基于電子鼻的香菇雜交后代香味品質分析*

黃奕洲，陳雪鳳，趙承剛，吳圣進**，張雯龍，劉增亮

（1.廣西壯族自治區農業科學院微生物研究所，廣西 南寧 530007；2.廣西壯族自治區農業技術推廣站，廣西 南寧 530022）

香菇（Lentinula edodes） 是我國第一大食用菌品種，年產量達1 100 多萬噸，占食用菌總產量的28.37%，是我國出口創匯和農民增收的重要農產品之一[1]。香菇營養豐富，味道鮮美，還具有獨特的濃郁香味，素有 “菇中皇后” 之稱，深受廣大消費者喜愛[2-3]。但一直以來香菇品種的選育多以子實體的圓整程度、顏色、菌蓋厚度等商品性狀為指標[4-5]，而對營養、風味等品質指標的考量較少[6-7]。在人為定向選擇及長期栽培所導致的種性退化的影響下，香菇栽培品種風味品質會出現下降，因此需要培育風味濃郁的優質香菇新品種。

檢測揮發性風味物質的方法主要有傳統感官法、電子鼻測定和氣相色譜-質譜聯用（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS） 測定法[8]。其中傳統感官法通過嗅覺感受被測物品的氣味，是對物品風味的直觀感受，可體現測試人員對被測物品風味的舒適程度，但該方法也會因測試人員對氣味的偏愛導致檢測結果偏差大，而且難以辨別香味差異較小的不同樣品[9]。電子鼻則是一種模擬動物嗅覺器官達到檢測食品風味的仿生識別技術，它通過氣體傳感器與待測氣體反應，將風味物質的組成和濃度轉化為電信號，從而實現對待測物風味的快速、靈敏和實時檢測[9]。電子鼻具有靈敏度高、重現性好、攜帶便利、檢測快速等優點，近年來被廣泛應用于食物、茶葉等的風味評價[9-11]。應用電子鼻檢測香菇風味成分也有少量報道，研究表明，電子鼻可以區分不同生長階段香菇子實體的風味差異[12]，以及復熱前后香菇湯的香氣特征[13]。GC-MS 技術采用氣相色譜和質譜儀分析揮發性風味物質，可一次性對香菇中的幾十種、甚至幾百種揮發性風味物質進行分析[14-16]，不僅可檢測出香菇樣品中風味物質的種類，還能測定不同風味物質的相對含量，也可獲得單個風味物質的絕對含量，因此被廣泛應用于香菇風味品質評價[8,12,17]。盡管GC-MS 技術在檢測和評價香菇氣味品質上具有諸多優點，但該技術也存在儀器昂貴、不便于攜帶、檢測成本高等缺點，尤其是在香菇雜交選育過程中需對大批量雜交后代進行前期初步評價時，采用該方法檢測的費用巨大。采用電子鼻技術對香菇菌株進行風味品質初篩評價，既可彌補傳統感官法精度低的缺點，又能控制檢測成本，而且快捷便利，但有關利用電子鼻分析評價篩選香菇雜交后代風味品質的研究鮮有報道。

此次同時采用傳統感官法和電子鼻技術對商品香菇L808 和野生香菇YX7 及其19 個雜交后代的子實體干品進行香味品質比較評價，并采用GC-MS 技術對不同香菇菌株的香菇素含量進行定量分析。通過對比不同方法的評價結果，以探明電子鼻技術對香菇香味快速評價的可行性，以期為優質香味香菇品種的前期選育提供技術支撐和理論依據。

1 材料與方法

1.1 主要材料與儀器

菌株：親本菌株YX7 為野生馴化香菇菌株；親本菌株L808 為商品栽培香菇菌株；其他19 個菌株為2 個親本菌株通過孢子單核體配對雜交獲得，所有菌株均由廣西農業科學院微生物研究所提供。樣品：香菇樣品為各菌株第2 潮次出菇的八成熟（子實體展開80%～90%） 子實體，采收后采用王婭等[22]的熱風干燥法烘干備用。試劑：香菇素（C2H4S5）標準品，上海源葉生物科技有限公司。

