白色柱状田头菇（Agrocybe cylindracea）在营养价值、风味特征与抗癌活性方面优于棕色菌株：基于电子感官、色谱与细胞毒性的系统比较

《Food Chemistry: X》：White agrocybe cylindracea outperforms the brown strain in nutritional value, flavor profile, and anticancer activity

　　

柱状田头菇（Agrocybe cylindracea）是一种食药用蘑菇，包含白色（BC）和棕色（CS）菌株。白色菌株为一种营养价值尚未被探索的新品种。研究人员采用电子鼻、电子舌、质构仪、色谱、味觉回加实验和细胞毒性测定比较BC与CS的营养成分和生物活性。BC的粗多糖、可溶性蛋白、粗纤维、等效鲜味浓度（equivalent umami concentration，EUC）、呈味活性化合物（游离氨基酸和5^′-核苷酸）显著高于CS，且酸味、苦味、甜味和鲜味强于CS。天冬氨酸、谷氨酰胺、色氨酸、赖氨酸和5^′-胞苷酸（5^′-CMP）主要贡献酸味；谷氨酰胺和色氨酸贡献鲜味。气相色谱-质谱联用（Gas Chromatography-Mass Spectrometry，GC–MS）鉴定出BC 41种和CS 37种挥发性化合物，其香气轮廓不同。两种菌株均通过升高活性氧（reactive oxygen species，ROS）抑制HCT116和HGC27增殖。该首次系统比较表明，BC在营养价值、风味和抗癌活性方面优于CS。

研究背景：食用菌是全球农业经济中重要的食品和药用资源，年产量超过5000万吨，富含多糖、蛋白质、游离氨基酸、维生素、矿物质以及多酚、萜类等生物活性化合物，具有抗炎、抗肿瘤和抗氧化等特性。食用菌中的非挥发性成分，包括多糖、蛋白质、游离氨基酸、5^′-核苷酸和有机酸，是核心营养基质；挥发性成分主要包括八碳化合物、醛类、醇类、酯类、酮类、含硫化合物和酸衍生物。柱状田头菇（Agrocybe cylindracea）是一种食药用蘑菇，富含多糖、优质蛋白质和多种氨基酸，具有健脾、清热祛湿和抗肿瘤等药理作用。该蘑菇包括白色和棕色菌株，棕色菌株主导栽培和商业市场，白色菌株为2022年新认定品种，已实现工业化栽培但市场接受度较低。以往对白色菌株的研究仅限于蛋白质和氨基酸含量，其质量、风味和生物活性尚未充分表征；棕色菌株的营养特性和抗肿瘤活性虽已被广泛研究，但白、棕菌株在关键质量维度上的差异尚未系统报道。因此，研究人员开展本研究，以填补菌株水平质量比较的数据空白，为白色菌株的质量评价和产业推广提供直接证据，并促进栽培菌株多样化和种质资源补充。研究结论表明，BC在营养价值、风味和抗癌活性方面优于CS，具有作为功能食品和营养保健品成分的潜力。

关键技术方法概述：以白色Baicha No.1（BC）和棕色Gucha No.2（CS）子实体为材料，采收后于?80 °C保存；HCT116和HGC27细胞系购自上海中乔新舟生物科技有限公司；20种氨基酸和6种5^′-核苷酸标准品购自北京索莱宝科技有限公司。研究人员采用电子鼻、电子舌、质构仪、高效液相色谱（high-performance liquid chromatography，HPLC）测定游离氨基酸和5^′-核苷酸、GC–MS测定挥发性化合物、味觉回加实验验证呈味化合物，并用CCK-8法和流式细胞术检测细胞毒性与ROS。

