J. Future Foods | 蘑菇根发酵液对金针菇鲜味和营养成分的影响

2023-01-17 20:48:01

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Introduction

金针菇（Flammulina velutipes），是世界上种植和消费最广泛的食用菌之一，以其独特的味道、食用和药用价值而闻名。作为蛋白质、膳食纤维和生物活性化合物的绝佳来源，金针菇具有多种医疗功能，如抗氧化、抗癌、免疫调节和降低胆固醇的活性。

鲜味是评估食用蘑菇及其产品质量的关键因素。同时，鲜味会影响消费者对食用蘑菇的选择。食用蘑菇独特的鲜味主要归功于谷氨酸、天冬氨酸、5′-核苷酸及其协同效应。等效鲜味浓度（EUC）和电子舌被广泛接受为测量蘑菇鲜味的有效方法。

食用蘑菇的鲜味因品种、成熟度、部位、栽培条件、加工和储存而异。蘑菇的栽培条件，特别是栽培基质，使鲜味有所不同。基质种类与食用蘑菇的鲜味之间存在显著的相关性。食用菌中的味精样氨基酸和5′-核苷酸含量随底物的不同而增加。同样，就营养质量而言，由于添加了含有碳水化合物、维生素、碳和氮的补充剂，蘑菇的生长和营养可能会受到基质的影响。从不同种类的基质和营养补充剂中可以获得蛋白质和纤维含量较高的蘑菇。然而，大多数关于蘑菇基质改善蘑菇鲜味和营养的研究都集中在改变栽培材料的配方和添加固体营养补充剂上。报道了发酵液应用的一些研究。

金针菇生产工业的副产品，包括菌根、老化菌柄、残留物、废蘑菇基质，被证明含有丰富的营养素，如多糖和蛋白质。这些副产品用于制备蘑菇基质、食用膜和各种多糖，这些多糖具有改善肠道微生物群和抗氧化活性。因此，本研究使用蘑菇根和蘑菇焯水过程中的固定水来制备蘑菇根发酵液（MRFB）。目的是研究MRFB对金针菇鲜味和营养状况的影响。本研究的结果为具有更好外形的金针菇的栽培提供了信息。此外，这项工作为食用蘑菇行业副产品的价格化提供了理论基础。

Results and discussion

游离氨基酸

食用蘑菇被认为是游离氨基酸的良好来源，它赋予了强烈的鲜味和令人愉悦的甜味。如表1所示，从所有4 组蘑菇样品中鉴定出16 种氨基酸。天门冬氨酸和谷氨酸是类似味精的成分，这赋予了最典型的蘑菇鲜味。谷氨酸的水平高于其他氨基酸。E1和E2组蘑菇的谷氨酸含量（分别为1.275和1.264 mg/g 鲜质量）显著高于对照组（P < 0.05）。同时，E1的天冬氨酸含量最低。E1中MSG样氨基酸含量最高（1.287 mg/g），是CK的1.22 倍。苦味氨基酸（1.002~1.327 mg/g）高于味精类氨基酸（1.015~1.287 mg/g）和无味氨基酸（0.583~0.699 mg/g）。发现Ala、Gly、Thr（甜味）、Asp和Glu（类似味精）是味觉活性氨基酸。然而，没有发现苦味成分在整体味觉感知中具有味觉活性。因此，味精类、甜味成分和总可溶性糖的浓度高到足以抑制和掩盖苦味物质产生的苦味。

