食用菌風味物質及其在美拉德反應中的研究進展

劉培基，崔文甲，王文亮，弓志青，楊正友

（1.山東省農業科學院農產品研究所，山東省農產品精深加工技術重點實驗室，農業農村部新食品資源加工重點實驗室，山東濟南250100；2.山東農業大學生命科學學院，山東泰安271018）

食用菌是指擁有碩大子實體并可供食用的大型 真菌，俗稱蘑菇。常見的食用菌有：香菇、草菇、猴頭菇、金針菇和牛肝菌等[1]。食用菌獨特的香氣不僅可以使人們增加食欲，也可以刺激消化液的分泌，促進人體中的營養成分消化吸收[2]。分析食用菌揮發性風味物質的含量及構成，可以更加深入了解其風味特征，對食用菌品種的篩選改良以及精深加工和應用方面具有重要作用。

1 食用菌中風味物質的研究進展

1.1 揮發性風味物質

食用菌的風味主要由非揮發性的滋味物質和揮發性的香味物質組成，不同食用菌會呈現出不同的風味，與揮發性風味成分有很大關系，其中揮發性風味物質是食用菌香味的主要組分[3]。食用菌揮發性成分種類繁多，包括八碳化合物及其衍生物、萜烯類、含硫化合物、醛類、酮類、酯類和酸類化合物等[4]。其中八碳化合物和含硫化合物是核心成分[5]，而醛、酮、酯、酸類等與它們互補調和，因而呈現出食用菌的特殊香味[6-7]。目前，該方面的研究人員大都利用水蒸氣蒸餾、超臨界CO2萃取、固相微萃取等多種方法來研究各種食用菌的揮發性香味成分。

食用菌最重要的風味物質是八碳化合物（C8H16O），是由亞油酸、亞麻酸等不飽和脂肪酸經脂肪氧化酶催化和氫過氧化物裂解酶作用下形成的具有菇香風味的物質，主要包括1-辛烯-3-醇、1-辛烯-4-醇、3-辛烯-2-醇等[8-9]，其中，1-辛烯-3-醇很有特點，它擁有2個旋光活性的異構體[10]。早在1938年，BADENHOP AF就發現1-辛烯-3-醇（松茸醇）[11]。劉璐等[12]在干制白靈菇、香菇及杏鮑菇中均檢測出一種化合物——1-辛烯-3-醇，正是這種化合物使得這3種食用菌散發出蘑菇香氣。而且他們在研究中發現，這種化合物在干制白靈菇與干制杏鮑菇的相對含量較高。此外，經研究證明，食用菌的風味物質會因生長條件不同而表現出差異，但幾乎所有的食用菌都含有1-辛烯-3-醇。

食用菌擁有揮發性風味物質受諸多因素影響，其中含硫化合物對于菇體整體的芳香氣味而言舉足輕重，并且是香菇中非常重要的香味來源。馬琦等[13]研究利用電子鼻和頂空固相微萃取結合氣相色譜-質譜聯用技術對杏鮑菇樣品進行分析，鑒定出包括八碳化合物、含硫雜環類、硫醚類、硫醇類及噻吩類共100種揮發性物質。李文等[14]對香菇中的含硫風味化合物進行了深入研究，使用真空干燥、熱風干燥、冷凍干燥、自然干燥等方式對香菇子實體風味物質進行測定，通過固相微萃取-氣相色譜-質譜聯用法對香菇干品中的含硫化合物進行提取分析。分析發現經冷凍干燥的干制品含硫化合物種類最多，經熱風干燥和自然干燥的干制品含硫化合物相對含量最高。主成分分析發現9種含硫雜環化合物對香菇風味發揮十分重要的作用，其中 1，2，3，5，6-五硫雜環庚烷（香菇精）擁有濃郁的菇香風味，是對香菇風味影響最大的含硫雜環化合物。但食用菌的香味不僅僅是一種呈味化合物所表達出來的結果，而是由多種成分互相協調、互相影響、互相作用的效果。

食用菌中其它的一些揮發性風味物質，如一些醛類、酮類、酯類，在香菇風味中也起著不可忽視的作用[15]。蘭蓉等[16]在萃取白靈菇中的揮發性風味成分時利用了超臨界CO2的方法，探究不同的因素變量對白靈菇揮發性風味成分萃取率的影響，譬如萃取壓力、萃取溫度、分離壓力、分離溫度等，以此來確定最佳提取工藝條件。通過氣相色譜-質譜聯用技術分析萃取物，鑒定出16種主要成分，主要成分為：（Z）-9-十六碳烯酸、十六烷酸、亞油酸、8-十八碳烯酸等。李翔等[17]采用頂空固相微萃取-氣質聯用技術對野生與人工栽培羊肚菌的揮發性成分進行提取及檢測分析，分別在野生和人工栽培的羊肚菌中共檢出24種和29種揮發性成分，主要是醛類、醇類和酯類化合物。采用相對香氣活度值法進行風味評價，野生羊肚菌的關鍵風味物質包括3-甲基丁醛、正己醛、庚醛、1-辛烯-3-醇、正庚酸、反-2-辛烯醛、壬醛共7種；人工栽培羊肚菌的關鍵風味物質包括3-甲基丁醛、2-甲基丁醛、正己醛、1-辛烯-3-醇共4種。

