納米粉碎對3種食用菌風味特征及減鹽增鮮效果的影響

班鑫榮 楊 焱 李 文 吳 迪 張 忠 陳萬超 李景軍

(1. 安徽科技學院,安徽 滁州 239000;2. 上海市農業科學院食用菌研究所,上海 201403;3. 農業農村部南方食用菌資源利用重點實驗室,上海 201403;4. 國家食用菌工程技術研究中心,上海 201403)

大球蓋菇、雙孢蘑菇和草菇作為食用菌的代表性品種,因其獨特的風味品質而備受人們喜愛。食用菌所具有的特殊風味,是其成為烹飪和美食領域重要組成部分的關鍵原因之一[1]。然而,傳統的食用菌干燥、烹調以及粉碎方法會對食用菌的風味產生影響[2]。侯會等[3]發現食用菌在熱風干燥的高溫、富氧環境中,其有機酸易氧化為脂肪酸和氧代有機酸,或在熱干燥中發生脫羧反應,導致含量降低;劉玉蕎[4]發現經高壓蒸煮處理后的雙孢菇香氣物質最少,可能是高壓蒸煮破壞了風味物質結構;劉麗娜等[5]發現常規粉碎會使產品顆粒粗糙、分布不均勻,限制風味物質釋放,影響最終產品口感和風味。納米菌粉的制備可采用高能球磨法,通過罐體的冷循環系統,在常溫和低溫條件下,罐體快速進行多維擺動式運動,此時球磨介質會產生強烈的沖擊力,使材料顆粒不斷碰撞和摩擦,進而細化和混合顆粒,實現納米級顆粒的制備[6]。

在食品生產中,采用納米技術可以優化食品的物理化學性質,改善其營養和風味[7-8],為推動傳統食品科學和食品工業的發展提供有效途徑[9]。而目前有關納米粉碎對食用菌風味品質的影響研究尚未見報道。研究擬評估納米粉碎對大球蓋菇、雙孢蘑菇和草菇風味品質的影響,探索納米粉碎在提高非揮發性和揮發性滋味成分含量方面的潛在優勢,并分析納米粉碎對食用菌增鮮減鹽效果的影響,以期為進一步優化食用菌的加工工藝和改善風味品質提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

大球蓋菇、雙孢蘑菇:上海聯中食用菌專業合作社;

草菇:江蘇江南生物科技有限公司;

AccQ-Tag氨基酸測定衍生試劑盒、氨基酸混標溶液:美國Waters公司;

5′-胞苷酸、葡萄糖、赤蘚糖醇等標品:美國Sigma公司;

酒石酸等有機酸標準品:上海安譜實驗科技股份有限公司;

甲醇、乙腈:色譜級,美國DIKMA公司;

鄰二氯苯:色譜級,國藥集團化學試劑有限公司;

氫氧化鈉:分析純,國藥集團化學試劑有限公司。

1.1.2 儀器與設備

高能納米沖擊磨:CJM-SY-B01型,秦皇島市太極環納米制品有限公司;

搖擺式高速萬能粉碎機:QE-400型,浙江屹立工貿有限公司;

離心機:Allegra25RCentrifuge型,美國Beckman公司;

陰離子色譜儀:Dionex ICS2500型,美國DIONEX公司;

高效液相色譜儀:Waters600型,含2996型二極管陣列檢測器,美國Waters公司;

固相微萃取裝置:美國Supelco公司;

GC-MS聯用儀:7890A-5975C型,美國Agilent公司;

電子舌味覺分析系統: SA402B型,日本Insent公司;

電子鼻系統:PEN3型,北京盈盛恒泰科技有限責任公司;

掃描電子顯微鏡:TM4000PLUS型,日本株式會社日立高新技術那珂事業所。

1.2 試驗方法

1.2.1 納米食用菌粉的制備 采用高速萬能粉碎機將干制的大球蓋菇、雙孢蘑菇、草菇進行預粉碎,過60目篩,得到粗粉原樣,含水量均在5%以下。將粗粉與磨球按照特定的體積比裝入高能納米沖擊磨罐內,密封罐蓋并緊固螺釘。罐體被安裝于機器的套殼內,用螺母固定后,啟動設備[10]。粉碎過程持續6 h,取出樣品,用標準篩分離物料,真空包裝[11]。

1.2.2 掃描電鏡分析 參照牛瀟瀟等[12]的方法略修改。取適量樣品平鋪于導電膠上,用洗耳球將多余的樣品輕輕吹掃,采用離子濺射法對樣品進行鍍金,噴金時間60 s,將樣品置于掃描電子顯微鏡下觀察其微觀結構。像素1 080,工作距離12.2 mm,加速電壓5 kV,束流強度為標準束流,探頭模式為背散射。選取500～3 000倍進行觀察。

