不同培养基对香菇挥发性风味物质的影响

香菇（Lentinula edodes）隶属担子菌纲、伞菌目、口蘑科、香菇属，又名香蕈、香信、冬菇、花菇等[1]，其味道鲜美、香气浓郁，而且富含多糖、氨基酸、维生素及微量元素等营养物质，具有显著的食用及药用价值[2-3]。随着香菇产业的快速发展，传统栽培原料（柞木、栎木等）产量已不足以维持产业需求，且价格不断攀升，严重制约了香菇产业的发展。越来越多的学者开始研究利用其它材料作为香菇的培养料。研究发现，苹果枝木屑、枣木枝屑、桑木枝条屑、葡萄枝木屑、芒果枝条屑等利用果树修剪的枝条屑制成的培养料均可栽培香菇，且在产量和品质上均比传统原料栽培的香菇高[4-8]。

河北省果木资源丰富，果木修剪枝条众多，随意堆放或焚烧造成资源严重浪费和环境污染，果木枝条资源化利用成为研究的热点[9]。虽然很多学者已经研究了不同果木枝屑栽培的香菇的产量、营养价值等指标，但是对果木枝屑栽培的香菇的挥发性风味物质的研究，尚未见系统报道。本文以柞木栽培的香菇为对照，研究苹果木屑、梨木屑、桃木屑和枣木屑全部代替和部分代替柞木后，香菇子实体中挥发性风味物质的变化，比较果木屑和柞木屑对香菇挥风性风味物质的影响，为香菇栽培基质的选择提供了新的参考方法，同时为有效缓解农业废弃物污染、改善生态环境具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

香菇菌种：河北省食药用菌资源高值利用技术创新中心提供，品种为香菇0912号；木屑：廊坊当地果树树枝。

1.2 仪器与设备

IKA ETS-D5恒温水浴锅：艾卡仪器设备有限公司；DVB/CA/PDMS（2 cm，50/30 μm）萃取头：美国 Supelco公司；TRACE 1310气相色谱-质谱联用仪：美国thermo scientific公司。

1.3 方法

1.3.1 香菇子实体的生产

用粉碎机将树枝打碎成3 mm～5 mm左右的木屑。采用9种不同的培养基栽培香菇，采摘刚出菇的香菇子实体，于12 h内测定。培养基配方见表1。

表1 9种香菇培养基组成
Table 1 9 different culture media for Lentinula edodes

1.3.2 样品的制备

称取0.2 g样品于15 mL气相顶空样品瓶中，将恒温水浴调至55℃，待温度稳定后，将样品瓶放于恒温水浴中，预热平衡20min，将微萃取（phasemicroextraction，SPME）针头穿过样品瓶密封瓶垫，于样品瓶顶空部分伸出固相萃取头，静置萃取30 min，收回固相萃取头，取出萃取装置，待气相色谱仪处于准备状态后，将SPME针头插入进样口，伸出固相萃取头，于250℃条件下解吸15 min。下次取样前，首先将SPME萃取头在250℃条件下老化30 min。

1.3.3 色谱条件

色谱柱 TG-5 ms（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；固定相为聚乙二醇；载气为高纯氦气，流速1.0 mL/min；进样口温度 250℃；分流比 5∶1；初始炉温 40℃，保持 3 min，以4℃/min升到150℃，保持1 min，再以8℃/min升到250℃，保持6 min。

1.3.4 质谱条件

电子电离（electronic nization，EI）源，电子能量70 eV；离子源温度250℃；接口温度250℃，质量扫描范围43 u～500 u；调谐文件为标准调谐；数据采集为全扫描模式；无溶剂延迟[10]。

1.4 数据分析

将气相色谱-质谱联用（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）分析图谱经计算机和人工把每个峰与NISTLibrary和Wiley Library进行匹配检索定性，按峰面积归一化法算出样品中各个组分的相对含量（组分峰面积占总峰面积的百分比）。主成分分析（principal component analysis，PCA）采用 SIMCA14.1 软件。

