CC BY
51
Химия растительного сырья. 2010. №3. С. 115-120.
УДК 630.28:547.464
РЕГУЛИРОВАНИЕ СОСТАВА ЛЕТУЧИХ СОЕДИНЕНИЙ В СУШЕНЫХ ГРИБАХ
© Т.А. Мишарина1, М.Б. Теренина1, Н.И. Крикунова1, И.Б. Медведева1, С.М. Мухутдинова2,
Г.Г. Жарикова2
1 Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН, ул. Косыгина, 4,
Москва, 119334 (Россия) e-mail: tmish@ rambler, ru 2Российская экономическая академия им. Г. В. Плеханова, Стремянный переулок, 36, Москва, 119991 (Россия)
Методами капиллярной газовой хроматографии и хромато-масс-спектрометрии изучено влияние на состав компонентов запаха сушеных шампиньонов (Agaricus bisporus L.) добавления смеси аминокислот. Найдено, что концентрации карбонильных и гетероциклических летучих соединений существенно увеличивались при добавлении в шампиньоны перед высушиванием смеси свободных аминокислот, это приводило к увеличению интенсивности аромата грибов. Установлено, что аромат сушеных шампиньонов формировали летучие соединения, образовавшиеся в результате ферментативного и окислительного расщепления ненасыщенных жирных кислот, а также в ходе реакции Майяра. Ненасыщенные спирты и кетоны с числом атомов углерода 8 отвечали за грибную ноту продукта, специфический аромат сушеных грибов определялся сложной композицией замещенных серо-, кислород- и азотсодержащих гетероциклических соединений, а также алифатических карбонильных соединений и метионаля.
Ключевые слова: шампиньоны (Agaricus bisporus L.), летучие органические соединения, высушивание, аминокислоты, капиллярная газожидкостная хроматография.
Введение
Известно, что аромат сырых, термически обработанных и сушеных грибов формируют летучие соединения, принадлежащие к различным классам органических веществ. Среди них основными ключевыми соединениями, имеющими различные оттенки запаха сырых грибов, являются алифатические насыщенные и ненасыщенные спирты и кетоны с числом атомов углерода 8 [1-4]. Качественный состав и количественное содержание летучих веществ зависит от многих факторов, в том числе от вида грибов, условий их хранения и обработки [2, 5-7]. При технологической обработке сырых грибов состав летучих веществ изменяется за счет частичной потери имевшихся и образования новых соединений в результате различных химических реакций. Так, при высушивании белых грибов уменьшалось содержание спиртов и увеличивалось число и концентрация замещенных пиразинов, фуранов и пирролов, которые являются типичными продуктами реакции Майяра [3, 4, 8-10]. Изменения в составе летучих веществ при термической обработке шампиньонов найдены в работах [11-15]. Показано, что при сушке шампиньонов общее содержание летучих веществ увеличивалось с 15 до 50 мг /100 г грибов, но содержание 3-октен-1-ола уменьшалось в 10 раз [12].
Интенсивность и качество аромата сушеных грибов тем выше, чем больше летучих веществ участвует в формировании аромата продукта. Одной из причин низкого содержания ароматообразующих летучих веществ в шампиньонах или вешенке может быть недостаточное содержание свободных аминокислот, доступных к участию в реакциях Майяра, отвечающей за образование соединений, формирующих ноту сушеных грибов.
Цель работы - изучить состав летучих веществ в высушенных шампиньонах и определить влияние добавления смеси свободных аминокислот на содержание летучих соединений и органолептические характеристики сушеных шампиньонов.
* Автор, с которым следует вести переписку.
Экспериментальная часть
Характеристика образцов. Шампиньоны (Agaricus bisporus L.) выращены в защищенном грунте в ООО «Грибная поляна» (Московская обл.). Грибы с размером шляпок 5-7 см и длиной ножки 1,5-2 см разрезали на полоски толщиной 2-4 мм и высушивали при 70-80 °С в течение 4 ч (контроль). К таким же нарезанным грибам добавляли 1,0% смеси аминокислот, перемешивали и высушивали в тех же условиях (опыт). Сухие грибы с влажностью 12-14% помещали в пакет из кальки и хранили в течение 14 сут при комнатной температуре. Индивидуальные аминокислоты смешивали в следующем соотношении: глутаминовая кислота (1,00 г), аланин (0,50 г), глицин (0,50 г), лейцин (0,40 г), изолейцин (0,35 г), лизин (0,30 г), аргинин (0,25 г), валин (0,25 г), серин (0,20 г), пролин (0,20 г), цистеин (0,10 г), метионин (0,10 г), фенилаланин (0,10 г).
