通常由食用菌中糖和氨基酸发生美拉德反应而生成[22],具有愉悦的坚果、烘烤、焦糖、清香、泥土香等香味[21,23-24],如2,6-二甲基吡嗪(相对含量6.54%)具有烤坚果香;2,5-二甲基吡嗪(相对含量6.69%)具有坚果、土豆、脂肪香;三甲基吡嗪(相对含量0.3%)具有烘烤、坚果类香味,吡嗪化合物对美味牛肝菌特征风味的形成具有重要贡献。

含氮含硫及杂环化合物(相对含量17.25%)是美味牛肝菌中含量较高的一大类化合物,对其风味的产生也有重要作用。2-戊基呋喃(相对含量0.65%)可能是亚油酸氧化的产物,具有豆香、果香、泥土、青香味,且气味阈值很低(4×10-9g/mL);呋喃酮类(相对含量2.32%)具有苹果、草莓等水果风味[25];吡咯类化合物是广泛存在于食品中的含氮杂环类化合物,通常具有甜味、玉米香味、焦糖味、烤香味等令人愉悦的风味[26],GC-MS结果表明,美味牛肝菌中三种吡咯类化合物的相对含量为6.73%,是其特征风味的重要组成部分。

醛类化合物主要由脂质氧化或Strecker反应降解产生,香味阈值普遍较低[17]。苯甲醛(相对含量5.89%)一般由苯丙氨酸降解生成,具有愉快的杏仁香、花香[27];酮类化合物也具有独特的香味,且香味阈值较低[28]。2-十一酮(相对含量1.37%)具有蜡香、脂肪香并伴有水果奶油味,对美味牛肝菌特殊风味的产生有一定贡献[29];酯类物质一般是由脂肪氧化产生的醇和游离的脂肪酸作用形成,如棕榈酸乙酯(相对含量1.73%)呈微弱蜡香、果香和奶油香气,可用于香精香料生成中[30];环丁内酯,又称γ-丁内酯(相对含量0.15%),具有轻微的甜奶油味,是国标GB 2760允许添加的香精[31]。酯类成分的特殊风味对美味牛肝菌香味也有一定的贡献。

美味牛肝菌中酸类成分相对含量为28.43%,是GC-MS鉴定的挥发性成分中含量最高的一类化合物,通常具有酸味、奶酪味等风味,但其气味阈值较高,一般起到调节美味牛肝菌风味的作用[17,29];酚类化合物(相对含量3.41%)通常用于制作香精,具有一定的香味,如2,6-二甲氧基苯酚(相对含量2.26%),具有甜香、木香味;2-甲氧基-4-甲基苯酚(相对含量0.2%),具有辛香、丁香、香荚兰气味,均是国标GB 2760中规定可以使用的香精。另一方面,本研究检测到美味牛肝菌中烷烃的相对含量也比较高,达到17.41%,但通常情况下,饱和烷烃的香味阈值都比较高,对美味牛肝菌风味产生的贡献较小[21]。

有研究表明,八碳及以下的挥发性化合物是决定食用菌风味的关键成分[19,32]。根据GC-MS分析结果,美味牛肝菌中共鉴定出23种含八碳及以下的挥发性化合物,其总体相对含量达到48.16%。因此,干制美味牛肝菌中小分子挥发性成分是其风味产生重要组分。另外,美味牛肝菌在干制时,子实体中氨基酸及多肽类化合物产生热解反应,糖类和氨基酸产生相互作用,影响干制品的风味的呈现,如1-辛烯-3-醇,1-辛烯-4-醇等是大型食用菌重要的风味化合物,但在本研究中这些物质均未检出,这可能是由于它们稳定性低,在美味牛肝菌的干制过程中这类物质发生降解所致[21]。