研究结果：
3.1 粗多糖、可溶性蛋白和粗纤维含量：通过相应化学/国标方法测定，BC的粗多糖、可溶性蛋白和粗纤维含量均显著高于CS；BC分别为0.5038 g/100 g、4.0894 mg/g和2.6001%，CS分别为0.3984 g/100 g、3.5188 mg/g和1.7724%。
3.2 质构特性：通过质构剖面分析（Texture Profile Analysis，TPA），BC与CS在菌盖和菌柄中的内聚性相当；BC在菌盖和菌柄中的硬度、胶黏性和咀嚼性显著高于CS，BC菌柄弹性显著高于CS。
3.3 电子舌分析：电子舌模拟人类味觉量化基本味道，BC与CS咸味相当，BC酸味、苦味、甜味和鲜味更高；正交偏最小二乘判别分析（orthogonal partial least squares discriminant analysis，OPLS-DA）显示两组清晰分离，模型验证Q²=0.942、R²Y=0.971。
3.4 游离氨基酸含量：HPLC分析20种游离氨基酸，BC和CS均检出18种，半胱氨酸和异亮氨酸未检出；BC总游离氨基酸含量为15.18 mg/g，高于CS的10.78 mg/g，且各单组分在BC中显著更丰富。按呈味特征分类，BC鲜味、苦味、芳香和甜味氨基酸总量均显著高于CS；呈味活性值（taste activity value，TAV）分析显示BC有7种呈味活性氨基酸，CS有5种。
3.5 5^′-核苷酸含量：HPLC分析6种5^′-核苷酸，BC和CS均检出5种，5^′-肌苷酸（5^′-IMP）未检出；BC总5^′-核苷酸含量为1.39 mg/g，显著高于CS的0.93 mg/g。5^′-腺苷酸（5^′-AMP）水平相当，5^′-胞苷酸（5^′-CMP）在BC中更高，5^′-尿苷酸（5^′-UMP）、5^′-鸟苷酸（5^′-GMP）和5^′-黄苷酸（5^′-XMP）在CS中更高。
3.6 等效鲜味浓度计算：通过公式计算EUC，BC的EUC为7.5681 g MSG/100 g，显著高于CS。
3.7 呈味化合物与电子舌相关分析：相关分析显示，酸味与天冬氨酸、谷氨酰胺、精氨酸、缬氨酸、色氨酸、酪氨酸、赖氨酸和5^′-CMP正相关；鲜味与天冬氨酸、谷氨酰胺、色氨酸和赖氨酸相关。回加实验确认，天冬氨酸、谷氨酰胺、色氨酸、赖氨酸和5^′-CMP贡献酸味，谷氨酰胺和色氨酸贡献鲜味。
3.8 电子鼻测定：电子鼻模拟人类嗅觉量化气味轮廓，W5S、W1W和W2W传感器响应较高，且BC高于CS；OPLS-DA显示两组分离，模型验证Q²=0.914、R²Y=0.972。
3.9 挥发性化合物：GC–MS鉴定BC中41种、CS中37种挥发性化合物，共有23种。BC以醛类、酮类和烷烃为主，CS以酮类、醛类和醇类为主；BC醛类、酸类、烷烃和其他化合物比例较高，CS酮类、酯类和醇类更丰富。相对气味活度值（relative odor activity value，ROAV）分析显示，1-辛烯-3-酮是BC和CS中最重要的香气贡献物；BC中1-辛烯-3-酮、己醛和3-甲基戊醛等贡献蘑菇、草药和土味，CS中1-辛烯-3-酮、1-辛烯-3-醇和3-辛酮等贡献蘑菇、草药和清新气味。GC–MS峰面积OPLS-DA显示两组分离，模型验证Q²>0.5且R²Y=1。
3.10 体外抗癌活性：醇提物对HCT116和HGC27细胞均呈浓度依赖性抑制。对HCT116，BC提取物IC₅₀=1141 μg/mL，CS提取物IC₅₀=5334 μg/mL；对HGC27，BC提取物IC₅₀=707.9 μg/mL，CS提取物IC₅₀=1655 μg/mL。BC对两种癌细胞的抑制均强于CS，且两种提取物对HGC27的抑制作用强于HCT116。ROS检测表明，BC和CS提取物均可显著升高细胞内ROS水平，提示其可能至少部分通过ROS介导机制抑制癌细胞生长。