Выделение и концентрирование летучих веществ. Для определения качественного и количественного состава летучих компонентов 25 г измельченных высушенных грибов помещали в колбы (объем 2 л), добавляли 500 мл дистиллированной воды и 1,0 мг (4000 мкг/100 г грибов) н-додекана в качестве внутреннего стандарта. Летучие компоненты извлекали в течение 1,5 чс 20 мл свежеперегнанного диэтилового эфира методом непрерывной дистилляции-экстракции. Экстракты высушивали с 2 г безводного сульфата натрия и концентрировали до объема 0,1 мл отгонкой эфира при 40 °С с колонкой Вигре длиной 35 см.
Газохроматографический анализ (ГХ). Анализ компонентов эфирных экстрактов проводили на капиллярном газовом хроматографе Кристалл 2000М (Россия) с пламенно-ионизационным детектором и кварцевой капиллярной колонкой SPB-1 (50 м х 0,32 мм, слой фазы 0,25 мкм). Образцы анализировали при программировании температуры колонки в следующем режиме: изотерма 60 °С в течение 4 мин, затем нагревание до 250 °С со скоростью 8 °С /мин и в течение 10 мин - изотермический режим. Температура инжектора и детектора составляла 250 °С. Скорость газа-носителя гелия через колонку составляла 1,5 мл/мин. Для определения параметров удерживания в аликвоту концентратов летучих веществ добавляли 1 мкл смеси н-алканов с числом атомов углерода 6-18 и анализировали в тех же условиях. По временам удерживания компонентов анализируемых смесей и нормальных алканов рассчитывали величины индексов удерживания (ИУ). Из площадей пиков веществ и площади пика внутреннего стандарта на хроматограммах образцов методом простой нормировки рассчитывали относительное содержание каждого компонента в изученных образцах и выражали их в мкг/100 г сухих грибов.
Хромато-масс-спектрометрический анализ (ГХ-МС). Определения проводили на приборе HP 5890/5980 («Hewlett Packard», США) с кварцевой капиллярной колонкой НР-1 (25 м х 0,30 мм, слой фазы 0,25 мкм) при программировании температуры от 50 до 250 °С со скоростью 4°/мин. Температура инжектора и масс-детектора составляла 250 °С. Скорость газа-носителя гелия через колонку была 1,2 мл/мин. Масс-спектры получали в режиме электронного удара при ионизирующем напряжении 70 эВ.
Идентификацию компонентов осуществляли путем сравнения величин индексов удерживания и масс-спектров, полученных в концентратах летучих веществ грибов, с индексами и спектрами стандартов, определенных нами на этой же колонке, а также взятыми из литературных данных [16] и из библиотек масс-спектров NBS и Wiley 275.
Результаты и их обсуждение
Для оценки органолептических характеристик были приготовлены бульоны из двух образцов сухих шампиньонов, а также из сухих белых грибов. Следует отметить, что образец шампиньонов, высушенных с аминокислотами, имел более интенсивный цвет и аромат по сравнению с контрольным. Закрытая дегустация трех бульонов по 5-балльной шкале, проведенная на кафедре товароведения Российской экономической академии им. Г.В. Плеханова, показала, что интенсивность аромата и вкуса бульона из опытного образца шампиньонов была только на 0,1 и 0,2 балла ниже, чем аромат и вкус бульона из белых грибов, тогда как аналогичные характеристики бульона из контрольного образца шампиньонов были на 0,9 и на 1,2 балла ниже. Таким образом, высушивание шампиньонов в присутствии дополнительных свободных аминокислот приводило к улучшению их органолептических характеристик.
