电子鼻结合气相色谱-质谱联用技术分析松茸减压贮藏过程中挥发性风味成分变化

张沙沙，罗晓莉，曹晶晶，何容，张微思

(中华全国供销合作总社昆明食用菌研究所，云南 昆明，650223)

松茸(Tricholomamatsutake)又名松菇、松口蘑等，是一种珍稀、名贵的野生食用菌，具有强身、益胃、治疗心血管疾病及糖尿病等功效，被誉为“菌中之王”[1]，因其营养丰富、味道鲜美而深受国内外消费者青睐。松茸是大自然浓郁鲜嫩的野味，日本人称其为“秋天味觉之王”[2]，主要分布在中国、日本、韩国等地方[3]。

松茸贮藏过程中，随着贮藏时间的延长，风味物质发生变化，会产生酸味、臭味等不良气味、松茸味变淡、口感变差，严重影响松茸的品质。减压保鲜技术是一种无污染的物理技术，减压贮藏松茸可以延缓松茸采后品质的下降，延长保鲜期[4]。目前对松茸的挥发性成分常用的检测方法是感官评定和气相色谱-质谱(gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS)等仪器来分析，感官评定存在主观性、个体差异性、抽象性等不足。近年来，常用电子鼻技术模拟人的嗅觉系统，其具有自动化程度高、操作成本低、快速、无损检测技术、重复性好等优势，已广泛应用于农产品内在品质的检测[5]，但是鲜见关于电子鼻研究松茸新鲜度的相关报道。本文采用电子鼻检测不同贮藏时间的松茸的挥发性物质，并结合传统的GC-MS分析，判断松茸的新鲜度，为松茸贮藏保鲜机理研究及保鲜方法的研究提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

新鲜松茸，昆明市木水花野生菌交易市场，无虫蛀、无机械损伤、五成熟、大小基本一致。

减压冷藏实验机(JYL0.1X2A型)，上海善如水保鲜科技有限公司；电子鼻(PEN3)，德国AIRSENSE公司(10个传感器代表的物质种类及性能描述见表1)；气质联用仪(6890N/5975)，美国Agilent公司；色谱柱：弹性石英毛细管柱(HP-5MS，30 m×0.25 mm×0.25 μm)，美国Agilent公司；固相微萃取头(75 μm Carboxen-PDMS，黑色)，美国Supelco公司；顶空瓶(20 mL)。

表1 传感器代表的物质种类及性能描述Table 1 Material type and performance description represented by sensor

1.2 试验方法

购买的新鲜松茸分成平均分成5份，每份约300 g，置于2台真空室减压冷藏实验机中，每隔7 d取样进行电子鼻和GC-MS检测分析。

1.2.1 电子鼻检测参数

样品间隔时间1 s，冲洗时间60 s，调零时间10 s，样品准备时间5 s，样品测定时间100 s，流速400 mL/min，环境温度为18～20 ℃。为保证实验数据的稳定性，选取测试过程中50～60 s的数据用于后续分析，每个处理重复测定3次。

1.2.2 顶空固相微萃取

取1.0 g样品于20 mL顶空瓶中。将顶空瓶放置于80 ℃水浴中，用固相微萃取头置于顶空瓶中进行萃取，萃取时间为30 min。之后将固相微萃取头插入气相色谱进样口进样，时间为2 min，经气相色谱分离后用质谱鉴定。

1.2.3 GC-MS条件

1.2.4 数据分析

电子鼻数据分析：采用Winmuster分析软件对采集到的数据进行主成分分析(principal componenets analysis，PCA)、线性判别分析(linear disriminant analysis，LDA)。

GC-MS数据分析：采用Nist14标准谱库和Wiley275标准谱库进行检索定性分析。

定量分析：采用内标法，以正癸醇为内标物，甲醇作为溶剂，配制成50 mg/L的内标液，按公式(1)计算挥发性物质含量：

(1)

