香菇風味及其分析技術研究進展

盧曉爍，劉常園，趙立艷

（南京農業大學食品科技學院，江蘇南京210095）

香菇（Lentinus edodes），別名香蕈、香椹、冬菇、陳仁玉[1]，屬擔子菌綱（Basidaiomycetes）、傘菌目（Agaricales）、口蘑科（Tricholomatacete）、香菇屬（Lentinus），廣泛栽培于中國和其他遠東國家，是全球第二大普遍種植的食用菌[2]。香菇素來有“山珍之王”的盛名，它不僅因獨特的風味常被作為美味菜肴，而且還是一種極具高營養價值的保健食品，其富含的生物活性物質可在防治多種疾病方面發揮巨大功效[3-4]。如今，藥食同源的香菇深受醫藥、食品領域的研究人員以及廣大消費者青睞。

目前，國內外學者基于飛速發展的風味物質的分離、鑒定技術，對香菇中風味化合物的研究取得了不少進展。但是，其中大部分成果偏重于新鮮菇體及其加工制品的風味組成，而關于香菇風味物質的形成機制和變化規律鮮有報道。本文主要簡介了香菇的風味組分及其大體上的形成途徑，著重介紹了近年來香菇風味物質的提取、鑒定方法和加工方式對香菇風味物質的影響，并展望今后關于香菇風味的研究方向，以期為促進香菇產業的可持續發展。

1 香菇風味物質的種類及形成機理

人的味覺能夠識別5 種基本味道：甜、咸、酸、苦和鮮，每一種味覺被專門的感受器識別，并與特定的傳導途徑相聯系[5]。滋味的產生主要依托非揮發性化合物刺激口腔內的味覺器官，而氣味的產生主要來自揮發性化合物刺激鼻腔中的嗅覺感受器[6]。香菇獨特的風味并非單一化合物所能夠體現出來，是眾多化學物質共同作用、相互平衡的結果。

1.1 香菇風味物質的種類

1.1.1 主要非揮發性風味成分

游離氨基酸（free amino acids，FAA）是一類重要的滋味活性物質，在香菇中一半以上的呈味氨基酸屬于游離態，其中天冬氨酸的含量極為豐富，且其鮮味強度值最高[7-8]，它是賦予香菇鮮味的主要物質。每種FAA有著不同的化學結構，所以，食品呈現出的不同程度的鮮美風味受其中FAA 種類和含量差異影響。谷氨酸、天冬氨酸等氨基酸的羧基端含有疏水性較弱的基團，故使香菇呈現肉湯鮮味；甘氨酸所含的R 基中有親水基團，故主要提供甜味；此外，天冬氨酸還有咸味和甜味特征[9-10]。5’-核苷酸是使香菇呈現濃烈鮮味的另一類重要貢獻者，與其他種類的食用菌相比，其在香菇中含量最高，特別是 5’-鳥苷酸、5’-肌苷酸、5’-黃苷酸和5’-腺苷酸，其中5’-鳥苷酸是干香菇強鮮味特性的主要貢獻者[11]。

呈鮮氨基酸與呈味核苷酸具有顯著的協同作用，所以在這兩種組分的不同比例之下，香菇會形成不同的滋味特征。而除了上述主要提供鮮味的兩類物質外，可溶性糖、有機酸及其他風味成分也是影響香菇風味品質的重要因素，都對其獨特風味的產生有一定的貢獻價值。糖類如糖醇、糖苷是香菇產生甜味的主要成分，其含量可直接影響香菇的滋味與口感[12]；香菇中琥珀酸、蘋果酸含量相對其他有機酸較高，它們能與其他呈味小分子共同作用，從而影響香菇的整體風味[13]。

1.1.2 主要揮發性風味成分

八碳化合物是香菇中一類主要的揮發性香氣成分，尤以辛醇類、辛酮類風味物質為主[14]。其中，1-辛烯-3-醇又被稱為“蘑菇醇”，具有濃烈的蘑菇香，但其熱穩定性較差，故對干香菇風味的貢獻不如對鮮香菇風味的貢獻大[15]。此外，在鮮香菇的八碳揮發性風味物質中，主體成分還有3-辛酮、3-辛醇等[16]。

