常見食用菌營養成分及風味物質分析

李 娜，呂 爽，董建國，李紅波，張 穎，徐 丹，吳 躍 ，莫海珍,

（1.中南林業科技大學食品科學與工程學院，湖南長沙 410004；2.陜西科技大學食品科學與工程學院，陜西西安 710021；3.河南商丘柘城雙河街道辦事處，河南商丘 476000）

食用菌是一類子實體碩大、可食用的“蕈菌”類真菌的總稱，品種多樣。我國是世界上認識和利用食用菌最早的國家，也是世界上最早栽培食用菌的國家。我國食用菌資源十分豐富，年產量占世界總產量的70%左右[1]。食用菌含有豐富的蛋白質、膳食纖維、維生素和礦物質等營養物質，熱量和脂肪含量較低[2-4]，具有極高的營養價值和藥用價值，此外，其味道鮮美、風味獨特，備受廣大消費者的關注和青睞。

食用菌蛋白質含量豐富，通常在20%～45%（干重），遠高于小麥、玉米、大米等糧食作物，且含有完整的必需氨基酸，是優質蛋白的良好來源[5]。研究表明食用菌帶來的飽腹感比肉更大[6]，因此被素食主義者廣泛用作蛋白質的補充劑。食用菌含有天冬氨酸和谷氨酸兩種鮮味氨基酸，這是其味道鮮美的主要原因，并且核苷酸和谷氨酸的協同作用也大大提高了食用菌的鮮味[7]。食用菌中不飽和脂肪酸含量很高，其中亞油酸占主導地位，亞油酸對維持機體健康不可缺少，但不能直接在機體中合成，因此食用菌是必需脂肪酸的主要攝入來源[8]。據報道，食用菌還含有凝集素、三萜、β-葡聚糖、酚類、類黃酮、香菇多糖、核苷、核苷酸和麥角硫因等多種生物活性物質[9-11]，具有提高免疫力、抗疲勞、抗腫瘤、降血脂、抗炎癥等多種生理功能[12-13]；潛在的促進健康和預防疾病的作用使其在保健食品與醫藥等領域展現出廣闊的研究前景[14]。此外，食用菌獨特的香味來自于揮發性風味物質，主要包括八碳化合物和含硫化合物，同時醛、酮、酸和酯類化合物也對食用菌的香氣起到修飾調和的作用[15]。

目前，對食用菌營養成分的研究大多集中在個別常見食用菌的檢測分析上，缺少不同品種之間的比較。而且大眾對于市面上逐漸豐富的食用菌種類，如竹蓀、滑子菇和灰樹花等品種的營養成分缺乏了解。由于風味是評價食用菌品質的重要指標之一，風味成分的研究對食用菌產品的品質控制、產品分級、改良和新產品的開發具有輔助作用[16]。殷朝敏等[17]采用HS-SPME-GC-MS 結合HPLC 分析研究了平菇、香菇、雙孢菇、杏鮑菇和金針菇5 種食用菌鮮品的風味成分，但近年來國內外關于各種食用菌菌絲體和發酵液的風味物質分析較少，很多市面上的食用菌的揮發性風味物質還未被研究。

本研究分析了香菇、金針菇、平菇、草菇、雙孢菇、茶樹菇、猴頭菇、滑子菇、雞腿菇、杏鮑菇、竹蓀、赤靈芝、蛹蟲草、灰樹花、黑木耳、銀耳、羊肚菌和姬松茸共18 種常見食用菌的水分、灰分、蛋白質、脂肪和總糖等營養物質；分析了食用菌的氨基酸組成比例并測定了食用菌中特殊氨基酸L-麥角硫因的含量。進一步采用液體發酵法培養其中6 種食用菌（香菇、雙孢菇、雞腿菇、杏鮑菇、黑木耳和靈芝）的菌絲，對6 種食用菌的子實體及對應菌絲體、發酵液中揮發性物質進行聚類分析。本研究為食用菌資源的挖掘、高值化開發利用提供科學依據，為食用菌蛋白質產業開發提供一定參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

食用菌干樣：香菇、金針菇、平菇、草菇、雙孢菇、茶樹菇、猴頭菇、滑子菇、雞腿菇、杏鮑菇、竹蓀、赤靈芝、蛹蟲草、灰樹花、黑木耳、銀耳、羊肚菌和姬松茸等子實體 西安超市或農貿市場，產地標稱見表1。香菇714、雙孢菇、雞腿菇451、杏鮑菇634、靈芝453 和黑木耳等菌株 陜西微生物研究所；乙腈（色譜純）、甲醇（色譜純）、甲酸（色譜純）、L-麥角硫因（純度≥98%） 上海麥克林生化有限公司，其他試劑均為國產分析純。

