不同烹制工藝對香菇揮發性成分和感官特性的影響

張韻，李蕙蕙，王菁，朱羽莊，蔡子聞，周圣弘

（武漢商學院 食品科技學院，湖北 武漢 430056）

香菇（Lentinula edodes）為光茸菌科香菇屬子實體，是世界范圍內的第二大食用菌[1-2]，具有風味濃郁、香氣獨特的嗅覺特點。香菇的代表型香氣為含硫類、八碳類和醛類化合物[3-4]，其他香氣成分如酯類、酮類、醇類具有輔助呈香作用[5]。香菇風味成分易受儲存工藝和烹制方式的影響，故在中央廚房或食品工廠的烹制和熟化處理方面，香菇即食產品風味控制和優化仍有較大的研究空間[6]。

加工會造成香菇香氣成分結構和組成的變化，目前相關研究側重于香菇保質過程的風味品質優化[7-8]，而即食型香菇菜肴的香氣特性研究較少。干制工藝對香菇風味的影響研究較多，常以各類揮發性化合物的種類、含量及感官指標作為研究對象。目前，已展開香菇風味研究的干制工藝包括自然、熱風[9]、遠紅外[10-12]、真空油炸、冷凍干燥[13-16]。關于烹制工藝對香菇風味的影響，目前有針對煎炸香菇揮發性化合物變化的機理分析[17]，及酶解、蒸煮和干粉的揮發性組分對比研究[18-20]。

質譜法和多元統計分析被廣泛應用于烹制工藝對菜肴揮發性成分和感官品質的影響研究[21-22]，但目前該方法較少運用于香菇烹制風味的優化研究。菜肴烹制揮發性成分的檢測方法以氣相色譜、四極桿質譜、離子遷移譜、電子鼻為主，數據處理常通過主成分分析（principal component analysis，PCA）的方法進行樣品差異判別[23-24]，并可采用偏最小二乘判別分析篩選造成樣品間差異的標志性化合物[25]。揮發性成分與感官相關性分析可通過皮爾森相關系數[26]或偏最小二乘回歸法進行[27]。

本研究采用頂空固相微萃取氣質聯用和感官分析，對3種烹制工藝香菇的揮發性成分和香氣特征差異進行比較，并通過相關性分析構建香菇香氣成分與感官品質的關聯，探索烹制工藝對香菇菜肴風味的影響機理，從而為香菇菜肴的品質優化提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

鮮香菇：市售，武漢商學院食品科技學院烹調工藝與營養教研室鑒定為光茸菌科香菇（Lentinus edodes）的可食用子實體。

歐麗薇蘭橄欖油：嘉里糧油（天津）有限公司；環己酮（色譜純）：上海安譜科學儀器有限公司；C8-C40正構烷烴混標（色譜純）：上海安譜科學儀器有限公司；氯化鈉（分析純）：天津市致遠化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

7820氣相色譜-5977a質譜聯用儀（帶有分流/不分流進樣口及電子電離源）：美國Aglient公司；30/50 μm二乙烯基苯/碳分子篩/聚二甲基硅氧烷：美國Supelco公司；DF-101Z集熱式恒溫加熱磁力攪拌器：鄭州長城科工貿有限公司；SEC-3Y三層六盤商用電熱烤箱：珠海三麥機械有限公司；C21-RT2140電磁爐：美的集團股份有限公司；JS39D-250料理機：浙江蘇泊爾股份有限公司；VC303B手持式紅外測溫儀：深圳市驛生勝利科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品處理