含硫化合物作為典型的芳香性化學物質[17]，也是影響香菇特征風味的關鍵組分。在香菇的揮發性風味成分中，這類風味物質的相對含量最高，占揮發性風味成分總量的一半以上，其中又以1，2，4-三硫雜環戊烷含量最高，占含硫化合物總量的84%～91%[18]。此外，1，2，3，5，6-五硫雜環庚烷（又名香菇精、香菇素[19]）、二甲基二硫醚和二甲基三硫醚也是香菇的重要含硫風味物質[20]，它們均對香菇的整體香氣有極大貢獻。

1.2 香菇風味物質的形成機理

1.2.1 呈味物質之間的相互作用

香菇最顯著的滋味特征就是鮮味，這主要是由氨基酸所決定的。L-型氨基酸由于α-NH3+和γ-COO-之間產生靜電吸引，其進一步環化形成五元環結構[21]。當5’-核苷酸存在時，鮮味的受容蛋白質會與之結合發生變構，之后其更易與谷氨酸鈉相結合[22]，從而使氨基酸的鮮味效果超過自身的閾值水平，發揮鮮味相乘的效果。例如當5’-肌苷酸或5’-鳥苷酸與天冬氨酸共同存在時，會極大地增強香菇的適口性[23]，起到良好的增鮮作用。

香菇的香味也是評定其感官品質的重要指標之一。食品中的很多香氣化合物是通過美拉德反應及相互作用生成的[24]。蛋白質及多肽的熱降解產物會與其他物質如還原糖、脂質等參與美拉德反應和含硫化合物的降解，從而生成多種風味獨特的成分，如硫化物、吡啶、呋喃、噻吩、噻唑等[25]。這些雜環化合物的沸點和閾值都很低，所以即使它們的含量不高，亦可對香菇的整體風味產生很大影響。

1.2.2 八碳化合物的反應機制

在食品的加工過程中，由于受熱或酶的作用，脂類會發生分解產生脂肪酸，之后其進一步被氧化或與其他物質反應生成風味物質。亞油酸可在脂肪氧合酶和氫過氧化物裂解酶的催化作用下，通過氧化反應和裂解反應生成八碳化合物；此外，作為糖酵解的分解物質乙酰輔酶A 也可用作合成八碳化合物的前體物[26]。在八碳揮發性風味物質中，1-辛烯-3-醇具有新鮮的野蘑菇氣味，其環化作用可能會生成分別具有杏仁香、葉香氣味的苯甲醇和環辛醇[27]。

1.2.3 含硫化合物的形成過程

含硫風味化合物的形成可能涉及兩條途徑，一個是以氨基酸為前體物的酶促反應，另一個是以美拉德反應為主的非酶反應[28]。香菇酸是含硫化合物的重要前體物，其由結合了γ-谷氨酰肽的L-半胱氨酸亞砜構成[29]。在形成香菇風味的過程中，首先是γ-谷氨酰基轉肽酶水解γ-谷氨酰胺肽鍵，從而釋放香菇糖酸；然后其在S-烷基L-半胱氨酸亞砜裂解酶的催化作用下，進一步生成具有風味活性的化合物，尤以1，2，4-三硫雜環戊烷和香菇精為主，此過程是香菇具有大蒜氣味的主要途徑[30]。而香菇精只在低于225 ℃下穩定存在，其受熱易裂解，但裂解產物中的二甲基二硫醚和二甲基三硫醚具有洋蔥、卷心菜氣味[31]，也對形成香菇的香氣有著極為重要的貢獻。

2 香菇風味物質的提取及鑒定方法

由于香菇的風味物質比較復雜，且特征風味化合物的含量一般較少，因此，想要較為準確地研究香菇的風味特征，有效提取其中所含有的呈香、呈味物質至關重要。此外，在對目標組分進行定性和定量分析時，鑒定方法也十分關鍵。