2 结果与分析

2.1 不同培养基对香菇挥发性物质种类和含量的影响

不同培养基香菇挥发性风味成分及相对含量见表2，不同培养基香菇挥发性成分种类与含量见表3。

在9个样品中，共检测到52种化合物，其中烃类16种、醇类13种、醛类12种、酮类1种、醚类1种、酸类3种、酯类2种、芳香化合物2种、其它物质2种。样品 1～9 号分别检测出 37、36、38、36、38、38、43、39、39种挥发性物质，7号样品挥发性物质的种类最多。样品1和样品5中，均是烃类物质含量最高，其次是酮类物质，然后是醇类物质；样品2中也是烃类物质含量最高，其次是醇类物质，而酮类物质含量较低，说明1号样品和2号样品风味具有一定差异；样品3中也是烃类物质含量最高，而醇类物质和酮类物质含量基本接近；样品4、6、8中同样也是烃类物质含量最高，其次是醇类，然后是酮类；和其它不同，样品7中醇类物质含量最高，烃类物质次之，然后是酮类物质；样品9的烃类和醇类物质含量接近，占据了所有成分的绝大多数，其它类物质的含量均较低。

表2 不同培养基香菇挥发性风味成分及相对含量表
Table 2 Volatile flavor components and relative contents in Lentinula edodes from different culture media

续表2 不同培养基香菇挥发性风味成分及相对含量表
Continue table 2 Volatile flavor components and relative contents in Lentinula edodes from different culture media

表3 不同培养基香菇挥发性成分种类与含量
Table 3 The groups and amounts of volatile compounds in in Lentinula edodes from different culture media

在9个样品中，含量差异较大的有3类含硫烃类化合物，1类醇类化合物，1类酮类化合物。其中二甲基二硫是一种具有洋葱风味的物质，二甲基三硫是一种具有卷心菜风味的物质，两者的香味阈值都较低，风味活度值较高[11]，因此在香菇整体风味的发挥中起着非常重要的作用[12]，本研究中，二甲基二硫和二甲基三硫含量最高的均为4号样品（分别为3.97%和5.35%），含量最低的均为9号样品（分别为0.09%和0.15%），不同样品间的二甲基二硫和二甲基三硫含量差异较大，因此不同培养基的香菇挥发性风味具有较大差异；二甲基四硫，一般被认为是猪肉的挥发性成分[13]，在发酵型臭豆腐及韭菜类食品中较常见[14]，而在香菇风味的文献中很少被报道，黄雯认为在香菇干燥的过程中才会产生二甲基四硫，而在新鲜香菇中并未检测到[15]，本研究的9种香菇样品均检测到了二甲基四硫，其中含量最高的为1号样品（2.74%），含量最低的为7号样品（0.05%），这可能和培养基的组成有关；1-辛烯-3-醇，俗称蘑菇醇，带有强烈、别致的清香，有米糠油臭样气息，甜的药草样味道，所以在饮料、糖果、冰制食品、烘烤食品、调味品及烟用香精中均有使用[16]，本研究中含量最高的为7号样品（34.00%），含量最低的为1号样品（1.11%）；3-辛酮也是香菇中常见的一种物质，其具有香甜的水果、奶酪风味[17]，含量最高的为1号样品（35.07%），含量最低的为4号样品（8.91%）；在前人对香菇风味的研究中，2，2-二氧化物-2，4，5-三硫代己烷未见报道，本研究中含量最高的为4号样品（9.19%），含量最低的为9号样品（0.14%），此物质的产生可能也和培养基的组成成分有关。

2.2 不同培养基香菇挥发性风味成分的主成分分析

主成分的贡献率见表4。

主成分分析是数学上对数据降维的一种方法，其基本思想是设法用一组较少的互不相关的综合指标来代替原来众多的且具有一定相关性的指标，其目的是简化数据和揭示变量间的关系。目前主成分分析作为一种多元分析技术已广泛应用于不同物质香气成分的综合分析中[18]。常用的主成分分析的软件有赛仕软件系统（statistical analysis system，SAS）[19]、统计产品与服务解决方案（statistical product and service solutions，SPSS）[20]、Winmuster[21]、软独立模式分类（soft independent modeling of class analogy，SIMCA）[22]等。

表4 主成分的贡献率
Table 4 Contribution and cumulative contribution of principal components

