宁夏地区栽培食用菌中风味物质的品质差异分析*

赵子丹，王周利，开建荣，陈 翔，李彩虹，王晓静**

（1.宁夏农产品质量标准与检测技术研究所，宁夏 银川 750002；2.宁夏回族自治区农产品质量安全标准研究与评价重点实验室，宁夏 银川 750002；3.西北农林科技大学食品科学与工程学院，陕西 杨凌 712100）

宁夏气候条件适宜食用菌生产，具有地理环境优势——蕴藏丰富食用菌资源的贺兰山地区，对发展食用菌产业大有助益。同时，食用菌产业作为宁夏特色现代农业产业的重要组成部分，是“闽宁合作”的重要农业产业[1]。目前，宁夏食用菌栽培种类有香菇（Lentinus edodes）、平菇（Pleurotus ostreatus）、双孢蘑菇（Agaricus bisporus）、羊肚菌（Morchella sp.）、大球盖菇（Stropharia rugosoannulata）、杏鲍菇（Pleurotus eryngii）、金针菇（Flammulina velutipes） 等，种类多样，规模不一[2]。食用菌产业已成为宁夏中部干旱带和南部山区突破水资源制约，发展旱作节水高效农业的重要产业，对促进农业和农村经济发展有着十分重要的意义[3]。

食（药） 用菌是药食同源的营养佳品，不仅具有独特的味道和口感，而且含有多糖、蛋白质、氨基酸、维生素、矿物质和膳食纤维等丰富的营养物质[4-6]，同时具有抗病毒、抗氧化、抗高血压、抗肿瘤、调节免疫力、降低胆固醇等作用[7-11]，开发潜力巨大。食用菌风味物质包含醇类、酯类、酮类、酸类、醛类、烷烃类、烯烃类等挥发性物质，主要表现为嗅觉上的香味感受；还包含氨基酸、5’-核苷酸及碳水化合物等非挥发性物质，主要表现为味觉上的滋味感受[4，12]。风味物质是评价食用菌营养品质及感官呈味的重要指标之一[13-14]，也是食用菌呈味物质的主要活性成分[15-16]。研究表明，产地、品种、采摘期、栽培环境、栽培基质等均会对食用菌的风味物质产生影响[17-21]。深入研究风味物质的组成和含量，在获得食用菌中特征挥发性物质的同时对其品种的改良及风味食品的开发具有重要意义。因此，比较分析宁夏5 种栽培食用菌中的风味物质，有利于更好地了解和利用其中的活性成分。

目前对宁夏栽培食用菌中风味物质的检测分析及品质差异方面的报道较少。因此，试验采用柱前衍生化高效液相色谱法（high performance liquid chromatography，HPLC） 测定宁夏5 种栽培食用菌中氨基酸的含量及组成，并采用相关性分析和主成分分析等统计学方法综合比较5 种食用菌中氨基酸的含量、组成特征及品质差异。此外，采用顶空固相微萃取技术（headspace solid-phase micro extraction，HS-SPME） 结合气相色谱-三重四极杆串联质谱技术（gas chromatography-triple quadrupole mass spectrometer，GC-MS/MS） 对5 种食用菌中挥发性风味物质进行深入分析。以期为更全面地开发利用这5 种栽培食用菌资源提供理论参考，旨在为宁夏食用菌产业高质高效发展奠定理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

供试材料：宁夏栽培食用菌，共5 个品种，分别是香菇、羊肚菌、平菇、杏鲍菇和大球盖菇，由宁夏当地食用菌企业提供。随机采摘成熟子实体鲜品1 kg，纯净水洗净后，制备成匀浆样品，待测。

