HS-SPME-GC-MS结合电子鼻分析烘烤对大球盖菇挥发性风味物质的影响

包陈力根，关淳博，辛明航，滕 旭，刘婷婷,*，王大为,*

（1.吉林农业大学食品科学与工程学院，吉林 长春 130118；2.农业农村部食用菌加工技术集成科研基地，吉林 长春 130118；3.吉林省粮食精深加工与高效利用工程研究中心，吉林 长春 130118；4.吉林省粮食精深加工与副产物高效利用技术创新重点实验室，吉林 长春 130118）

大球盖菇（）系球盖菇科球盖菇属的一种珍稀食用菌，又被称为赤松茸、皱球盖菇、酒红球盖菇，是国际市场上十大蘑菇之一，富含蛋白质、多糖、矿物质及维生素等，是优质的营养保健食材，素有“山林珍品”、“素中之荤”的美誉，并具有抗氧化、抗病毒、抗肿瘤、降血糖等多种生物活性，深受消费者的青睐。

挥发性风味物质是构成食品风味的重要因素，通常人们对食品的选择和爱好主要取决于其挥发性风味。而风味的产生离不开风味前体物质，风味前体物质在加热条件下可发生热降解反应、美拉德反应、油脂氧化反应等使食品中脂肪、糖类及蛋白质发生变化的反应，从而形成不同的风味物质，对产品的风味品质产生影响。烘烤是食品加工中形成风味的主要途径，Adelina等发现松子在烘烤前后挥发性化合物含量有明显变化；Shi Yi等采用电子鼻和顶空固相微萃取-气相色谱-质谱（head space-solid phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry，HS-SPME-GC-MS）研究糙米在烘烤过程中香气成分变化，发现烘烤过程中杂环化合物含量增加，呋喃和吡嗪类物质对香气品质作出巨大贡献；Hwang等研究烘烤温度对香菇挥发性风味的影响，表明160 ℃烘烤60 min的香菇挥发性化合物最多；烘烤还可改善产品的颜色、质地及延长保质期。目前对大球盖菇的栽培方式、提取物及功能因子进行较多研究，但对其风味研究甚少，Hu Si等研究不同干燥方式对大球盖菇非挥发性风味的影响，并说明真空冷冻干燥能更好地保存大球盖菇中的非挥发性化合物，热风干燥样品的等效鲜味浓度值最高。

目前，绝大多数大球盖菇以干品形式供给市场，其风味寡淡，如能对其进行提升风味的处理，能大幅度提高大球盖菇的应用范围及消费量，有效拉动大球盖菇产业的发展。近年来，也已经有较多关于食用菌挥发性风味的研究，Li Qin等对双胞蘑菇鲜品进行3 种不同烹调方式（煮沸、高压蒸气和微波加热）的加工，发现煮沸蘑菇汤中挥发性化合物的种类比其他2 种方式高，不同食用菌其挥发性风味各有不同，烘烤对大球盖菇挥发性风味物质影响的研究，国内外鲜见相关报道。本研究采用HS-SPME-GC-MS技术、电子鼻及感官评定研究烘烤温度对大球盖菇挥发性风味物质的影响，并对其挥发性组分进行分析，阐明丰富和改善大球盖菇挥发性风味的烘烤条件，为大球盖菇精深加工及综合利用提供一定理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

大球盖菇干品（含水量6%）由吉林省梅河口市鑫鑫蔬菜种植专业合作社提供，将除杂后的大球盖菇干品用于样品的制备。

1.2 仪器与设备

H-1000B高速多功能粉碎机 上海冰都电器有限公司；TSQ9000 GC-MS联用仪 赛默飞世尔科技有限公司；PEN3型电子鼻 德国Airsense公司；HP-INNOWax毛细管柱、50/30 μm二乙烯基苯/碳分子筛/聚二甲基硅氧烷（divinylbenzene/carboxen/polydimethylsiloxane，DVB/CAR/PDMS）萃取头 美国Supelco公司；XYF-1E远红外线食品烤炉 广州电热设备厂。

