電子鼻結合氣相色譜-質譜聯用技術分析松茸減壓貯藏過程中揮發性風味成分變化

張沙沙，羅曉莉，曹晶晶，何容，張微思

(中華全國供銷合作總社昆明食用菌研究所，云南 昆明，650223)

松茸(Tricholomamatsutake)又名松菇、松口蘑等，是一種珍稀、名貴的野生食用菌，具有強身、益胃、治療心血管疾病及糖尿病等功效，被譽為“菌中之王”[1]，因其營養豐富、味道鮮美而深受國內外消費者青睞。松茸是大自然濃郁鮮嫩的野味，日本人稱其為“秋天味覺之王”[2]，主要分布在中國、日本、韓國等地方[3]。

松茸貯藏過程中，隨著貯藏時間的延長，風味物質發生變化，會產生酸味、臭味等不良氣味、松茸味變淡、口感變差，嚴重影響松茸的品質。減壓保鮮技術是一種無污染的物理技術，減壓貯藏松茸可以延緩松茸采后品質的下降，延長保鮮期[4]。目前對松茸的揮發性成分常用的檢測方法是感官評定和氣相色譜-質譜(gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS)等儀器來分析，感官評定存在主觀性、個體差異性、抽象性等不足。近年來，常用電子鼻技術模擬人的嗅覺系統，其具有自動化程度高、操作成本低、快速、無損檢測技術、重復性好等優勢，已廣泛應用于農產品內在品質的檢測[5]，但是鮮見關于電子鼻研究松茸新鮮度的相關報道。本文采用電子鼻檢測不同貯藏時間的松茸的揮發性物質，并結合傳統的GC-MS分析，判斷松茸的新鮮度，為松茸貯藏保鮮機理研究及保鮮方法的研究提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

新鮮松茸，昆明市木水花野生菌交易市場，無蟲蛀、無機械損傷、五成熟、大小基本一致。

減壓冷藏實驗機(JYL0.1X2A型)，上海善如水保鮮科技有限公司；電子鼻(PEN3)，德國AIRSENSE公司(10個傳感器代表的物質種類及性能描述見表1)；氣質聯用儀(6890N/5975)，美國Agilent公司；色譜柱：彈性石英毛細管柱(HP-5MS，30 m×0.25 mm×0.25 μm)，美國Agilent公司；固相微萃取頭(75 μm Carboxen-PDMS，黑色)，美國Supelco公司；頂空瓶(20 mL)。

表1 傳感器代表的物質種類及性能描述Table 1 Material type and performance description represented by sensor

1.2 試驗方法

購買的新鮮松茸分成平均分成5份，每份約300 g，置于2臺真空室減壓冷藏實驗機中，每隔7 d取樣進行電子鼻和GC-MS檢測分析。

1.2.1 電子鼻檢測參數

樣品間隔時間1 s，沖洗時間60 s，調零時間10 s，樣品準備時間5 s，樣品測定時間100 s，流速400 mL/min，環境溫度為18～20 ℃。為保證實驗數據的穩定性，選取測試過程中50～60 s的數據用于后續分析，每個處理重復測定3次。

1.2.2 頂空固相微萃取

取1.0 g樣品于20 mL頂空瓶中。將頂空瓶放置于80 ℃水浴中，用固相微萃取頭置于頂空瓶中進行萃取，萃取時間為30 min。之后將固相微萃取頭插入氣相色譜進樣口進樣，時間為2 min，經氣相色譜分離后用質譜鑒定。

1.2.3 GC-MS條件

1.2.4 數據分析

電子鼻數據分析：采用Winmuster分析軟件對采集到的數據進行主成分分析(principal componenets analysis，PCA)、線性判別分析(linear disriminant analysis，LDA)。

GC-MS數據分析：采用Nist14標準譜庫和Wiley275標準譜庫進行檢索定性分析。

定量分析：采用內標法，以正癸醇為內標物，甲醇作為溶劑，配制成50 mg/L的內標液，按公式(1)計算揮發性物質含量：

(1)