8890-5977B 氣相色譜-質譜聯用儀、DB-5MS色譜柱（60 m × 0.25 mm，0.25 μm），安捷倫科技（中國） 有限公司；PAL3 RTC 120 自動進樣系統、SPME Arrow 1.1 mm DVB/Carbon WR/PDMS 固相萃取纖維，瑞士思特斯分析儀器有限公司；PEN3 型電子鼻，德國Airsense 公司；DM-4 型電子天平，上海精天電子儀器有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 樣品前處理

將干香菇樣品磨碎，過60 目篩。稱取0.500 0 g研磨好的樣品，密封于20 mL 頂空瓶中。每個指標的測定均取3 個重復樣品。

1.2.2 感官評價

密封于頂空瓶中的樣品預先于50 ℃條件下平衡30 min。評價小組由12 人組成，年齡20～60 歲，男女各6 人。評價人員先熟悉2 個親本的樣品香味，即商品菌株L808 和野生菌株YX7，并將兩者分別界定為淡香型和濃香型，再依次對其它樣品進行評估。將香味接近或次于淡香型親本的菌株鑒定為淡香型，香味接近或優于濃香型親本的菌株鑒定為濃香型，香味介于兩者的鑒定為中間型。每個樣品分別統計每一類型的投票人數，取投票數最多的為該樣品的香味感官類型。

1.2.3 揮發性物質提取

頂空瓶中的樣品用PAL3 RTC 120 自動進樣系統50 ℃平衡1 min。用萃取頭插入樣品瓶振搖，萃取吸附35 min。取出后迅速插入氣相色譜進樣口，進樣解吸3 min。

1.2.4 香菇素的GC-MS 定量分析

GC 條件：升溫程序為50 ℃條件下保持2 min，以10 ℃·min-1升至280 ℃，保持10 min；進樣口溫度為220 ℃；載氣（He） 流速為1.5 mL·min-1，壓力2.4 kPa。

MS 條件：電子轟擊離子源，電子能量70 eV，傳輸線溫度250 ℃，離子源溫度230 ℃，母離子質荷比（m/z） 為142，激活電壓1.5 V，質量掃描范圍（m/z） 為75～200。

1.2.5 標準曲線的制作

準確稱取0.011 8 g 香菇素標準品（純度85.0%）于10 mL 容量瓶中，用DMF （N，N-二甲基甲酰胺）溶解，定容，即為1 000 μg·mL-1標準儲備液。再分別吸取0.01、0.02、0.05、0.10、0.20、0.40 mL 標準儲備液于頂空瓶，用DMF 定容至1.0 mL，配成線性質量濃度為10、20、50、100、200、400 μg·mL-1的標準液。制作標準曲線時，其揮發性物質萃取、香菇素的定量分析方法同1.2.3 和1.2.4。

1.2.6 香菇素含量的計算

香菇素含量（W，μg·g-1） 的計算公式為：

W=ρ×1/m

式中：ρ 為根據GC-MS 峰面積計算得到的香菇素質量濃度（μg·mL-1）；1 為體積1 mL；m 為香菇樣品的干質量（g）。

1.2.7 電子鼻測定

電子鼻測定參考魯加惠等[18]的方法稍作修改。密封于頂空瓶中的樣品預先于50 ℃平衡30 min，進樣流量為300 mL·min-1，分析采樣時間為60 s，特征值提取時間點設定為55～100 s。電子鼻各傳感器對應敏感物質見表1。

表1 電子鼻傳感器陣列的特征Tab.1 Characteristics of electronic nose sensors

1.3 數據處理

采用SPSS 25.0 軟件對數據進行單因素方差分析、相關性分析和主成分分析。

2 結果與分析

2.1 香味的感官評價

試驗中21 個香菇菌株的信息及香味感官評價結果見表2。

由表2 感官評價結果表明，2 個親本菌株中，野生菌株YX7 為濃香型品種，商品菌株L808 為淡香型品種。19 個香菇雜交菌株中，濃香型菌株有10個，分別為1、5、10、11、12、13、14、15、17、19 號；中間型菌株有3 個，分別為8、9、20 號；淡香型菌株有6 個，分別為2、3、4、6、7、21 號。可見，2 個親本香菇的雜交后代香味性狀出現分離現象。

2.2 香菇素的GC-MS 定量分析

GC-MS 定量分析21 個香菇菌株，經計算香菇素含量結果見圖1。

圖1 不同香菇樣品中香菇素的含量Fig.1 Content of lenthionine in different Lentinula edodes samples