试验试剂：17 种氨基酸标准品（1 000 mg·L-1，色谱纯），包括组氨酸（His）、精氨酸（Arg）、丝氨酸（Ser）、甘氨酸（Gly）、天冬氨酸（Asp）、谷氨酸（Glu）、丙氨酸（Ala）、脯氨酸（Pro）、半胱氨酸（Cys）、酪氨酸（Tyr）、蛋氨酸（Met）、缬氨酸（Val）、异亮氨酸（Ile）、亮氨酸（Leu）、苯丙氨酸（Phe）、赖氨酸（Lys）、苏氨酸（Thr），上海安谱璀世标准技术服务有限公司；甲醇（色谱纯）、乙腈（色谱纯），美国默克公司；氯化钠（分析纯），国药集团化学试剂有限公司生产；4-甲基-1-戊醇（纯度＞99.0%），日本东京化成工业株式会社； AccQTag Ultra Chemistry Kit 化学品包，包含AccQ-Tag Ultra -1 衍生试剂、AccQ-Tag Ultra-2A 衍生试剂、AccQ-Tag Ultra AAA 色谱柱（BEH，2.1 mm×100 mm）、AccQ-Tag Ultra Eluent A 洗脱液、AccQ-Tag Ultra Eluent B 洗脱液、AccQ·Tag 衍生管（6 mm×50 mm），美国沃特世公司。

1.2 仪器与设备

Acquity UPLC 超高效液相色谱仪（配备TUV 紫外检测器），美国沃特世公司；GC/MS-TQ8050NX 型气相色谱-三重四极杆质谱仪（配AOC-6000 自动进样器），日本岛津公司； FIB-DVB/C-WR-80/10 型DVB/CWR/PDMS 微萃取探头，日本岛津公司；DHG-9240A 型电热鼓风干燥箱，上海一恒仪器有限公司；AL104 型电子天平，瑞士梅特勒-托利多仪器有限公司；Milli Plus 2150 超纯水处理器，美国默克公司。

1.3 试验方法

1.3.1 仪器检测条件

1） 氨基酸检测仪器条件。色谱柱：AccQ-Tag Ultra AAA 色谱柱（BEH，2.1 mm×100 mm，4.6 μm）；流动相A 液：AccQ-Tag Ultra Eluent A；流动相B液：AccQ-Tag Ultra Eluent B；柱温：55 ℃；紫外检测器：260 nm；进样量：2 μL；梯度洗脱程序见表1。

表1 氨基酸分析梯度洗脱程序Tab.1 Gradient elution program for amino acid analysis

根据氨基酸标准品的保留时间对样品中的氨基酸定性，并使用外标法计算样品中各氨基酸的含量，每个样品分别测定3 次重复。

2） 挥发性化合物检测仪器条件。气相色谱条件：DB-WAX 色谱柱（0.32 mm×60 m，0.25 μm）；进样口的温度为250 ℃，不分流进样，载气流量为1 mL·min-1；柱温初始温度40 ℃，先以3 ℃·min-1的速率升到130 ℃，再以4 ℃·min-1的速率升到250 ℃，保持8 min；传输接口温度250 ℃。质谱条件：EI 离子源，离子源温度200 ℃，选择离子扫描模式（SCA） 扫描，扫描范围（m/z） 为50～1 000。

样品检测后经NIST17-1、NIST17-2、NIST17s谱库检索，采用相似度大于85（最大值100） 的检测结果，得到挥发性化合物的CAS 号信息，结合文献查询获得相应的化合物名称。

1.3.2 样品前处理

1） 氨基酸样品的前处理。采用Waters AccQ·Tag UPLC 氨基酸分析专用柱前衍生法测定食用菌中的氨基酸。精密称取5.00 g 食用菌样品于50.00 mL离心管中，加入70%甲醇溶液20.00 mL，超声提取30 min，4 000 r·min-1离心5 min，吸取1.00 mL 上清液过滤膜，备用。吸取10 μL 待测样液加入衍生管中，再分别加入AccQ-Tag Ultra-1 衍生试剂80 μL 和AccQ-Tag Ultra-2A 衍生试剂20 μL，涡旋15 s，室温下放置1 min，将衍生管用石蜡膜封口，放入55 ℃烘箱内加热10 min，取出后转移到氨基酸分析专用样品瓶中待测。

2） 挥发性化合物样品的前处理。称取2.50 g 食用菌匀浆样品于棕色顶空瓶中，加入水2.50 mL、氯化钠1.50 g，加入内标物4-甲基-1-戊醇80 μL，涡旋混匀上机。样品于40 ℃恒温炉中平衡15 min，萃取探头萃取30 min，进样口解吸5 min，进入气相色谱-质谱联用仪检测。