1.2.3 溶解度測定 參照許佳林等[13]的方法。稱取0.2 g食用菌粉末于15 mL離心管中,加入10 mL蒸餾水,渦旋混勻,沸水浴30 min,冷卻,4 000 r/min 離心20 min,將上清液倒入事先干燥至恒重的干燥皿中,105 ℃干燥至恒重,并按式(1)計算溶解度。

(1)

式中:

S——溶解度,%;

A——上清液重量,g;

M——稱樣量,g。

1.2.4 非揮發性風味成分

(1) 游離氨基酸含量測定:參照陳榮榮等[14]的方法。色譜條件:AccQ·Tag氨基酸分析色譜柱(3.9 mm×150 mm×4 μm),流速1.0 mL/min,柱溫37 ℃,紫外檢測波長248 nm,進樣量10 μL,流動相A為乙腈,流動相B為超純水,流動相C為醋酸鹽—磷酸鹽緩沖液。

(2) 5′-核苷酸含量測定:取500 mg樣品,加入25 mL超純水,煮沸并保持10 min,冷卻,10 000×g離心15 min,取上清液過0.22 μm MCE微孔濾膜,檢測。色譜條件:UltimateAQ-C18色譜柱(250 mm×4.6 mm×5 μm);流動相為10 mmol/L KH2PO4緩沖鹽(pH 4.68);流速1.0 mL/min;柱溫30 ℃;進樣量10 μL;紫外檢測波長249 nm。

(3) 等效鮮味濃度值(EUC)測定:根據陳萬超等[15]的方法。

(4) 有機酸含量測定:參照李巧珍等[16]的方法。色譜條件:GreenODS-AQC18色譜柱(250 mm×4.6 mm,5 μm);流動相為10 mmol/L KH2PO4緩沖鹽(pH 2.8),等度洗脫模式,流速1.0 mL/min,紫外檢測波長210 nm,柱溫30 ℃,進樣量10 μL。

(5) 可溶性單糖、糖醇含量測定:參照陳萬超等[17]的方法。色譜條件:CarboPac PA-20 色譜柱(4 mm×250 mm),進樣量25 μL,流速0.4 mL/min,柱溫30 ℃,流動相為0.48 mol/L NaOH。

1.2.5 揮發性風味成分分析 參照陳萬超等[18]的方法。

1.2.6 電子鼻分析 參照谷鎮[19]的方法。

1.2.7 電子舌分析

(1) 3種食用菌納米粉碎前后的電子舌分析:準確稱取1 000 mg樣品粉末,加入30 mL蒸餾水,沸水浴30 min,冷卻,10 000×g離心15 min,提取上清液,并用蒸餾水稀釋5倍,以制備待測液,取40 mL倒入電子舌專用杯中測定。五味如酸味、苦味、澀味、鮮味、咸味以及甜味的數據通過儀器自帶的數據處理軟件獲得。每個樣品重復4次。

(2) 增鮮減鹽試驗:參照嚴方等[20]的方法略修改。測定質量分數為0.01%,0.05%,0.10%,0.30%,0.50%,0.70%,0.80%,0.90%,1.00%鹽溶液的電子舌,以質量分數為橫坐標,咸味值為縱坐標建立標準曲線(y=5.256 4lnx+33.218,R2=0.999 9)。以0.5%鹽溶液為對照,且樣品溶液中鹽質量分數保持在0.5%水平,分別加入0.5%的食用菌粉樣品進行復配混勻,并直接倒入電子舌專用杯中進行測定。

納米菌粉與NaCl溶液的復配參照Yu等[21]的方法略修改,保持鹽溶液和納米粉碎菌粉復配液終濃度相同,以0.5%的NaCl溶液作為對照,梯度降低鹽的質量分數為0.4%,0.3%,0.2%,0.1%,并分別添加0.1%,0.2%,0.3%,0.4%的納米粉碎菌粉,混勻后進行電子舌測定。

1.3 統計學分析

利用IBM SPSS Statistics 26和Origin 2019b 32Bit軟件對數據進行顯著性差異分析并繪圖。數據以平均數±標準偏差表示,小寫字母不同表示差異顯著(P<0.05)。

