基于HS-SPME-GC-MS法分析不同干燥條件對皺環球蓋菇揮發性成分的影響

秦玉川，吳德平，王麗玲，方 茹，賀 亮，王衍彬,*，錢 華，劉本同

（1.浙江省林業科學研究院，浙江 杭州 310023；2.杭州市農業科學研究院，浙江 杭州 310024）

皺環球蓋菇（Stropharia rugosoannulataFarl. ex Murrill），俗稱大球蓋菇，是球蓋菇科、球蓋菇屬大型可食用真菌，在我國分布于甘肅、云南、吉林、四川等多個省份[1]。皺環球蓋菇味道鮮、產量大，富含蛋白質、多糖、多酚等多種生物活性物質[2-3]，還具有緩解運動疲勞[4]、抗癌、降糖、抑菌[5]的作用，被聯合國糧農組織作為重點菇種向發展中國家推薦[6-7]。我國自20世紀90年代開始對皺環蓋菇進行大面積推廣栽培，國內各地均有人工栽培，但由于其出菇期較為集中、水份含量高、收獲后呼吸作用強、鮮品貨架期短、深加工產業匱乏等原因，皺環蓋菇的栽培產業逐漸萎縮，一度僅在江南局部地區存有少量栽培[8]。近年來，隨著人們對鮮食口感的追求、食品冷鏈運輸的發展與食用菌加工產業的進步，皺環球蓋菇的栽培開始回暖，逐漸成為國內廣泛栽培菇種。

干燥工序操作簡單、成本低，是食品行業最古老、最有效的保鮮技術之一[9]。自然干燥、熱風干燥、微波干燥、真空干燥和真空冷凍干燥是目前常用的食用菌脫水干燥方法[10]，但干燥也會導致食用菌營養和風味成分的改變[11]。Tian Yuting等[12]報道了干燥技術對香菇風味化合物的影響。Hu Su等[13]研究發現真空干燥能保持皺環球蓋菇中較高含量的可溶性糖、有機酸、游離氨基酸和5’-核苷酸，但呈味氨基酸的損失較大，而熱風干燥和自然干燥對呈味氨基酸的影響較小，其中熱風干燥產品等效鮮味濃度值最高，但目前干燥處理對皺環球蓋菇揮發性風味成分的影響鮮見報道。揮發性成分是食用菌風味的重要組成，也是影響產品品質與消費者偏好的重要因素，脂肪族C8成分是食用菌釋放出的關鍵特征風味化合物之一[14]，脂氧合酶與亞油酸的酶促反應被認為是蘑菇中C8揮發物形成的原因，而干燥等熱加工過程中會導致揮發性成分的加速釋放[15]，影響最終產品的風味。因此對揮發性成分的研究可用于產品品質和不同干燥方式優劣的評價。

氣相色譜結合各種風味提取技術，如同時蒸餾萃取、溶劑萃取、靜態頂空、吹掃捕集、頂空固相微萃?。╤eadspace-solid phase microextraction，HS-SPME）等，均已被用于不同食品中的揮發性化合物的分析[16-19]，其中HS-SPME-氣相色譜-質譜（HS-SPME-gas chromatographymass spectrometry，HS-SPME-GC-MS）聯用法是近三十年發展出來的食品風味成分鑒定技術，利用此方法進行食用菌的風味成分檢測，無需通過萃取過程，可以對新鮮樣品直接吸附檢測，避免了時間、溫度或提取溶劑等因素對風味成分造成影響，該技術已被廣泛應用于食用菌揮發物的含量測定[20-22]。本實驗采用HS-SPME-GC-MS法對皺環球蓋菇新鮮樣品和不同干燥條件制得的樣品進行主要揮發性成分分析，獲得其關鍵風味化合物組成與變化，以期為皺環球蓋菇的干燥加工提供數據基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