1.4 数据处理

采用SPSS 25.0、Origin 2021 等软件对数据进行分析。

2 结果与分析

2.1 食用菌中氨基酸含量的差异分析

5 种食用菌中氨基酸的含量测定结果（平均值±标准差） 见表2。

表2 5 种食用菌中氨基酸的含量Tab.2 Amino acid content in five species of edible fungi

由表2 可知，平菇和大球盖菇中均含有17 种氨基酸，香菇、羊肚菌和杏鲍菇中除不含有Cys 外，均含有其余16 种氨基酸，含量为0.000 53～0.16 mg·kg-1。香菇中Glu 含量最高，达到0.16 mg·kg-1，平菇中Ala 含量最高，达到0.064 mg·kg-1，大球盖菇中Leu含量最高，达到0.043 mg·kg-1。平菇中总氨基酸含量、必需氨基酸含量与条件非必需氨基酸含量均最高，分别达到0.46 mg·kg-1、0.20 mg·kg-1和0.058 mg·kg-1。羊肚菌中总氨基酸含量、必需氨基酸含量与条件非必需氨基酸含量均最低，分别为0.22 mg·kg-1、0.075 mg·kg-1和0.028 mg·kg-1。5 种食用菌中条件必需氨基酸与总氨基酸的比值（CEAA/TAA） 为0.095～0.13，必需氨基酸与总氨基酸的比值（EAA/TAA） 为0.28～0.45，必需氨基酸与非必需氨基酸的比值（EAA/NEAA） 为0.39～0.83。参考WHO/FAO 提出的理想蛋白质中EAA/TAA 为0.4，EAA/NEAA 高于0.6 的标准要求[22]，杏鲍菇、平菇、大球盖菇均符合理想蛋白质的标准。

通过对香菇、平菇、杏鲍菇、羊肚菌及大球盖菇中的氨基酸含量进行方差分析，可知5 种食用菌中仅Asp 含量不存在显著差异（P＞0.05），其他氨基酸含量均存在显著差异。香菇、平菇、杏鲍菇、羊肚菌及大球盖菇中His 含量存在显著差异；平菇中Arg、Ala 含量与香菇、杏鲍菇、羊肚菌及大球盖菇存在显著差异；香菇中Glu 含量与平菇、杏鲍菇、羊肚菌及大球盖菇存在显著差异；香菇中Ser、Val、Leu、Phe、Thr 含量与杏鲍菇不存在显著差异；平菇中Val、Leu、Phe、Thr 含量与大球盖菇不存在显著差异；香菇中Tyr 含量与羊肚菌不存在显著差异，平菇中Tyr 含量与杏鲍菇不存在显著差异。羊肚菌中总氨基酸含量与其余4 种食用菌中总氨基酸含量存在显著差异。5 种食用菌中必需氨基酸含量均存在显著差异，其中平菇中必需氨基酸含量与大球盖菇中必需氨基酸含量无显著差异。

2.2 食用菌中呈味氨基酸的含量分析

氨基酸是风味形成的前体物质，是影响食物风味的因素之一，不同的氨基酸组成可以形成不同的风味特征。呈味氨基酸又分为鲜味氨基酸、甜味氨基酸、苦味氨基酸和无味氨基酸。鲜味氨基酸主要是Glu 和Asp，甜味氨基酸主要是Ala、Gly、Ser、Thr、Pro，苦味氨基酸主要是His、Arg、Met、Val、Ile、Leu、Phe，无味氨基酸主要是Cys、Lys、Tyr[23]。分析5 种食用菌中呈味氨基酸的含量，结果（平均值±标准差） 见表3。

表3 5 种食用菌中呈味氨基酸的含量Tab.3 Content of flavoring amino acids in five species of edible fungi