2 結果與分析

2.1 基于電子鼻的分析

2.1.1 減壓貯藏期間松茸揮發性風味成分的雷達圖譜

PEN3電子鼻有10個金屬傳感器，分別具有不同性能，且對不同濃度的揮發性風味成分敏感程度不同，這與揮發性風味成分的的屬性和含量呈正相關。利用電子鼻對松茸減壓貯藏期間揮發性風味成分進行分析，每組重復8次。由圖1雷達圖譜可以看出，貯藏不同時間的松茸的響應值與傳感器之間存在明顯差異，其中5個樣品對2、3、4號感應器的感應值最明顯，其中3號響應值最高，說明松茸對硫化物最敏感，其次是有機硫化物、芳香成分、氮氧化合物，而其他7號感應器基本無明顯變化。用電子鼻判斷松茸新鮮度具有可行性。

圖1 減壓貯藏期間松茸揮發性風味成分的雷達圖譜Fig.1 Radar map of volatile flavor components of Tricholoma matsutake during hypobaric storage注：1～10代表1～10號感應器

2.1.2 基于電子鼻不同貯藏期間松茸的PCA分析

PCA是將電子鼻傳感器所提取的多個指標的信息進行數據降維處理，從多元變量中得出貢獻率最大的因子，從而比較觀察不同貯藏期間松茸樣品的PCA值在空間的分布差異[6]。圖2為電子鼻對不同貯藏期間松茸的PCA分析結果，第1主成分貢獻率為99.19%，第2主成分的貢獻率為0.57%，總貢獻率為99.76%，且5個樣品完全不重疊，說明不同貯藏期間的松茸氣味可以通過電子鼻有效區別出來。

圖2 基于電子鼻不同貯藏期間松茸的PCA分析Fig.2 PCA analysis of Tricholoma matsutake during different storage period based on electronic nose

2.1.3 基于電子鼻不同貯藏期間松茸的LDA分析

LDA法與PCA法相比，能夠使同一類別內的分布加大，從所有數據中收集信息，提高分類的精確度[6-7]。由圖3基于電子鼻不同貯藏期間松茸的LDA分析可以看出，第1主成分和第2主成分的貢獻率分別為86.72%、11.48%，總貢獻率為98.20%。從揮發性成分所代表的橢圓區域性的距離看，松茸貯藏第1、8、15天的橢圓間距離較小，說明前15 d松茸的揮發性風味成分變化不明顯，貯藏第15天與貯藏第22天、貯藏第22天與貯藏第29天揮發性橢圓間距離較大，說明松茸在貯藏第15天與貯藏第22天的松茸氣味變化比較明顯，貯藏第22天的松茸和貯藏第29天的揮發性成分變化較大。且由橢圓區域性變化方向來看，松茸貯藏第1～15天沿第2主成分正方向變化，松茸貯藏第15～22天沿第2主成分反方向變化。因此，貯藏第15天為松茸揮發性風味物質變化的點，即新鮮度變化的拐點。

圖3 基于電子鼻不同貯藏期間松茸的LDA分析Fig.3 LDA analysis of Tricholoma matsutake during different storage period based on electronic nose

2.2 松茸減壓貯藏過程中SPME-GC-MS分析

2.2.1 松茸減壓貯藏過程中風味成分分析

松茸的香味不是由單一化合物所能呈現的，而是由多種揮發性成分平衡的整體效果[8]。由表2可以看出，松茸減壓貯藏期間共檢測出來76種化合物，其中，醇類物質有23種，醛類物質有29種，酮類9種，烷烴類5種，酯類2種，其他類8種。減壓貯藏第1、8、15、22、29天確定的化合物分別為42種、48種、53種、56種、56種，隨著貯藏時間的延長，松茸揮發性物質的種類逐漸增加。

表2 松茸減壓貯藏期間松茸揮發性風味成分變化Table 2 Changes of volatile flavor components of Tricholoma matsutake during hypobaric storage

