香菇风味及其分析技术研究进展

卢晓烁，刘常园，赵立艳

（南京农业大学食品科技学院，江苏南京210095）

香菇（Lentinus edodes），别名香蕈、香椹、冬菇、陈仁玉[1]，属担子菌纲（Basidaiomycetes）、伞菌目（Agaricales）、口蘑科（Tricholomatacete）、香菇属（Lentinus），广泛栽培于中国和其他远东国家，是全球第二大普遍种植的食用菌[2]。香菇素来有“山珍之王”的盛名，它不仅因独特的风味常被作为美味菜肴，而且还是一种极具高营养价值的保健食品，其富含的生物活性物质可在防治多种疾病方面发挥巨大功效[3-4]。如今，药食同源的香菇深受医药、食品领域的研究人员以及广大消费者青睐。

目前，国内外学者基于飞速发展的风味物质的分离、鉴定技术，对香菇中风味化合物的研究取得了不少进展。但是，其中大部分成果偏重于新鲜菇体及其加工制品的风味组成，而关于香菇风味物质的形成机制和变化规律鲜有报道。本文主要简介了香菇的风味组分及其大体上的形成途径，着重介绍了近年来香菇风味物质的提取、鉴定方法和加工方式对香菇风味物质的影响，并展望今后关于香菇风味的研究方向，以期为促进香菇产业的可持续发展。

1 香菇风味物质的种类及形成机理

人的味觉能够识别5 种基本味道：甜、咸、酸、苦和鲜，每一种味觉被专门的感受器识别，并与特定的传导途径相联系[5]。滋味的产生主要依托非挥发性化合物刺激口腔内的味觉器官，而气味的产生主要来自挥发性化合物刺激鼻腔中的嗅觉感受器[6]。香菇独特的风味并非单一化合物所能够体现出来，是众多化学物质共同作用、相互平衡的结果。

1.1 香菇风味物质的种类

1.1.1 主要非挥发性风味成分

游离氨基酸（free amino acids，FAA）是一类重要的滋味活性物质，在香菇中一半以上的呈味氨基酸属于游离态，其中天冬氨酸的含量极为丰富，且其鲜味强度值最高[7-8]，它是赋予香菇鲜味的主要物质。每种FAA有着不同的化学结构，所以，食品呈现出的不同程度的鲜美风味受其中FAA 种类和含量差异影响。谷氨酸、天冬氨酸等氨基酸的羧基端含有疏水性较弱的基团，故使香菇呈现肉汤鲜味；甘氨酸所含的R 基中有亲水基团，故主要提供甜味；此外，天冬氨酸还有咸味和甜味特征[9-10]。5’-核苷酸是使香菇呈现浓烈鲜味的另一类重要贡献者，与其他种类的食用菌相比，其在香菇中含量最高，特别是 5’-鸟苷酸、5’-肌苷酸、5’-黄苷酸和5’-腺苷酸，其中5’-鸟苷酸是干香菇强鲜味特性的主要贡献者[11]。

呈鲜氨基酸与呈味核苷酸具有显著的协同作用，所以在这两种组分的不同比例之下，香菇会形成不同的滋味特征。而除了上述主要提供鲜味的两类物质外，可溶性糖、有机酸及其他风味成分也是影响香菇风味品质的重要因素，都对其独特风味的产生有一定的贡献价值。糖类如糖醇、糖苷是香菇产生甜味的主要成分，其含量可直接影响香菇的滋味与口感[12]；香菇中琥珀酸、苹果酸含量相对其他有机酸较高，它们能与其他呈味小分子共同作用，从而影响香菇的整体风味[13]。

1.1.2 主要挥发性风味成分

八碳化合物是香菇中一类主要的挥发性香气成分，尤以辛醇类、辛酮类风味物质为主[14]。其中，1-辛烯-3-醇又被称为“蘑菇醇”，具有浓烈的蘑菇香，但其热稳定性较差，故对干香菇风味的贡献不如对鲜香菇风味的贡献大[15]。此外，在鲜香菇的八碳挥发性风味物质中，主体成分还有3-辛酮、3-辛醇等[16]。

含硫化合物作为典型的芳香性化学物质[17]，也是影响香菇特征风味的关键组分。在香菇的挥发性风味成分中，这类风味物质的相对含量最高，占挥发性风味成分总量的一半以上，其中又以1，2，4-三硫杂环戊烷含量最高，占含硫化合物总量的84%～91%[18]。此外，1，2，3，5，6-五硫杂环庚烷（又名香菇精、香菇素[19]）、二甲基二硫醚和二甲基三硫醚也是香菇的重要含硫风味物质[20]，它们均对香菇的整体香气有极大贡献。