表1 4 组金针菇样品中的游离氨基酸水平

5′-核苷酸

蘑菇的鲜味主要由5′-核苷酸驱动。如图1所示，检测到5′-核苷酸。金针菇中的5′-核苷酸含量按XMP>GMP>AMP>IMP的顺序下降。到目前为止，5′-GMP赋予食用蘑菇肉香味，这是一种甚至比味精更强的增味剂。3个处理组的5′-GMP浓度均显著高于对照组（9.71 mg/kg鲜重）（P <0.05）。E2的5′-GMP含量最高（19.96 mg/kg），是CK的2.06 倍。四组间差异显著（P < 0.05）。然而，作为一种有效的苦味抑制剂，治疗组的5′-AMP浓度均高于对照组。E2组总5′-核苷酸含量最高，是对照组的1.88 倍（0.033 mg/g）。治疗组总5′-核苷酸水平显著高于对照组（分别为0.046、0.062、0.059 mg/g）（P < 0.05）。

图1 4 种类型的5′-核苷酸含量，4 组金针菇样品中的总5′-核苷含量

EUC

味精成分与风味5′-核苷酸之间的协同作用可能促进蘑菇鲜味。EUC分为4 个级别：第一级别，>1000 g MSG/100 g（干质量）；第二级，100~1 000 g MSG/100 g；第三级，10~100 g MSG/100 g；如表3所示，E2组的EUC值显著高于其他组（P<0.05）。E2、E1和E3的EUC值分别是对照组最低值的2.43、1.70和1.56 倍。本研究中的EUC值范围为4.48 g MSG/100 g至10.90 g MSG/100 g（鲜重），换算成干重时为5.09~12.49 g MSG/100 g。它被分为第三和第四级，这与之前研究结果一致。因此，在本研究中，使用MRFB培养的金针菇中可以呈现出更强的鲜味。

表2 4 组金针菇样品的EUC值和6 个味道值

电子舌

电子舌头可以全面测量蘑菇的味道参数，这与人类的感官评价相对相关。如表2所示，测量了6 种口味值，包括酸味、涩味、鲜味、咸味、甜味和苦味（酸味、涩味、咸度为负数，其他为正数）。在这项研究中，作者比较了治疗组和对照组的味道值，这是基准。所有组的金针菇样品之间的味觉值差异可以直接感知（图2）。关于鲜味，发现E2的鲜味显著高于其他组（P<0.05），是对照组的1.22 倍。本研究中的鲜味值在9.56至11.65之间。因此，作者团队的发现表明EUC值可以很好地反映样品中鲜味的差异。与鲜味相对应，咸度和甜味也在E2达到峰值。然而，E2的酸味、涩味和苦味最低，这可以归因于鲜味对酸味和苦味的抑制作用。此外，鲜味还能增加咸度，调节甜度。然而，发现甜氨基酸在甜氨基酸和5′-IMP之间显示出鲜味的协同效应。一般来说，E1和E2的鲜味、咸味和甜味较高，但酸味、涩味和苦味较低。然而，E3组显示出比对照组更多的6 种口味值。电子舌头的结果表明，添加MRFB可以获得更好的鲜味。

图2 4 组金针菇样品中6种味道值的相对含量

营养成分

营养成分分析结果如图3所示。治疗组的水分低于对照组。E3组的粗纤维和粗脂肪含量最高。E3组的可溶性蛋白（8.99%）显著高于其他组（P < 0.05），是CK的1.33 倍。基质中的氮含量影响蘑菇子实体中的蛋白质含量。然而，可溶性糖含量在E2组达到峰值（6.51%，干质量）。E3组的糖含量显著低于E2组（P < 0.05）。在蘑菇基质中添加过量补充剂时，也发现了常见的低糖含量。因此，MRFB的添加可导致源自金针菇样品的粗纤维、粗脂肪和可溶性蛋白的延伸。然而，过量的MRFB降低了可溶性糖的含量。

图3 蘑菇根发酵液（MRFB）对金针菇营养成分的影响

相关性分析

相关热图表明，MRFB的添加与粗纤维、可溶性蛋白、甜氨基酸、5′-IMP和5′-XMP呈正相关（图4）。粗纤维与甜氨基酸和5′-IMP呈正相关。5′-IMP和5′-XMP与可溶性蛋白呈正相关。鲜味值与谷氨酸、必需氨基酸和5′-AMP呈正相关，这与先前的发现一致，即鲜味值和5′-AMP水平相关。5′-IMP与甜味氨基酸呈正相关。EUC值与5′-GMP显著相关，这与EUC值反映了味精类成分与风味5′-核苷酸之间的协同效应一致。然而，5′-GMP和5′-IMP是鲜味的主要贡献者。因此，MRFB的使用导致了更好的鲜味。

