香菇中挥发性风味成分检测方案(离子迁移谱仪)

http：//www. fjnyxb. cn福建农业学报 33(3)：309~312，2018doi：10. 19303/j.issn.1008-0384.2018.03.016Fujian Journal of Agricultural Sciences 福建农业学报第33卷310 肖冬来，张迪，黄小菁，等.：香菇挥发性风味成分的气相色谱-离子谱移谱分析[J].福建农业学报，2018，33(3)： 309-312. XIAO D L， ZHANG D， HUANG X J， et al. Aromatic Volatiles in Lentinula edodes Determined by Gas Chromatography-Ion MobilitySpectrometry [J]. Fujian Journal of Agricultural Sciences， 2018， 33(3)：309-312. 香菇挥发性风味成分的气相色谱-离子迁移谱分析 肖冬来，张 迪，黄小菁，杨 菁 (福建省农业科学院食用菌研究所，福建 福州 350014) 摘 要：利用气相色谱-离子迁移谱 (gas chromatography-ion mobility spectrometry， GC-IMS)技术分析不同香菇干样挥发性组分的指纹图谱。根据离子迁移数据利用热图聚类和主成分分析不同样品间的差异。热图聚类分析可将27份香菇材料分为2大类； PCA分析表明，前2个主坐标的方差贡献率分别为30.2%和26.9%。结果表明气相色谱偶联离子迁移谱技术对构建香菇挥发性物质指纹图谱及挥发性组分数据库具有潜在的应用用值。 关键词：香菇；挥发性物质；离子迁移色谱；气相色谱 中图分类号：S46 文献标识码：A 文章编号：1008-0384(2018)03-309-04 Aromatic Volatiles in Lentinula edodes Determined by Gas Chromatography-IonMobility Spectrometry XIAO Dong-lai， ZHANG Di， HUANG Xiao-jing， YANGJing (Institute of Edible & Medicinal Fungi， Fujian Academy of Agricultural Sciences，Fuzhou， Fujian350014，China) Abstract： Gas chromatography-ion mobility spectrometry (GC-IMS) was applied to analyze the aromatic componentsin 27 Lentinula edodes. The measurement data were subsequently subjected to the principal component， clusteringand heatmap analyses. Accordingly， the mushrooms were clustered into two groups. Two principal components ofthe volatiles contributed 30.2% and 26. 9% of the total variance among the mushroom samples. The analyticalmethod and the established fingerprints on the chemical components would be useful for future studies on L. edodes. Key words： Lentinula edodes； volatile components； ion mobility spectrometry； gas chromatography 香菇 Lentinula edodes 是中国主要的栽培食用菌之一，其鲜菇滑嫩可口，烘干后的香菇则会产生浓厚的挥发性香味。含硫化合物是香菇香味的重要来源，但食用菌挥发性风味物质复杂多样，最终风味的形成应是多种挥发性组分综合平衡的结果21。香菇还具有抗肿瘤、预防心血管疾病、免疫增强等功效[3-5]，因此备受人们的喜爱。 香菇香味物质分析最常用的方法是气相色谱-质谱联普(gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS)法，挥发性物质提取采用顶空固相萃取6-7。传统的GC-MS法耗时、缺少高灵敏性，因此需要开发一种快速、灵敏、高通量和结果直观 的鉴定方法。气相色谱离子迁移谱联用(gaschromatography-ion mobility spectrometry， GC-IMS)是一种用于分析样品中挥发性化合物的检测方法， GC-IMS 首先利用气相色谱对样品进行预分离，然后通过 IMS检测器进行挥发性组分的分析[8]。该方法具有简单、快速、灵敏的优点，目前已成功应用于食品风味分析、品质检测等多个生命化学领域9-11。 本研究利用气相色谱偶联离子迁移谱技术分析了27个不同香菇子实体干品中的挥发性物质，以期为香菇风味物质的分离鉴定、指纹图谱的构建及风味物质的理论研究提供技术参考。 ( 收稿日期：2 0 18-01-02初稿；2018-02-09修改稿 ) ( 作者简介：肖冬来(1981一) ，男 ， 博 士，助理研究员，主要从事食用菌栽培生理研究(E-mail： xdljiangsu@163. com) *通讯作者：杨菁(1961一)，女，副研究员，主要从事食用菌栽培研究 (E-mail： yangjing6117@163 . com) ) ( 基金项目：福建省科技计划项目——省属公益类科研院所基本科研专项 (2016R1019-2) ) 材料与方法 1.1 材料与设备 60℃，振荡速度500r· min (5 s ON/2 s OFF)，振荡10 min，进样温度为65℃，进样量500uL，注入速度100uL·s，载气为高纯氮气(≥99.999%)，色谱柱温度40℃，色谱工作时间 21 min。 供试香菇栽培菌株L04、L215、L01、L921、L939、IL258、 L20、L135、L808、L18、、L212申15、1L713、L9015、Cr01、L236、武香1号、L62、L66、L241-4为福建省农业科学院食用菌研究所保藏。