由表3 可知，5 种食用菌中的呈味氨基酸总量为0.20～0.42 mg·kg-1，香菇中鲜味氨基酸含量最高，达到0.18 mg·kg-1，其次是羊肚菌。仅香菇和羊肚菌中鲜味氨基酸与总氨基酸比值高于20%，香菇中鲜味氨基酸比例最高，其次是羊肚菌。平菇中甜味氨基酸含量最高，达到0.17 mg·kg-1。5 种食用菌中鲜甜味氨基酸与苦味氨基酸的比值为0.97～2.30，表明5 种食用菌都是以鲜甜味氨基酸为主，其中香菇的比值最高。综合以上分析，5 种食用菌的鲜甜风味各有不同，营养价值也有差异。香菇和羊肚菌中鲜味氨基酸比例较高，拥有独特的鲜香味，可作为风味产品鲜味肽提取的来源之一。

2.3 食用菌中氨基酸的相关性分析

5 种食用菌中氨基酸之间相关性分析见表4。

表4 5 种食用菌中氨基酸相关性分析Tab.4 Correlation analysis of amino acids in five species of edible fungi

由表4 可知，大部分氨基酸之间均呈现出极显著的正相关，且大部分氨基酸之间的相关系数均大于0.6。His 与Asp、Glu、Ala 无显著性差异，与其余13种氨基酸均呈极显著的正相关；Ser 与Asp、Glu 无显著性差异，与其余13 种氨基酸均呈极显著的正相关；Arg 与Gly、Thr、Pro、Cys、Val、Ile、Leu、Phe 呈极显著的正相关；Asp 与Leu 呈极显著的正相关，与Ala、Val、Ile、Phe 呈显著的正相关。Glu 与Met 呈极显著的负相关，与Tyr、Cys 呈显著的负相关。

2.4 食用菌中氨基酸的主成分分析

主成分分析作为一种常见的多指标降维分析手段，目前多应用于农作物的品质综合评价[24]。对5种食用菌中17 种氨基酸进行检验统计量KMO（Kaiser-Meyer-Olkin） 分析，KMO 统计量为0.702＞0.5，可以进行主成分分析，结果见表5 和表6。

表5 主成分的特征值及贡献率Tab.5 Eigenvalues and contribution rates of principal components

表6 前3 个主成分的载荷矩阵Tab.6 Load matrix of the first three principal components

如表5 和表6 所示，选择特征值大于1 且综合考虑累积贡献率[23]，共提取到符合条件的3 个主成分，累积贡献率达87.76%，反应了17 种氨基酸的综合信息。第1 主成分的特征值为11.25，方差贡献率为66.15%，主要反映Gly、Thr、His、Ser、Phe、Val、Pro、Arg、Leu、Ile 等10 种氨基酸的信息。第1 主成分与17 种氨基酸均呈正相关，其中Gly 的贡献最大。第2 主成分的特征值为2.29，方差贡献率为13.49%，主要反映Glu、Met 等2 种氨基酸的信息。第2 主成分与Glu、Gly、Asp 等3 种氨基酸呈负相关，其中Glu 的贡献最大。第3 主成分的特征值为1.38，方差贡献率为8.12%，主要反映Asp 的信息。Glu 和Asp 作为鲜味氨基酸，能够丰富食品的风味，改善食品的口感，有良好的加工特性和营养价值。

5 种食用菌按照氨基酸组成及含量制作的主成分得分图见图1。

图1 主成分的因子得分图Fig.1 Factor score graph of principal components

由图1 可知，每种食用菌样品群体内有明显的聚集趋势，第1 主成分可以将羊肚菌与杏鲍菇、大球盖菇、平菇很好地区分开，第2 主成分可以将香菇与羊肚菌、杏鲍菇、大球盖菇、平菇很好地区分开。杏鲍菇与大球盖菇、平菇3 种样品集聚在同一个象限内，表明这3 种食用菌的氨基酸组成及含量相对较接近。而羊肚菌单独分布在第三象限，香菇单独分布在第一象限和第二象限，说明供测的5 种食用菌中这2 种具有各自独特的氨基酸组成特征。

2.5 食用菌中挥发性风味物质的组成分析

对羊肚菌、香菇、平菇、杏鲍菇、大球盖菇中挥发性风味物质进行分析，其组成见表7 和图2。

图2 5 种食用菌中挥发性成分的种类及相对含量Fig.2 Types and relative contents of volatile components in five species of edible fungi

