基于HS-SPME-GC-MS法分析不同干燥条件对皱环球盖菇挥发性成分的影响

秦玉川，吴德平，王丽玲，方 茹，贺 亮，王衍彬,*，钱 华，刘本同

（1.浙江省林业科学研究院，浙江 杭州 310023；2.杭州市农业科学研究院，浙江 杭州 310024）

皱环球盖菇（Stropharia rugosoannulataFarl. ex Murrill），俗称大球盖菇，是球盖菇科、球盖菇属大型可食用真菌，在我国分布于甘肃、云南、吉林、四川等多个省份[1]。皱环球盖菇味道鲜、产量大，富含蛋白质、多糖、多酚等多种生物活性物质[2-3]，还具有缓解运动疲劳[4]、抗癌、降糖、抑菌[5]的作用，被联合国粮农组织作为重点菇种向发展中国家推荐[6-7]。我国自20世纪90年代开始对皱环盖菇进行大面积推广栽培，国内各地均有人工栽培，但由于其出菇期较为集中、水份含量高、收获后呼吸作用强、鲜品货架期短、深加工产业匮乏等原因，皱环盖菇的栽培产业逐渐萎缩，一度仅在江南局部地区存有少量栽培[8]。近年来，随着人们对鲜食口感的追求、食品冷链运输的发展与食用菌加工产业的进步，皱环球盖菇的栽培开始回暖，逐渐成为国内广泛栽培菇种。

干燥工序操作简单、成本低，是食品行业最古老、最有效的保鲜技术之一[9]。自然干燥、热风干燥、微波干燥、真空干燥和真空冷冻干燥是目前常用的食用菌脱水干燥方法[10]，但干燥也会导致食用菌营养和风味成分的改变[11]。Tian Yuting等[12]报道了干燥技术对香菇风味化合物的影响。Hu Su等[13]研究发现真空干燥能保持皱环球盖菇中较高含量的可溶性糖、有机酸、游离氨基酸和5’-核苷酸，但呈味氨基酸的损失较大，而热风干燥和自然干燥对呈味氨基酸的影响较小，其中热风干燥产品等效鲜味浓度值最高，但目前干燥处理对皱环球盖菇挥发性风味成分的影响鲜见报道。挥发性成分是食用菌风味的重要组成，也是影响产品品质与消费者偏好的重要因素，脂肪族C8成分是食用菌释放出的关键特征风味化合物之一[14]，脂氧合酶与亚油酸的酶促反应被认为是蘑菇中C8挥发物形成的原因，而干燥等热加工过程中会导致挥发性成分的加速释放[15]，影响最终产品的风味。因此对挥发性成分的研究可用于产品品质和不同干燥方式优劣的评价。

气相色谱结合各种风味提取技术，如同时蒸馏萃取、溶剂萃取、静态顶空、吹扫捕集、顶空固相微萃取（headspace-solid phase microextraction，HS-SPME）等，均已被用于不同食品中的挥发性化合物的分析[16-19]，其中HS-SPME-气相色谱-质谱（HS-SPME-gas chromatographymass spectrometry，HS-SPME-GC-MS）联用法是近三十年发展出来的食品风味成分鉴定技术，利用此方法进行食用菌的风味成分检测，无需通过萃取过程，可以对新鲜样品直接吸附检测，避免了时间、温度或提取溶剂等因素对风味成分造成影响，该技术已被广泛应用于食用菌挥发物的含量测定[20-22]。本实验采用HS-SPME-GC-MS法对皱环球盖菇新鲜样品和不同干燥条件制得的样品进行主要挥发性成分分析，获得其关键风味化合物组成与变化，以期为皱环球盖菇的干燥加工提供数据基础。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