2.1 非揮發性風味成分的提取

熱水浸提法是最傳統的提取方式，現如今，酶解、微波、超聲波[32-34]等輔助法應用較來越廣。吳關威[35]研究了不同液固比、浸提溫度和時間對香菇柄中FAA、5’-核苷酸、可溶性糖和總滋味成分釋放率的影響，得出了最佳的熱水浸提法工藝，即在30 ∶1（mL/g）的液固比、70 ℃的溫度下浸提2 h，香菇柄中非揮發性風味成分釋放效果最好。楊銘鐸等[36]對比了用超聲波輔助法和傳統蒸煮法提取的香菇水解液中氨基酸的含量，結果表明超聲波輔助萃取率更高。王雨生等[34]在制備香菇酶解液及其鮮味物質時，得到香菇預處理的最佳工藝條件為500 W 超聲波處理15 min，得出的變化規律是酶解前后FAA、5’-鳥苷酸含量顯著增加。李順峰等[32]在采用纖維素酶提取香菇柄中的5’-核苷酸時，所得最優工藝條件為液固比 20 ∶1（mL/g）、pH 5.4、加酶量0.8%、40 ℃的酶解溫度酶解4 h，目標組分得率達4.08 mg/g，其中鮮味核苷酸占5’-核苷酸總量的62.63%。此后，為進一步增強鮮味，其又采用雙酶酶解法進行提取，得出復合酶法的最佳工藝條件，即加入0.3%的5’-磷酸二酯酶和0.8%的中性蛋白酶，酶解pH 值調至6.5，于50 ℃的酶解溫度下酶解2 h，此時所得5’-核苷酸含量為0.42 mg/mL，結果顯示在不顯著降低滋味成分含量的情況下，兩種酶復合酶解比單酶分步酶解可節約一半以上的時間[37]。

2.2 揮發性風味成分的提取

目前，常采用溶劑輔助蒸發法（solvent-assisted flavor evaporation，SAFE）、動態頂空分析法（dynamic headspace，DHS）、固相微萃取法（solid phase microextraction，SPME）等提取香菇中的揮發性風味成分。SAFE 是一種在較低溫度下把揮發性組分從復雜混合物中有效提取出來的方法，其可以極大地保留目標化合物的自然香氣，對熱敏性揮發組分的破壞力較小。DHS 是一種頂空采樣技術，首先是利用惰性氣體將樣品中的揮發性物質趕出，然后在提取組分時通過載有吸附劑的捕集肼完成，接著采用溶劑洗脫或加熱的方式將揮發性化合物解吸出來。SPME 技術集采樣、萃取、富集和進樣于一體，是一項新穎的微萃取樣品技術，取樣方式又分為頂空固相微萃?。╤eadspace-solid phase microextraction，HS-SPME）和直接取樣，無需溶劑且樣品用量少，可實現復雜樣品自動化的高通量檢測，具有操作高效便捷、成本低等優點。

2.3 風味物質的分析技術

從復雜基質中對目標組分進行分離、鑒定和定量研究時，分析速度同樣重要。如今，研究風味物質從原先僅依靠物理化學性質來判斷逐漸演變為利用現代儀器法進行分析，如電子鼻、電子舌、高效液相色譜（high performance liquid chromatography，HPLC）、氣相色譜（gas chromatography，GC）、離子遷移譜（ion mobility spectrometry，IMS）、質譜分析 （mass spectrometry，MS）等。這些新技術的產生，不僅可以較為準確地鑒定香菇中的風味物質，而且極大地節約了檢測分析的時間，具有很強的高效性。