1.2 非揮發性滋味物質

食用菌香味的主要組成是揮發性風味物質，而食用菌的滋味主要是從非揮發性滋味物質中體現出來的[18]。食用菌中非揮發性的滋味物質主要包括氨基酸、5’-核苷酸及碳水化合物等，是一類具有可溶性的、相對分子質量較低的化合物[19]。

食用菌中所含的氨基酸有30%處于游離狀態[20]。游離氨基酸在非揮發性滋味物質中占有十分重要的地位，是其重要的組成部分，人們將氨基酸分成以下4類：甜味氨基酸、苦味氨基酸、鮮味氨基酸和無味氨基酸[21]。史琦云等[22]在測定國內常見的8種食用菌的營養成分時發現，甘氨酸、丙氨酸、天冬氨酸、谷氨酸等鮮味氨基酸的含量很高，這一現象在香菇、金針菇及雙孢蘑菇中表現尤為明顯，其含量占氨基酸總量的40%以上。也正是由于這一點，才使得香菇、金針菇及雙孢蘑菇味道鮮美，備受人們喜愛。

食用菌中含有多種具有呈味功能的氨基酸，其中谷氨酸最為關鍵。谷氨酸在與食鹽的相互作用過程中，可以形成味精的主要成分L-谷氨酸鈉（sodium L-glutamate，MSG），呈味閾值為0.03%，可以表現出較強的鮮味口感，有明顯提鮮的效果。丙氨酸具有香甜氣味，與鳥苷酸、谷氨酸等具有的鮮味物質相互配合可以呈現出鮮香風味，還可使肉類、魚類的鮮味成分更好的釋放出來，有相互助鮮的特點。與葷食相互搭配烹飪，可以更好地發揮食用菌的鮮香風味。BELUHAN等[23]對檢測的10種克羅地亞野生蘑菇研究結果可以表明，食用菌品種不同，其氨基酸組成也會不同。不同的氨基酸種類及含量也形成了食用菌己有的獨特風味，人們以此為試驗依據，對試驗條件進行優化，可以得到帶有理想風味的食用菌調味品[24]。另外，其他如β-氨基丁酸、豆氨酸等稀有氨基酸，雖然含量較少但也十分重要，以及干香菇中的不飽和脂肪酸等，它們相互調和，相互配合，使每種食用菌都具有本身的獨特風味[25]。

食用菌滋味物質除了呈味氨基酸以外，呈味核苷酸也占有舉足輕重的地位。食用菌中的呈味核苷酸包括尿苷酸（uridine monophosphate，UMP）、肌苷酸（inosinic monophosphate，IMP）、鳥苷酸（guanosine monophosphate，GMP）、胞苷酸 （orotidylic monophosphate，OMP）和黃苷酸（xanthylic monophosphate，XMP）等，自然環境中存在的3種單核苷酸5’-鳥苷酸、5’-肌苷酸、5’-尿苷酸擁有十分強烈的呈味作用，其中，5’-肌苷酸在水溶液中只要存在0.012%～0.025%就可以起到呈味作用[26]。香菇具有獨特的鮮香風味，也是食用菌中的鮮味物質呈鮮度最強的，主要原因是香菇中含有較多的核苷酸物質，如鳥苷酸、腺苷酸、尿苷酸等，香菇中鳥苷酸的含量最為豐富[27]，香菇中最主要的呈味因子是5’-鳥苷酸，有報道香菇浸出液中5’-鳥苷酸含量可達4%以上[28]。5’-核苷酸呈現滋味十分單一，所以經常使它們與氨基酸共同作用，尤其是5’-核苷酸和谷氨酸共同發生作用時，提鮮作用十分明顯[29]。