皱环球盖菇样品，品种金球18号，采自浙江省杭州市山稻与皱环球盖菇复合栽培基地。

3-辛酮标样（98%纯度） 上海吉至生化科技有限公司；甲醇（色谱纯） 美国天地公司。

1.2 仪器与设备

固相微萃取装置（配65 μm PDMS/DVB萃取针）德国Merck公司；7890A/5975C GC-MS联用仪 美国Agilent公司；Mtw-120电子天平 美国美乐公司；DB-2D金属恒温浴 美国Techne公司；DHG-9030烘箱 上海一恒科学仪器有限公司；FBS-760A卤素快速水份测定仪深圳后王电子科技有限公司；FreeZone 2.5L冷冻干燥仪美国Labconco公司。

1.3 方法

1.3.1 样品干燥

新鲜样品：基地采摘后，装入洁净PE袋，放入泡沫箱，加冰袋冷藏，1 h内送至实验室进行制备吸附。

烘箱干燥样品：分别将采摘后的样品，清理干净，分别取10 支样品，放入30、50、70、90 ℃烘箱内干燥至含水率8%以下，备用。

冷冻干燥样品：分别将采摘后的样品，清理干净，取10 支放入-70 ℃低温冰箱预冻12 h，再放入冷冻干燥仪中，冷阱温度-60 ℃，压力15 Pa，干燥36 h，备用。

1.3.2 挥发性成分萃取条件

SPME萃取头于250 ℃老化3 min；将样品剪成均匀3 mm方形颗粒，称取4.0 g样品放于15 mL顶空瓶中，留出至少1/3的空间，将老化后的萃取头插入样品瓶上部，分别于40、60、80、100 ℃下吸附30 min。

1.3.3 挥发性成分分析条件

脱附时间2 min。GC条件：DB-5ms色谱柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；载气（He）流速1 mL/min；进样口温度250 ℃；升温程序：起始温度50 ℃，保持1 min，以5 ℃/min升温至260 ℃，保持3 min。

MS条件：接口温度280 ℃；离子源温度230 ℃；质量扫描范围m/z15～550；定性库NIST08。

1.3.4 挥发物含量测定

精确称取1.000 0 g 3-辛酮标准品溶解于100 mL色谱纯甲醇中，并依次稀释配制成10、1.0、0.1、0.01 mg/mL样品，备用。

GC-MS条件：进样量0.1 μL，不分流，其他条件与1.3.3节同。

含量计算：以3-辛酮进样量（μg）为横坐标，峰面积为纵坐标，获得标样标准曲线和拟合方程，根据拟合方程计算样品3-辛酮的吸附量，其他成分根据挥发物组成比例计算相对含量。

1.3.5 含水率测定

采用GB 5009.3—2016 《食品中水分的测定》第一法。

1.3.6 风味活度值（odor activity value，OAV）计算

OAV按下式计算：

式中；Ci为化合物i的含量/（μg/kg）；Ti为化合物i的香气感觉阈值/（μg/kg）。

1.4 数据处理

数据统计采用WPS 2019，图表绘制采用Origin 8.0。

2 结果与分析

2.1 吸附温度对新鲜皱环球盖菇挥发性成分测定的影响

图1 不同吸附温度皱环球盖菇挥发性成分GC-MS总离子流图Fig. 1 Total ion current chromatogram of volatile components from S.rugosoannulata detected by GC-MS at different adsorption temperatures

吸附温度对挥发性成分的影响较大，较低温度下，主要以低沸点组分为主，高温度下以高沸点组分为主，在高温下，样品会发生炭化且低沸点组分分解，因此选择合适的吸附温度对于HS-SPME非常关键。如图1、表1所示，4种不同吸附温度共鉴定出挥发性成分24种，其中醛类物质3种、醇类物质2种、酮类物质2种、烯烃类物质6种、烷烃类物质8种、酸类物质2种、酯类物质1种。鉴定出挥发性成分的数量与吸附温度呈显著的正相关性，40 ℃吸附温度下，仅鉴定出1种化合物，为食用菌特征性的C8化合物，而100 ℃吸附温度下，鉴定出18种化合物，这可能与高温导致原料中原本不易挥发的物质析出有关，特别是烷烃与酯类化合物。从图1和表1可以明显看出，3-辛酮是新鲜皱环球盖菇挥发性成分中的代表性化合物，特别是在近常温（40 ℃）状态，仅检测到这一种挥发物。3-辛酮是具有很强渗透性果香的呈香物质，天然存在于许多水果、豆类、薰衣草等植物中[23]，也是新鲜平菇、香菇、金针菇和双孢菇[24]的主要挥发性成分，但皱环球盖菇的水提液中并未发现[25]，这可能是3-辛酮易溶于大多数有机溶剂，但不溶于水的特性造成的。