表7 5 种食用菌中挥发性风味物质含量Tab.7 Content of volatile flavor compounds in five species of edible fungi

由表7 和图2 分析结果表明，羊肚菌中主要含有醇类11 种、酯类4 种、醛类7 种、酮类2 种、酸类1 种、烷烃类1 种、烯烃类1 种、呋喃类1种，共28 种挥发性风味物质。其中，醇类物质的含量最高，为51.06 μg·kg-1，其次为酯类物质，含量为2.55 μg·kg-1。香菇中主要含有醇类8 种、酯类4 种、醛类5 种、酮类2 种、烷烃类1 种、烯烃类2 种，共22 种挥发性风味物质。其中，醛类物质的含量最高，为46.89 μg·kg-1，其次为醇类物质，含量为43.92 μg·kg-1。平菇中主要含有醇类6 种、酯类5 种、醛类9 种、酮类1 种、烯烃类1种、呋喃类1 种，共23 种挥发性风味物质。其中，醇类物质的含量最高，为57.70 μg·kg-1，其次为酮类物质，含量为41.51 μg·kg-1。杏鲍菇中主要含有醇类6 种、酯类1 种、醛类5 种、酮类2种、烯烃类1 种、呋喃类1 种，共16 种挥发性风味物质。其中，醇类物质的含量最高，为41.67 μg·kg-1，其次为醛类物质，为2.80 μg·kg-1。大球盖菇中主要含有醇类7 种、酯类6 种、醛类8 种、酮类2 种、酸类1 种、烷烃类1 种、呋喃类1 种，共26 种挥发性风味物质。其中，醛类物质的含量最高，为41.84 μg·kg-1，其次为醇类物质，含量为34.45 μg·kg-1。

综合分析发现，不同种类食用菌中共有的化合物有9 种，分别是异戊醇、1-辛烯-3-醇、3-辛醇、乙醇、苯甲醛、正辛醛、反-2-辛烯醛、正己醛、3-辛酮。羊肚菌中挥发性风味物质种类相对更丰富，香菇中共有化合物的相对含量最高。

3 结论

通过相关性分析和主成分分析，对宁夏5 种栽培食用菌中氨基酸的品质差异进行了综合评价，再以HS-SPME 结合GC-MS/MS 技术对5 种食用菌中挥发性化合物的种类及含量进行了深入解析。根据FAO/WHO 提出的理想蛋白质的参考值，5 种食用菌中杏鲍菇、平菇和大球盖菇均属于理想蛋白质的摄入源。氨基酸中呈味氨基酸的占比较大，是食用菌形成独特风味的重要影响因素。呈味氨基酸的分析表明，宁夏5 种栽培食用菌中香菇的呈味氨基酸总量最高，鲜味氨基酸与总氨基酸比值也最高，其次是羊肚菌。相关性分析表明，17 种氨基酸中大部分氨基酸之间均呈现极显著的正相关，仅Glu 与Met呈极显著的负相关。主成分分析共提取到3 个主成分，达到了降维的目的，避免了原始信息间的重叠干扰，5 种食用菌可以通过氨基酸品质之间的差异较好的区分。5 种食用菌中共鉴定出了43 种挥发性成分，包含醇类12 种、酯类11 种、醛类10 种、酮类4 种、酸类1 种、烷烃类1 种、烯烃类3 种、呋喃类1 种。其中，平菇醇类物质含量最高，为57.70 μg·kg-1，其次为香菇所含的醛类物质，含量为46.89 μg·kg-1。5 种食用菌中共有的挥发性成分是异戊醇、1-辛烯-3-醇、3-辛醇、乙醇、苯甲醛、正辛醛、反-2-辛烯醛、正己醛、3-辛酮。羊肚菌中挥发性风味物质种类相对更丰富，香菇中共有化合物的相对含量最高。不同种类食用菌的风味物质组成结构不同，营养价值有差异，因此在食用菌的开发利用方面可综合考虑不同种类食用菌的搭配食用，进一步提高食用菌的综合营养价值。