將新鮮香菇去柄，用自來水反復沖洗至原料內外褶皺無黑渣和泥土后，再用蒸餾水沖洗2次，從菌蓋縱切成厚度為15 mm的薄片，倒入香菇凈重10%的橄欖油拌勻，分成3份分別采用低溫烤制、高溫烤制和炒制3種方法烹制。烤制采用20 L烤箱，將香菇單層平鋪在墊有錫箔紙的烤盤上，底火面火均為180℃（低溫烤制）和220℃（高溫烤制），烤制15min。炒制使用美的特氟龍不粘鍋（內徑 28 cm），電磁爐 1 200 W，（200±5）℃翻炒3 min。香菇烹制后加入蒸餾水（質量比1∶1）攪拌均勻成泥，分成2份，一份用于感官測評，一份用于氣相色譜質譜聯用儀測定。

1.3.2 樣品萃取

取香菇泥1.5 g裝至螺口頂空瓶中，加入3 mL的NaCl溶液（濃度為2 g/10 mL）及聚四氟乙烯磁力轉子，加入220 μL濃度為9.46 mg/kg的環己酮作為內標并快速用隔墊密封。將盛裝樣品的頂空瓶，置于50℃恒溫水浴中磁力攪拌，平衡15 min后插入萃取頭頂空靜態吸附10 min[28]。

1.3.3 色譜條件

色譜柱：DB-5MS石英毛細管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）。載氣為氦氣，氣體流速1.0 mL/min，不分流模式，進樣口溫度250℃，解吸10 min。升溫程序：起始柱溫40℃，保持2 min；以5℃/min的升溫速率升至85℃，保持 1 min；再以 5℃/min升至 180℃，保持1 min；后以10℃/min升至250℃，保持1 min[29-30]。

1.3.4 質譜條件

接口溫度280℃，離子源溫度230℃，四極桿溫度150℃，離子源類別EI，電子能量70 eV，質量掃描范圍m/z 40～400，調諧模式為標準調諧[31-32]。

1.3.5 感官測評方法

感官測評采用9點標度評分法[25]，根據烹制香菇揮發性成分的香氣特征，整理出3個主要香氣描述詞匯（香菇特征香氣、燒烤風味、油脂風味）和1個喜愛程度指標，使用9點標度進行評定，感官評價標準如表1所示。23名訓練型感官評價員（19歲～49歲，10名男性和13名女性）在感官檢測室對香菇樣品的香氣特征進行評分。香菇樣品隨機編碼后進行3次平行呈送。

表1 香菇樣品香氣特征感官測評Table 1 Sensory evaluation of shiitake mushrooms samples odor characteristics

1.4 數據處理

1.4.1 保留指數計算

揮發性化合物的保留指數（retention index，RI），采用正構烷烴混標1 μL液體進樣，氣相色譜質譜聯用儀測定條件與香菇揮發性化合物條件一致，按照下述公式計算 RI值，并與文獻[12，17，35]、科瓦茨指數（kovats index）和乙酯類保留指數（ethyl ester index）庫中色譜柱型號近似的RI進行比對。香菇樣品揮發性成分經過氣相色譜質譜聯用儀測定，通過對比美國國家標準與技術研究所質譜圖庫，與譜庫匹配度大于80的揮發性成分作為質譜鑒定標準，并結合RI文獻值對香菇揮發性成分進行篩查和鑒定[24]。

式中：RIx為待分析化合物的保留指數；RTx為待分析化合物的保留時間，min；RTn是待分析物前出峰正構烷烴的保留時間，min；RTn+1為待分析物后出峰正構烷烴的保留時間，min；n為正構烷烴的含碳個數。

1.4.2 揮發性化合物濃度計算

根據香菇樣品中每種揮發性化合物的色譜峰面積與內標環己酮的色譜峰面積的對比差和內標實際量為依據，計算每一種揮發性化合物相對于內標的量[24]。公式如下。

式中：Cx為待測揮發性化合物的濃度，μg/kg；Co為內標環己酮的濃度，μg/L；Vo為內標物環己酮的進樣體積，L；So為內標物環己酮的色譜峰面積，豐度·min；m為香菇樣品質量，kg；Sx為待測揮發性化合物的色譜峰面積，豐度·min。