由圖1 可知，21 個香菇菌株子實體的香菇素含量為17.0～178.9 μg·g-1。親本菌株16 號（商品菌株L808） 和18 號（野生菌株YX7） 的香菇素含量分別為23.8 μg·g-1和82.1 μg·g-1，后者的香菇素含量遠高于前者。19 個雜交菌株中，香菇素含量顯著高于野生菌株YX7 的共5 個菌株，分別為5、10、13、15、19 號；香菇素含量與野生菌株YX7 無顯著差異的也有5 個菌株，分別為1、11、12、14、17 號；香菇素含量顯著低于菌株YX7 的共9 個菌株，分別為2、3、4、6、7、8、9、20、21 號。可見，雜交后代間的香菇素含量呈現明顯的分化，部分雜交后代的香菇素含量比2 個親本的均顯著提高，而部分雜交菌株（如2、4、9 號） 的香菇素含量比2 個親本的均顯著降低。

2.3 揮發性風味的電子鼻測定結果

香菇中揮發性成分的電子鼻測定結果見表3。

表3 不同電子鼻傳感器對21 個香菇菌株中香味物質的響應值Tab.3 Response value of different electronicnose sensors to volatile in 21 strains of Lentinula edodes

如表3 所示，10 個傳感器中，傳感器W1C、W5S、W3C、W6S、W5C 和W3S 的響應值較低（響應值＜1.50），而且不同樣品間響應值的標準差也很小，說明這6 個傳感器對應的揮發性成分濃度低，且不同樣品間的差異小。傳感器W1S、W1W、W2S和W2W 的響應值較高，不同樣品間的標準差也較大，說明4 個傳感器相對應的揮發性成分濃度較高，傳感器對樣品相應成分敏感。這4 個傳感器的平均響應值大小依次為W1W＞W1S＞W2W＞W2S，由PEN3型電子鼻的傳感器敏感性特征（表1） 可知，其分別對硫化物類、甲烷類、有機硫化物和醇類物質敏感，說明干香菇樣品中特征性香氣物質主要是含硫化合物。

采用平均響應值最高的4 個傳感器的響應值進行主成分分析（principal components analysis，PCA），結果見圖2。

圖2 電子鼻4 個傳感器對21 個香菇菌株中香味成分響應值的主成分分析Fig.2 PCA of response values of 4 electronicnose sensors to volatile in 21 strains of Lentinula edodes

由圖2A 表明，第一主成分PC1 包括W2W、W1W 和W1S 三個因子，貢獻率達66.4%，說明含硫化合物是香菇香味電子鼻評價的主要影響因子；第二主成分PC2 僅有W2S 一個因子，貢獻率為23.5%，說明醇類物質是香菇香味的次要影響因子。

由圖2B 表明，21 個香菇菌株的子實體香味類型可劃分為4 類，其中類型Ⅰ共9 個菌株，包括10、11、12、13、14、15、17 和19 號等8 個雜交菌株及18 號野生菌株YX7；類型Ⅱ共4 個雜交菌株，分別為8、9、20 和21 號；類型Ⅲ共6 個菌株，包括2、3、4、6 和7 號等5 個雜交菌株及16 號商品菌株L808；類型Ⅳ有1 和5 號2 個雜交菌株。對照感官評價結果發現，類型Ⅰ和Ⅳ的菌株均屬于濃香型菌株，類型Ⅱ的菌株除了21 號（淡香型） 均為中間型菌株，類型Ⅲ的菌株則均為淡香型菌株。可見，電子鼻可有效區分不同香味濃度的香菇菌株，并可歸類區分它們的不同香味類型。

進一步分析可知，類型Ⅰ和Ⅳ的10 個雜交菌株及野生菌株YX7 的第一主成分PC1 值大于0，而類型Ⅱ和Ⅲ的9 個雜交菌株及商品菌株L808 的第一主成分PC1 值小于0。由于主成分分析的第一主成分主要因子為有機硫化物和硫化物，說明前者含硫化合物含量較高，后者含硫化合物含量較低。對照感官評價結果，前者均為濃香型菌株，后者則為淡香型或中間型菌株。可見，電子鼻可以區分不同含量含硫化合物的香菇樣品，而含硫化合物含量的高低與香菇菌株的香味類型高度相關。