表1 不同吸附温度皱环球盖菇挥发性成分Table 1 Volatile components of S. rugosoannulata detected at different adsorption temperatures

2.2 不同吸附温度对新鲜皱环球盖菇OAV分析

挥发物的组成并不能完全代表原料的风味组成，为准确判断新鲜皱环球盖菇主要挥发性成分，采用OAV法进行分析，OAV代表单一香气成分对整体香气的贡献程度，因此在风味研究中得到广泛应用。以特征性的C8化合物3-辛酮标样为基准进行定量，获得3-辛酮的线性拟合方程为y＝2.07×108x，R2＝0.999 9，不同吸附温度获得的主要风味化合物含量与OAV结果见表2。

表2 不同吸附温度下主要风味化合物含量与OAV比较Table 2 Contents and odor activity value of major flavor compounds from S. rugosoannulata detected at different adsorption temperatures

从表2可以看出，对新鲜皱环球盖菇风味起主要作用的是3-辛酮、己醛、2-十一烷酮，其中3-辛酮含量与吸附温度呈显著负相关，橙花叔醇与2-十一烷酮与吸附温度呈显著正相关。特别是橙花叔醇，在40 ℃吸附温度下未检出，但100 ℃吸附温度下含量已达1 861.08 μg/kg，成为所有挥发物中含量最高的物质，占总挥发物的54.51%。仅考察风味化合物的含量或相对组成，有时并不能完全说明原料的风味组成，橙花叔醇由于感觉阈值较高，其OAV较低，对新鲜皱环球盖菇风味的贡献并不大。新鲜皱环球盖菇风味主要贡献化合物为3-辛酮、己醛与2-十一烷酮，3种化合物在不同温度下的总OAV排序为：80 ℃（316.73）＞60 ℃（306.24）＞40 ℃（245.99）＞100 ℃（40.54），综合OAV与风味化合物数量数据，80 ℃的吸附温度是皱环球盖菇风味检测的最佳温度，且己醛和3-辛酮对新鲜样品风味的形成具有重要贡献。

2.3 新鲜皱环球盖菇菌柄与菌盖挥发物成分的差异分析

表3 皱环球盖菇菌柄与菌盖挥发性成分对比Table 3 Volatile components of S. rugosoannulata handle and cover

根据上述研究，采用80 ℃的吸附温度对皱环球盖菇的菌柄和菌盖中的挥发性成分进行研究。从表3可以看出，皱环球盖菇的菌柄和菌盖中挥发性物质与全菇吸附获得的成分类似，共检出17种成分，仍然是以3-辛酮、橙花叔醇、己醛等为主，特别是3-辛酮，分别占菌柄与菌盖挥发性成分的70.83%和70.55%，是最主要的风味化合物。但是菌柄和菌盖中的挥发性成分还是存在一定差异，在菌柄中醛类、醇类、酮类、烯烃类、烷烃类和酯类化合物分别占总挥发物的0.93%、23.00%、71.57%、1.80%、2.05%与0.65%，而菌盖中则分别占17.13%、4.04%、71.29%、3.14%、3.00%与0.85%，除酮类化合物外，其余种类化合物均有较大差异，菌盖中醛、烯烃、烷烃、酯相对含量更高，菌柄中醇类化合物相对含量更高。另外，己醛、3-乙基-2-甲基-1,3-己二烯、十五烷在菌柄中未检出，α-荜澄茄油烯、去氢白菖烯在菌盖中未检出。

