食用菌风味物质及其在美拉德反应中的研究进展

刘培基，崔文甲，王文亮，弓志青，杨正友

（1.山东省农业科学院农产品研究所，山东省农产品精深加工技术重点实验室，农业农村部新食品资源加工重点实验室，山东济南250100；2.山东农业大学生命科学学院，山东泰安271018）

食用菌是指拥有硕大子实体并可供食用的大型 真菌，俗称蘑菇。常见的食用菌有：香菇、草菇、猴头菇、金针菇和牛肝菌等[1]。食用菌独特的香气不仅可以使人们增加食欲，也可以刺激消化液的分泌，促进人体中的营养成分消化吸收[2]。分析食用菌挥发性风味物质的含量及构成，可以更加深入了解其风味特征，对食用菌品种的筛选改良以及精深加工和应用方面具有重要作用。

1 食用菌中风味物质的研究进展

1.1 挥发性风味物质

食用菌的风味主要由非挥发性的滋味物质和挥发性的香味物质组成，不同食用菌会呈现出不同的风味，与挥发性风味成分有很大关系，其中挥发性风味物质是食用菌香味的主要组分[3]。食用菌挥发性成分种类繁多，包括八碳化合物及其衍生物、萜烯类、含硫化合物、醛类、酮类、酯类和酸类化合物等[4]。其中八碳化合物和含硫化合物是核心成分[5]，而醛、酮、酯、酸类等与它们互补调和，因而呈现出食用菌的特殊香味[6-7]。目前，该方面的研究人员大都利用水蒸气蒸馏、超临界CO2萃取、固相微萃取等多种方法来研究各种食用菌的挥发性香味成分。

食用菌最重要的风味物质是八碳化合物（C8H16O），是由亚油酸、亚麻酸等不饱和脂肪酸经脂肪氧化酶催化和氢过氧化物裂解酶作用下形成的具有菇香风味的物质，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-醇很有特点，它拥有2个旋光活性的异构体[10]。早在1938年，BADENHOP AF就发现1-辛烯-3-醇（松茸醇）[11]。刘璐等[12]在干制白灵菇、香菇及杏鲍菇中均检测出一种化合物——1-辛烯-3-醇，正是这种化合物使得这3种食用菌散发出蘑菇香气。而且他们在研究中发现，这种化合物在干制白灵菇与干制杏鲍菇的相对含量较高。此外，经研究证明，食用菌的风味物质会因生长条件不同而表现出差异，但几乎所有的食用菌都含有1-辛烯-3-醇。

食用菌拥有挥发性风味物质受诸多因素影响，其中含硫化合物对于菇体整体的芳香气味而言举足轻重，并且是香菇中非常重要的香味来源。马琦等[13]研究利用电子鼻和顶空固相微萃取结合气相色谱-质谱联用技术对杏鲍菇样品进行分析，鉴定出包括八碳化合物、含硫杂环类、硫醚类、硫醇类及噻吩类共100种挥发性物质。李文等[14]对香菇中的含硫风味化合物进行了深入研究，使用真空干燥、热风干燥、冷冻干燥、自然干燥等方式对香菇子实体风味物质进行测定，通过固相微萃取-气相色谱-质谱联用法对香菇干品中的含硫化合物进行提取分析。分析发现经冷冻干燥的干制品含硫化合物种类最多，经热风干燥和自然干燥的干制品含硫化合物相对含量最高。主成分分析发现9种含硫杂环化合物对香菇风味发挥十分重要的作用，其中 1，2，3，5，6-五硫杂环庚烷（香菇精）拥有浓郁的菇香风味，是对香菇风味影响最大的含硫杂环化合物。但食用菌的香味不仅仅是一种呈味化合物所表达出来的结果，而是由多种成分互相协调、互相影响、互相作用的效果。

食用菌中其它的一些挥发性风味物质，如一些醛类、酮类、酯类，在香菇风味中也起着不可忽视的作用[15]。兰蓉等[16]在萃取白灵菇中的挥发性风味成分时利用了超临界CO2的方法，探究不同的因素变量对白灵菇挥发性风味成分萃取率的影响，譬如萃取压力、萃取温度、分离压力、分离温度等，以此来确定最佳提取工艺条件。通过气相色谱-质谱联用技术分析萃取物，鉴定出16种主要成分，主要成分为：（Z）-9-十六碳烯酸、十六烷酸、亚油酸、8-十八碳烯酸等。李翔等[17]采用顶空固相微萃取-气质联用技术对野生与人工栽培羊肚菌的挥发性成分进行提取及检测分析，分别在野生和人工栽培的羊肚菌中共检出24种和29种挥发性成分，主要是醛类、醇类和酯类化合物。采用相对香气活度值法进行风味评价，野生羊肚菌的关键风味物质包括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种；人工栽培羊肚菌的关键风味物质包括3-甲基丁醛、2-甲基丁醛、正己醛、1-辛烯-3-醇共4种。