電子鼻得分矩陣分析對香菇香味的類型劃分結果與GC-MS 分析的香菇素含量結果相比較，類型Ⅰ包括野生菌株YX7 和8 個雜交菌株，其中有4 個雜交菌株（10、13、15、19 號） 的香菇素含量顯著高于野生菌株YX7；另外4 個雜交菌株（11、12、14、17 號） 的香菇素含量與野生菌株YX7 無顯著性差異。類型Ⅳ的2 個雜交菌株中，5 號香菇素含量顯著高于野生菌株YX 7；1 號香菇素含量也高于野生菌株YX7，但差異不顯著。類型Ⅱ和Ⅲ的10 個菌株中香菇素含量均顯著低于野生菌株YX7；其中類型Ⅲ包括商品菌株L808 和5 個雜交菌株，其中3 個雜交菌株（3、6、7 號） 的香菇素含量顯著高于商品菌株L808，而另外2 個雜交菌株（2、4 號） 的香菇素含量則顯著低于商品菌株L808。可見，電子鼻得分矩陣分析對不同香菇菌株的香味類型劃分不完全依據菌株香菇素含量的高低。

2.4 電子鼻數據與香菇素含量的相關分析結果

分別對21 個香菇菌株的電子鼻傳感器W2W 和W1W 響應值與香菇素含量間進行相關分析，結果見圖3。

圖3 香菇香菇素含量與電子鼻香味響應值的相關性Fig.3 Relative of lenthinone contents to response values of E-nose sensors to volatile of Lentinula edodes

由圖3 可知，電子鼻傳感器W2W 響應值與香菇素含量的關系（R2=0.695，P＜0.05）、W1W 響應值與香菇素含量的關系（R2=0.503，P＜0.05） 均呈顯著的正相關。傳感器W2W 和W1W 分別對有機硫化物和硫化物類物質敏感，可見，電子鼻對香菇含硫化合物響應值的大小可較好地反映香菇素含量的高低。

3 討論

香味是香菇重要品質性狀之一，它可通過人體嗅覺器官感受出來。但是，在感官評價中，各測試人員同的性別、年齡、喜愛、氣味敏感度等，對評價結果影響很大[19]。感官評價很難區分香味差異較小的樣品，當要將香菇風味細分為7 個或更多等級時，感官評價難度和誤判風險明顯增高[20-21]。盡管有諸多不足，感官評價仍是香菇香味評價的重要手段，因為其結果是消費者對產品氣味喜愛程度的最直接反應。此次試驗僅將香味劃分為3 個感官評價等級，并先將野生菌株YX7 和商品菌株L808 兩個香味濃度差異明顯的親本菌株分別界定為濃香型和淡香型，其他雜交后代菌株分別與2 個親本菌株進行比較，大大降低人為誤差，并據此初步評選出10 個濃香型的雜交后代。

干香菇的揮發性風味物質中以含硫化合物含量最高，其在揮發性物質中的相對含量達50%以上，是干香菇濃郁香氣的主要來源[14]，而香菇素則是香菇中最重要的揮發性含硫化合物之一[22-23]，常被作為干香菇香味的指示性物質[24-25]。GC-MS 定量分析結果表明，21 個香菇菌株的子實體中香菇素含量為17.0～178.9 μg·g-1，與HIRAITE 等[25]報道的結果基本一致。其中，野生菌株YX7 和10 個濃香型雜交菌株（1、5、10、11、12、13、14、15、18、19 號）的香菇素含量均顯著高于商品菌株L808、6 個淡香型雜交菌株（2、3、4、6、7、21 號） 和3 個中間型雜交菌株（8、9、20 號）。可見，香菇素含量高低與香菇香味濃郁程度具有良好的對應關系，與HIRAITE 等[20]的研究結論一致。