2.4 干燥条件对皱环球盖菇挥发物的影响

表4 不同干燥方式皱环球盖菇挥发性成分对比Table 4 Volatile components of S. rugosoannulata subjected to freeze drying and hot-air drying

续表4

如表4所示，干燥皱环球盖菇挥发物共鉴定出68种化合物，其中杂环类12种、醛类6种、醇类8种、烯类15种、酮类6种、醚类1种、酸类1种、酯类4种、烷烃类15种。上述5 组样品中，30 ℃干燥皱环球盖菇样品挥发性成分最为丰富，共鉴定出58种，90 ℃干燥样品挥发性成分最少，共鉴定出17种。

食用菌含水率高，非鲜食产品需要干燥或深加工以延长货架期，但由于食用菌对温度非常敏感，选择正确的干燥方法是成功保存的关键步骤。在热干燥过程中，美拉德反应所生成的有机物是食用菌干燥产品特定味道和香气的重要来源[27]。不恰当的干燥方法特别是长时间高温，会导致醇、酮、烯烃类等易挥发组分损失，烷烃和杂环化合物增加[15]。从表4也可以看出，干燥温度对皱环球盖菇挥发性组分具有非常大的影响，新鲜样品中含量最高的3-辛酮在上述5 个样品中均已无法检出，而2-戊基呋喃、癸烯、橙花叔醇、苯甲醛、2-十一烷酮、香叶基香叶酮、十一烷等成为挥发性化合物的主要组成。且随着干燥温度的升高，醇、烯类化合物逐渐减少，这是由于醇、烯类化合物在热处理过程可能发生了降解或挥发[28]。较高温度下，烷类成分的显著增加，可能是由于醇氧基的裂解反应所造成[29]。虽然吡嗪类化合物在高温条件下更易产生[30]，但在本研究中发现冷冻干燥和低温热干燥都产生了少量吡嗪类化合物，这可能是因为低温下干燥需要较长时间，因此促使美拉德反应发生。

图2 主要挥发物种类组成（A）和主要化合物含量（B）Fig. 2 Composition of major volatiles (A) and contents of major individual compounds (B)

从图2可以明显看出，冻干样品挥发物以杂环类物质为主，30 ℃干燥样品挥发物以烯类化合物为主，而较高干燥温度（50～90 ℃）制得的样品以烷烃为主，各类挥发物分别占总挥发物的36.68%、27.81%、31.28%、40.37%和79.50%。在所有鉴定出的挥发性成分中，冻干样品相对含量最高为2-戊基呋喃（27.38%），30 ℃干燥样品中相对含量最高为1-癸烯（17.17%），50 ℃干燥样品中含量最高为十一烷（15.95%），70 ℃干燥样品中含量最高为2-乙酰吡咯（18.22%），90 ℃干燥样品中含量最高为十一烷（61.59%）。

3 讨 论

皱环球盖菇栽培简单、产量高、营养丰富、味道佳，并具有抗疲劳、抗氧化抗肿瘤、降血糖等方面的功效，近年来栽培面积逐年增加，已遍布大江南北。但由于皱环球盖菇产量大，亩产鲜菇可达5 000 kg以上（按播种面积300 m2计算）[8]，并存在上市时间集中、耐贮性差、货架期短等问题，后续产品的加工需求必然旺盛。

无论哪种加工方式，风味的保留程度或提升幅度必然是加工技术需要考虑的重要影响因素，而温度则是影响风味的关键参数之一。现有食品原料风味物质的萃取方法中，SPME方法具有样品量需求少、简单快速、溶剂干扰小等优点而被广泛采用，并特别适合新鲜样品的分析。本研究通过HS-SPME-GC-MS方法分析了新鲜和不同干燥温度制得皱环球盖菇样品挥发性组分，新鲜样品中共鉴定出17种挥发性成分，包括醛、酮、醇、酯和烷烃类化合物，其中含量最高的3种为3-辛酮、橙花叔醇和己醛，占全部挥发物的93.85%；皱环球盖菇的菇柄与菇盖挥发性物质与全菇类似，含量最高的均为3-辛酮，且含量均占总挥发物的70%左右，但菇盖中的醛（17.31%）、烯（3.00%）类化合物相对含量更高，而菇柄中醇（23.00%）类化合物相对含量更高。