На хроматограммах летучих веществ, выделенных из опытного и контрольного образцов сухих шампиньонов, зарегистрировано около 250 соединений, более 50 из них были идентифицированы. Также как и в сухих белых грибах [9], основные ароматообразующие соединения присутствовали в зоне с величинами индексов удерживания от 700 до 1300. Идентифицированные летучие соединения и их содержание в двух видах высушенных шампиньонов приведены в таблице, из которой видно, что в сушеных шампиньонах найдено 13 алифатических спиртов, все они, кроме додеканола, были найдены в сухих белых грибах [9].
Летучие соединения, найденные в сушеных шампиньонах
№ Соединение Содержание, мкг/г
п/п Шампиньоны Шампиньоны + аминокислоты
Спирты
1 Г ексанол 8 12
2 Октанол 33 46
3 Нонанол-1 25 10
4 Деканол-1 97 138
5 Ундеканол-1 611 885
6 До деканол-1 71 61
7 3-ГЄКСЄН-1-ОЛ 10 12
8 2-гексен-1-ол 44 85
9 1-ОКТЄН-3-ОЛ 113 139
10 3-октанол 18 24
11 3-ОКТЄН-1-ОЛ 80 82
12 2-октен-1-ол 72 131
13 2,4-октадиен-1 -ол 28 65
Кетоны
14 1-ОКТЄН-3-ОН 41 42
15 1,5-октадиен-3-он 36 29
16 6-метил-2-гептанон 20 25
17 2-октанон 138 204
18 3-октен-2-он 150 312
19 3,5-октадиен-2-он 7 5
20 2-ундеканон 46 66
Альдегиды
21 Метиональ 34 70
22 Г ексаналь 1304 2420
23 Октаналь 146 537
24 Деканаль 61 112
25 Ундеканаль 38 45
26 2-гексеналь 3 38
27 2-октеналь - 50
28 2-ноненаль 18 35
29 2-ундеценаль 70 58
30 2,4-октадиеналь 66 71
31 2,6-нонадиеналь 33 98
32 (Е,7)-2,4-декадиеналь 95 164
33 (7,7)-2,4-декадиеналь 39 150
34 (Е,Е)-2,4-декадиеналь 234 745
35 Бензальдегид 1690 1130
36 Фенил ацетальдегид 4850 5474
Гетероциклические соединения
37 Метилпиразин 35 75
38 2, 5 - диметилпиразин - 95
39 2, 3 - диметилпиразин 30 64
40 2,6-диметилпиразин 38 69
41 Этилпиразин - 12
42 2-метил-5-этилпиразин 14 34
43 2-метил-3-этилпиразин 9 26
44 Триметилпиразин 32 78
45 2, 5 - диметил-6-этилпиразин 27 62
46 2-ацетил-5-метилпиразин 45 137
47 2-метил-1 -Н-пиррол 4 20
48 2-ацетилпиррол 35 58
49 1 -метил-2-ацетилпиррол 15 40
50 2-метилоксолан-3-он 236 320
51 Фурфурол 78 96
52 Фурфурилсшый спирт 5 23
53 2-метилфурантиол-3 - 4
54 2-ацетилтиазол - 6
55 2-ацетил-5-метилтиазол - 49
Ненасыщенные спирты с восемью атомами углерода являются ключевыми соединениями в аромате грибов, они отвечают за специфическую грибную ноту в запахе продукта. Содержание этих спиртов в двух образцах сушеных шампиньонов было близким и меньшим, чем в белых грибах [9], это свидетельствует о том, что добавление аминокислот не изменяло ход ферментативного расщепления ненасыщенных жирных кислот, которые являются предшественниками спиртов. Проведенное ранее сравнение влияния пяти способов сушки шампиньонов на состав их летучих веществ показало, что при любом способе потери летучих веществ были значительны, например, для 1-октен-3-ола они составляли более 90% [14]. Малое содержание спиртов в сушеных грибах приводило к слабой интенсивности ноты «сырых грибов», которая присуща правильно высушенным грибам.