2 结果与分析

2.1 基于电子鼻的分析

2.1.1 减压贮藏期间松茸挥发性风味成分的雷达图谱

PEN3电子鼻有10个金属传感器，分别具有不同性能，且对不同浓度的挥发性风味成分敏感程度不同，这与挥发性风味成分的的属性和含量呈正相关。利用电子鼻对松茸减压贮藏期间挥发性风味成分进行分析，每组重复8次。由图1雷达图谱可以看出，贮藏不同时间的松茸的响应值与传感器之间存在明显差异，其中5个样品对2、3、4号感应器的感应值最明显，其中3号响应值最高，说明松茸对硫化物最敏感，其次是有机硫化物、芳香成分、氮氧化合物，而其他7号感应器基本无明显变化。用电子鼻判断松茸新鲜度具有可行性。

图1 减压贮藏期间松茸挥发性风味成分的雷达图谱Fig.1 Radar map of volatile flavor components of Tricholoma matsutake during hypobaric storage注：1～10代表1～10号感应器

2.1.2 基于电子鼻不同贮藏期间松茸的PCA分析

PCA是将电子鼻传感器所提取的多个指标的信息进行数据降维处理，从多元变量中得出贡献率最大的因子，从而比较观察不同贮藏期间松茸样品的PCA值在空间的分布差异[6]。图2为电子鼻对不同贮藏期间松茸的PCA分析结果，第1主成分贡献率为99.19%，第2主成分的贡献率为0.57%，总贡献率为99.76%，且5个样品完全不重叠，说明不同贮藏期间的松茸气味可以通过电子鼻有效区别出来。

图2 基于电子鼻不同贮藏期间松茸的PCA分析Fig.2 PCA analysis of Tricholoma matsutake during different storage period based on electronic nose

2.1.3 基于电子鼻不同贮藏期间松茸的LDA分析

LDA法与PCA法相比，能够使同一类别内的分布加大，从所有数据中收集信息，提高分类的精确度[6-7]。由图3基于电子鼻不同贮藏期间松茸的LDA分析可以看出，第1主成分和第2主成分的贡献率分别为86.72%、11.48%，总贡献率为98.20%。从挥发性成分所代表的椭圆区域性的距离看，松茸贮藏第1、8、15天的椭圆间距离较小，说明前15 d松茸的挥发性风味成分变化不明显，贮藏第15天与贮藏第22天、贮藏第22天与贮藏第29天挥发性椭圆间距离较大，说明松茸在贮藏第15天与贮藏第22天的松茸气味变化比较明显，贮藏第22天的松茸和贮藏第29天的挥发性成分变化较大。且由椭圆区域性变化方向来看，松茸贮藏第1～15天沿第2主成分正方向变化，松茸贮藏第15～22天沿第2主成分反方向变化。因此，贮藏第15天为松茸挥发性风味物质变化的点，即新鲜度变化的拐点。

图3 基于电子鼻不同贮藏期间松茸的LDA分析Fig.3 LDA analysis of Tricholoma matsutake during different storage period based on electronic nose

2.2 松茸减压贮藏过程中SPME-GC-MS分析

2.2.1 松茸减压贮藏过程中风味成分分析

松茸的香味不是由单一化合物所能呈现的，而是由多种挥发性成分平衡的整体效果[8]。由表2可以看出，松茸减压贮藏期间共检测出来76种化合物，其中，醇类物质有23种，醛类物质有29种，酮类9种，烷烃类5种，酯类2种，其他类8种。减压贮藏第1、8、15、22、29天确定的化合物分别为42种、48种、53种、56种、56种，随着贮藏时间的延长，松茸挥发性物质的种类逐渐增加。

表2 松茸减压贮藏期间松茸挥发性风味成分变化Table 2 Changes of volatile flavor components of Tricholoma matsutake during hypobaric storage