1.2 香菇风味物质的形成机理

1.2.1 呈味物质之间的相互作用

香菇最显著的滋味特征就是鲜味，这主要是由氨基酸所决定的。L-型氨基酸由于α-NH3+和γ-COO-之间产生静电吸引，其进一步环化形成五元环结构[21]。当5’-核苷酸存在时，鲜味的受容蛋白质会与之结合发生变构，之后其更易与谷氨酸钠相结合[22]，从而使氨基酸的鲜味效果超过自身的阈值水平，发挥鲜味相乘的效果。例如当5’-肌苷酸或5’-鸟苷酸与天冬氨酸共同存在时，会极大地增强香菇的适口性[23]，起到良好的增鲜作用。

香菇的香味也是评定其感官品质的重要指标之一。食品中的很多香气化合物是通过美拉德反应及相互作用生成的[24]。蛋白质及多肽的热降解产物会与其他物质如还原糖、脂质等参与美拉德反应和含硫化合物的降解，从而生成多种风味独特的成分，如硫化物、吡啶、呋喃、噻吩、噻唑等[25]。这些杂环化合物的沸点和阈值都很低，所以即使它们的含量不高，亦可对香菇的整体风味产生很大影响。

1.2.2 八碳化合物的反应机制

在食品的加工过程中，由于受热或酶的作用，脂类会发生分解产生脂肪酸，之后其进一步被氧化或与其他物质反应生成风味物质。亚油酸可在脂肪氧合酶和氢过氧化物裂解酶的催化作用下，通过氧化反应和裂解反应生成八碳化合物；此外，作为糖酵解的分解物质乙酰辅酶A 也可用作合成八碳化合物的前体物[26]。在八碳挥发性风味物质中，1-辛烯-3-醇具有新鲜的野蘑菇气味，其环化作用可能会生成分别具有杏仁香、叶香气味的苯甲醇和环辛醇[27]。

1.2.3 含硫化合物的形成过程

含硫风味化合物的形成可能涉及两条途径，一个是以氨基酸为前体物的酶促反应，另一个是以美拉德反应为主的非酶反应[28]。香菇酸是含硫化合物的重要前体物，其由结合了γ-谷氨酰肽的L-半胱氨酸亚砜构成[29]。在形成香菇风味的过程中，首先是γ-谷氨酰基转肽酶水解γ-谷氨酰胺肽键，从而释放香菇糖酸；然后其在S-烷基L-半胱氨酸亚砜裂解酶的催化作用下，进一步生成具有风味活性的化合物，尤以1，2，4-三硫杂环戊烷和香菇精为主，此过程是香菇具有大蒜气味的主要途径[30]。而香菇精只在低于225 ℃下稳定存在，其受热易裂解，但裂解产物中的二甲基二硫醚和二甲基三硫醚具有洋葱、卷心菜气味[31]，也对形成香菇的香气有着极为重要的贡献。

2 香菇风味物质的提取及鉴定方法

由于香菇的风味物质比较复杂，且特征风味化合物的含量一般较少，因此，想要较为准确地研究香菇的风味特征，有效提取其中所含有的呈香、呈味物质至关重要。此外，在对目标组分进行定性和定量分析时，鉴定方法也十分关键。

2.1 非挥发性风味成分的提取

热水浸提法是最传统的提取方式，现如今，酶解、微波、超声波[32-34]等辅助法应用较来越广。吴关威[35]研究了不同液固比、浸提温度和时间对香菇柄中FAA、5’-核苷酸、可溶性糖和总滋味成分释放率的影响，得出了最佳的热水浸提法工艺，即在30 ∶1（mL/g）的液固比、70 ℃的温度下浸提2 h，香菇柄中非挥发性风味成分释放效果最好。杨铭铎等[36]对比了用超声波辅助法和传统蒸煮法提取的香菇水解液中氨基酸的含量，结果表明超声波辅助萃取率更高。王雨生等[34]在制备香菇酶解液及其鲜味物质时，得到香菇预处理的最佳工艺条件为500 W 超声波处理15 min，得出的变化规律是酶解前后FAA、5’-鸟苷酸含量显著增加。李顺峰等[32]在采用纤维素酶提取香菇柄中的5’-核苷酸时，所得最优工艺条件为液固比 20 ∶1（mL/g）、pH 5.4、加酶量0.8%、40 ℃的酶解温度酶解4 h，目标组分得率达4.08 mg/g，其中鲜味核苷酸占5’-核苷酸总量的62.63%。此后，为进一步增强鲜味，其又采用双酶酶解法进行提取，得出复合酶法的最佳工艺条件，即加入0.3%的5’-磷酸二酯酶和0.8%的中性蛋白酶，酶解pH 值调至6.5，于50 ℃的酶解温度下酶解2 h，此时所得5’-核苷酸含量为0.42 mg/mL，结果显示在不显著降低滋味成分含量的情况下，两种酶复合酶解比单酶分步酶解可节约一半以上的时间[37]。