1.3 方法

1.3.1 样品的制备

挑选无霉变、无病虫害的大球盖菇干品，切割成形状小于0.5 cm，再将大球盖菇块儿粉碎至粒度为0.125 mm的粉末，分别取6 份大球盖菇粉末（每份100 g）进行处理，其中一份样品作为对照，不进行烘烤，其余5 份粉末平铺于烤盘中，分别在不同温度下（100、120、140、160、180 ℃）烘烤5 min即为样品，烘烤温度和时间为预实验基础上选择。

1.3.2 HS-SPME条件

参照文献[12]的方法，准确称取1.0 g样品，置于8 mL顶空瓶中，用带有聚四氯乙烯隔垫的盖子密封，置于60 ℃条件下平衡30 min，将已老化好的50 μm DVB/CAR/PDMS复合萃取头插入顶空瓶中吸附40 min，后取出复合萃取头插入到GC进样口中，推出复合萃取头中的纤维头，在250 ℃条件下解吸5 min。

1.3.3 GC-MS条件

GC条件：HP-INNOWax强极性柱（30 mh0.25 mm，0.25 mm）；升温程序：起始温度40 ℃，保持5 min；以5 ℃/min速率升温至150 ℃，保持1 min；以8 ℃/min速率升温至220 ℃，保持2 min；以10 ℃/min速率升温至230 ℃，保持2 min；进样口温度250 ℃，氦气流速1.0 mL/min，分流比为5∶1。

MS条件：电子电离源；电离能量70 eV；传输线温度230 ℃；离子源温度240 ℃；溶剂延迟2.0 s；全扫描模式；质量扫描范围/33～550。

根据得到的挥发性风味物质总离子流图，利用GC-MS自带的标准谱库（NIST）对挥发性风味物质进行检索定性分析，保留正反匹配度大于800的结果，同时根据保留指数（retention index，RI）及文献报道的RI对挥发性风味物质进行再次鉴定。

1.3.4 电子鼻传感器检测

电子鼻是由多个性能彼此重叠的气敏传感器和适当的模式分类方法组成具有识别单一和复杂气体能力的装置，PEN3型电子鼻由10 个加热型金属氧化物传感器阵列、气体流量控制系统及分析控制软件组成，金属氧化物半导体对挥发性化合物具有不同的选择性和敏感性，具有一定的特异性，电子鼻10 根传感器描述如表1所示。称取0.1 g的样品置于进样瓶中，并用带有PTFE气密性隔垫的盖子盖上，静置30 min，用电子鼻探头吸取进样瓶顶端气体并分析测定其挥发性风味物质，电子鼻设置的参数为测试时间60 s、清洗时间90 s、内部流量300 mL/min、进样流量300 mL/min，每组进行3 次平行实验。

表1 电子鼻传感器性能描述Table 1 Performance description of electronic nose sensors

1.3.5 关键风味化合物评定

采用相对气味活度值（relative odor activity value，ROAV）法，参考文献[14]算法，定义对大球盖菇挥发性风味成分贡献最大的ROAV为100，其他挥发性风味组分按下式计算：

式中：和分别为该挥发性风味物质的相对含量/%和阈值/（mg/kg）；和分别为对整体风味贡献最大的挥发性风味物质的相对含量/%和阈值/（mg/kg）。

1.3.6 感官评定

感官评定小组由7 名经过专业训练的成员组成，通过重复讨论最终确定烘烤大球盖菇挥发性风味的特征术语。感官评定采用5 分制，0 分表示无香气强度，3 分表示中等香气强度，5 分表示较强香气强度，每个样品品评3 次，取平均值即为香气强度值。

1.4 数据统计分析

挥发性风味物质的定量采用峰面积归一化法，使用Tbtools软件对挥发性风味物质的百分比数据进行热图分析，采用Origin 2021软件对电子鼻数据进行主成分分析（principal component analysis，PCA）和雷达图分析。