2 結果與分析

2.1 3種食用菌納米粉碎前后的微觀結構表征

由圖1可知,3種食用菌的微觀形態各有差異,大球蓋菇的形態類似木炭,經納米粉碎后顆粒變得細小且密集,更加碎片化;雙孢蘑菇為多層片狀結構,表面不平整,而納米粉碎雙孢蘑菇像細小的土壤顆粒,成團居多;草菇的形態與雙孢蘑菇的類似,但納米粉碎后草菇的顆粒比雙孢蘑菇的更小,且成球居多。初始食用菌粉顆粒具有不規則的形狀,經納米粉碎后,顆粒形狀更加均勻,更接近球形。這是因為粉碎過程中顆粒受到力的作用逐漸被破碎和研磨,形狀變得更加均勻,孔隙結構更為緊密?？偟膩碚f,相比于常規粉碎,納米粉碎能較好均質化3種食用菌粉末。

圖1 納米粉碎對3種食用菌微觀結構的影響

2.2 3種食用菌納米粉碎前后的溶解度

由圖2可知,相比于常規粉碎,納米粉碎后大球蓋菇、雙孢蘑菇和草菇的溶解度均顯著提高,這可能是納米粉碎技術將顆粒變得更細小均勻,增加了顆粒表面積,使顆粒表面和內部的親水基團與水接觸,因此溶解度增大;也有可能是因為納米粉碎過程中,由于強烈的壓力、剪切和摩擦力作用,食用菌中的部分不溶性物質可能發生連接鍵的破裂或部分熔化現象,從而轉化為可溶性物質,增加了溶解性[22]。說明納米粉碎技術對提高食用菌的溶解度具有積極作用。

圖2 3種食用菌納米粉碎前后的溶解度

2.3 3種食用菌納米粉碎前后的非揮發性風味成分

2.3.1 游離氨基酸和核苷酸含量 食用菌樣品中的游離氨基酸和核苷酸在營養和風味方面具有重要作用。甜味與丙氨酸、甘氨酸、脯氨酸、絲氨酸和蘇氨酸含量有關;谷氨酸和天冬氨酸含量與鮮味有關,風味5′-核苷酸(5′-IMP、5′-GMP和5′-XMP)也有助于食用菌的鮮味,而苯丙氨酸、異亮氨酸、亮氨酸和蛋氨酸含量與苦味有關[23]。

由表1可知,納米粉碎后,除草菇外,其他兩類樣品中的游離氨基酸和核苷酸總量均顯著增加(P<0.05)。常規粉碎的大球蓋菇中甜味氨基酸含量最高;經納米粉碎后,甜味氨基酸含量顯著增加,其中含量最高的鮮味氨基酸谷氨酸(Glu)增加得最多,占鮮味成分的78%[24]。這可能是由于谷氨酰胺酶的水解作用。表明納米粉碎可以有效改善大球蓋菇鮮味。

表1 納米粉碎對3種食用菌中游離氨基酸和核苷酸的影響

對于草菇來說,納米粉碎顯著提高了苦味氨基酸含量(P<0.05),不利于草菇的風味。納米粉碎雙孢蘑菇中游離氨基酸總量最高,為76.53 mg/g,且相比于常規粉碎方法,其呈味核苷酸含量顯著提高,可能是由于納米粉碎改變了雙孢蘑菇的細胞壁結構,增加了其可溶性,導致游離氨基酸和核苷酸的釋放。

納米粉碎草菇的呈味核苷酸含量無明顯變化,而納米粉碎雙孢蘑菇和納米粉碎大球蓋菇中的呈味核苷酸含量顯著增加(P<0.05),可能是由于納米粉體可以使呈味核苷酸更易于釋放出來,增加了樣品的呈味強度。

2.3.2 等效鮮味濃度(EUC) 等效鮮味濃度常用于評價氨基酸和5′-核苷酸協同作用下蘑菇鮮味,EUC值>1 000 g MSG/g為較高水平,100～1 000 g MSG/g為高水平,10～100 g MSG/g為中水平,<10 g MSG/g為低水平[25-26]。由圖3可知,納米粉碎雙孢蘑菇的EUC值達到了785.77 g MSG/100 g,鮮味質量較高,其鮮味氨基酸和風味核苷酸含量也非常豐富。經納米粉碎后大球蓋菇和雙孢蘑菇的EUC值顯著提升(P<0.05),但草菇的增加效果不顯著,其中大球蓋菇的EUC值提高了159.86%,雙孢蘑菇的提高了142.28%,說明納米粉碎對其鮮味的提升作出了極大貢獻,有助于提高食用菌樣品的風味和營養價值。

圖3 3種食用菌納米粉碎前后的EUC值

2.3.3 有機酸含量 由表2可知,納米粉碎后,大球蓋菇和草菇的呈味有機酸含量和總量均顯著提高,可能是因為納米粉碎破壞了食用菌的細胞結構,增加了有機酸的可溶性和釋放程度[27]。納米粉碎雙孢蘑菇中的有機酸含量略微增加,但無明顯差異,可能是因為不同的食用菌在細胞結構和化學組成方面存在差異,從而對納米粉碎的響應程度也不同。

表2 納米粉碎對3種食用菌有機酸的影響?