呈味核苷酸和鮮味氨基酸在增鮮上具有相輔相成的效果，二者的不同種類和配比使得食用菌具有豐富多樣的風味。添加少量5’-核苷酸可以使處于閾值以下氨基酸類鮮味物質的含量提到閾值以上，改變原本鮮味不明顯的缺點，極大發揮其增鮮作用。何炘等[30]研究發現12%GMP∶88%MSG呈味鮮度相當于MSG的9.9倍，12%IMP+GMP∶88%MSG呈味鮮度是MSG 8.1倍。核苷酸對MSG的增鮮作用最高可達30倍，YAMAGUCHI S等[31]發現5’-肌苷酸鈉和MSG的相乘效應是呈非線性的，5’-肌苷酸鈉與MSG的質量比為1∶1時，鮮味強度最高。TORRI K等[32]對其增鮮機制進行了研究，結果顯示是由于當5’-核苷酸存在時，鮮味的受容蛋白質與核苷酸結合而產生變構，從而更易與MSG結合。

碳水化合物也是食用菌風味物質的一部分，其含量達2%～10%[33]。其中，使得食用菌具備甜味的物質是可溶性糖。研究顯示甘露糖和海藻糖是食用菌中最主要的可溶性糖，食用菌品種不同，其可溶性糖的含量也會有較大差異，像草菇、落葉松蕈、木耳中的可溶性糖含量較高，而靈芝、雞腿菇、茶樹菇中可溶性糖含量較低[34]。

2 美拉德反應機理及風味物質研究進展

美拉德反應（Maillard reaction）是一種非常普遍的食品熱加工生產方法，其本質是醛、酮、還原糖的羰基與氨基酸、肽、蛋白質等含氮化合物的游離氨基之間發生反應[35]。美拉德反應是一種常見的非酶褐變反應，經過縮合、聚合反應后最終得到的美拉德產物包含一類棕褐色、結構復雜、聚合度不等的高分子聚合物混合物，稱之為類黑精[36]。

美拉德反應分為初級階段、高級階段、終極階段三部分。

初級階段在高溫的作用下還原糖上的羰基和來自不同物質的氨基自由基進行縮合生成新的物質N-糖基胺，該反應過程中生成的物質是不能揮發的香氣成分的前體，不會造成食品的外觀及氣味的變化。

在高級階段中有3個反應的途徑，分別是當反應環境為堿性時、為酸性時和Strecker聚解反應。在酸性環境中Amadori化合物經1，2-烯醇化反應生成羥甲基糠醛。在堿性環境中Amadori化合物經過2，3-烯醇化反應生成還原酮類和二羰基化合物。Strecker聚解反應中，Amadori化合物形成羰基和雙羰基化合物后繼續反應生成Strecker醛類。

終級階段會生成蛋白黑素，此階段多羰基不飽和化合物一方面進行裂解反應，另一方面進行縮合聚合反應，蛋白黑素主要是由美拉德反應中的活性中間體繼續與氨基酸反應形成的[37]。美拉德反應不僅可使產品產生特殊的色澤與風味，還在食品穩定性和貨架期等方面起著重要作用[38]。

3 食用菌美拉德反應風味物質的研究進展

美拉德反應不僅可以提高食品的感官質量，還可以豐富食品種類，在食品的色、香、味等風味特征的形成中也具有十分重要的作用。美拉德反應會消耗食品原料中的氨基酸和糖類，降低蛋白質的生物學效價[35]。其中，最易在褐變反應中損失的是人體必需氨基酸，從而降低了食品的營養價值[39]。食用菌不僅擁有特有的鮮香風味，還含有豐富的蛋白質、人體必需氨基酸、維生素、礦物元素和風味物質。所以，將食用菌加工與美拉德反應相結合，可以相互協同，取長補短，發揮各自優勢，是非常好的研究方向。

金針菇中含有大量的纖維素，使其風味蛋白、肽和氨基酸等物質不易釋放到外部，特有的菇香風味無法完全釋放。纖維素酶可以水解細胞壁中纖維素，將細胞壁結構破壞，充分釋放細胞中風味成分[40]。唐秋實等[41]使用雙酶復合水解金針菇，發現纖維素酶和風味蛋白酶具有協同作用，由雙酶作用制得的金針菇酶解液水解度高，呈味氨基酸含量豐富。將金針菇酶解液與糖進行美拉德熱反應，并對金針菇美拉德反應后的酶解液生成的香氣物質進行測定。通過氣相色譜-質譜聯用技術（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）檢測得到69種物質，有醛類8種（36.94%）、呋喃類 3種（20.28%）、酮類2種（27.92%）、醇類 3種（8.7%）、含硫化合物 3種（2.96%）及其它5種（3.17%）。其中，醛類中以3-甲基丁醛（11.32%）、苯乙醛（10.70%）和2-甲基丁醛（8.54%）含量較高；酮類中3-辛酮含量最高為27.48%；呋喃類中3-苯基呋喃含量最高為15.80%，2-甲基呋喃次之含量為4.15%；醇類中順式5-辛烯-1-醇（7.42%）含量最高；含硫化合物中4甲基-5-羥乙基噻唑（1.84%）含量最高。研究表明呋喃類、醛類、酮類伴有果香味，3-辛酮等八碳類化合物擁有蘑菇香味，是食用菌中最重要的風味化合物[42]。檢測結果顯示，八碳類化合物占比達46.07%，對金針菇酶解液美拉德反應產物的風味具有重要貢獻。各種風味化合物協同發揮作用，共同組成了金針菇酶解液美拉德反應產物的特殊風味。