表1 18 種食用菌子實體樣品信息Table 1 Information of fruiting body samples of 18 edible fungi

RS-FS1811 粉碎機 合肥榮事達電子；SX-8-10箱式馬弗爐 北京永光明；氨基酸自動分析儀 日本HITACHI 公司；KQ5200DE 超聲波清洗器 昆山市超聲儀器；離心機 賽默飛世爾科技；DFCNW-5LB 氮氣吹干儀 杭州德克爾；電子分析天平 江蘇電子分析儀器廠；全自動凱氏定氮儀 瑞典Foss；電烘箱 順德萊基；真空冷凍干燥機 北京四環；7200 可見分光光度計 上海尤尼克。

1.2 實驗方法

1.2.1 營養成分測定 按照國家標準測定水分、灰分、蛋白質、脂肪、總糖和麥角硫因的含量。采用GB 5009.3-2016 方法檢測水分，采用GB 5009.4-2016方法測定灰分，采用GB 5009.5-2016 方法測定蛋白質，采用GB 5009.6-2016 方法測定脂肪，多糖含量采用NY/T 1676-2008 中方法測定。氨基酸的測定采用鹽酸水解處理樣品后，利用氨基酸自動分析儀進行分析。采用NY/T 3872-2021 方法檢測食用菌中L-麥角硫因的含量。

1.2.2 子實體、菌絲體及發酵液風味物質測定 將食用菌菌株接種至PDB 培養基35 ℃培養，過濾后分別收集菌絲體和發酵液。菌絲體與發酵液真空冷凍干燥后置于-80 ℃暫存。采用頂空固相微萃取結合氣相色譜-質譜聯用對6 種食用菌的子實體、菌絲體和發酵液中的風味物質進行分析[18]。

色譜條件：采用HP-INNOWAX（30 m×25 mm×25 μm）毛細管柱，程序升溫：進樣口250 ℃，柱初溫40 ℃，停留3 min，以5 ℃/min 升至150 ℃，停留1 min，然后以10 ℃/min 升至220 ℃，最后保留2 min；載氣為He，流速1.0 mL/min；進樣口為不分流模式。

質譜條件：離子化方式為電子轟擊電離，質譜接口溫度為280 ℃，離子源溫度為230 ℃，四級桿溫度150 ℃，質量掃描范圍m/z 50～550。

1.3 數據處理

利用SPSS Statistics 23 和R 語言軟件對數據進行分析處理。使用熱圖和主成分分析進行樣本聚類分析，熱圖和主成分分析分別采用R 軟件包pheatmap和factoextra 繪制[19]。

2 結果與分析

2.1 食用菌營養成分分析

分別測定香菇、金針菇、平菇、草菇、雙孢菇、茶樹菇、猴頭菇、滑子菇、雞腿菇、杏鮑菇、竹蓀、赤靈芝、蛹蟲草、灰樹花、黑木耳、銀耳、羊肚菌和姬松茸共18 種食用菌的水分、灰分、蛋白質、脂肪和總糖的含量，發現食用菌整體表現均呈現出高蛋白、低脂肪，富含礦物質的特點，但在營養成分上存在一定差異。新鮮食用菌含水率高，約為80%～92%。干燥后食用菌含水量通常在9%～13%[3-5]。

通過熱圖聚類分析以直觀地比較不同化合物之間的差異性和相似性。聚類分析結果如圖1 所示，雙孢菇、姬松茸、羊肚菌、猴頭菇、蛹蟲草、草菇、竹蓀、雞腿菇營養成分組成上總體較相似，金針菇、平菇、杏鮑菇、滑子菇、香菇、茶樹菇聚在一類。其中，雙孢菇、雞腿菇、竹蓀、草菇、姬松茸、猴頭菇、蛹蟲草、羊肚菌蛋白質含量較高，分別為35.87、30.9、28.25、28.1、26.6、26.55、25.47 g/100 g，銀耳蛋白質含量最低為7.88 g/100 g，表明不同食用菌品種的蛋白質含量存在明顯差異。平菇、金針菇、銀耳、滑子菇等總糖含量較高，分別為10.5、9、7.24、7.07 g/100 g。而18 種食用菌脂肪含量均比較低，特別是平菇脂肪含量在0.3 g/100 g，羊肚菌、灰樹花脂肪含量相對較高，分別達到了2.92 和2.91 g/100 g。

圖1 18 種食用菌樣品中蛋白質含量和營養成分的熱圖聚類分析Fig.1 Protein content and nutrient composition based on heat map and cluster analysis in 18 kinds of edible fungi samples