2.2.2 松茸減壓貯藏期間揮發性風味成分的變化分析

醇類物質是松茸減壓貯藏第1～8天的主要揮發性物質，松茸貯藏第1、8、15、22、29天醇類物質含量分別為29.94、20.47、4.98、14.36、6.69 μg/g，隨著貯藏時間的延長，醇類物質含量呈先降低后上升再減低的趨勢，表明減壓貯藏第15天是松茸醇類揮發性風味成分變化的拐點。醇類物質可由脂肪酸經脂肪氧化酶催化形成而來[9]。醇類物質通常具有泥土氣味、植物香味或酸敗味[10]，閾值較高，對食用菌風味影響不明顯，但是長鏈醇和不飽和醇具有金屬氣味和獨特的蘑菇風味[11-12]，不飽和醇閾值相對較低，對風味影響比較大[13]。松茸中醇類物質含量較高(貯藏第1天29.94 μg/g)，我們檢測到含量較高的醇類為：1-辛烯-3-醇、3-辛醇、(Z)-2-辛烯-1-醇、辛醇，它們是導致松茸在不同貯藏期間氣味存在差異的主要醇類，尤其是具有濃郁的蘑菇風味、油脂味“蘑菇醇”1-辛烯-3-醇，其是一種亞油酸的氫過氧化物的降解產物[14]，貯藏第1天含量為18.85 μg/g，而貯藏第29天含量僅為1.28 μg/g，這可能是因為貯藏期間水分含量減少后各化學成分反應而生成其他物質[3，15]。

續表2

醛類物質在松茸中種類比較豐富，但其含量低，氣味閾值相對醇類較低，與其他物質有很強的風味重疊作用[8]。C5-C9的醛類來自脂肪氧化和降解，具有脂香氣味[16]。醛類物質在松茸減壓貯藏期間前15天呈升高的趨勢，第15～22天呈降低的趨勢，表明松茸減壓貯藏第15天是松茸醛類揮發性風味成分變化的拐點。其中具有黃瓜和柑橘樣香氣的(E)-2-辛烯醛在松茸減壓貯藏期間含量呈增加的趨勢，貯藏第1天為2.45 μg/g，貯藏第29天達到9.84 μg/g。

酮類具有焦香和呈脂香氣，且隨碳鏈增長而呈現出較濃郁的花香氣息[17]。松茸減壓貯藏第1天檢測出2種酮類，而第29天則檢測出7種酮類，可能是由于微生物氧化、不飽和脂肪酸降解、氨基酸分解引起的[18]。酮類物質在松茸減壓貯藏期間第1～15天呈逐漸升高的趨勢，第15～22天呈降低的趨勢，表明松茸減壓貯藏第15天是松茸酮類揮發性風味成分變化的拐點。但是，松茸減壓貯藏期間對松茸揮發性風味影響較大的酮類是3-辛酮，其相對含量從貯藏第1天的6.66 μg/g下降到地29天1.31 μg/g。

酯類物質會賦予松茸甜香氣味[19]。松茸減壓貯藏期間檢測到的酯類物質種類很少，但是肉桂酸甲酯相對含量較高，減壓貯藏第1天為5.18 μg/g，第8天開始明顯下降，第29天僅為0.14 μg/g。

由表2可以看出，松茸貯藏過程中若檢測出2-甲基-1-丁醇、3,5,11,15-四甲基-1-十六碳烯-3-醇、1-十二烷醇、(Z)-3-壬烯-1-醇、3-羥基-2-丁酮、2-庚酮、2-十三酮、2-乙基-1-己醇這些物質時，松茸品質可能已經開始劣變[20]，這些物質均出現于減壓貯藏第15天后，結合醇類、醛類、酮類物質變化的拐點均為第15天，說明減壓貯藏的第15天是松茸風味物質成分變化的拐點。

3 結論

本研究采用電子鼻和GC-MS檢測分析松茸減壓貯藏期間揮發性物質的變化，PCA分析結果表明，不同貯藏期間的松茸氣味可以通過電子鼻有效區別出來；GC-MS結果表明，松茸減壓貯藏期間共檢出76種揮發性物質，其中醇類物質有23種，醛類物質有29種，酮類9種，烷烴類5種，酯類2種，其他類8種。其中，新鮮松茸特征香氣物質為：1-辛烯-3-醇、3-辛酮、肉桂酸甲酯。電子鼻和GC-MS的分析結果均顯示，減壓貯藏的第15天是松茸揮發性風味物質改變的拐點，也是松茸新鮮度改變的拐點，電子鼻結合GC-MS能很好檢測分析松茸揮發性風味成分，松茸保鮮貯藏過程中可用電子鼻初步快速判斷其新鮮度。