2.2 挥发性风味成分的提取

目前，常采用溶剂辅助蒸发法（solvent-assisted flavor evaporation，SAFE）、动态顶空分析法（dynamic headspace，DHS）、固相微萃取法（solid phase microextraction，SPME）等提取香菇中的挥发性风味成分。SAFE 是一种在较低温度下把挥发性组分从复杂混合物中有效提取出来的方法，其可以极大地保留目标化合物的自然香气，对热敏性挥发组分的破坏力较小。DHS 是一种顶空采样技术，首先是利用惰性气体将样品中的挥发性物质赶出，然后在提取组分时通过载有吸附剂的捕集肼完成，接着采用溶剂洗脱或加热的方式将挥发性化合物解吸出来。SPME 技术集采样、萃取、富集和进样于一体，是一项新颖的微萃取样品技术，取样方式又分为顶空固相微萃取（headspace-solid phase microextraction，HS-SPME）和直接取样，无需溶剂且样品用量少，可实现复杂样品自动化的高通量检测，具有操作高效便捷、成本低等优点。

2.3 风味物质的分析技术

从复杂基质中对目标组分进行分离、鉴定和定量研究时，分析速度同样重要。如今，研究风味物质从原先仅依靠物理化学性质来判断逐渐演变为利用现代仪器法进行分析，如电子鼻、电子舌、高效液相色谱（high performance liquid chromatography，HPLC）、气相色谱（gas chromatography，GC）、离子迁移谱（ion mobility spectrometry，IMS）、质谱分析 （mass spectrometry，MS）等。这些新技术的产生，不仅可以较为准确地鉴定香菇中的风味物质，而且极大地节约了检测分析的时间，具有很强的高效性。

在分析香菇中的风味物质时，常联用上述的方法。Phat 等[38]采用 HPLC-MS/MS 法对香菇提取物中的8 种鲜味成分进行了分析，同时利用电子舌研究了等效鲜味浓度水平与各组分浓度之间的相关性。殷朝敏等[16]采用HPLC 法测定了鲜香菇中的5’-核苷酸，得出含量最高的是5’-胞苷酸，其次是5’-尿苷酸、5’-腺苷酸和5’-肌苷酸，而未检出5’-鸟苷酸；其采用HSSPME-GC-MS 法分离出鲜香菇中43 种挥发性化合物，其中有14 种被鉴定出来，得到鲜香菇中相对含量最高的挥发性成分是酮类，尤其是3-辛酮。杨肖等[39]在分析香菇酶解液、复水原液、香菇菌汤及干粉中的香味成分时，采用了SPME-GC-MS 技术，在4 种样品中共检测到72 种挥发性风味物质，其中包括蘑菇醇、2，3，5-三硫杂己烷、1，2，4，5-四硫杂环己烷、1，2，4，6-四硫杂环庚烷、二甲基二硫醚和二甲基三硫醚等。余昌霞等[40]使用了SPME-GC-MS 技术，对两个香菇菌株的菌丝体和子实体的风味成分进行了分析，检出79 种相对质量分数不低于0.5%的挥发性成分，主要包括含硫化合物、八碳化合物等风味物质。

对于不同品种或产地的香菇，其中的风味物质存在差异。肖冬来等[41]利用GC-IMS 技术有效分离了27个不同香菇子实体干品中的挥发性组分，并根据离子迁移数据分析了不同样品间差异，结果表明不同的栽培基质会影响香菇自身的风味。Dong 等[42]提出一种基于稳定同位素标记的液相-质谱串联方法，可快速鉴定香菇的种类和地理来源，在研究过程中其同时分析了10 种不同产地的香菇中 20 种FAA 和 6 种5’-核苷酸，得出其中大部分氨基酸的最小检出量（limit of detection，LOQ） 低于 1 ng/mL，5’-核苷酸的 LOQ 在5 ng/mL～20 ng/mL 范围内，且结果表明不同香菇中的5’-胞苷酸、5’-腺苷酸、赖氨酸、苏氨酸和精氨酸的含量有显著性差异。