在分析香菇中的風味物質時，常聯用上述的方法。Phat 等[38]采用 HPLC-MS/MS 法對香菇提取物中的8 種鮮味成分進行了分析，同時利用電子舌研究了等效鮮味濃度水平與各組分濃度之間的相關性。殷朝敏等[16]采用HPLC 法測定了鮮香菇中的5’-核苷酸，得出含量最高的是5’-胞苷酸，其次是5’-尿苷酸、5’-腺苷酸和5’-肌苷酸，而未檢出5’-鳥苷酸；其采用HSSPME-GC-MS 法分離出鮮香菇中43 種揮發性化合物，其中有14 種被鑒定出來，得到鮮香菇中相對含量最高的揮發性成分是酮類，尤其是3-辛酮。楊肖等[39]在分析香菇酶解液、復水原液、香菇菌湯及干粉中的香味成分時，采用了SPME-GC-MS 技術，在4 種樣品中共檢測到72 種揮發性風味物質，其中包括蘑菇醇、2，3，5-三硫雜己烷、1，2，4，5-四硫雜環己烷、1，2，4，6-四硫雜環庚烷、二甲基二硫醚和二甲基三硫醚等。余昌霞等[40]使用了SPME-GC-MS 技術，對兩個香菇菌株的菌絲體和子實體的風味成分進行了分析，檢出79 種相對質量分數不低于0.5%的揮發性成分，主要包括含硫化合物、八碳化合物等風味物質。

對于不同品種或產地的香菇，其中的風味物質存在差異。肖冬來等[41]利用GC-IMS 技術有效分離了27個不同香菇子實體干品中的揮發性組分，并根據離子遷移數據分析了不同樣品間差異，結果表明不同的栽培基質會影響香菇自身的風味。Dong 等[42]提出一種基于穩定同位素標記的液相-質譜串聯方法，可快速鑒定香菇的種類和地理來源，在研究過程中其同時分析了10 種不同產地的香菇中 20 種FAA 和 6 種5’-核苷酸，得出其中大部分氨基酸的最小檢出量（limit of detection，LOQ） 低于 1 ng/mL，5’-核苷酸的 LOQ 在5 ng/mL～20 ng/mL 范圍內，且結果表明不同香菇中的5’-胞苷酸、5’-腺苷酸、賴氨酸、蘇氨酸和精氨酸的含量有顯著性差異。

香菇的風味一方面與其所含風味物質的種類和含量有關，另一方面還取決于風味物質在食品基質中的閾值大小。在確定香菇的特征性風味成分時，常常要評判各風味化合物對整體香氣的貢獻度。分析過程中較為常用的定量方法有香氣提取物稀釋分析法（aroma extract dilution analysis，AEDA）、氣味活度值法（odor activity value，OAV）等。AEDA 法是由 Grosch 等[43]發明的一種可以實現對關鍵性氣味化合物有效分級的分析方法，它是通過溶劑來逐級稀釋揮發性組分，當在嗅聞口檢測不到香氣時，得出每種風味物質的香氣稀釋因子（flavor dilution factor，FD），然后根據 FD 值與氣味貢獻度的正相關性，確定整體香氣中特征性風味物質。OAV 值是香氣物質的含量與其閾值之比，一般認為，當某種揮發性化合物對整體香氣有貢獻時，其OAV 值不低于1，且貢獻越大該值越高[44]。殷朝敏等[16]利用OAV 值分析得出鮮香菇中主體香氣成分為二甲基二硫醚、二甲基三硫醚、1-辛烯-3-酮和甲硫醇。