皺環球蓋菇樣品，品種金球18號，采自浙江省杭州市山稻與皺環球蓋菇復合栽培基地。

3-辛酮標樣（98%純度） 上海吉至生化科技有限公司；甲醇（色譜純） 美國天地公司。

1.2 儀器與設備

固相微萃取裝置（配65 μm PDMS/DVB萃取針）德國Merck公司；7890A/5975C GC-MS聯用儀 美國Agilent公司；Mtw-120電子天平 美國美樂公司；DB-2D金屬恒溫浴 美國Techne公司；DHG-9030烘箱 上海一恒科學儀器有限公司；FBS-760A鹵素快速水份測定儀深圳后王電子科技有限公司；FreeZone 2.5L冷凍干燥儀美國Labconco公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品干燥

新鮮樣品：基地采摘后，裝入潔凈PE袋，放入泡沫箱，加冰袋冷藏，1 h內送至實驗室進行制備吸附。

烘箱干燥樣品：分別將采摘后的樣品，清理干凈，分別取10 支樣品，放入30、50、70、90 ℃烘箱內干燥至含水率8%以下，備用。

冷凍干燥樣品：分別將采摘后的樣品，清理干凈，取10 支放入-70 ℃低溫冰箱預凍12 h，再放入冷凍干燥儀中，冷阱溫度-60 ℃，壓力15 Pa，干燥36 h，備用。

1.3.2 揮發性成分萃取條件

SPME萃取頭于250 ℃老化3 min；將樣品剪成均勻3 mm方形顆粒，稱取4.0 g樣品放于15 mL頂空瓶中，留出至少1/3的空間，將老化后的萃取頭插入樣品瓶上部，分別于40、60、80、100 ℃下吸附30 min。

1.3.3 揮發性成分分析條件

脫附時間2 min。GC條件：DB-5ms色譜柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；載氣（He）流速1 mL/min；進樣口溫度250 ℃；升溫程序：起始溫度50 ℃，保持1 min，以5 ℃/min升溫至260 ℃，保持3 min。

MS條件：接口溫度280 ℃；離子源溫度230 ℃；質量掃描范圍m/z15～550；定性庫NIST08。

1.3.4 揮發物含量測定

精確稱取1.000 0 g 3-辛酮標準品溶解于100 mL色譜純甲醇中，并依次稀釋配制成10、1.0、0.1、0.01 mg/mL樣品，備用。

GC-MS條件：進樣量0.1 μL，不分流，其他條件與1.3.3節同。

含量計算：以3-辛酮進樣量（μg）為橫坐標，峰面積為縱坐標，獲得標樣標準曲線和擬合方程，根據擬合方程計算樣品3-辛酮的吸附量，其他成分根據揮發物組成比例計算相對含量。

1.3.5 含水率測定

采用GB 5009.3—2016 《食品中水分的測定》第一法。

1.3.6 風味活度值（odor activity value，OAV）計算

OAV按下式計算：

式中；Ci為化合物i的含量/（μg/kg）；Ti為化合物i的香氣感覺閾值/（μg/kg）。

1.4 數據處理

數據統計采用WPS 2019，圖表繪制采用Origin 8.0。

2 結果與分析

2.1 吸附溫度對新鮮皺環球蓋菇揮發性成分測定的影響

圖1 不同吸附溫度皺環球蓋菇揮發性成分GC-MS總離子流圖Fig. 1 Total ion current chromatogram of volatile components from S.rugosoannulata detected by GC-MS at different adsorption temperatures

吸附溫度對揮發性成分的影響較大，較低溫度下，主要以低沸點組分為主，高溫度下以高沸點組分為主，在高溫下，樣品會發生炭化且低沸點組分分解，因此選擇合適的吸附溫度對于HS-SPME非常關鍵。如圖1、表1所示，4種不同吸附溫度共鑒定出揮發性成分24種，其中醛類物質3種、醇類物質2種、酮類物質2種、烯烴類物質6種、烷烴類物質8種、酸類物質2種、酯類物質1種。鑒定出揮發性成分的數量與吸附溫度呈顯著的正相關性，40 ℃吸附溫度下，僅鑒定出1種化合物，為食用菌特征性的C8化合物，而100 ℃吸附溫度下，鑒定出18種化合物，這可能與高溫導致原料中原本不易揮發的物質析出有關，特別是烷烴與酯類化合物。從圖1和表1可以明顯看出，3-辛酮是新鮮皺環球蓋菇揮發性成分中的代表性化合物，特別是在近常溫（40 ℃）狀態，僅檢測到這一種揮發物。3-辛酮是具有很強滲透性果香的呈香物質，天然存在于許多水果、豆類、薰衣草等植物中[23]，也是新鮮平菇、香菇、金針菇和雙孢菇[24]的主要揮發性成分，但皺環球蓋菇的水提液中并未發現[25]，這可能是3-辛酮易溶于大多數有機溶劑，但不溶于水的特性造成的。