野生菌株L2016-1、L2016-3、L2016-5、L2016-8为采自福建省建瓯市的野生香菇，经分离纯化后保藏于福建省农业科学院食用菌研究所。L2016-3y、L2016-5y、L2016-8y 为采自建瓯市的野生香菇子实体。Flavour Spec @气相离子迁移谱联用仪(德国G. A. S.). 1.5 数据分析 GC-IMS数据利用软件 Laboratory AnalyticalViewer 和 GCXIMS Library Search Software 进行不同香菇样品间挥发性有机物的差异图谱分析及物质定性分析。PCA 和聚类分析利用在线软件Clust Vis： a web tool for visualizing clustering ofmultivariate data (BETA)制作(http：//biit. cs. ut.ee/clustvis/)L12J。 2 结果与分析 1.2 培养基质 栽培料配方：木屑80%、麸皮18%、蔗糖1%、石膏1%，含水量60%， pH 自然。 2.1 气相离子迁移谱分析 1.3 样品制备 香菇子实体采集后60℃烘箱烘干，自封袋密闭收集后置于玻璃干燥器中保存待用。将烘干后的香菇子实体经电动研磨超细粉碎后，分别取1g样品粉末于20 mL 顶空进样瓶中，使用 FlavourSpec气气相离子迁移谱仪进行检测。 1.4 GC-IMS分析 GC-IMS分析委托济南海能仪器股份有限公司应用实验室完成，主要检测参数为：振荡器温度为 本研究利用气相色谱偶联离子迁移谱分析了27个香菇菌挥发性组分的差异。从图1可以看出，反应离子峰 (reaction ion peak， RIP) 右侧的每一个点代表一种挥发性有机物。颜色代表物质的浓度，白色表示含量较低，红色表示含量较高，颜色越深表示含量越高，整个谱图代表了样品的全部顶空成分，从图1中可以看出香菇挥发性组分可以通过GC-IMS 技术很好的分离，且可直观看出样品间的差异，如图1中A区域的挥发性组分为该样品相对另外2个样品所独有的。 图1 3个香菇样品的气相离子迁移 Fig 1 GC-IMS topographic plots of three mushroom samples 进一步利用G. A. s. 公司开发的 GCxIMSLibrary Search 软件，根据挥发性物质气相色谱保留时间和 IMS 迁移时间对挥发性组分进行定性分析，由于目前软件内置的 NIST 2014 气相保留指数 数据库库 G. A.S. 的 IMS 迁移时间数据库二维定性数据库还不够完善，仅鉴定出5种(图1)香菇挥发性物质(表1)。 表1 挥发性组分的定性 Table 1 Volatiles identified by GC-IMS 物质名称 CAS号 保留时间 保留指数 漂移时间 /s /ms 环己酮 C108941 223. 162 885.3 1.1543 顺式-3-己烯-1-醇 C928961 210.023 866.8 1.6604 2-甲基丁酸-甲基丁酯 C868575 142.379 753.5 1.5251 乙酸乙酯 C141786 84.148 583.6 1.3291 甲基丙醛 C78842 81.549 571.4 1.2826 2.2 热图和 PCA分析 据挥发性有机物信号峰对其进行热图(图2) 和主成分分析(图3)。从图2可以看出，根据挥发性物质含量差异进行聚类分析可将27份香菇材料分为2大类，其中建瓯采集的香菇子实体(L2016-3y、L2016-5y、L2016-8y)与野生菌株分离后利用代料栽培获得的香菇分属不同的分枝，说明栽培基质对挥发性物质的含量具有重要影响。PCA分析表明，对27份香菇样品分别做1，2主坐标二维图的排序，绘制二维聚类图，前2个主坐标的方差贡献率分别为30.2%和26.9%。主成分分析和系统聚类分析所得结果基本一致。 20 图2 香菇样品挥发性组分热图聚类分析 Fig 2 Heatmap and accompanying cluster analyses on volatiles in L. edodes 图3 香菇样品挥发性组分 PCA 分析 Fig3 PCA analysis on volatiles in L. edodes 3 讨论与结论 使用G. A. S.公司的 Flavour Spec ⑧气相离子迁移谱联用仪，在无须样品前处理前提下，经加热顶空进样后可快速检测香菇中的挥发性有机物，分析时间在20 min 左右。仪器配备的软件可给出样品的气相离子迁移谱图，可方便看出样品指纹图谱间的差异。进一步利用聚类和PCA分析，根据挥发性组分的信号峰对不同香菇样品进行差异分析。相对于传统的 GC-MS 法， GC-IMS 法样品处理及分析的温度更低，一些热稳定性较差的挥发物能够更真实地被检出L13J，因此 GC-IMS 用于分析食用菌样品挥发性组分数据量更全面、精确度更高。但由于目前 G. A. S. 公公 GCxIMS Library Search 软件内置的数据库还不够完善，在实际应用中还需根据研究目的添加特定标样用于定性分析，并不断完善相应数据库。 试验结果表明不同品种香菇的挥发性组分差异明显，不同栽培基质对香菇的风味具有明显的影响。该方法可有效地对香菇挥发性组分进行分离，在香菇品质评价、品种选育、栽培基质筛选、香味物质数据库的建立、加工工艺优化等方面具有很好的应用前景，同时其他食用菌挥发性组分的分析均可利用该方法进行快速、高效的分析，在食用菌育种、栽培、加工上均具有广阔的应用前景。 ( 参考文献： ) ( [1 ] LIU Y， L EI X Y， CHENL F， et al. A A n ove l c y steine desulfurase influencin g organosulfu r compounds in Lentinulaedodes [J ] . Sci Rep， 2015 (5) ：1 004 7 . ) ( [2 ]温泉，王锡昌.食用菌风味物质的研究及应用进展 [ J ].长江 大学学报(自然科学版)，2006，3(11)：211-213. ) ( L 3 」 Z HAE G Y，HA O M， NAN H ， et a l. Rela ti onship of chemical ) ( composition a nd cytotoxicity of water - soluble polysaccharidesfrom Lentinus edodes f ruiting bodies [J ] . 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