1.4.3 數據統計及相關性分析

用IBM SPSS Statistics22對香氣揮發物的含量、感官評分進行ANOVA（LSD）差異顯著性分析，并進行揮發性成分與感官評分之間的皮爾森相關性分析。用Unscrambler X 10.4軟件對不同烹制方法的香菇菜肴揮發性成分進行主成分分析[24，33，34]。用R 4.1.1進行熱圖繪制。

2 結果與分析

2.1 3種烹制方式對香菇揮發性成分及含量的影響

將3種烹制方式香菇中75種揮發性成分按照官能團分類，分別列出揮發性化合物的保留時間（RT）、保留指數（RI），鑒定結果和含量如表2所示。

表2 3種烹制方式香菇中揮發性成分鑒定及含量Table 2 Concentration and identification of volatile components in three types of cooking treatment shiitake mushroom samples

在3種不同烹制方式中，共檢出揮發性成分75種，可分為9類。其中，芳香類（A）12種，含硫類化合物（S）3種，醛類化合物（B）10種，酸類化合物（C）4種，萜烯類化合物（T）4種，烷烴類化合物（D）29種，烯類化合物（E）4種，酯類化合物（F）6種，其他類種（J）3種。芳香類、含硫類、醛類、萜類、烷烴類、酯類和其它類中的12種揮發性成分含量，在3種烹制方式的香菇樣品中存在顯著差異。

2.1.1 芳香類化合物

芳香類揮發性化合物如苯、聯苯的產生與香菇烹制過程中芳香族氨基酸和肽類的熱解、糖和氨基酸非酶褐變存在一定關聯[4]，高興洋等[13]和楊肖等[18]研究表明經過65℃熱烘的香菇干粉和真空油炸香菇脆片中均檢測到有甲基萘的存在。本試驗中4a（2H）-八氫萘甲醇在低溫烤制香菇中的含量顯著高于其它2種烹制方式。而苯酚類揮發性成分的生成，與橄欖油中多酚類化合物（如橄欖苦苷）的加熱裂解有關[36]，其中，2，4-二叔丁基苯酚在炒制香菇中的含量顯著高于兩種烤制方式。

2.1.2 含硫類化合物

含硫化合物是熱加工香菇的主要香氣成分[17]，其中具有高溫熟制風味特征的香菇素在烤制樣品中均有檢出。但高溫處理容易造成香菇中含硫化合物的損失[5]，溫度超過225℃會加速含硫化合物分解成硫醚類化合物進程，劣化香菇風味品質[16]。烤制能促使五硫、六硫化合物產生，但高溫烤制會降低 1，2，4，5，7，8-六硫雜環壬烷含量。

續表2 3種烹制方式香菇中揮發性成分鑒定及含量Continue table 2 Concentration and identification of volatile components in three types of cooking treatment shiitake mushroom samples

2.1.3 醛類化合物

脂肪醛類在食用菌中含量比較豐富，對總體揮發性成分的貢獻較大[35]，賦予香菇青草的風味[18]。本研究中共檢測出醛類成分10種，其中己醛、苯甲醛、辛醛、苯乙醛、壬醛、癸醛、2，4癸二烯醛、阿托醛均為形成香菇特征香氣的重要組成成分[4，18]。3種烹制工藝中，壬醛含量存在顯著差異，其中低溫烤制壬醛的含量低于高溫烤制和炒制。研究顯示壬醛會在烹煮過程中降低[18]。正辛醛、壬醛、癸醛作為飽和直鏈醛，通常有令人不快的、辛辣的、尖刺的氣味并帶有油和蠟的特征氣味[37]。

2.1.4 酸類

酸類化合物來自香菇和食用油的加熱降解[18]，其中八碳化合物辛酸可能與香菇在烹制過程中的加熱氧化相關[17]。

2.1.5 萜烯類

萜烯類化合物常具有自然的花草木香，其中對傘花烴、檸檬烯和松油烯來自橄欖油[38]，柏木醇在貴州馬桑香菇品種中被發現含量較高[39]，本研究中發現烹制方式對其含量影響不顯著。