2 结果与分析

2.1 挥发性风味物质分析

由图1、表2可知，不同温度烘烤的大球盖菇中共鉴定出87 种挥发性风味物质，其主要为醛类13 种、酯类17 种、醇类18 种、烷烃类4 种、酮类9 种、酸类8 种、吡嗪类4 种及其他类14 种，大球盖菇在烘烤过程中挥发性风味物质的组成与含量存在显着差异。未烘烤样品中，酸、醇类物质的含量占总挥发性风味物质含量的71.89%，其中酸类物质含量物质最高，占总挥发组分的36.72%，其次是醇类，占35.17%；6 个样品中酸类物质相对含量均最高，分别达到36.72%、37.28%、38.81%、35.41%、28.13%、27.39%。随着烘烤程度增加，醇类含量显着减少，醛类、烷烃类、吡嗪类物质含量有所增加，酸类物质呈现先增加后减少的趋势，酯类、酮类及其他类物质含量没有显着差异。

图1 不同烘烤温度大球盖菇挥发性风味物质种类数量（A）及相对含量（B）Fig.1 Number (A) and relative content (B) of volatile flavor components in S.rugoso-annulata roasted at different temperatures

表2 不同烘烤温度大球盖菇挥发性风味物质组成及相对含量Table 2 Composition and relative content of volatile flavor components in S.rugoso-annulata roasted at different temperatures

续表2

续表2

醛类物质是食用菌中含量丰富、味觉阈值也相对较低的挥发性风味物质，赋予食品特殊风味。未烘烤样品中醛类物质相对含量为9.94%，随着烘烤温度升高，醛类物质含量有所增加，100、120、140、160、180 ℃样品中醛类物质相对含量分别为10.11%、11.19%、13.21%、26.42%、26.79%。其中相对含量较多的醛类物质为异戊醛和正己醛，异戊醛具有麦芽香、水果香气，正己醛赋予食品青香的味道，此外，苯甲醛在所有样品中均有检出，具有特殊的樱桃与杏仁香气；2-甲基丁醛只存在于烘烤后的样品中，其相对含量为0.88%～6.88%，推测这可能是亮氨酸在高温下的Strecker反应产生，增加了坚果、麦芽和独特的可可香气。

酯类化合物可通过酯化反应得到，即有机酸和醇类反应，生成酯类化合物同时生成一分子水，其中无环状的羟基羧酸经分子内酯化可形成内酯，所有样品中酯类物质共17 种，140 ℃烘烤生成酯类物质最多13 种，可能是因为酯化反应的产生，丙位戊内酯和4-羟基丁酸内酯含量相对较高，增加样品椰子香气。

醇类物质其前体物质主要是多不饱和脂肪酸，一般是脂质氧化而成的一类阈值较高的挥发性风味物质，当浓度足够高时可对风味起重要贡献作用。未烘烤样品中醇类物质相对含量为35.17%，随着温度升高，醇类物质总含量呈递减趋势。其中，异戊醇、正戊醇、正己醇、1-辛烯-3-醇、苯甲醇、苯乙醇是主要挥发性物质，异戊醇具有青香的味道，正己醇提供花香、脂肪香，苯乙醇具有玫瑰香，1-辛烯-3-醇属于C醇，也叫做蘑菇醇，有标志性的蘑菇气味、泥土味和玫瑰气味，是一种脂肪族不饱和醇；由酶促降解的亚油酸，产生碱性芳香化合物的“蘑菇壤香”气味，在后续烘烤样品中，含量明显减少，这可能是因为C醇在热处理过程中易降解或分解造成的。