1.2 非挥发性滋味物质

食用菌香味的主要组成是挥发性风味物质，而食用菌的滋味主要是从非挥发性滋味物质中体现出来的[18]。食用菌中非挥发性的滋味物质主要包括氨基酸、5’-核苷酸及碳水化合物等，是一类具有可溶性的、相对分子质量较低的化合物[19]。

食用菌中所含的氨基酸有30%处于游离状态[20]。游离氨基酸在非挥发性滋味物质中占有十分重要的地位，是其重要的组成部分，人们将氨基酸分成以下4类：甜味氨基酸、苦味氨基酸、鲜味氨基酸和无味氨基酸[21]。史琦云等[22]在测定国内常见的8种食用菌的营养成分时发现，甘氨酸、丙氨酸、天冬氨酸、谷氨酸等鲜味氨基酸的含量很高，这一现象在香菇、金针菇及双孢蘑菇中表现尤为明显，其含量占氨基酸总量的40%以上。也正是由于这一点，才使得香菇、金针菇及双孢蘑菇味道鲜美，备受人们喜爱。

食用菌中含有多种具有呈味功能的氨基酸，其中谷氨酸最为关键。谷氨酸在与食盐的相互作用过程中，可以形成味精的主要成分L-谷氨酸钠（sodium L-glutamate，MSG），呈味阈值为0.03%，可以表现出较强的鲜味口感，有明显提鲜的效果。丙氨酸具有香甜气味，与鸟苷酸、谷氨酸等具有的鲜味物质相互配合可以呈现出鲜香风味，还可使肉类、鱼类的鲜味成分更好的释放出来，有相互助鲜的特点。与荤食相互搭配烹饪，可以更好地发挥食用菌的鲜香风味。BELUHAN等[23]对检测的10种克罗地亚野生蘑菇研究结果可以表明，食用菌品种不同，其氨基酸组成也会不同。不同的氨基酸种类及含量也形成了食用菌己有的独特风味，人们以此为试验依据，对试验条件进行优化，可以得到带有理想风味的食用菌调味品[24]。另外，其他如β-氨基丁酸、豆氨酸等稀有氨基酸，虽然含量较少但也十分重要，以及干香菇中的不饱和脂肪酸等，它们相互调和，相互配合，使每种食用菌都具有本身的独特风味[25]。

食用菌滋味物质除了呈味氨基酸以外，呈味核苷酸也占有举足轻重的地位。食用菌中的呈味核苷酸包括尿苷酸（uridine monophosphate，UMP）、肌苷酸（inosinic monophosphate，IMP）、鸟苷酸（guanosine monophosphate，GMP）、胞苷酸 （orotidylic monophosphate，OMP）和黄苷酸（xanthylic monophosphate，XMP）等，自然环境中存在的3种单核苷酸5’-鸟苷酸、5’-肌苷酸、5’-尿苷酸拥有十分强烈的呈味作用，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]。香菇具有独特的鲜香风味，也是食用菌中的鲜味物质呈鲜度最强的，主要原因是香菇中含有较多的核苷酸物质，如鸟苷酸、腺苷酸、尿苷酸等，香菇中鸟苷酸的含量最为丰富[27]，香菇中最主要的呈味因子是5’-鸟苷酸，有报道香菇浸出液中5’-鸟苷酸含量可达4%以上[28]。5’-核苷酸呈现滋味十分单一，所以经常使它们与氨基酸共同作用，尤其是5’-核苷酸和谷氨酸共同发生作用时，提鲜作用十分明显[29]。

呈味核苷酸和鲜味氨基酸在增鲜上具有相辅相成的效果，二者的不同种类和配比使得食用菌具有丰富多样的风味。添加少量5’-核苷酸可以使处于阈值以下氨基酸类鲜味物质的含量提到阈值以上，改变原本鲜味不明显的缺点，极大发挥其增鲜作用。何炘等[30]研究发现12%GMP∶88%MSG呈味鲜度相当于MSG的9.9倍，12%IMP+GMP∶88%MSG呈味鲜度是MSG 8.1倍。核苷酸对MSG的增鲜作用最高可达30倍，YAMAGUCHI S等[31]发现5’-肌苷酸钠和MSG的相乘效应是呈非线性的，5’-肌苷酸钠与MSG的质量比为1∶1时，鲜味强度最高。TORRI K等[32]对其增鲜机制进行了研究，结果显示是由于当5’-核苷酸存在时，鲜味的受容蛋白质与核苷酸结合而产生变构，从而更易与MSG结合。