綜合來看,納米粉碎對食用菌中有機酸含量影響顯著,但具體效果取決于菇種和化合物類型,納米粉碎有助于釋放和提取食用菌中的有機酸化合物。

2.3.4 可溶性糖含量 可溶性糖是產生甜味和影響蘑菇味道的主要物質[28]。由表3可知,納米粉碎后,大球蓋菇、雙孢蘑菇、草菇的糖醇含量顯著下降,可能是因為納米粉碎過程中的高壓力或劇烈攪拌等作用力導致糖醇分解或損失;大球蓋菇中含量最高的單糖為葡萄糖,納米粉碎大球蓋菇的葡萄糖含量顯著增加(P<0.05),雙孢蘑菇和草菇中也有類似現象,可能是由于食用菌的結構在納米粉碎的高壓過程中被破壞,導致細胞破裂和破碎,細胞壁和膜的完整性被破壞,胞壁多糖降解,從而增加了葡萄糖含量[29];粉碎過程中積累的較高內部溫度和增強的酶促反應也可能導致可溶性糖醇含量下降;此外,納米粉碎可以促進蛋白質中游離氨基酸的產生以及食用菌中氨基酸和糖之間的美拉德反應,從而使食用菌中糖醇含量減少[30]。

表3 納米粉碎對3種食用菌可溶性糖含量的影響

2.4 電子鼻分析

W1C、W5S、W3C、W6S、W5C、W1S、W1W、W2S、W2W、W3S傳感器分別對芳香物質、氮氧化合物、氨類及芳香物質、氫化合物、烯烴及芳香物質、烴類、含硫化合物、醇類醛酮類、芳香化合物及有機硫化物、烷烴等化學物質響應信號較強[31]。由圖4(a)可知,納米粉碎后,WIC傳感器響應值增大,說明芳香物質響應信號增強,即芳香物質含量增加。W5S傳感器表現出對氮氧化合物極高的敏感性,其中大球蓋菇和草菇在納米粉碎后的響應值較大,說明納米粉碎技術可能導致菇中氮氧化合物濃度增加。由圖4(b)可知,PC1的貢獻率為52.4%,PC2的為28.3%,累計貢獻率為80.7%,說明這兩個主成分可以代表樣品的大部分信息。除大球蓋菇外,其余樣品均分布在不同的區域,說明納米粉碎前后的雙孢蘑菇和草菇可以被區分開[32],納米粉碎后雙孢蘑菇主要在W1S傳感器上差異顯著,相較于常規粉碎,其響應值大幅增加,表明納米粉碎可能導致雙孢蘑菇中烴類含量增加;而納米粉碎后草菇主要在W1S傳感器上響應比較強烈,表明納米粉碎可能促進了草菇含硫化合物的釋放。綜上,納米粉碎過程可能會釋放更多的揮發性化合物,或使原有的化合物更容易被傳感器探測到,從而改變傳感器的響應值。

圖4 納米粉碎對3種食用菌電子鼻的影響

2.5 揮發性風味成分分析

由圖5可知,3種食用菌中共檢出87種揮發性化合物,包括烷烴類6種、醛類18種、酯類19種、酮類12種、酸類9種以及其他類6種,各食用菌的揮發性組分存在顯著差異。

圖5 納米粉碎前后3種食用菌揮發性化合物含量的聚類熱圖

由圖6可知,大球蓋菇、雙孢蘑菇和草菇中分別檢出43,30,34種揮發性化合物。經納米粉碎后,各食用菌中揮發性化合物的種類和含量均有不同程度的增加,其中納米粉碎大球蓋菇增加了12種,且顯著高于大球蓋菇,可能是因為納米粉碎破壞了食用菌粉的結構,更細小的顆粒和增加的表面積可以促進化合物從樣品中揮發出來,增加其在氣相色譜中的信號強度,從而使其含量增加[33]。

圖6 樣品中8組揮發性化合物的豐度

納米粉碎后,雙孢蘑菇中的烷烴類、醛類、酮類、醇類和酸類化合物含量略有上升,酯類和含氮類化合物含量變化較為穩定;而草菇中的烷烴類、醛類、酮類、醇類和酸類化合物含量相對穩定,酯類和含氮類化合物含量有所下降,可能是因為草菇在粉碎過程中引起了一些化合物的分解或揮發[34]。

