Characterization of volatile and non-volatile metabolites in pine-mushrooms (Tricholoma matsutake Sing.)

Abstract

In this study, metabolic fingerprinting which applies principal component analysis (PCA) to gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) and nuclear magnetic resonance (NMR) data sets allowed different grades of pine-mushrooms to be discriminated, and volatile and non-volatile metabolites that contributed to their discrimination were assigned. The volatile and non-volatile metabolites, which were related to their differentiation, were phenylpropyl alcohol, (E)-2-octen-1-ol, dimethyl sulfone, dihydro-2(3H)-furanone and others, and choline, trehalose, threonine, leucine/isoleucine, succinic acid, alanine and fumaric acid, respectively. Also, this approach could help to observe the changes in the metabolites of pine-mushrooms during the heat treatments. Heat-treatment resulted in decreases in the contents of alanine and leucine/isoleucine, whereas a higher proportion of carbonyls and pyrazines were produced. On the other hand, the aroma-active compounds of pine-mushrooms were identified by using GC-olfactometry (GC-O) with aroma extract dilution analysis (AEDA). The major aroma-active compounds of pine-mushrooms were 1-octen-3-one, 3-octanol, 1-octen-3-ol, (E)-2-octen-1-ol, 3-octanone, and 1-octanol which had been described as the typical mushroom odor note. In addition, ethyl 2-methylbutyrate, linalool, methional, hexanal, phenylethyl alcohol, (E)-2-decenal, a-terpineol, 2-methyl-3-buten-2-ol, limonene, nonanal, (E)-2-octenal, 2-ethyl-1-hexanol, phenylacetaldehyde, 1-hexanol, and ethyl octanoate could contribute to the characteristic odor notes of raw pine-mushrooms. By contrast, methional, 2-acetythiazole, and an unknown compound, together with C8 compounds, were found as important aroma-active compounds of cooked pine-mushrooms. Also, the profiles of volatiles and key odorants differed significantly between the different fruit bodies of pine-mushroom, with methyl cinnamate dominating in the pileus body and the contents of C8 components, such as 1-octen-3-ol, 3-octanol, and (E)-2-octen-1-ol, being higher in the stipe body. The FD factors of 1-octen-3-one, 3-octanol, (E)-2-octen-1-ol, and 3-octanone were higher in stipe body, whereas the FD factors of linalool, ethyl 2-methylbutyrate, 2-methly-3-buten-2-ol, a-terpineol, and (E)-2-decenal being reverse. On the other hand, partial least square regression (PLSR) could be effective in revealing the relationship between instrumental and sensory analyses of pine-mushrooms according to their grades. Piny, meaty, and floral attributes were strongly correlated with each other and were the most important descriptors for defining the pine-mushrooms of the highest grade, and they