表1 不同吸附溫度皺環球蓋菇揮發性成分Table 1 Volatile components of S. rugosoannulata detected at different adsorption temperatures

2.2 不同吸附溫度對新鮮皺環球蓋菇OAV分析

揮發物的組成并不能完全代表原料的風味組成，為準確判斷新鮮皺環球蓋菇主要揮發性成分，采用OAV法進行分析，OAV代表單一香氣成分對整體香氣的貢獻程度，因此在風味研究中得到廣泛應用。以特征性的C8化合物3-辛酮標樣為基準進行定量，獲得3-辛酮的線性擬合方程為y＝2.07×108x，R2＝0.999 9，不同吸附溫度獲得的主要風味化合物含量與OAV結果見表2。

表2 不同吸附溫度下主要風味化合物含量與OAV比較Table 2 Contents and odor activity value of major flavor compounds from S. rugosoannulata detected at different adsorption temperatures

從表2可以看出，對新鮮皺環球蓋菇風味起主要作用的是3-辛酮、己醛、2-十一烷酮，其中3-辛酮含量與吸附溫度呈顯著負相關，橙花叔醇與2-十一烷酮與吸附溫度呈顯著正相關。特別是橙花叔醇，在40 ℃吸附溫度下未檢出，但100 ℃吸附溫度下含量已達1 861.08 μg/kg，成為所有揮發物中含量最高的物質，占總揮發物的54.51%。僅考察風味化合物的含量或相對組成，有時并不能完全說明原料的風味組成，橙花叔醇由于感覺閾值較高，其OAV較低，對新鮮皺環球蓋菇風味的貢獻并不大。新鮮皺環球蓋菇風味主要貢獻化合物為3-辛酮、己醛與2-十一烷酮，3種化合物在不同溫度下的總OAV排序為：80 ℃（316.73）＞60 ℃（306.24）＞40 ℃（245.99）＞100 ℃（40.54），綜合OAV與風味化合物數量數據，80 ℃的吸附溫度是皺環球蓋菇風味檢測的最佳溫度，且己醛和3-辛酮對新鮮樣品風味的形成具有重要貢獻。

2.3 新鮮皺環球蓋菇菌柄與菌蓋揮發物成分的差異分析

表3 皺環球蓋菇菌柄與菌蓋揮發性成分對比Table 3 Volatile components of S. rugosoannulata handle and cover

根據上述研究，采用80 ℃的吸附溫度對皺環球蓋菇的菌柄和菌蓋中的揮發性成分進行研究。從表3可以看出，皺環球蓋菇的菌柄和菌蓋中揮發性物質與全菇吸附獲得的成分類似，共檢出17種成分，仍然是以3-辛酮、橙花叔醇、己醛等為主，特別是3-辛酮，分別占菌柄與菌蓋揮發性成分的70.83%和70.55%，是最主要的風味化合物。但是菌柄和菌蓋中的揮發性成分還是存在一定差異，在菌柄中醛類、醇類、酮類、烯烴類、烷烴類和酯類化合物分別占總揮發物的0.93%、23.00%、71.57%、1.80%、2.05%與0.65%，而菌蓋中則分別占17.13%、4.04%、71.29%、3.14%、3.00%與0.85%，除酮類化合物外，其余種類化合物均有較大差異，菌蓋中醛、烯烴、烷烴、酯相對含量更高，菌柄中醇類化合物相對含量更高。另外，己醛、3-乙基-2-甲基-1,3-己二烯、十五烷在菌柄中未檢出，α-蓽澄茄油烯、去氫白菖烯在菌蓋中未檢出。