食用菌各种风味化合物的形成大多与脂质氧化、蛋白水解、斯特雷克降解、美拉德反应、酶和/或化学作用有关[31-32]，这些反应分别发生在干燥过程的不同阶段与不同温度下。在干燥过程中，细胞被破坏，挥发性物质从新鲜食用菌组织中释放出来，当酶从不同的细胞室分离出来时，会与有机底物相互作用[33]，在这一阶段，食物中的各种脂肪酸、氨基酸和碳水化合物作为香气前体，在酶的作用下被催化生成大量挥发性化合物[34]，许多挥发性化合物混合在一起形成了干燥食品的独特香气。在本研究的不同干燥条件下，挥发物成分发生了显著的变化，首先从挥发物种类看，30 ℃样品鉴定出58种，50 ℃、冷冻干燥、70 ℃和90 ℃样品，分别鉴定出38、34、19种和17种化合物；从挥发物的组成看，30 ℃干燥样品的风味最为丰富，所鉴定出的58种化合物中相对含量超过1%的共20种，占总挥发物的80.07%，包括吡嗪、呋喃等美拉德反应产物与醛、醇、烯、酮、酯、烷等挥发性化合物，但5种样品中均未检出新鲜样品中含量最高的3-辛酮，说明干制品对皱环球盖菇的风味影响极大。过高的加工温度使皱环球盖菇的风味损失严重，并会产生大量烷烃类物质，其中高温样品（90 ℃）已完全丧失菇类应有的气味，挥发物中含量最高的十一烷占总挥发物的比例高达61.59%。冷冻干燥是一种真空低温干燥技术，采用冷冻干燥制得的皱环球盖菇形态与营养保持应为最佳，但本实验仅鉴定出34种挥发性成分，含量最高的是2-戊基呋喃，占总挥发物的27.38%，而烯类化合物仅鉴定出5种（30 ℃样品为14种），这应该与冷冻干燥加工过程中的高真空有关，在15 Pa甚至更高的真空度下，易挥发的烯、醇、酮等化合物损失严重，而保留了原始热挥发性成分、烷烃和杂环类挥发性成分，这与Pei Fei等[15]的研究结果一致。

4 结 论

通过对不同吸附温度皱环球盖菇主要挥发性成分组成、含量与OAV的比较，获得皱环球盖菇SPME最佳吸附温度80 ℃。采用HS-SPME-GC-MS方法分析皱环球盖菇新鲜样品、冷冻干燥样品与不同干燥温度样品的挥发性组分，研究发现：皱环球盖菇新鲜样品挥发性组分以3-辛酮、橙花叔醇、己醛、1-己醇、2-十一烷酮为主，其中主要风味贡献化合物为3-辛酮、己醛和2-十一烷酮。皱环球盖菇的菇盖与菇柄挥发性成分中3-辛酮相对含量相近（70.55%与70.83%），醛、烯、醇类化合物存在较大差异，分别占总挥发物的17.31%与0.93%、3.00%与2.08%、4.40%与23.00%；加工温度对皱环球盖菇挥发性组分的影响巨大，温度越高，挥发性组份损失越严重，并会产生大量的烷烃化合物，90℃干燥样品中烷烃类化合物已占总挥发物的79.50%；30 ℃干燥样品的挥发物组成最为丰富，共鉴定出58种化合物，包括醛、烯、醇、酯等化合物，以及吡嗪类、呋喃类等美拉德反应产物。风味物质的保留与提升向来是考量食品贮藏与加工技术的重要指标之一，鉴于皱环球盖菇挥发物相关研究尚未见报道，希望本研究可以为皱环球盖菇的精深加工提供数据参考。