電子鼻方法是以傳感器為核心元件模擬動物嗅覺器官的一種檢測氣味的仿生學方法，傳感器響應值大小反應了該成分濃度的高低[9-11]。試驗采用電子鼻對不同香菇菌株子實體的香味進行測定，結果表明，只有W1S、W1W、W2S 和W2W 四個傳感器的響應值較大，分別對甲烷類、硫化物類、醇類和有機硫化物類物質敏感，說明干香菇樣品中特征性香氣物質主要是含硫化合物，這與魯加惠等[18]的電子鼻測定結果一致。在電子鼻數據的主成分分析時發現，即使采用全部10 個傳感器數據進行主成分分析結果也毫無規律，可能是因為響應值太小的傳感器數據誤差大，會干擾分析結果[26]。因此采用響應值大于2 的4 個傳感器數據進行主成分因子載荷分析，結果表明，第一主成分貢獻率達66.4%，主要因子為含硫化合物和甲烷類物質，說明香菇揮發性風味的主要影響因子為含硫化合物，與大量研究認為干香菇的主要揮發性風味物質為含硫化合物的結論一致[12,14,18]。

電子鼻數據主成分得分矩陣分析則將21 個香菇菌株劃分為4 個香味類型，其中類型Ⅰ和Ⅳ的11 個菌株均為感官評價為濃香型的菌株；類型Ⅱ的4 個菌株除了21 號為淡香型外，其余均為中間型菌株；類型Ⅲ的6 個菌株則全為淡香型。可見電子鼻分析可將感官評價中的濃香型、中間型和淡香型香菇菌株較準確地區分開。得分矩陣分析將11 個濃香型菌株進一步劃分為類型Ⅰ和類型Ⅳ，而且兩種類型菌株在得分矩陣圖上的距離遠，說明它們屬于不同的香味類型，可能與這兩種類型香菇的風味物質構成差異大有關，因為構成香菇香味的揮發性物質種類繁多，包括八碳化合物、含硫化合物、醇類等，風味物質構成不同風味類型也就不一樣[14-17]。主成分分析的第二主成分W2S 因子對應醇類物質，說明醇類物質也是香菇香味的重要影響因子，而類型Ⅰ和類型Ⅳ的醇類物質含量相差較大。一般認為得分矩陣分析中處于同組類別的測試對象香味強度相近，香味物質構成也相似，它們的香味品質也類同[11,27]。由于野生菌株YX7 的香味品質被普遍認可，因此，可認為與菌株YX7 同處于類型Ⅰ的8 個雜交菌株（10、11、12、13、14、15、17、19 號） 具有較好的香味品質。得分矩陣分析對不同香菇4 種風味類型的劃分與香菇素含量間則無明顯對應關系，同一類型中有些香菇菌株間的香菇素含量存在顯著差異，如類型Ⅰ中的19 號與11 號菌株，類型Ⅲ中的3 號與4 號菌株；而不同類型的香菇菌株間的香菇素含量也有差異不顯著的，如類型Ⅰ中的15 號與類型Ⅳ的5 號菌株。這進一步說明電子鼻得分矩陣的香味評價包含了香味強度和風味物質構成，而香菇素含量僅僅是單個風味物質的濃度。

電子鼻主成分得分矩陣分析還能反應香菇樣品的含硫化合物含量，第一主成分的主要因子為有機硫化物和硫化物，第一主成分值大于0 的11 個菌株均為濃香型菌株，而第一主成分值小于0 的10 個菌株為淡香型或中間型菌株，說明含硫化合物濃度高低一定程度上反映了香菇的香味濃度。香菇素被認為是對香菇子實體風味貢獻最大的含硫化合物[28]。相關性分析表明，對含硫化合物敏感的傳感器W2W和W1W 響應值均與香菇素含量間呈顯著正相關關系，說明電子鼻相關數據可用于間接比較不同香菇樣品的香菇素含量，可作為評價香菇香味品質的衡量指標之一。

4 結論

感官評價、香菇素含量測定和電子鼻分析結果均表明，21 個香菇菌株中1、5、10、11、12、13、14、15、17、19 號雜交菌株及野生菌株YX7，具有更濃的香味、較高的香菇素含量和更高的含硫化合物主成分值，電子鼻分析還進一步將10、11、12、13、14、15、17、19 號雜交菌株與野生菌株YX7 歸為一個香味類型，屬于香味品質較好的香菇菌株。所有結果均表明，電子鼻分析結果與感官評價有良好的對應關系，電子鼻相應傳感器響應值與香菇素含量具有較好的正相關關系，電子鼻不僅能識別香味強度，還可歸類區分不同香味物質構成的香菇類型，是一種有效的香味品質評價方法，可用于優良香味品質香菇品種的初步快速篩選。