2.4 干燥條件對皺環球蓋菇揮發物的影響

表4 不同干燥方式皺環球蓋菇揮發性成分對比Table 4 Volatile components of S. rugosoannulata subjected to freeze drying and hot-air drying

續表4

如表4所示，干燥皺環球蓋菇揮發物共鑒定出68種化合物，其中雜環類12種、醛類6種、醇類8種、烯類15種、酮類6種、醚類1種、酸類1種、酯類4種、烷烴類15種。上述5 組樣品中，30 ℃干燥皺環球蓋菇樣品揮發性成分最為豐富，共鑒定出58種，90 ℃干燥樣品揮發性成分最少，共鑒定出17種。

食用菌含水率高，非鮮食產品需要干燥或深加工以延長貨架期，但由于食用菌對溫度非常敏感，選擇正確的干燥方法是成功保存的關鍵步驟。在熱干燥過程中，美拉德反應所生成的有機物是食用菌干燥產品特定味道和香氣的重要來源[27]。不恰當的干燥方法特別是長時間高溫，會導致醇、酮、烯烴類等易揮發組分損失，烷烴和雜環化合物增加[15]。從表4也可以看出，干燥溫度對皺環球蓋菇揮發性組分具有非常大的影響，新鮮樣品中含量最高的3-辛酮在上述5 個樣品中均已無法檢出，而2-戊基呋喃、癸烯、橙花叔醇、苯甲醛、2-十一烷酮、香葉基香葉酮、十一烷等成為揮發性化合物的主要組成。且隨著干燥溫度的升高，醇、烯類化合物逐漸減少，這是由于醇、烯類化合物在熱處理過程可能發生了降解或揮發[28]。較高溫度下，烷類成分的顯著增加，可能是由于醇氧基的裂解反應所造成[29]。雖然吡嗪類化合物在高溫條件下更易產生[30]，但在本研究中發現冷凍干燥和低溫熱干燥都產生了少量吡嗪類化合物，這可能是因為低溫下干燥需要較長時間，因此促使美拉德反應發生。

圖2 主要揮發物種類組成（A）和主要化合物含量（B）Fig. 2 Composition of major volatiles (A) and contents of major individual compounds (B)

從圖2可以明顯看出，凍干樣品揮發物以雜環類物質為主，30 ℃干燥樣品揮發物以烯類化合物為主，而較高干燥溫度（50～90 ℃）制得的樣品以烷烴為主，各類揮發物分別占總揮發物的36.68%、27.81%、31.28%、40.37%和79.50%。在所有鑒定出的揮發性成分中，凍干樣品相對含量最高為2-戊基呋喃（27.38%），30 ℃干燥樣品中相對含量最高為1-癸烯（17.17%），50 ℃干燥樣品中含量最高為十一烷（15.95%），70 ℃干燥樣品中含量最高為2-乙酰吡咯（18.22%），90 ℃干燥樣品中含量最高為十一烷（61.59%）。

3 討 論

皺環球蓋菇栽培簡單、產量高、營養豐富、味道佳，并具有抗疲勞、抗氧化抗腫瘤、降血糖等方面的功效，近年來栽培面積逐年增加，已遍布大江南北。但由于皺環球蓋菇產量大，畝產鮮菇可達5 000 kg以上（按播種面積300 m2計算）[8]，并存在上市時間集中、耐貯性差、貨架期短等問題，后續產品的加工需求必然旺盛。

無論哪種加工方式，風味的保留程度或提升幅度必然是加工技術需要考慮的重要影響因素，而溫度則是影響風味的關鍵參數之一?，F有食品原料風味物質的萃取方法中，SPME方法具有樣品量需求少、簡單快速、溶劑干擾小等優點而被廣泛采用，并特別適合新鮮樣品的分析。本研究通過HS-SPME-GC-MS方法分析了新鮮和不同干燥溫度制得皺環球蓋菇樣品揮發性組分，新鮮樣品中共鑒定出17種揮發性成分，包括醛、酮、醇、酯和烷烴類化合物，其中含量最高的3種為3-辛酮、橙花叔醇和己醛，占全部揮發物的93.85%；皺環球蓋菇的菇柄與菇蓋揮發性物質與全菇類似，含量最高的均為3-辛酮，且含量均占總揮發物的70%左右，但菇蓋中的醛（17.31%）、烯（3.00%）類化合物相對含量更高，而菇柄中醇（23.00%）類化合物相對含量更高。