XIAO C等[43]以蘑菇水解液為原料，在pH值為7.4的條件下，使d-木糖和l-半胱氨酸在不同溫度（100℃～140℃）中加熱2 h，得到美拉德反應產物，并用GC-MS對揮發性化合物進行了分析。結果顯示，反應溫度越高，美拉德產物中含氮、含硫化合物越多，而蘑菇水解液中則以醇類、酮類和醛類為主，使用最小二乘回歸法的相關性分析結果顯示，3-苯基呋喃和2-辛基呋喃主要提供了焦糖風味；1-辛烯-3-醇、香葉酰丙酮、（E）-2-辛烯-1-醇與蘑菇風味呈顯著正相關，而2-噻吩-羧醛、3-甲基丁醛、2，5-噻吩-二羧基醛對美拉德反應產物的肉質性狀呈顯著正相關。試驗結果表明，125℃是制備蘑菇水解液美拉德反應產物的最佳溫度，擁有豐富的揮發性風味物質和良好的風味特性；游離氨基酸和5’-GMP與呈現鮮味有很大關系，在小于125℃條件下，其濃度在美拉德反應產物中比在水解液中高3倍～4倍。

MISHARINA TA等[44]采用毛細管氣相色譜-質譜聯用技術對雙孢蘑菇的香氣成分進行了鑒定，共鑒定出56種化合物。研究發現，雙胞菇的風味物質是由不飽和脂肪酸氧化酶催化及美拉德反應產生的揮發性化合物共同形成的。含有8碳原子的不飽和醇和酮決定了雙胞菇的特殊風味。雙胞菇的特殊香氣是由含雜環化合物的硫、氧和氮的取代物的復雜組成，以及羰基化合物和蛋氨酸化合物確定的。結果表明，在香菇干燥前加入氨基酸混合物后，揮發性羰基化合物和雜環化合物的濃度均有所增加。

美拉德反應由于其可以改善食用菌風味特性，在制備食用菌基料及調味品方面也有廣泛應用。趙立娜等[45]為制備具有良好菇香風味的調味品呈味基料，以雙孢蘑菇蛋白酶解液為原液，對反應中的氨基酸和糖進行篩選，并對其美拉德反應制備呈味基料的工藝進行優化，得到具有食用菌特有的鮮香風味，口味柔和，醇厚感較好的呈味基料。張歷[46]對真姬菇進行復合酶解，然后通過美拉德反應制備含肉香、燒烤香味的真姬菇美拉德反應漿液。通過試驗得到具有獨特風味并含有豐富的蛋白質、氨基酸、多糖、膳食纖維以及多種礦物質的真姬菇復合調味品。

食用菌經美拉德反應還可以增強其抗氧化能力，在抗氧化劑的制備方面有較好研究前景。李佳佳[47]以秀珍菇干粉為原料，生物酶解技術和美拉德反應相結合，制備出具有菇香風味和肉香味并且能夠增強醇厚感和鮮味的秀珍菇調味核心基料。在與秀珍菇酶解液的抗氧化活性作對比中可以發現，經美拉德反應的調味基料的還原力和清除DPPH自由基能力顯著增強，與Fe2+螯合能力明顯降低。李超[48]以羥基自由基清除率為指標，對雞腿菇多肽-果糖美拉德反應制備抗氧化劑的工藝進行優化。發現為糖肽比1.95∶1（質量比），反應溫度100.8℃和反應時間123.2 min時抗氧化能力較好，此時實際羥基自由基清除率達69.33%。

4 展望

食用菌是營養豐富且味道鮮美的食品，深受人們喜愛。隨著社會的進步，生活水平不斷提高，人們意識到了食用菌在食品加工方面的重要性。經過這些年的發展，食用菌產業也從朝陽產業變成了驕陽產業。但產業發展并非一帆風順，目前，食用菌精深加工方向狹窄，產品附加值低的問題日益突出，解決食用菌精深加工技術薄弱成為食用菌發展的重中之重。經過美拉德反應的食用菌風味物質更為突出，可以使香菇、金針菇等更好釋放人們喜愛的擁有菇香風味的風味物質，有較好的研究前景，是食用菌精深加工的重要研究方向。