Из найденных в сухих шампиньонах семи кетонов один был 2-ундеканоном, остальные являлись изомерными насыщенными и ненасыщенными кетонами с восемью атомами углерода (табл.). Содержание 2-октанона и 3-октен-2-она в опытном образце было в 1,5 и 2 раза выше, чем в контрольном, остальные кетоны присутствовали в близких количествах. Такие результаты указывают на то, что образование кетонов, так же как и спиртов, мало зависело от концентрации свободных аминокислот, их предшественниками являются в основном полиненасыщенные жирные кислоты. Однако содержание найденных в сухих шампиньонах ключевых кетонов и спиртов намного выше их пороговых концентраций и было достаточным для формирования выраженного грибного аромата в супе из сухих шампиньонов. Моно- и диненасыщенные кетоны с числом атомов углерода 8 относятся к ключевым соединениям, они обладают грибным ароматом и имеют очень низкие пороговые концентрации запаха. Так, порог обнаружения запаха 1-октен-3-она составлял 0,03-1,12 нг в 1 литре воздуха [13, 17, 18].
Важнейшим ключевым компонентом аромата сушеных грибов был метиональ. В опытном образце шампиньонов его найдено в 2 раза больше, чем в контрольном (табл.). Метиональ является одним из основных ароматообразующих компонентов с очень низким порогом органолептического обнаружения (около
0,2 нг/л), поэтому его вклад в общий аромат продукта значителен. Метиональ в грибах образуется в основном при расщеплении метионина в ходе реакции Майара [7, 17, 18]. В смеси аминокислот, которая была добавлена в опытный образец, присутствовал метионин. Увеличение содержания метионина в сырых грибах приводило к увеличению концентрации метионаля после высушивания и, в конечном счете, к усилению интенсивности аромата сушеных грибов. Метиональ был найден нами ранее в вареных и сушеных белых грибах [8, 9]. Его содержание в сушеных шампиньонах было меньше, чем в сушеных белых грибах, но намного больше, чем в свежих вареных белых грибах [8, 9].
В концентратах летучих веществ двух образцов сушеных шампиньонов найдено 16 алифатических альдегидов, список которых приведен в таблице. Эти соединения также относятся к ароматообразующим, их присутствие в грибах делает аромат более насыщенным и полным. Как видно из таблицы, содержание практически всех альдегидов в опытном образце было больше, чем в контрольном, в 1,5-3 раза. Многие из найденных альдегидов образовались в результате гидролитического расщепления пероксидов содержащихся в грибах по-линенасыщенных жирных кислот [6, 11], но некоторые из них, особенно низкомолекулярные и ароматические, могли быть продуктами реакции Майара [19-23]. Было показано, что присутствие липидов изменяло состав и выход летучих продуктов реакции Майара, точно так же протекание термических реакций между аминокислотами и сахарами влияло на окислительные процессы в липидах [21, 22]. Увеличение содержания 2-алкеналей и 2,4-декадиеналей в несколько раз в опытном образце сухих шампиньонов по сравнению с контролем подтверждает возможное взаимное влияние этих ингредиентов на ход окислительных и термических реакций при высушивании грибов. Интересно отметить, что содержание некоторых альдегидов в шампиньонах было больше, чем в изученных нами ранее белых грибах (табл.), в том числе содержание ароматических альдегидов, которые были найдены ранее в различных видахтермически обработанных грибов [1-3, 8, 9].
В сушеных шампиньонах найдено большое число гетероциклических соединений (табл.). Эти соединения образовались в ходе реакции Майара при высушивании грибов, и именно они формировали в аромате продуктов ноту сушеных грибов. Кроме перечисленных в таблице гетероциклических соединений, в образце присутствовали также другие соединения этих классов, так как при сниффинг анализе в различных хроматографических зонах ощущался отчетливый характерный запах пиразинов, пирролов и серосодержащих гетероциклов, но их концентрация была не достаточна для регистрации пиков и идентификации веществ. Ранее в сушеных белых грибах были найдены замещенные пиразины, фураны, тиофены и пирролы, а также фено-
лы [1, 2, 9]. В изученных нами сушеных шампиньонах обнаружено 10 замещенных пиразинов, при этом число и концентрация соединений этого класса в опытном образце были больше (табл.). Так, суммарное содержание пиразинов в контрольном образце составляло более 200 мкг/100 г, в опытном оно было почти в 3 раза больше. Ранее нами изучено образование замещенных пиразинов при термической обработке аминокислот и глюкозы в реакционной среде с различным содержанием воды. Было найдено, что в присутствии некоторых аминокислот, таких как лейцин, изолейцин или валин, при низкой влажности синтезировалось более 20 пиразинов с алкильными и ацетильными заместителями [24, 25]. Были найдены условия проведения реакции, при которых выход пиразинов доходил до 6 г/кг реакционной смеси. В зависимости от природы аминокислот запах получаемых смесей пиразинов был разным: ореховым, жареных или запеченных зерновых продуктов, какао-продуктов [24, 25]. Применение такого же подхода для модификации и усиления аромата сушеных шампиньонов вполне себя оправдало, так как в образце с добавлением смеси аминокислот конечный аромат продукта был интенсивнее, а содержание всех гетероциклических соединений, в том числе и пиразинов, было выше.