2.1.6 烷烴類

烷烴類化合物與原料中脂質分解相關，在烹制中是形成雜環化合物的重要中間體[40]，對最終菜肴的風味存在一定基體作用。研究表明，烷烴類物質在新鮮香菇中含量較少，其生成主要源自香菇中脂肪酸烷氧自由基的裂解反應[13]。但普遍認為烷烴類的香味閾值不高，對香菇風味的貢獻有限。本試驗中烷烴類揮發性化合物種類最多，其含量在低溫烤制香菇中顯著高于與其他烹制樣品。油脂加工過的香菇產品中，烷烴類揮發性成分會升高，但過高溫烹制和炒制超過食用菌油脂及橄欖油的發煙點，致使烷烴類揮發性成分含量顯著降低。

2.1.7 烯類

烯類揮發性成分與油脂熱解有關，研究表明低溫干制有利于香菇烯類成分的保留[15]。但在本試驗中，僅出現14個碳以上的長鏈烯烴，在3種烹制工藝中含量差異不顯著。

2.1.8 酯類

研究表明酯類物質賦予菜肴甜香味和脂香味，熱加工處理會降低酯類物質的含量[35]。本試驗中碳酸癸基十一烷基酯和十一烷基亞硫酸丁酯在低溫烤制香菇中的含量，顯著高于高溫烤制和炒制。而高溫烤制和炒制的香菇樣品中，有檢測出己酸乙酯的存在，這可能與長鏈脂類或多酚類的熱降解有關[41]。

2.1.9 其它

含氮雜環類成分與香菇游離氨基酸的熱降解和美拉德反應相關。甲氧基苯基肟是食用菌的特征風味之一[42]，具有類似烤魷魚的香味，在炒制香菇中的含量顯著高于烤制。苯并噻唑的生成，與香菇芳香族氨基酸參與非酶褐變相關，能夠形成烤香菇的特殊風味[18]。酮類揮發性化合物與多不飽和脂肪酸降解有關[13]，適度加熱有利于酮類成分的生成，而過高溫度又可能造成酮類化合物的損失，2-環己烯-1-酮在低溫烤制和炒制香菇中的含量高于高溫烤制。

不同官能團的香菇樣品揮發性成分，在3種烹制方式中的含量差異見表3。

如表3所示，低溫烤制香菇的揮發性成分中，含硫類、烷烴類、酯類化合物的總含量顯著高于高溫烤制和炒制，這與香菇脫水干制過程中的研究結果一致[13-15]。炒制香菇中其他類揮發性成分總含量（主要是羰氨反應產物）顯著高于兩種烤制方法，這可能是由于炒制過程的機械碰撞有利于香菇中美拉德褐變底物的釋放。

表3 不同烹制方式的香菇樣品揮發性成分種類與含量Table 3 Chemical classes and amounts of volatile components in shiitake mushroom samples obtained by different cooking techniques

2.2 揮發性成分的主成分分析

對3種烹制方式的香菇樣品揮發性成分種類及含量進行主成分分析，各成分的特征值及累計方差貢獻率如表4所示。

表4 主成分特征值、方差貢獻率和累積方差貢獻率Table 4 Eigenvalue of principal components and their cumulative variance contribution rate

由表4可知，利用主成分分析法將3種烹制工藝香菇的75種揮發性成分指標，轉化為7個主成分。其中PC-1和PC-2的累積貢獻率超過80%，說明這兩個主成分可以反映原始變量的大部分信息，可用于鑒別不同烹制方式的香菇風味差異程度。