2.2 食用菌氨基酸組成分析

食用菌不僅蛋白質含量高，氨基酸組成也較全面，含有人體必需的8 種必需氨基酸。此外，食用菌含有大多數谷物所缺乏的賴氨酸和亮氨酸，能滿足人們對氨基酸的需求，是一種較理想的蛋白質來源。食用菌氨基酸聚類分析結果如圖2 所示，總體上看姬松茸、猴頭菇、草菇、雞腿菇、竹蓀、雙孢菇氨基酸組成接近。鮮味氨基酸中的特征性氨基酸天冬氨酸和谷氨酸含量較高，例如雙孢菇天冬氨酸含量高達38.4 g/kg，雞腿菇、猴頭菇、姬松茸谷氨酸含量分別為42.84、43.56、50.05 g/kg?；庸?、灰樹花、黑木耳、銀耳、赤靈芝氨基酸組成接近，茶樹菇、平菇、金針菇、蛹蟲草、羊肚菌、香菇、杏鮑菇聚在一類。

圖2 18 種食用菌樣品中氨基酸組成熱圖聚類分析Fig.2 Heat map and cluster analysis of amino acids from the edible fungi samples

氨基酸尤其是必需氨基酸的組成與比例是評價蛋白質營養價值的重要指標。FAO/WHO 提出理想蛋白質必需氨基酸/總氨基酸比值在0.4 左右，由表2可知，平菇、茶樹菇、赤靈芝、雙孢菇、杏鮑菇、竹蓀、雞腿菇、金針菇、銀耳、灰樹花、香菇和黑木耳等食用菌必需氨基酸占比均在0.4 左右，分別為48.32%、47.45%、47.19%、42.37%、42.18%、41.32%、39.70%、39.49%、39.39%、39.16%、37.20%和37.06%。由于富含谷氨酸與天冬氨酸，食用菌常被用于烹調提鮮。18 種食用菌中的呈味氨基酸（谷氨酸、天冬氨酸、苯丙氨酸、丙氨酸、甘氨酸和酪氨酸）占比達38.12%～56.02%，含量豐富。尤其是滑子菇、草菇、姬松茸、猴頭菇和香菇的呈味氨基酸占比均高于50%。18 種食用菌中的酸味類氨基酸（天冬氨酸和谷氨酸）占比為17.78%～30.60%，其中含量最高的為猴頭菇，最低的為赤靈芝。甜味類氨基酸（絲氨酸、甘氨酸、蘇氨酸、丙氨酸和脯氨酸）占比為23.14%～36.53%，其中含量最高的為滑子菇，最低的為平菇?？辔额惏被幔ū奖彼帷惲涟彼?、組氨酸、亮氨酸、蛋氨酸和纈氨酸）占比為28.41%～43.68%，含量最高的為茶樹菇，最低的為滑子菇。草菇、滑子菇、姬松茸、猴頭菇的甜味和酸味氨基酸總含量較高，分別為60.45%、60.2%、58.57%、58.05%，而平菇甜味和酸味氨基酸總含量最低（42%）?；庸教鹞逗退嵛栋被峥偤颗c苦味氨基酸比值高達2.12 倍，茶樹菇甜味和酸味氨基酸總含量與苦味氨基酸比值最低（1.07%）。

表2 18 種食用菌樣品中必需氨基酸和呈味氨基酸組成Table 2 Analysis of essential amino acids and tasting amino acids in 18 kinds of edible fungi samples

為進一步評估食用菌蛋白質的營養價值，采集雞蛋、小麥、大豆、雞肉、牛肉、豬肉、羊肉等常規蛋白質來源氨基酸組成數據[20-25]，通過PCA 分析（圖3），發現多數食用菌（黑木耳、香菇、灰樹花、竹蓀、金針菇、銀耳、雞腿菇、草菇、羊肚菌、蛹蟲草等）氨基酸組成與雞蛋表現出高度的相似性，雙孢菇、平菇、赤靈芝三種食用菌氨基酸組成接近，進一步說明食用菌蛋白質作為優質蛋白質來源開發潛力巨大。

圖3 食用菌樣品與常見優質蛋白氨基酸組成主成分分析Fig.3 PCA analysis of amino acid composition of edible fungi samples and common high quality proteins

2.3 食用菌樣品麥角硫因含量分析

研究表明，食用菌是麥角硫因（EGT）的重要來源[11]，具有保護皮膚、抗氧化、抗炎和抗抑郁等多種生理活性[26]。對18 種食用菌的EGT 含量進行測定，結果見圖4，其中，香菇、杏鮑菇、雞腿菇、雙孢菇、羊肚菌、灰樹花中麥角硫因含量顯著較高（P＜0.05） ，分別為：345.07、259.74、170.52、161.07、139.37、110.42 mg/kg。平菇、銀耳、竹蓀、滑子菇、黑木耳、金針菇、姬松茸等食用菌中麥角硫因含量顯著較低，均在50 mg/kg以下。