decreased as the grade was lowered. (E)-2-Decenal, a-terpineol, phenylethyl alcohol, and ethyl 2-methylbutyrate could be related to these attributes. On the other hand, the major aroma characteristics of the pine-mushrooms of the lowest grade were wet-soil-like, alcohol, metallic, moldy, and fermented, and they decreased as the grade increased. These aroma characteristics were strongly associated with 1-octen-3-one, 1-octen-3-ol, 3-octanol, 3-octanone, (E)-2-octen-1-ol, and methional.;본 연구에서는 metabolomics를 이용하여 국내의 대표적인 고부가가치 임산물인 송이버섯의 등급별 및 열처리에 따른 대사체 특성을 규명하고자 하였다. 가스 크로마토그래피-질량분석법 (gas chromatography-mass spectrometry)과 핵자기공명법 (nuclear magnetic resonance) 등의 기기분석법에 다변량통계기법 (multivariate statistical anaylsis)을 적용함으로써, 송이버섯의 휘발성 및 비휘발성 대사체의 프로파일 패턴 (profiling pattern)의 차이 및 변화를 평가하였다. Phenylpropyl alcohol, (E)-2-octen-1-ol, dimethyl sulfone, dihydro-2(3H)-furanone 등의 휘발성 대사체와 choline, trehalose, threonine, leucine/isoleucine, succinic acid, alanine, fumaric acid 등의 비휘발성 대사체 등이 국내산 송이버섯의 등급을 평가하는데 기여하는 화합물로 분석되었으며, 송이버섯이 열처리됨에 따라 alanine과 leucine/isoleucine 등의 아미노산 함량은 적어지고, 상대적으로 carbonyls과 pyrazines의 생성은 증가하는 양상을 나타내었다. 한편, 향추출물희석분석법 (aroma extract dilution analysis)을 이용한 가스크로마토그래피-후각분석법 (GC-olfactometry)으로 국내산 송이버섯의 향 특성을 분석하였다. 버섯 특유의 곰팡이 냄새에 기여하는 1-octen-3-one, 3-octanol, 1-octen-3-ol, (E)-2-octen-1-ol, 3-octanone, and 1-octanol 등의 향 성분들이 높은 향 희석배수 (flavor dilution)를 가져 송이버섯의 중요한 향기활성성분 (aroma-active compound)으로 동정되었으며, 그 밖에 ethyl 2-methylbutyrate, linalool, methional, hexanal, phenylethyl alcohol, (E)-2-decenal, a-terpineol, 2-methyl-3-buten-2-ol, limonene, nonanal, (E)-2-octenal, 2-ethyl-1-hexanol, phenylacetaldehyde, 1-hexanol, ethyl octanoate 등의 향 성분들이 생송이버섯 특유의 향 특성에 관여하는 향기활성성분으로서 확인되었고, methional, 2-acetylyhiazeol, 미동정 화합물이 가열 처리된 송이버섯의 중요한 향기활성성분으로 분석되었다. 한편, 송이버섯은 부위별로 다른 향 특성을 가지는 것으로 확인되었다. 송이버섯에서 50% 이상의 정량치를 차지하였던 methyl cinnamate가 갓 부위에서 대부분 검출되었으며, 반면 1-octen-3-ol, 3-octanol, (E)-2-octen-1-ol 등의 C8 화합물의 함량은 대 부위에서 상대적으로 많은 양을 함유하였다. 또한, 1-octen-3-one, 3-octanol, (E)-2-octen-1-ol, 3-octanone 등의 곰팡이 냄새에 기여하는 향기활성성분의 향 희석배수가 상대적으로 대 부위에서 높게 나타났으며, 송이버섯 특유의 향 특성에 기여하는 linalool, ethyl 2-methylbutyrate, 2-methly-3-buten-2-ol, a-terpineol, (E)-2-decenal 등의 향 희석배수는 상대적으로 갓 부위에서 높은 양상을 보였다. 한편, 본 연구에서는 가스 크로마토그래피-후각분석법과 관능검사를 통하여 국내산 송이버섯의 등급별 향미특성을 이해하고, 여기에 부분최소평방회귀분석 (partial least square regression)의 다변량통계방법을 적용함으로써 이들의 상관관계를 규명하였다. 솔잎 향미, 고기 향미, 꽃 향미 등의 향미특성은 서로 높은 상관관계를 가지며, 송이버섯의 등급이 높을수록 이 특성들이 우세한 것으로 분석되었다. 이러한 향미특성에 기여하는 향기활성성분들로는 (E)-2-decenal, a-terpineol, phenylethyl alcohol, ethyl 2-methylbutyrate 등이 확인되었다. 반면, 송이버섯의 등급이 낮을수록 젖은 흙 향미, 알코올 향미, 금속 향미, 곰팡이 향미, 발효 향미 등의 향미특성이 우세하며, 이들은 서로 높은 상관관계를 보였다. 1-Octen-3-one, 1-octen-3-ol, 3-octanol, 3-octanone, (E)-2-octen-1-ol, methional 등의 향기활성성분들이 이러한 향미특성에 기여하는 화합물로서 동정되었다.