香菇的风味一方面与其所含风味物质的种类和含量有关，另一方面还取决于风味物质在食品基质中的阈值大小。在确定香菇的特征性风味成分时，常常要评判各风味化合物对整体香气的贡献度。分析过程中较为常用的定量方法有香气提取物稀释分析法（aroma extract dilution analysis，AEDA）、气味活度值法（odor activity value，OAV）等。AEDA 法是由 Grosch 等[43]发明的一种可以实现对关键性气味化合物有效分级的分析方法，它是通过溶剂来逐级稀释挥发性组分，当在嗅闻口检测不到香气时，得出每种风味物质的香气稀释因子（flavor dilution factor，FD），然后根据 FD 值与气味贡献度的正相关性，确定整体香气中特征性风味物质。OAV 值是香气物质的含量与其阈值之比，一般认为，当某种挥发性化合物对整体香气有贡献时，其OAV 值不低于1，且贡献越大该值越高[44]。殷朝敏等[16]利用OAV 值分析得出鲜香菇中主体香气成分为二甲基二硫醚、二甲基三硫醚、1-辛烯-3-酮和甲硫醇。

3 加工过程对香菇风味物质的影响

不同的加工方式，会导致香菇产品与新鲜菇体的滋味、香味物质在含量及组成上存在差异。因此，为促使香菇产品形成良好的风味，需要采用适宜的加工条件。

3.1 香菇烫漂

热烫是果蔬加工或烹调时常用的一种预处理方法，这种加工方式一方面可以预防果蔬表面微生物的滋生，另一方面还能防止果蔬被氧化。为研究香菇中挥发性风味物质受烫漂方式的影响，Li 等[45]采用HSSPME-GC-MS 及电子鼻技术对比分析了沸水、微波烫漂两种方法，结果表明烫漂后香菇中酮类和含硫化合物的含量均明显降低，而醛、烃、酯类的相对含量增加，并成为了烫漂后香菇的主要挥发性化合物；此外，微波烫漂后样品中酯类、醇类和含硫风味物质较沸水烫漂后含量更高，特别是1-辛烯-3-醇。刘璐等[46]在研究中鉴定出鲜香菇主要有25 种挥发性物质，而经过微波烫漂处理后，香菇的挥发性成分有18 种，经蒸汽和沸水两种方式烫漂后均为23 种；1-辛烯-3-醇的含量经微波烫漂后上升，而经蒸汽烫漂后其含量下降，且蒸汽烫漂与沸水烫漂对含硫风味物质的影响较大，前者使含硫化合物的相对含量升高，而后者使其显著降低。

烫漂不仅会使香菇中挥发性风味物质发生变化，也会影响其中的非挥发性风味成分的含量。Li 等[47]对比沸水、微波烫漂发现，在烫漂条件分别为沸水60 s烫漂和微波300 W、90 s 烫漂时，烫漂后香菇中非挥发性风味物质的含量与新鲜菇体相比发生了显著变化，两种方式下其含量均有所下降，且沸水烫漂后样品中含量相对较低；此外，微波烫漂样品中可溶性糖、有机酸和5’-核苷酸等非挥发性风味成分含量显著高于沸水烫漂后，其中尤以味觉活性氨基酸和5’-核苷酸含量最高。这些研究结果表明，微波烫漂与沸水烫漂相比，后者可以有效地保存滋味成分和主要特征香气化合物1-辛烯-3-醇。

3.2 香菇煮制

高汤是烹饪时常用的一种辅料，富含多种呈味呈鲜物质。其在烹制菜肴时替代水加入或在制作汤羹时混入，不仅可以起到良好的增鲜效果，而且能提供丰富的营养物质[48]。香菇具有高蛋白、低脂肪、味道鲜美、生物活性成分多等特点，故是制作汤类的优质原材料。

在汤类煮制工艺中，热反应是较为复杂、对非挥发性风味物质影响非常关键的步骤[49]。在高温煮制的过程中，香菇的细胞结构因为受到破坏作用，其中的营养成分及非挥发性风味物质在介质水中产生浓度差。由于具有一定的推动力，这些成分会不断从香菇中向汤内释放，直至经过一段时间后，扩散达到相对平衡，此时汤中固形物的含量较为稳定[50]。赵静等[51]在研究香菇菌汤中的滋味成分时发现，菌汤中FAA 含量最高的是苯丙氨酸，其次是赖氨酸和丙氨酸，苦味氨基酸的含量占优势，而呈味核苷酸中5’-鸟苷酸的含量最高，可能原因是高温更有利于其释放。李标等[52]在研究香菇菌汤的煮制工艺时发现，香菇的主要滋味物质在煮制后的汤液中含量显著高于煮制后的菇体中含量；与鲜香菇相比，煮制后的汤液及香菇中绝大多数呈味氨基酸的含量有所降低，但煮制后的汤液中天冬氨酸、谷氨酸二者总量以及甜味氨基酸的含量显著高于鲜香菇及煮制后菇体中含量。