圖4 18 種食用菌中麥角硫因含量Fig.4 Content of ergothioneine in 18 kinds of edible fungi

2.4 食用菌揮發性風味物質分析

食用菌不僅具有較高的營養和保健價值，而且風味獨特。揮發性風味成分是影響食用菌品質的重要指標之一，也是影響消費的重要因素。考慮到未來采用工業發酵生產的方式其主要產物為菌絲體和發酵液兩部分，鑒于實驗室液體發酵培養香菇714（目前市場生產主要使用的菌株編號之一）、雙孢菇、雞腿菇451、杏鮑菇634、靈芝453 和黑木耳這6 類常見食用菌菌絲相對成熟，本研究通過分析各部分之間的風味差異，為工業發酵生產替代提供一定參考。以香菇714、雙孢菇、雞腿菇451、杏鮑菇634、靈芝453 和黑木耳等6 種常見食用菌的干燥子實體及相應生物發酵培養的菌絲體和發酵液為主要研究對象，主要風味物質信息見表3。主要鑒定出34 種揮發性化合物，包括醛類、酮類、酯類、醇類、酚類、醚類、烷烴類和雜環化合物。黑木耳中含量最高的揮發物有苯乙醛、異戊醛；雞腿菇中含量最高的揮發物有苯甲醛、苯乙醛；香菇中含量最高的揮發性化合物為1-辛烯-3-醇、阿托醛；雙孢菇中含量最高的揮發物有苯甲醛、苯甲醇；而靈芝中含量最高的揮發物主要有六甲基環三硅氧烷、甲氧基苯肟、己醛、2,6-二叔丁基對甲酚。

表3 6 種食用菌樣品中主要風味物質信息Table 3 Major volatile compounds in 6 kinds of edible fungi species

通過揮發性有機化合物的聚類分析以直觀地比較不同化合物之間的差異性和相似性。結果如圖5 所示，將6 個食用菌子實體、對應的食用菌菌絲體和相應的發酵液等18 個樣品組按照風味物質組成分為4 組：杏鮑菇、黑木耳、雙孢菇、香菇等子實體與雞腿菇菌絲體、香菇菌絲、黑木耳菌絲、雙孢菇菌絲一組；杏鮑菇菌絲與雞腿菇、靈芝子實體一組；各食用菌發酵液聚在一組，與子實體和菌絲體風味差異較大。此外，靈芝菌絲體風味組成較為獨特，單獨一組。食用菌生物發酵可以快速工業化生產，食用菌蛋白質工業化開發可以使用生物發酵法制備。風味分析發現，杏鮑菇、黑木耳、雙孢菇、香菇等子實體與雞腿菇菌絲體、香菇菌絲、黑木耳菌絲、雙孢菇菌絲風味組成接近，可以開發雞腿菇體、香菇、黑木耳、雙孢菇菌絲生物發酵法替代工藝，以適應大規模工業化生產的需求。食用菌發酵液中庚酸乙酯、18-冠醚-6、右旋萜二烯、己酸丙酯、2-乙基己醇含量較高。與其他食用菌及菌絲體不同，靈芝菌絲體中己醛、甲基壬基甲酮、反-2-辛烯醛、2-正戊基呋喃、2,4-壬二烯醛和反式-2,4-癸二烯醛含量較高。

圖5 6 種食用菌子實體、菌絲體和發酵液中主要風味物質組成熱圖聚類分析Fig.5 Heat map and cluster analysis of main flavor compounds in fruiting bodies, mycelia and fermentation broth of six edible fungi

3 結論

本文對18 種常見食用菌的基本營養成分進行了分析檢測，結果表明食用菌的蛋白質含量高，含脂量低，氨基酸組成平衡合理，可作為優質蛋白質的重要來源。采用液體發酵法培養食用菌菌絲，通過分析香菇、雙孢菇、雞腿菇、杏鮑菇、黑木耳和靈芝的子實體、菌絲體和發酵液中的揮發性風味物質，發現香菇和雞腿菇的菌絲體和子實體風味物質相近。未來研究需對更多種類的食用菌生物發酵菌絲體和發酵液中蛋白質含量等營養成分、風味物質進行進一步分析，通過深加工技術以提高菌絲體和發酵液的食用價值和經濟價值。同時，食用菌發酵工廠化生產具有產量高、成本低、周期短等優勢，生物發酵替代食用菌子實體栽培具有深遠的發展潛力，其可能性有待探索。本研究將為食用菌的深加工和科學消費提供參考，為大食物觀背景下食用菌價值的挖掘提供理論依據。