2.2.2 松茸减压贮藏期间挥发性风味成分的变化分析

醇类物质是松茸减压贮藏第1～8天的主要挥发性物质，松茸贮藏第1、8、15、22、29天醇类物质含量分别为29.94、20.47、4.98、14.36、6.69 μg/g，随着贮藏时间的延长，醇类物质含量呈先降低后上升再减低的趋势，表明减压贮藏第15天是松茸醇类挥发性风味成分变化的拐点。醇类物质可由脂肪酸经脂肪氧化酶催化形成而来[9]。醇类物质通常具有泥土气味、植物香味或酸败味[10]，阈值较高，对食用菌风味影响不明显，但是长链醇和不饱和醇具有金属气味和独特的蘑菇风味[11-12]，不饱和醇阈值相对较低，对风味影响比较大[13]。松茸中醇类物质含量较高(贮藏第1天29.94 μg/g)，我们检测到含量较高的醇类为：1-辛烯-3-醇、3-辛醇、(Z)-2-辛烯-1-醇、辛醇，它们是导致松茸在不同贮藏期间气味存在差异的主要醇类，尤其是具有浓郁的蘑菇风味、油脂味“蘑菇醇”1-辛烯-3-醇，其是一种亚油酸的氢过氧化物的降解产物[14]，贮藏第1天含量为18.85 μg/g，而贮藏第29天含量仅为1.28 μg/g，这可能是因为贮藏期间水分含量减少后各化学成分反应而生成其他物质[3，15]。

续表2

醛类物质在松茸中种类比较丰富，但其含量低，气味阈值相对醇类较低，与其他物质有很强的风味重叠作用[8]。C5-C9的醛类来自脂肪氧化和降解，具有脂香气味[16]。醛类物质在松茸减压贮藏期间前15天呈升高的趋势，第15～22天呈降低的趋势，表明松茸减压贮藏第15天是松茸醛类挥发性风味成分变化的拐点。其中具有黄瓜和柑橘样香气的(E)-2-辛烯醛在松茸减压贮藏期间含量呈增加的趋势，贮藏第1天为2.45 μg/g，贮藏第29天达到9.84 μg/g。

酮类具有焦香和呈脂香气，且随碳链增长而呈现出较浓郁的花香气息[17]。松茸减压贮藏第1天检测出2种酮类，而第29天则检测出7种酮类，可能是由于微生物氧化、不饱和脂肪酸降解、氨基酸分解引起的[18]。酮类物质在松茸减压贮藏期间第1～15天呈逐渐升高的趋势，第15～22天呈降低的趋势，表明松茸减压贮藏第15天是松茸酮类挥发性风味成分变化的拐点。但是，松茸减压贮藏期间对松茸挥发性风味影响较大的酮类是3-辛酮，其相对含量从贮藏第1天的6.66 μg/g下降到地29天1.31 μg/g。

酯类物质会赋予松茸甜香气味[19]。松茸减压贮藏期间检测到的酯类物质种类很少，但是肉桂酸甲酯相对含量较高，减压贮藏第1天为5.18 μg/g，第8天开始明显下降，第29天仅为0.14 μg/g。

由表2可以看出，松茸贮藏过程中若检测出2-甲基-1-丁醇、3,5,11,15-四甲基-1-十六碳烯-3-醇、1-十二烷醇、(Z)-3-壬烯-1-醇、3-羟基-2-丁酮、2-庚酮、2-十三酮、2-乙基-1-己醇这些物质时，松茸品质可能已经开始劣变[20]，这些物质均出现于减压贮藏第15天后，结合醇类、醛类、酮类物质变化的拐点均为第15天，说明减压贮藏的第15天是松茸风味物质成分变化的拐点。

3 结论

本研究采用电子鼻和GC-MS检测分析松茸减压贮藏期间挥发性物质的变化，PCA分析结果表明，不同贮藏期间的松茸气味可以通过电子鼻有效区别出来；GC-MS结果表明，松茸减压贮藏期间共检出76种挥发性物质，其中醇类物质有23种，醛类物质有29种，酮类9种，烷烃类5种，酯类2种，其他类8种。其中，新鲜松茸特征香气物质为：1-辛烯-3-醇、3-辛酮、肉桂酸甲酯。电子鼻和GC-MS的分析结果均显示，减压贮藏的第15天是松茸挥发性风味物质改变的拐点，也是松茸新鲜度改变的拐点，电子鼻结合GC-MS能很好检测分析松茸挥发性风味成分，松茸保鲜贮藏过程中可用电子鼻初步快速判断其新鲜度。