綜上,納米粉碎對大球蓋菇、雙孢蘑菇和草菇的揮發性風味成分產生了不同程度的影響,可能與菌種的細胞結構、化合物的性質以及納米粉碎過程中的溫度、壓力和力度等因素有關。此外,蘑菇的風味成分也會因種植、收獲和加工條件的不同而存在較大差異。

2.6 電子舌分析

由圖7(a)可知,納米粉碎后,大球蓋菇、雙孢蘑菇和草菇的甜味、鮮味和苦味得分差異較大,6個樣品中納米粉碎雙孢蘑菇的鮮味值最高,與EUC值變化一致;納米粉碎后,大球蓋菇的鮮味得到了顯著提升,鮮味值增加了10倍。此外,納米粉碎后,大球蓋菇和雙孢蘑菇表現出更為強烈的增鮮作用,因此在一定程度上可以減少食物中味精的添加量。草菇和納米粉碎草菇的鮮味值差異不明顯,但納米粉碎草菇的甜味值最高,是草菇的2倍多,可能是由于納米粉碎增加了食用菌粉顆粒中甜味物質的釋放。綜上,納米粉碎使3種食用菌在整體口味和鮮味方面得到了提升,與非揮發性風味成分的結果一致。

圖7 納米粉碎對3種食用菌電子舌的影響

由圖7(b)可知,PC1的貢獻率為67.1%,PC2的貢獻率為23.8%,累計貢獻率為90.9%,表明這兩個主成分能夠代表樣品的絕大部分信息[35]。納米粉碎前后的大球蓋菇和雙孢蘑菇分布在不同的區域,無重疊,說明這兩種菌菇在納米粉碎后風味發生了改變,可以被區分開,而納米粉碎前后的草菇與納米粉碎大球蓋菇間有所重疊,不能有效區分。

2.7 增鮮減鹽試驗

由表4可知,相對于0.5%鹽溶液對照組,加入0.5%經納米粉碎的樣品后,溶液的鮮味和咸味響應值均顯著升高,表明納米粉碎樣品具有增咸和增鮮的效果。其中納米粉碎雙孢蘑菇的增味效果略高于其他兩種樣品。0.5%的納米粉碎雙孢蘑菇、大球蓋菇和草菇分別能增加0.28%,0.25%,0.25%的鹽濃度。此外,在鹽溶液中添加納米樣品的鮮味值高于樣品溶液自身,與0.5%的鹽溶液對照組相比,加入0.5%納米粉碎雙孢蘑菇后鮮味值提高了145%,加入0.5%納米粉碎大球蓋菇和納米粉碎草菇的鮮味值為常規粉碎組的2.4倍,說明樣品與鹽溶液之間可能存在協同增效作用。

表4 納米粉碎后樣品的增味效果

由圖8可知,隨著納米粉碎樣品添加量的增加,NaCl溶液濃度隨之降低,其增咸效果減弱,可能歸因于食用菌濃度太高,其酸、苦味掩蓋或抑制了復合溶液的咸味。在不影響溶液整體口味的情況下,0.2%納米粉碎樣品和0.3%鹽溶液復配可以達到對照組的效果,相較于對照組,納米粉碎后的3種食用菌均可替代40%以上的NaCl,其中雙孢蘑菇的效果更顯著。在相同條件下加入適量的納米粉碎樣品,能夠在不減少咸味的情況下降低食鹽的攝入量,從而實現科學的減鹽目標,并保持咸味不減,同時還能提供額外的鮮味效果[36]。此外,納米粉碎后的菌粉作為風味劑應用至食品工業中,具有較強的溶解性,能有效減少食物中風味增強劑的使用量。

圖8 納米粉碎后樣品的減鹽效果

3 結論

利用高能納米沖擊磨將大球蓋菇、雙孢蘑菇、草菇進行納米粉碎,與常規粉碎相比,納米粉碎技術通過破壞細胞壁結構和增加比表面積,可能改變了食用菌樣品中的化學物質釋放和可溶性,使得食用菌粉中非揮發性成分(游離氨基酸、核苷酸、有機酸)和揮發性成分含量顯著增加,對食用菌的味道、風味和口感產生較大的影響。此外,納米粉碎后的食用菌粉還具有增鮮減鹽的效果,可以作為風味劑應用至復合調味品中。綜上,納米粉碎有利于食用菌粉的風味成分釋放,提高食用菌粉的利用率。然而,納米粉碎技術對食用菌樣品的綜合影響需進行進一步的評估,包括營養成分、穩定性和應用等方面。此外,應在食品加工和消費者層面進行進一步研究,以確定納米粉碎技術在食用菌產品開發中的潛在應用和食品安全性。