对香菇菌体中的小分子类物质而言，其不仅对菌汤的滋味有贡献，同时还是挥发性风味物质的重要前体物。香菇菌汤风味的产生，除了香菇自身的可溶性小分子向汤内释放外，还包括各种风味前体物质相互之间发生的多种化学反应。其中，FAA 主要参与美拉德反应，呈味核苷酸因热敏性加热易分解，可溶性糖会发生降解、脱水或与氨基化合物发生美拉德反应，有机酸会被氧化或产生脱羧作用等[53]。

3.3 香菇干制

干燥是食用菌广为应用的一种贮藏加工方法，香菇干制品的品质与其干燥方式关系密切。香菇脆片是近年来较为流行的一种休闲食品，是鲜香菇经脱水处理后采用特定工艺制成的薄片，真空低温油炸和真空冷冻干燥是目前常见的制作方式[54]。高兴洋等[55]在研制香菇脆片时比较了非挥发性风味成分的差异，结果表明，真空冷冻干燥制得的香菇脆片的可溶性糖含量较高；真空低温油炸制得的香菇脆片中呈味核苷酸含量显著高于真空冷冻干燥制品中含量，且油炸香菇脆片含有更丰富的 5’-腺苷酸、5’-鸟苷酸和 5’-尿苷酸，经过油炸后的香菇产生了更多的呈香物质，其香气更加浓郁。

FAA 含量常常作为衡量香菇风味的一个重要指标，而其对于评价干燥对香菇中非挥发性风味物质的影响也是至关重要的。李艳杰等[56]以香菇为原料对热风干燥工艺进行了优化，研究发现在装载量为5 g/dm2～15 g/dm2时，将 3 mm～12 mm 厚度的香菇切片于 50 ℃～70 ℃下热风干燥时，香菇干基含水率、水分比及干燥速率较为合适，能较好地保留香菇中的FAA 和可溶性蛋白质，在一定程度上保留香菇的风味。

挥发性风味物质的差异变化，是评定在干燥这种加工方式下产品品质的另一个至关重要的指标。Tian等[57]对比了热风、真空、微波和微波真空4 种干燥加工工艺，研究发现这4 种方法均使香菇干制品的含硫化合物的相对含量显著增加。高伦江等[58]分析比较了热风干燥与热风联合微波干燥对香菇风味成分的影响，数据显示醇类化合物在干制过程中损失严重，与热风干燥相比，热风联合微波干燥后的香菇品质较优，且在该条件下产生的二甲基三硫醚（2.30%）、二甲基四硫醚（0.54%）和香菇素（0.53%）是干香菇的重要风味物质，通常能影响菇体的整体香味。刘静等[59]以鲜香菇为参照，分析比较了在自然、热风、热风联合远红外及远红外4 种干燥方式下制得的干香菇中挥发性风味成分，结果表明，香菇中风味物质组成由于干制发生了变化，醇类和酮类物质是鲜香菇的主要挥发性成分，干制后的香菇醇类和酮类化合物均减少，有机酸均增加；含硫化合物在联合干制后的香菇中含量最高，其次是热风干制品、远红外干制品，而自然干制品中未检测到，说明硫醚化合物的生成对温度有一定要求。Politowicz 等[60]研究了对流、冷冻、真空微波以及对流联合真空微波4 种干燥方式对香菇挥发性风味成分的影响，结果表明，干制后香菇中八碳化合物和含硫化合物的含量均显著降低，但冷冻干燥方式相对较优，利用此法制成的干香菇中挥发性成分的总浓度和关键风味物质的含量均最高。

4 展望

食用香菇最为传统的方式是将其制作成菜肴，近年来，基于香菇风味的加工产品在市场竞争中正逐步走俏，例如香菇脆片、香菇酱、香菇调味料等。为了将营养美味的香菇制品推向更大的市场，使香菇产业占据更高的行业地位，在未来仍需开发新型香菇制品。但是在研制风味产品之前，首先要大力研究香菇风味物质的起源和形成。所以在今后研究香菇的风味时，重点应集中于以下3 个方面：一是要选择合适的提取方法及能提供丰富鉴别信息的检测分析技术，从而准确、完整地构建香菇风味物质数据库和指纹图谱，这是研究的基础和前提；二是要深入研究香菇风味的前体物质，从而探讨在不同条件下香菇中特征性风味物质的形成机理；三是选择有效的方法来分析香菇中的前体物与风味物质之间的相关性，以便为进一步开展人工合成这些风味物质的研究提供理论支撑。