Очень важным соединением, вносящим значительный вклад в формирование запаха сушеных грибов, был 2-метилфурантиол-3. Это соединение имеет интенсивный аромат приготовленного мяса, в крайне малых концентрациях оно участвует в формировании аромата многих термически обработанных белоксодержащих продуктов [1, 21-24], в том числе и сушеных белых грибов [9]. В контрольном образце сушеных шампиньонов это соединение обнаруживалось только по соответствующему запаху в области пиков с индексами 840-860 единиц индексов, в опытном образце был зарегистрирован пик этого вещества и определено его содержание. Также в контрольном образце сушеных шампиньонов отсутствовали два замещенных тиазола, но были найдены в опытном образце, содержавшем дополнительные аминокислоты. Многие гетероциклы образуются при термической обработке систем, содержащих моносахара и аминокислоты, включая цистеин, метионин или тиамин [19-24]. Их содержание в сушеных шампиньонах, как видно из полученных результатов, значительно увеличивалось при дополнительном введении смеси аминокислот в сырые грибы перед их высушиванием. Результатом являлось то, что качественный состав летучих веществ в высушенных шампиньонах приближался к таковому в белых грибах, при этом концентрации летучих веществ в шампиньонах были близки или превышали таковые в белых грибах.
Выводы
1. Найдено, что аромат сушеных шампиньонов формировали летучие соединения, принадлежавшие к различным классам органических веществ. Ненасыщенные спирты и кетоны с числом атомов углерода 8 определяли грибную ноту продукта, за специфический аромат сушеных грибов отвечала сложная композиция замещенных серо-, кислород- и азотсодержащих гетероциклических соединений, а также алифатических карбонильных соединений и метионаля.
2. Качественный состав летучих веществ в сушеных шампиньонах и белых грибах был близким, найдены различия в количественном содержании ряда соединений в этих видах сушеных грибов.
3. Увеличение содержания свободных аминокислот путем добавления их смеси в шампиньоны перед высушиванием приводило к увеличению концентрации всех ароматобразующих летучих соединений и позволяло получать продукт с более высокими органолептическими характеристиками.
Список литературы
1. Thomas A.F. An analysis of the flavor of the dried mushroom, Boletus edulis. // J.Agric. Food Chem. 1973. V. 21. №6. Pp. 955-959.
2. Dijkstra F.Y. Studies on mushroom flavours. Some flavour compounds in fresh, canned and dried edible mushrooms // Z. Lebensm. Unters. Forsch. 1976. V. 160. Pp. 401-405.
3. Maga J.A. Mushroom flavor // J. Agric. Food Chem. 1981. V. 29. №1. Pp. 1-4.
4. Fischer K.H., Grosch W. Volatile compounds of importance in the aroma of mushrooms (Psalliota bispora) // Le-
bensm. Wiss. Technol. 1987. V. 20. N3. Pp. 233-236.
5. Mau J.L., Chyau C.C., Li J.Y., Tseng, Y.H. Flavor compounds in straw mushrooms Volvariella volvacea harvested at different stages of maturity // J. Agric. Food Chem. 1997. V. 45. N12. Pp. 4726-4729.
6. Wu S., Zorn H., Krings U., Berger R.G. Characteristic volatile from young and aged fruit bodies of wild Polyporus
sulfurous // J. Agric. Food Chem. 2005. V. 53. N11. Pp. 4524-4528.
7. Cho I.H., Kim S.Y., Choi H.K., Kim Y.S. Characterization of aroma-active compounds in raw and cooked pine-mushrooms (Tricholoma matsutake Sing.) // J. Agric. Food Chem. 2006. V. 54. N17. Pp. 6332-6335.