2.3 辐照处理对美味牛肝菌挥发性风味成分的影响

对美味牛肝菌进行辐照处理时,一方面,射线的能量可导致微生物的重要成分,如DNA、蛋白质等大分子中化学键的断裂,还可引起DNA-蛋白质交联及DNA碱基的改变,达到消毒、灭菌等效果[33];另一方面,辐照处理还可能对美味牛肝菌中挥发性成分产生影响[13]。如表1和表2所示,不同剂量的60Co-γ辐照处理对美味牛肝菌中挥发性成分产生了不同的影响。经两种剂量(1.29和3.38 kGy)的辐照处理后,吡嗪类化合物的相对含量有明显降低(p<0.05),分别从对照组的18.11%降低到15.51%和14.98%,降低了14.36%和17.28%;辐照处理能显著降低美味牛肝菌中杂环类化合物的相对含量(p<0.05),辐照后从对照组的17.25%降低到14.75%和14.27%,降低了14.49%和17.27%,但实验中两种剂量处理后杂环类化合物的相对含量变化不显著(p>0.05);醛类及酮类化合物的相对含量也有显著降低(p<0.05),苯甲醛从对照组的5.89%降低到3.78%和4.77%,降低了35.82%和19.02%;2-十一酮从对照组的1.37%降低到0.98%和0.98%,降低了28.47%和28.47%,不同辐照剂量处理对2-十一酮含量影响不显著(p>0.05)。进一步分析表明,八碳及以下挥发性化合物的总相对含量在辐照前后也出现明显变化(p<0.05),从对照组的48.16%降低到42.73%和42.50%,降低了11.27%和11.75%,而实验所用两种辐照剂量处理后八碳及以下挥发性化合物的总相对含量变化也不显著(p>0.05)。此外,烃类相对含量则从对照组的17.41%降低到9.31%和8.87%,降低了46.52%和49.05%(p<0.05)。γ-辐照处理能显著降低美味牛肝菌中主要挥发性风味成分的相对含量,可能是由于电离辐射的次生效应生成了水合电子、OH和H等自由基,这些自由基对这几类挥发性成分有较强的氧化降解作用,从而导致上述挥发性成分相对含量的降低[10,34]。以上结果表明,对美味牛肝菌干品进行辐照处理时,应采取适当的措施,如包装方式、温度、抗氧化剂等,降低射线对美味牛肝菌中风味物质的影响,保证产品的品质。

辐照处理后,美味牛肝菌中酚类成分的相对含量呈先上升后下降的趋势,变化显著(p<0.05),1.29 kGy辐照后的酚类成分相对含量最高,达7.26%,相对于对照样品提高了112.90%,可能是低剂量处理促进了美味牛肝菌中酚类物质的生成,这与前人的研究结果类似[16,35-36]。

辐照处理后美味牛肝菌中8种酸类成分的总相对含量显著增加(p<0.05),从对照组的28.43%上升至31.04%(1.29 kGy)和41.38%(3.38 kGy),提高了9.18%和45.55%,由于烃类化合物主要来源于脂肪酸烷氧自由基的均裂,而羧酸类成分一般通过发酵或脂质代谢产生[37],本实验采用的辐照处理剂量可能对酸类成分的产生有促进作用而对烃类成分有降解效应,但此两种辐射剂量并不足以氧化酸类成分,因而提高了辐照后美味牛肝菌中8种酸类成分的总相对含量，但烃类化合物含量出现降低,此现象与Aprea等[38]的研究结果相符。

3 结论

通过HS-SPME-GC-MS分析不同剂量辐照处理对美味牛肝菌干品挥发性成分的影响,结果表明,美味牛肝菌挥发性成分主要由酸类、吡嗪类、烃类、醛类、酮类、酚类、酯类、杂环及呋喃类等化合物组成,八碳及以下化合物有23种,其总相对含量达48.16%,小分子化合物是美味牛肝菌主要挥发性成分。辐照对美味牛肝菌中的吡嗪类、醛类、酮类、杂环及呋喃类等主要挥发性成分以及八碳及以下的化合物有降解作用,并随辐照剂量的升高,大部分风味相关的挥发性成分的降解程度有升高趋势,表明辐照处理对美味牛肝菌风味有一定的影响,在辐照处理时,应采取适当措施来降低辐照对美味牛肝菌风味的影响。本研究结果可为辐照技术在美味牛肝菌保藏中的应用提供了试验数据。