酮类是一类重要的风味物质，短链酮类具有脂香和焦香香气，长链酮类则呈现出花香气息，随着烘烤温度升高，酮类物质相对含量增多，这可能是由不饱和脂肪酸的降解引起的，其中奇数碳原子的甲基酮具有坚果奶酪的味道。表中甲基壬基甲酮是共有的酮类物质，具有奶香味、水果味，在烘烤大球盖菇过程中，起到风味增强的作用。

烷烃类物质阈值较高，对大球盖菇挥发性风味贡献不大，共检出3 种烷烃类物质，120 ℃烘烤时生成十四烷，并随着温度升高，相对含量增多；吡嗪类物质共鉴定出4 种，2,6-二甲基吡嗪和2,3,5-三甲基吡嗪只存在于烘烤样品中，并随着温度升高，相对含量增加，带有令人愉悦的可可香气和坚果香气，推测是因为在烘烤过程中产生了美拉德反应；酸类物质阈值较高，其中异戊酸随着烘烤温度升高，相对含量降低，减少了酸臭味。

2.2 挥发性风味物质热图聚类分析

为进一步分析挥发性风味物质，对6 个样品的挥发性风味物质绘制成热图，如图2所示，可以直观地看到6 个样品的挥发性风味物质明显有差异。蓝色代表低含量，红色代表高含量，热图中颜色越深代表该成分含量越高。从图2可知，十二醛、苯乙醛、反,顺-2,6-壬二烯醛、丁酸甲酯、异戊酸甲酯、戊酸甲酯、乙酸异戊酯、异丁醇与2,3-二甲基-1-丁醇只存在于未烘烤样品中；6 个样品中检测到共有物质25 种，分别为异丁醛、异戊醛、戊醛、正己醛、苯甲醛、乙酸甲酯、丙位戊内酯、4-羟基丁酸内酯、丙位壬内酯、酞酸二甲酯、异戊醇、正戊醇、正己醇、蘑菇醇、苯甲醇、苯乙醇、甲基壬基甲酮、2(5)-呋喃酮、异戊酸、正戊酸、正己酸、甲苯、2-戊基呋喃、对甲苯胺和2-乙酰基吡咯；烘烤过程中生成40 种风味物质，烘烤使风味物质的丰富度增加，140 ℃烘烤时，挥发性风味物质种类最多达到63 种，主要呈麦芽香、果香、玫瑰香、坚果香和可可香，同时保留了大球盖菇原有的蘑菇香气；100 ℃和120 ℃烘烤样品具有相似的挥发性风味物质，140、160 ℃和180 ℃烘烤样品中挥发性风味标志物聚为一类。

图2 不同烘烤温度大球盖菇挥发性风味物质聚类热图Fig.2 Cluster heat map of volatile flavor compounds of S.rugosoannulata roasted at different temperatures

2.3 电子鼻数据分析

使用配有10 种类型传感器的电子鼻对样品的挥发性风味物质特征进行分析，对结果进行PCA，总结属性和样本之间的整体关系。由图3可知，PC1和PC2贡献率分别为90.3%和7.7%，累计贡献率为98%，说明PC1和PC2可以反映样品中的绝大部分信息。图中同一样品的数据点聚集程度相对较好，表明同一样品的重复性和稳定性相对较高；并且烘烤前后样品区域明显分布不同；不同烘烤温度的各个样品之间分离显着，由此说明6 个样品的挥发性风味物质差异较大，电子鼻可以准确有效地区分。电子鼻双标图中W6S、W3S与未烘烤样品相关联，W1C、W3C和W5C与烘烤100、120、140 ℃相关联，W5S、W1W、W2W、W2S和W1S与烘烤160、180 ℃相关联。

图3 不同烘烤温度大球盖菇电子鼻PCA图（A）及雷达图（B）Fig.3 Principal component analysis (A) and radar chart (B) of the electronic nose data for S.rugoso-annulata roasted at different temperatures