香菇中含有的挥发性成分多，为了区分9种香菇之间挥发性成分的差异，了解哪种成分起到了主要作用，利用主成分分析是首选方法。筛选2个以上香菇样品都含有的48种风味成分，利用SIMCA14.1软件对其进行主成分分析，得到第一主成分的贡献率达到44.3%，第二主成分的贡献率为27.8%，前4个主成分的累积贡献率达到了85%以上（表4）。前2个主成分的累积贡献率达到了72.1%，能较好解释样本的总体情况，对前两个主成分作二维散点图，结果如图1和图2。

图1 PCA得分图
Fig.1 PCA score chart

图2 主成分载荷矩阵图
Fig.2 PCA loading plot

图1可以看出，1号样品距离其它样品距离比较远，意味着1号样品（柞木作为培养基）和其它样品（果木培养基）的挥发性风味物质相差较大。在得分图中，两个点靠得越近，说明两个样品的挥发性成分的组成越相同。本研究中，样品1和样品3虽然均在第一象限，但两者距离较远；样品4和样品6均在第二象限，相距也较远；样品7和样品8都在第四象限，也存在一定距离。如果两个样品在对角线的位置，说明两个样品中相同的挥发性成分的含量差异很大。本研究中，样品2和样品5处于对角线位置，说明在样品2中含量高的挥发性成分，在样品5中含量低；样品4、样品6和样品7、样品8分别位于对角线位置，样品2和样品3处于近似对角线位置，说明这些样品两两之间的挥发性风味物质差异较大。

图2可以看出，横坐标代表的是第一主成分，距离横坐标远的点，在第一主成分中起到主要的作用；纵坐标代表的是第二主成分，距离纵坐标远的点，在第二主成分中起到主要的作用。本研究中，对第一主成分贡献最大的是3-辛醇，其次是3-甲基-1-丁醇、3-辛酮、2-甲基-1-丁醇、2-乙基己醇；对第二主成分贡献最大的是二甲基四硫，其次是1,2,4-三硫戊烷、二甲基三硫、二甲基二硫。

结合图1、图2，其中样品1和样品3在第一主成分和第二主成分上呈正向分布，2-甲基-1-丁醇、3-辛酮、3-甲基丁醛、2-乙基己醇、2-苯基-1-丙醇、1-庚醛、β-苯乙醇、二甲基四硫等也在第一主成分和第二主成分上呈正向分布，由此可见，这些挥发性成分和样品1、样品3呈正相关；样品4和样品6分布在第二象限，表明其与第一主成分呈负相关，与第二主成分呈正相关，而2,4,5-三硫杂己烷、1,2,4,6-四硫环己烷、（甲硫基）乙酸、二甲基二硫、二甲基三硫、2,2-二氧化物-2,4,5-三硫代己烷、1,2,4,-三硫戊烷等也分布在第二象限，由此可见，这些是样品4和样品6中主要的挥发性成分；虽然第三象限不存在样品，但是样品4和样品9位于坐标轴上，说明此两种样品中含有的相邻两象限的挥发性成分含量接近；而样品7和样品8处于第四象限，与第一主成分呈正相关，与第二主成分呈负相关，3-甲基-2-庚烯-1-醇、苯乙烯、1,2,3,4,5,6-六硫杂环庚烷、2-苯基丙醛、己醛等位于第四象限，由此可见，样品7和样品8以这些成分为主。

3 结论

9种培养基生产的香菇挥发性成分的种类差异不大，分布在36种～43种之间，主要是烃类、醇类、酮类物质。通过主成分分析法提取了4个主成分以代表9种培养基香菇的51种香气成分，4个主成分累积贡献率超过85%；前两个主成分的累积贡献率为72.1%，能较好解释样本整体信息，以前两个主成分作二维散点图得出，传统柞木作为培养基栽培的香菇挥发性风味和果木（苹果木屑、梨木屑、桃木屑和枣木屑）栽培的香菇挥发性风味物质差异相对较大；对第一主成分贡献最大的是3-辛醇，其次是3-甲基-1-丁醇、3-辛酮、2-甲基-1-丁醇、2-乙基己醇；对第二主成分贡献最大的是二甲基四硫，其次是1,2,4-三硫戊烷、二甲基三硫、二甲基二硫。