讨论部分总结：讨论指出，柱状田头菇的滋味和挥发性化合物是决定其市场价值、销售量和加工适用性的关键因素。以往研究表明，不同栽培基质会导致柱状田头菇营养组成显著变化，本研究结果与既往发现总体一致，但存在差异，可能归因于栽培基质、提取方法等实验因素。TPA可通过质构仪模拟口腔切割和咀嚼，减少食品质量评价中的主观偏差；BC硬度和咀嚼性较高，使其在搬运和加工中更能抵抗机械应力，同时需要更大咀嚼努力并带来更丰富口感。电子舌和电子鼻等传感器技术与化学计量学、机器学习结合已广泛用于食品科学；电子舌响应常与游离氨基酸和5^′-核苷酸等呈味活性化合物相关。BC酸味、苦味、甜味和鲜味显著高于CS，与游离氨基酸、5^′-核苷酸和EUC分析一致，提示BC具有更丰富鲜味和更强市场竞争力。回加实验结果未完全对应味觉评价，可能因为最终味觉并非由单一化合物决定，而受多种呈味活性化合物协同和拮抗影响。电子鼻和GC–MS可综合评价香气，食用菌特征挥发性化合物主要为八碳化合物，包括1-辛烯-3-醇、3-辛醇、(E)-2-辛烯醛和1-辛烯-3-酮，其中1-辛烯-3-醇和1-辛烯-3-酮被视为多种食用菌的标志性香气化合物。本研究中1-辛烯-3-酮是BC和CS最主要的香气贡献物，与既往报道一致；己醛、3-甲基戊醛、1-辛烯-3-醇和3-辛酮含量变化解释了二者香气差异。食药用菌还含多酚、黄酮和多糖等生物活性化合物，具有增强免疫、抗菌、抗癌和抗氧化作用；癌细胞对ROS水平和氧化还原状态高度敏感。BC对两种癌细胞抑制更强，可能与其较高多糖含量有关；既往研究已阐明柱状田头菇来源多糖和泛素样肽的抗癌机制。本研究中BC和CS乙醇提取物通过升高ROS诱导癌细胞凋亡，较高提取物浓度下HCT116细胞内ROS下降可能反映细胞抗氧化防御系统激活，防止ROS积累超过细胞毒阈值。BC更优抗癌活性可能源于其多糖或蛋白质含量、结构差异，未来需分离特定活性成分并阐明机制。

研究结论翻译：BC在所有评估参数上均超过CS。营养方面，BC含有显著更高水平的粗多糖、可溶性蛋白和粗纤维。感官分析显示，BC需要更大咀嚼努力并提供更丰富口感，其酸味、苦味、甜味和鲜味显著升高。这些味觉差异由BC较高的总游离氨基酸（包括鲜味、苦味和甜味部分）、5^′-核苷酸和EUC值支撑，其中天冬氨酸、谷氨酰胺、色氨酸、赖氨酸和5^′-胞苷酸驱动酸味，谷氨酰胺和色氨酸驱动鲜味。挥发性轮廓在菌株间也显著不同，1-辛烯-3-酮是二者主要香气活性化合物。此外，BC表现出比CS更强的抗癌活性，对两种癌细胞系的IC₅₀更低；两种提取物均通过升高ROS诱导细胞死亡。由于其高营养价值和生物活性，BC有潜力作为功能食品和营养保健品成分，用作癌症治疗的辅助。这些发现为柱状田头菇的质量评价、功能开发、精准育种提供了科学基础，同时阐明了质量性状与栽培参数之间的关系，以指导品种选择和管理实践，并为BC推广提供科学依据。