碳水化合物也是食用菌风味物质的一部分，其含量达2%～10%[33]。其中，使得食用菌具备甜味的物质是可溶性糖。研究显示甘露糖和海藻糖是食用菌中最主要的可溶性糖，食用菌品种不同，其可溶性糖的含量也会有较大差异，像草菇、落叶松蕈、木耳中的可溶性糖含量较高，而灵芝、鸡腿菇、茶树菇中可溶性糖含量较低[34]。

2 美拉德反应机理及风味物质研究进展

美拉德反应（Maillard reaction）是一种非常普遍的食品热加工生产方法，其本质是醛、酮、还原糖的羰基与氨基酸、肽、蛋白质等含氮化合物的游离氨基之间发生反应[35]。美拉德反应是一种常见的非酶褐变反应，经过缩合、聚合反应后最终得到的美拉德产物包含一类棕褐色、结构复杂、聚合度不等的高分子聚合物混合物，称之为类黑精[36]。

美拉德反应分为初级阶段、高级阶段、终极阶段三部分。

初级阶段在高温的作用下还原糖上的羰基和来自不同物质的氨基自由基进行缩合生成新的物质N-糖基胺，该反应过程中生成的物质是不能挥发的香气成分的前体，不会造成食品的外观及气味的变化。

在高级阶段中有3个反应的途径，分别是当反应环境为碱性时、为酸性时和Strecker聚解反应。在酸性环境中Amadori化合物经1，2-烯醇化反应生成羟甲基糠醛。在碱性环境中Amadori化合物经过2，3-烯醇化反应生成还原酮类和二羰基化合物。Strecker聚解反应中，Amadori化合物形成羰基和双羰基化合物后继续反应生成Strecker醛类。

终级阶段会生成蛋白黑素，此阶段多羰基不饱和化合物一方面进行裂解反应，另一方面进行缩合聚合反应，蛋白黑素主要是由美拉德反应中的活性中间体继续与氨基酸反应形成的[37]。美拉德反应不仅可使产品产生特殊的色泽与风味，还在食品稳定性和货架期等方面起着重要作用[38]。

3 食用菌美拉德反应风味物质的研究进展

美拉德反应不仅可以提高食品的感官质量，还可以丰富食品种类，在食品的色、香、味等风味特征的形成中也具有十分重要的作用。美拉德反应会消耗食品原料中的氨基酸和糖类，降低蛋白质的生物学效价[35]。其中，最易在褐变反应中损失的是人体必需氨基酸，从而降低了食品的营养价值[39]。食用菌不仅拥有特有的鲜香风味，还含有丰富的蛋白质、人体必需氨基酸、维生素、矿物元素和风味物质。所以，将食用菌加工与美拉德反应相结合，可以相互协同，取长补短，发挥各自优势，是非常好的研究方向。

金针菇中含有大量的纤维素，使其风味蛋白、肽和氨基酸等物质不易释放到外部，特有的菇香风味无法完全释放。纤维素酶可以水解细胞壁中纤维素，将细胞壁结构破坏，充分释放细胞中风味成分[40]。唐秋实等[41]使用双酶复合水解金针菇，发现纤维素酶和风味蛋白酶具有协同作用，由双酶作用制得的金针菇酶解液水解度高，呈味氨基酸含量丰富。将金针菇酶解液与糖进行美拉德热反应，并对金针菇美拉德反应后的酶解液生成的香气物质进行测定。通过气相色谱-质谱联用技术（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）检测得到69种物质，有醛类8种（36.94%）、呋喃类 3种（20.28%）、酮类2种（27.92%）、醇类 3种（8.7%）、含硫化合物 3种（2.96%）及其它5种（3.17%）。其中，醛类中以3-甲基丁醛（11.32%）、苯乙醛（10.70%）和2-甲基丁醛（8.54%）含量较高；酮类中3-辛酮含量最高为27.48%；呋喃类中3-苯基呋喃含量最高为15.80%，2-甲基呋喃次之含量为4.15%；醇类中顺式5-辛烯-1-醇（7.42%）含量最高；含硫化合物中4甲基-5-羟乙基噻唑（1.84%）含量最高。研究表明呋喃类、醛类、酮类伴有果香味，3-辛酮等八碳类化合物拥有蘑菇香味，是食用菌中最重要的风味化合物[42]。检测结果显示，八碳类化合物占比达46.07%，对金针菇酶解液美拉德反应产物的风味具有重要贡献。各种风味化合物协同发挥作用，共同组成了金针菇酶解液美拉德反应产物的特殊风味。