图4 金针菇鲜味和营养质量的皮尔逊相关系数（r）矩阵。

PCA分析

使用上述鲜味和4组不同添加MRFB的营养成分进行PCA。如图5所示，PC1和PC2分别解释了49.8%和33.2%的变化。显然，E1、E2、E3和CK位于不同的象限（图5A）。大多数鲜味和营养素指标位于PCA图的右侧（图5B）。E1和E2也位于PCA图的右侧。因此，E1和E2组在鲜味和营养素水平方面比CK和E3组更好。MRFB的添加可以改善金针菇的品质。

图5 鲜味、营养素和MRFB不同添加量的评分图（A）和负荷图（B）

Conclusion

MRFB为蘑菇栽培提供了更多的养分。E2和E3显示出较高的粗纤维、粗脂肪、可溶性蛋白质和可溶性糖。E2和E3中的MSG样氨基酸、必需氨基酸、总氨基酸和总5′-核苷酸含量较高。应用MRFB的处理组的EUC值高于CK。在E2中检测到鲜味、咸度和甜味值的峰值。因此，结果表明，具有MRFB的基质赋予了更强的鲜味和更高的营养素含量。在本研究中，应用MRFB，特别是含有13.4%MRFB的E2，可以提高蘑菇的质量。蘑菇副产品为金针菇的栽培提供了更好的条件，作为有利的营养补充。

Effect of mushroom root fermentation broth on the umami taste and nutrients of Flammulina velutipes

Zijian Wang^a, Xiujing Bao^a, Rongrong Xia^a, Zhenshan Hou^a, Yunting Li^a, Yao Feng^a, Song Pan^a, Yafei Wang^a, Heran Xu^a,*, Zhuqing Huang^b, Guang Xin^a,^*

^a College of Food Science, Shenyang Agricultural University, Shenyang 110866, China

^b Shenyang Hengsheng Biotechnology Development Co., Ltd., Shenyang 110500, China

*Corresponding author.

Abstract

As one of the most appealing edible mushrooms, the quality of Flammulina velutipes can be affected by the cultivation substrate, which has an impact on the mushroom umami taste and nutrients. In our study, the effect of mushroom root fermentation broth (MRFB) based substrate on umami taste and nutrients of F. velutipes were evaluated; four proportions of MRFB were conducted (CK 0%, E1 6.7%, E2 13.4%, E3 20.1%). Results indicated that MRFB was an effective nutrient supplement for mushroom cultivation substrate. E2 and E3 showed higher crude fiber, crude fat, and soluble protein. Compared to CK, the content of monosodium glutamate-like (MSG-like) amino acids, essential amino acids, total amino acids, and total 5′-nucleotides in E2 and E3 were higher. The equivalent umami concentration (EUC) values in E1, E2 and E3 were 1.70, 2.43 and 1.56 times that of CK, respectively. Higher umami, saltness and sweetness taste values were found in E2. Thereby, it signified that better umami and richer nutrients were achieved by using substrate with proper volume of MRFB, especially, E2 with 13.4% of MRFB. Overall, better mushroom quality could be derived from the application of MRFB in cultivation. MRFB was a favorable nutrient supplement for F. velutipes cultivation substrate.

Reference:

WANG Z J, BAO X J, XIA R R, et al. Effect of mushroom root fermentation broth on the umami taste and nutrients of Flammulina velutipes[J]. Journal of Future Foods, 2023, 3(1): 67-74. DOI:10.1016/j.jfutfo.2022.09.010.

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