挥发性风味物质的微小变化都会导致电子鼻传感器响应值的差异，如图3B所示，W1S、W1W和W2W传感器的响应值差异明显，表明样品经过烘烤含有较多的烃类物质、硫化物、有机硫化物和芳香化合物。W5S传感器的响应值起初变化不大，180 ℃烘烤样品响应值较高，表明该样品中含有较多氮氧化物，相比之下W1C、W3C、W6S、W5C及W3S传感器响应值较低，但信号强度仍然不同。电子鼻可以有效区分不同烘烤温度大球盖菇的挥发性风味，且与HS-SPME-GC-MS测定结果基本一致。

2.4 关键风味物质鉴定

通常，把人们能感受到某种香气物质的最低浓度称为该香气物质的气味阈值，通过已报道的气味阈值分析各挥发性风味成分的ROAV见表3，异戊醛的阈值较低，相对含量较高，对大球盖菇挥发性风味贡献最大，定义异戊醛为大球盖菇的关键风味物质，即ROAV=100。表中仅列出ROAV不小于0.1的34 种物质，ROAV不小于1的组分为样品的关键风味化合物，ROAV越大，表明该物质对大球盖菇挥发性总体风味成分贡献越大；0.1≤ROAV＜1的组分对样品风味具有重要的修饰作用，6 个样品中各个物质的ROAV存在一定的差异。2-甲基丁醛、异戊醛、正己醛、反式-2-壬烯醛、乙酸己酯、蘑菇醇、甲基壬基甲酮、2,5-二甲基吡嗪、2,6-二甲基吡嗪、2-戊基呋喃及苯酚的ROAV不小于1，因此均可视为关键挥发性风味物质，其余23 种化合物对大球盖菇挥发性总体风味成分具有重要的修饰作用。

表3 不同烘烤温度大球盖菇挥发性风味物质的ROAVTable 3 ROAV of volatile flavor compounds in S.rugoso-annulata roasted at different temperatures

2.5 感官评定分析

如图4所示，烘烤大球盖菇的挥发性风味属性被描述为麦芽香、蘑菇香、青香、坚果可可香及奶香甜香，这与HS-SPME-GC-MS和关键风味物质鉴定的分析结果相吻合，可明显看到不同样品之间感官属性方面存在一定差异。140 ℃烘烤的样品在蘑菇香、青香、坚果可可香和奶香甜香方面的评定值均高于其余样品；160 ℃烘烤样品的麦芽香气评定值比其他样品高；未烘烤样品在麦芽香、坚果可可香及奶香甜香的评定值均为最低，这与上述电子鼻和HS-SPME-GC-MS分析结果一致，再次说明了烘烤增加大球盖菇香气，提高挥发性风味物质的丰富度。

图4 不同烘烤温度大球盖菇感官评定雷达图Fig.4 Rader chart of sensory evaluation of S.rugoso-annulata roasted by different temperatures

3 结 论

采用HS-SPME-GC-MS共鉴定出87 种挥发性风味成分，包括醛类、酯类、醇类、烷烃类、酮类等其他物质，烘烤过程中，醛类、烷烃类、吡嗪类物质含量有所增加，醇类物质含量减少，140 ℃烘烤时生成物质种类最多，达到63 种，提高了风味的丰富度，增加了果香、麦芽香、玫瑰香、坚果香和可可香味，使该样品总体风味有所改善；通过绘制聚类热图，可直观看到各个样品间挥发性风味物质的差异，利用电子鼻PCA和雷达图分析，不同烘烤温度处理的大球盖菇挥发性风味物质和气味轮廓得到了明显区分；且电子鼻与HS-SPME-GC-MS的分析结果具有一定的相关性，并结合ROAV筛选出34 种关键风味物质，主要是醛类和醇类香气，呈现麦芽香、果香和可可香等天然香气；感官评定结果表明不同烘烤温度处理的大球盖菇挥发性风味存在差异，140 ℃烘烤的样品香气突出，与上述分析结果基本一致，研究结果可为大球盖菇挥发性风味成分分析及大球盖菇食品的开发利用提供理论依据。