XIAO C等[43]以蘑菇水解液为原料，在pH值为7.4的条件下，使d-木糖和l-半胱氨酸在不同温度（100℃～140℃）中加热2 h，得到美拉德反应产物，并用GC-MS对挥发性化合物进行了分析。结果显示，反应温度越高，美拉德产物中含氮、含硫化合物越多，而蘑菇水解液中则以醇类、酮类和醛类为主，使用最小二乘回归法的相关性分析结果显示，3-苯基呋喃和2-辛基呋喃主要提供了焦糖风味；1-辛烯-3-醇、香叶酰丙酮、（E）-2-辛烯-1-醇与蘑菇风味呈显著正相关，而2-噻吩-羧醛、3-甲基丁醛、2，5-噻吩-二羧基醛对美拉德反应产物的肉质性状呈显著正相关。试验结果表明，125℃是制备蘑菇水解液美拉德反应产物的最佳温度，拥有丰富的挥发性风味物质和良好的风味特性；游离氨基酸和5’-GMP与呈现鲜味有很大关系，在小于125℃条件下，其浓度在美拉德反应产物中比在水解液中高3倍～4倍。

MISHARINA TA等[44]采用毛细管气相色谱-质谱联用技术对双孢蘑菇的香气成分进行了鉴定，共鉴定出56种化合物。研究发现，双胞菇的风味物质是由不饱和脂肪酸氧化酶催化及美拉德反应产生的挥发性化合物共同形成的。含有8碳原子的不饱和醇和酮决定了双胞菇的特殊风味。双胞菇的特殊香气是由含杂环化合物的硫、氧和氮的取代物的复杂组成，以及羰基化合物和蛋氨酸化合物确定的。结果表明，在香菇干燥前加入氨基酸混合物后，挥发性羰基化合物和杂环化合物的浓度均有所增加。

美拉德反应由于其可以改善食用菌风味特性，在制备食用菌基料及调味品方面也有广泛应用。赵立娜等[45]为制备具有良好菇香风味的调味品呈味基料，以双孢蘑菇蛋白酶解液为原液，对反应中的氨基酸和糖进行筛选，并对其美拉德反应制备呈味基料的工艺进行优化，得到具有食用菌特有的鲜香风味，口味柔和，醇厚感较好的呈味基料。张历[46]对真姬菇进行复合酶解，然后通过美拉德反应制备含肉香、烧烤香味的真姬菇美拉德反应浆液。通过试验得到具有独特风味并含有丰富的蛋白质、氨基酸、多糖、膳食纤维以及多种矿物质的真姬菇复合调味品。

食用菌经美拉德反应还可以增强其抗氧化能力，在抗氧化剂的制备方面有较好研究前景。李佳佳[47]以秀珍菇干粉为原料，生物酶解技术和美拉德反应相结合，制备出具有菇香风味和肉香味并且能够增强醇厚感和鲜味的秀珍菇调味核心基料。在与秀珍菇酶解液的抗氧化活性作对比中可以发现，经美拉德反应的调味基料的还原力和清除DPPH自由基能力显著增强，与Fe2+螯合能力明显降低。李超[48]以羟基自由基清除率为指标，对鸡腿菇多肽-果糖美拉德反应制备抗氧化剂的工艺进行优化。发现为糖肽比1.95∶1（质量比），反应温度100.8℃和反应时间123.2 min时抗氧化能力较好，此时实际羟基自由基清除率达69.33%。

4 展望

食用菌是营养丰富且味道鲜美的食品，深受人们喜爱。随着社会的进步，生活水平不断提高，人们意识到了食用菌在食品加工方面的重要性。经过这些年的发展，食用菌产业也从朝阳产业变成了骄阳产业。但产业发展并非一帆风顺，目前，食用菌精深加工方向狭窄，产品附加值低的问题日益突出，解决食用菌精深加工技术薄弱成为食用菌发展的重中之重。经过美拉德反应的食用菌风味物质更为突出，可以使香菇、金针菇等更好释放人们喜爱的拥有菇香风味的风味物质，有较好的研究前景，是食用菌精深加工的重要研究方向。