3 加工過程對香菇風味物質的影響

不同的加工方式，會導致香菇產品與新鮮菇體的滋味、香味物質在含量及組成上存在差異。因此，為促使香菇產品形成良好的風味，需要采用適宜的加工條件。

3.1 香菇燙漂

熱燙是果蔬加工或烹調時常用的一種預處理方法，這種加工方式一方面可以預防果蔬表面微生物的滋生，另一方面還能防止果蔬被氧化。為研究香菇中揮發性風味物質受燙漂方式的影響，Li 等[45]采用HSSPME-GC-MS 及電子鼻技術對比分析了沸水、微波燙漂兩種方法，結果表明燙漂后香菇中酮類和含硫化合物的含量均明顯降低，而醛、烴、酯類的相對含量增加，并成為了燙漂后香菇的主要揮發性化合物；此外，微波燙漂后樣品中酯類、醇類和含硫風味物質較沸水燙漂后含量更高，特別是1-辛烯-3-醇。劉璐等[46]在研究中鑒定出鮮香菇主要有25 種揮發性物質，而經過微波燙漂處理后，香菇的揮發性成分有18 種，經蒸汽和沸水兩種方式燙漂后均為23 種；1-辛烯-3-醇的含量經微波燙漂后上升，而經蒸汽燙漂后其含量下降，且蒸汽燙漂與沸水燙漂對含硫風味物質的影響較大，前者使含硫化合物的相對含量升高，而后者使其顯著降低。

燙漂不僅會使香菇中揮發性風味物質發生變化，也會影響其中的非揮發性風味成分的含量。Li 等[47]對比沸水、微波燙漂發現，在燙漂條件分別為沸水60 s燙漂和微波300 W、90 s 燙漂時，燙漂后香菇中非揮發性風味物質的含量與新鮮菇體相比發生了顯著變化，兩種方式下其含量均有所下降，且沸水燙漂后樣品中含量相對較低；此外，微波燙漂樣品中可溶性糖、有機酸和5’-核苷酸等非揮發性風味成分含量顯著高于沸水燙漂后，其中尤以味覺活性氨基酸和5’-核苷酸含量最高。這些研究結果表明，微波燙漂與沸水燙漂相比，后者可以有效地保存滋味成分和主要特征香氣化合物1-辛烯-3-醇。

3.2 香菇煮制

高湯是烹飪時常用的一種輔料，富含多種呈味呈鮮物質。其在烹制菜肴時替代水加入或在制作湯羹時混入，不僅可以起到良好的增鮮效果，而且能提供豐富的營養物質[48]。香菇具有高蛋白、低脂肪、味道鮮美、生物活性成分多等特點，故是制作湯類的優質原材料。

在湯類煮制工藝中，熱反應是較為復雜、對非揮發性風味物質影響非常關鍵的步驟[49]。在高溫煮制的過程中，香菇的細胞結構因為受到破壞作用，其中的營養成分及非揮發性風味物質在介質水中產生濃度差。由于具有一定的推動力，這些成分會不斷從香菇中向湯內釋放，直至經過一段時間后，擴散達到相對平衡，此時湯中固形物的含量較為穩定[50]。趙靜等[51]在研究香菇菌湯中的滋味成分時發現，菌湯中FAA 含量最高的是苯丙氨酸，其次是賴氨酸和丙氨酸，苦味氨基酸的含量占優勢，而呈味核苷酸中5’-鳥苷酸的含量最高，可能原因是高溫更有利于其釋放。李標等[52]在研究香菇菌湯的煮制工藝時發現，香菇的主要滋味物質在煮制后的湯液中含量顯著高于煮制后的菇體中含量；與鮮香菇相比，煮制后的湯液及香菇中絕大多數呈味氨基酸的含量有所降低，但煮制后的湯液中天冬氨酸、谷氨酸二者總量以及甜味氨基酸的含量顯著高于鮮香菇及煮制后菇體中含量。

對香菇菌體中的小分子類物質而言，其不僅對菌湯的滋味有貢獻，同時還是揮發性風味物質的重要前體物。香菇菌湯風味的產生，除了香菇自身的可溶性小分子向湯內釋放外，還包括各種風味前體物質相互之間發生的多種化學反應。其中，FAA 主要參與美拉德反應，呈味核苷酸因熱敏性加熱易分解，可溶性糖會發生降解、脫水或與氨基化合物發生美拉德反應，有機酸會被氧化或產生脫羧作用等[53]。