對3種烹制方式的香菇樣品揮發性成分進行主成分降維處理，得到樣品間得分圖和揮發性化合物荷載圖如圖1所示。

由圖1a，PCA得分圖可知，9種香菇樣品呈現及明顯的區域分布特性，低溫烤制與高溫烤制和炒制在PC-1上差異較大，高溫烤制風味在PC-1上接近炒制風味。高溫烤制風味和炒制在PC-2上存在一定差異。如圖1b所示，十一烷基亞硫酸丁酯（F4）、十三烷（D12）、碳酸癸基十一烷基酯（F3）、十二烷（D1）、庚基環己烷（D15）、壬醛（B4）在PC-1上有高載荷，相關性強（解釋方差≥80%），是構成低溫烤制與高溫烤制、低溫烤制與炒制香菇風味差異的主要揮發性成分。d檸檬烯（T2）在PC-2上有高載荷，相關性強（解釋方差≥80%），是構成高溫烤制和炒制香菇風味差異的主要揮發性成分。

圖1 不同烹制工藝的香菇揮發性成分主成分分析圖Fig.1 PCA of volatile components in different cooking techniques shiitake mushrooms

2.3 3種烹制工藝的感官測評結果分析

按照感官指標：香菇特征香氣、燒烤風味、油脂風味和喜愛程度，對3種烹制方式香菇樣品的香氣特征評分結果如表5所示。

表5 3種香菇樣品感官評分結果Table 5 Sensory evaluation of three shiitake mushroom samples

如表5所示，3種烹制工藝的香菇菜肴在香氣感官特征上具有顯著差異。香菇的烹制工藝中，低溫烤制在4項感官測評項目上的評分均高于高溫烤制和炒制，炒制的香菇特征香氣比高溫烤制評分更高。低溫烤制有利于含硫類香菇特征風味成分的保留，能夠在一定程度上降低油脂的過度熱解和氧化，從而賦予烹制香菇菜肴更顯著的燒烤香味，提升感官測評員嗅聞感受舒適度。

以烹制方式為控制項，對香菇樣品的75種揮發性成分含量與感官評分進行偏相關分析，篩選出17種存在顯著相關的揮發性成分，其與感官指標的相關程度如圖2所示。

圖2 3種烹制工藝香菇揮發性成分與感官性狀的相關性Fig.2 Correlation between volatile components and sensory attributes of shiitake mushrooms in three types of cooking techniques

如圖2所示，在75中揮發性成分中，有17種揮發性成分與感官評分間存在顯著相關（α＜0.05），其余58種揮發性成分與感官評分相關性不顯著。12種揮發性成分與喜愛程度呈顯著正相關，其中 1，2，4，5，7，8-六硫雜環壬烷、十四烷、2-環己烯-1-酮、甲氧基苯基肟、十三烷、十一烷基亞硫酸丁酯這6種化合物也與香菇烤制和油脂香味顯著正相關，有助于菜肴感官品質優化。2，6-二叔丁基對甲基苯酚、碳酸癸基十一烷基酯、十二烷、庚基環己烷這4種化合物與喜愛程度不相關，但能夠增強香菇燒烤和油脂特征風味。反式-2，4-癸二烯醛與4種感官特性均呈顯著負相關。反式-2，4-癸二烯醛（FEMA 3135）具有青草和油脂風味，是鮮牛肝菌中特征香氣成分之一[43]，反式-2，4-癸二烯醛的大量出現與過高溫度烹制致使亞油酸熱降解有關。本研究中反式-2，4-癸二烯醛僅有高溫烤制樣品檢出，在香菇菜肴中會導致感官品質劣變。

3 結論

本文利用固相微萃取、氣質聯用結合感官嗅聞試驗對3種不同烹制工藝的香菇菜肴進行風味成分分析及品質評價。通過對75種風味成分的主成分分析，發現低溫烤制香菇樣品與高溫烤制和炒制間存在顯著差異，進一步利用感官測評結果進行關聯篩選，得到17種與香菇風味品質相關的揮發性化合物及其相關系數，定量呈現出香氣成分對感官特性的影響。研究探索了多元統計分析在風味形成機理中的應用途徑，為優化香菇菜肴風味提供了烹制工藝參考。