8. Мишарина T.A., Мухутдинова С.М., Жарикова Г.Г., Теренина М.Б., Крикунова Н.И. Влияние длительности термообработки на состав летучих компонентов белых грибов (Boletus edulis) // Химия растительного сырья. 2008. №3. С. 97-101.
9. Мишарина Т.А., Теренина М.Б., Крикунова Н.И., Мухутдинова С.М., Жарикова Г.Г. Изменения в составе летучих компонентов при хранении сухих белых грибов (Boletus edulis) // Химия раститительного сырья. 2008. №4. С. 48-52.
10. Maga J.A. Influence of maturity, storage and heating on the flavor of mushroom (Agaricus bisporus) caps and stems // J. Food Proc.and Preserv. 1981. V. 5. N1. Pp. 95-101.
11. Tressl R., Bahri D., Engel K.H. Formation of eight-carbon and ten-carbon components in mushroom (Agaricus campestris) // J. Agric. Food Chem. 1982. V. 30. N1. Pp. 89-93.
12. MacLeod A.J., Panchasara S.D. Volatile components of cooked edible mushroom (Agaricus bisporus) and cooked dried mushroom // Phytochemistry. 1983. V. 22. N3. Pp. 705-709.
13. Zavirska-Wojtasiak R. Optical purity of (R)-(-)-1-octen-3-ol in the aroma of various species of edible mushrooms // Food Chem. 2004. V. 86. N1. Pp. 113-118.
14. Picardi S.M., Issenberg P. Volatile constituents of mushrooms (Agaricus bisporus). Changes which occur during heating // J. Agric. Food Chem. 1973. V. 21. N4. Pp. 959-961.
15. Loch-Bonazzi C.L., Wolff E. Characterization of flavour properties of the cultivated mushroom (Agaricus bisporus) and the influence of drying process // Lebensm.-Wiss. - Technol. 1994. V. 24. Pp. 386-389.
16. Jennings W., Shibamoto T. Qualitative Analysis of the Flavor and Fragrance Volatiles by Glass Capillary Gas Chromatography. New-York: Acad. Press. 1980. Pp. 59-85.
17. Pyysalo H., Suihko M. Odour characterization and threshold values of some volatile compounds in fresh mushrooms // Lebensm.-Wiss. Technol. 1976. V. 9. N2. Pp. 371-373.
18. Wurzenberger M., Grosch W. Enzymic oxidation of linoleic acid to 1,Z-5-octadien-3-ol and 10-oxo-E-8-decenoic acid by a protein fraction from mushrooms // Lipids. 1986. V. 21. Pp. 261-266.
19. Писарницкий А.Ф., Егоров И.А. Роль карбонил-аминной реакции в биологических системах и технологии пищевых производств (Обзор) // Прикладная биохимия и микробиология. 1989. Т. 25. №5. С. 579-594.
20. Мишарина Т.А., Головня Р.В., Артамонова М.П., Журавская Н.К. Идентификация летучих компонентов модельной системы с запахом мяса // Журн. аналит. химии. 1992. Т. 47. №5. С. 850-857.
21. Mottram D.S. The effect of lipid on the formation of volatile heterocyclic compounds in the Maillard reaction // J. Sci. Food Agric. 1988. V. 46. N1. Pp. 227-242.
22. Whitfield F.B., Mottram D.S., Brock S., Puckey D.J., Salter L.J. Effect of phospholipids on the formation of volatile heterocyclic compounds in heated aqueous solutions of amino acids and ribose // J. Sci. Food Chem. 1988. V. 42. N1. Pp. 261-272.
23. Hofmann T., Schieberle P. Quantitative model studies on the effectiveness of different precursors systems in the formation of the intense food odorants // J. Agric. Food Chem. 1998. V. 46. N1. Pp. 235-241.
24. Мишарина T.A., Головня P.В., Яковлева B.H., Витт С.В. Пиразины, образующиеся в модельных системах в глицериново-воднойсреде // Изв. АН. Сер. химич. 1991. №9. С. 1972-1980.
25. Мишарина Т.А., Головня Р.В., Яковлева В.Н. Влияние времени и температуры на получение пиразинов вмо-дельных реакцияхсинтеза ароматообразующих веществ // Изв. АН. Сер. химич. 1992. №7. С. 1628-1634.
Поступило в редакцию 25 марта 2009 г.