3.3 香菇干制

干燥是食用菌廣為應用的一種貯藏加工方法，香菇干制品的品質與其干燥方式關系密切。香菇脆片是近年來較為流行的一種休閑食品，是鮮香菇經脫水處理后采用特定工藝制成的薄片，真空低溫油炸和真空冷凍干燥是目前常見的制作方式[54]。高興洋等[55]在研制香菇脆片時比較了非揮發性風味成分的差異，結果表明，真空冷凍干燥制得的香菇脆片的可溶性糖含量較高；真空低溫油炸制得的香菇脆片中呈味核苷酸含量顯著高于真空冷凍干燥制品中含量，且油炸香菇脆片含有更豐富的 5’-腺苷酸、5’-鳥苷酸和 5’-尿苷酸，經過油炸后的香菇產生了更多的呈香物質，其香氣更加濃郁。

FAA 含量常常作為衡量香菇風味的一個重要指標，而其對于評價干燥對香菇中非揮發性風味物質的影響也是至關重要的。李艷杰等[56]以香菇為原料對熱風干燥工藝進行了優化，研究發現在裝載量為5 g/dm2～15 g/dm2時，將 3 mm～12 mm 厚度的香菇切片于 50 ℃～70 ℃下熱風干燥時，香菇干基含水率、水分比及干燥速率較為合適，能較好地保留香菇中的FAA 和可溶性蛋白質，在一定程度上保留香菇的風味。

揮發性風味物質的差異變化，是評定在干燥這種加工方式下產品品質的另一個至關重要的指標。Tian等[57]對比了熱風、真空、微波和微波真空4 種干燥加工工藝，研究發現這4 種方法均使香菇干制品的含硫化合物的相對含量顯著增加。高倫江等[58]分析比較了熱風干燥與熱風聯合微波干燥對香菇風味成分的影響，數據顯示醇類化合物在干制過程中損失嚴重，與熱風干燥相比，熱風聯合微波干燥后的香菇品質較優，且在該條件下產生的二甲基三硫醚（2.30%）、二甲基四硫醚（0.54%）和香菇素（0.53%）是干香菇的重要風味物質，通常能影響菇體的整體香味。劉靜等[59]以鮮香菇為參照，分析比較了在自然、熱風、熱風聯合遠紅外及遠紅外4 種干燥方式下制得的干香菇中揮發性風味成分，結果表明，香菇中風味物質組成由于干制發生了變化，醇類和酮類物質是鮮香菇的主要揮發性成分，干制后的香菇醇類和酮類化合物均減少，有機酸均增加；含硫化合物在聯合干制后的香菇中含量最高，其次是熱風干制品、遠紅外干制品，而自然干制品中未檢測到，說明硫醚化合物的生成對溫度有一定要求。Politowicz 等[60]研究了對流、冷凍、真空微波以及對流聯合真空微波4 種干燥方式對香菇揮發性風味成分的影響，結果表明，干制后香菇中八碳化合物和含硫化合物的含量均顯著降低，但冷凍干燥方式相對較優，利用此法制成的干香菇中揮發性成分的總濃度和關鍵風味物質的含量均最高。

4 展望

食用香菇最為傳統的方式是將其制作成菜肴，近年來，基于香菇風味的加工產品在市場競爭中正逐步走俏，例如香菇脆片、香菇醬、香菇調味料等。為了將營養美味的香菇制品推向更大的市場，使香菇產業占據更高的行業地位，在未來仍需開發新型香菇制品。但是在研制風味產品之前，首先要大力研究香菇風味物質的起源和形成。所以在今后研究香菇的風味時，重點應集中于以下3 個方面：一是要選擇合適的提取方法及能提供豐富鑒別信息的檢測分析技術，從而準確、完整地構建香菇風味物質數據庫和指紋圖譜，這是研究的基礎和前提；二是要深入研究香菇風味的前體物質，從而探討在不同條件下香菇中特征性風味物質的形成機理；三是選擇有效的方法來分析香菇中的前體物與風味物質之間的相關性，以便為進一步開展人工合成這些風味物質的研究提供理論支撐。