食用菌各種風味化合物的形成大多與脂質氧化、蛋白水解、斯特雷克降解、美拉德反應、酶和/或化學作用有關[31-32]，這些反應分別發生在干燥過程的不同階段與不同溫度下。在干燥過程中，細胞被破壞，揮發性物質從新鮮食用菌組織中釋放出來，當酶從不同的細胞室分離出來時，會與有機底物相互作用[33]，在這一階段，食物中的各種脂肪酸、氨基酸和碳水化合物作為香氣前體，在酶的作用下被催化生成大量揮發性化合物[34]，許多揮發性化合物混合在一起形成了干燥食品的獨特香氣。在本研究的不同干燥條件下，揮發物成分發生了顯著的變化，首先從揮發物種類看，30 ℃樣品鑒定出58種，50 ℃、冷凍干燥、70 ℃和90 ℃樣品，分別鑒定出38、34、19種和17種化合物；從揮發物的組成看，30 ℃干燥樣品的風味最為豐富，所鑒定出的58種化合物中相對含量超過1%的共20種，占總揮發物的80.07%，包括吡嗪、呋喃等美拉德反應產物與醛、醇、烯、酮、酯、烷等揮發性化合物，但5種樣品中均未檢出新鮮樣品中含量最高的3-辛酮，說明干制品對皺環球蓋菇的風味影響極大。過高的加工溫度使皺環球蓋菇的風味損失嚴重，并會產生大量烷烴類物質，其中高溫樣品（90 ℃）已完全喪失菇類應有的氣味，揮發物中含量最高的十一烷占總揮發物的比例高達61.59%。冷凍干燥是一種真空低溫干燥技術，采用冷凍干燥制得的皺環球蓋菇形態與營養保持應為最佳，但本實驗僅鑒定出34種揮發性成分，含量最高的是2-戊基呋喃，占總揮發物的27.38%，而烯類化合物僅鑒定出5種（30 ℃樣品為14種），這應該與冷凍干燥加工過程中的高真空有關，在15 Pa甚至更高的真空度下，易揮發的烯、醇、酮等化合物損失嚴重，而保留了原始熱揮發性成分、烷烴和雜環類揮發性成分，這與Pei Fei等[15]的研究結果一致。

4 結 論

通過對不同吸附溫度皺環球蓋菇主要揮發性成分組成、含量與OAV的比較，獲得皺環球蓋菇SPME最佳吸附溫度80 ℃。采用HS-SPME-GC-MS方法分析皺環球蓋菇新鮮樣品、冷凍干燥樣品與不同干燥溫度樣品的揮發性組分，研究發現：皺環球蓋菇新鮮樣品揮發性組分以3-辛酮、橙花叔醇、己醛、1-己醇、2-十一烷酮為主，其中主要風味貢獻化合物為3-辛酮、己醛和2-十一烷酮。皺環球蓋菇的菇蓋與菇柄揮發性成分中3-辛酮相對含量相近（70.55%與70.83%），醛、烯、醇類化合物存在較大差異，分別占總揮發物的17.31%與0.93%、3.00%與2.08%、4.40%與23.00%；加工溫度對皺環球蓋菇揮發性組分的影響巨大，溫度越高，揮發性組份損失越嚴重，并會產生大量的烷烴化合物，90℃干燥樣品中烷烴類化合物已占總揮發物的79.50%；30 ℃干燥樣品的揮發物組成最為豐富，共鑒定出58種化合物，包括醛、烯、醇、酯等化合物，以及吡嗪類、呋喃類等美拉德反應產物。風味物質的保留與提升向來是考量食品貯藏與加工技術的重要指標之一，鑒于皺環球蓋菇揮發物相關研究尚未見報道，希望本研究可以為皺環球蓋菇的精深加工提供數據參考。