《食品科學》：貴州醫科大學楊小生研究員、高明副研究員等：基于活性成分動態、抗氧化活性及風味特征探究蜜環菌發酵天麻的品質

天麻（Gastrodiae Rhizoma）是蘭科多年生植物天麻（Gastrodia elata Bl.）的干燥塊莖，是我國一種珍貴傳統中藥材。天麻在傳統醫學中主要用于破傷風、頭痛、眩暈、驚厥及癲癇等神經系統疾病的治療。現代臨床藥理研究表明，天麻具有改善睡眠和神經痛、抗抑郁等藥理作用，并表現出改善身體機能和免疫調節的潛力。天麻作為貴州省的道地藥材，擁有悠久的藥用和食用歷史。天麻于2023年11月被正式列為藥食同源類物質（中國保健食品兩用物質新增），其作為藥食同源食材的價值愈發凸顯，促進了天麻在功能性食品領域的開發及應用。由于天麻固有的氨氣味，俗稱“馬尿臭”“溏雞屎異臭”，極大程度降低了消費者對天麻及其附加產品的接受度。因此，開發兼具改善天麻風味并維持其藥理活性的雙重優化策略至關重要。

有研究表明，微生物發酵處理能顯著改善天麻的特殊氣味特征，提高其嗅覺接受度。Wang Yu等的研究發現，發酵天麻不僅可以改善其臭味，還可以增加對羥基苯甲醇（HBA）、γ-氨基丁酸和對羥基苯甲醛等功效成分的含量。賴嵐玉等發現采用產乳酸芽孢桿菌和植物乳植桿菌復合菌種可有效提高姜制天麻中HBA和總酚的含量。Kim等發現，使用短鏈乳桿菌與雙歧雙歧桿菌作為發酵劑可提高天麻中γ-氨基丁酸和HBA等生物活性物質。微生物發酵技術不僅能夠保留原料中的主要活性成分，還可通過微生物代謝和酶解轉化（次級代謝產物）發揮提質增效的作用，提升產品健康功能和安全性。Gao Ming等研究發現，酒曲發酵天麻后得到2 個新的化合物，并可改善慢性應激小鼠的抑郁行為。Wang Yu等將植物乳植桿菌PL15A、巴氏醋酸桿菌AS141和釀酒酵母BV818按一定比例混合后用于發酵天麻，發現微生物發酵可將巴利森苷降解為天麻素（GAS），發酵天麻可改善阿爾茨海默病小鼠的行為認知缺陷，修復海馬體神經元細胞的損傷。藥食真菌（靈芝、桑黃等）是傳統中藥材和食品發酵的常用菌種資源，憑借其固有的藥理活性，在發酵過程中產生的活性成分與底物發酵轉化可產生協同增效作用，在提升產品的健康屬性中展現出優勢。蜜環菌又稱榛蘑，與天麻在生長發育過程中形成共生關系，是重要的食藥用真菌，與天麻藥理活性相似。且部分研究表明，蜜環菌發酵具有將HBA轉化合成GAS的特性。目前將蜜環菌用作功能發酵劑的研究鮮見報道，關于其能否改善天麻的劣質風味特征，以及對天麻藥效成分含量、功能活性和整體風味品質的影響均鮮見系統性報道。

貴州醫科大學中藥功效成分發掘與利用全國重點實驗室的張俊敏、高明*、楊小生*等以蜜環菌為媒介進行天麻粉液態發酵，探究在發酵過程中天麻的總黃酮、總酚、總三萜及關鍵活性成分（GAS、HBA）含量變化，進一步對比抗氧化活性及神經細胞保護活性差異。采用頂空固相微萃取-氣相色譜-質譜（HS-SPME-GC-MS）聯用技術分析發酵天麻揮發性化合物組成差異，系統評價發酵天麻風味物質特征。本實驗以基礎活性成分、抗氧化活性和風味特點進行多元研究與討論，通過“成分-活性-風味”方法探究蜜環菌對天麻不良風味特征的改善作用及其活性的綜合分析，旨在為開發具有更佳風味特性及更優生物活性的天麻功能性食品提供理論基礎。

1 發酵對天麻活性成分含量的影響

1.1 總多酚、總黃酮和總三萜

活性成分群（如總酚、總黃酮和總三萜）是天然產物藥效研究的重點。如圖1所示，隨著發酵時間的延長，總黃酮和總酚質量濃度均逐漸增加，且在發酵5～7 d增幅最大；發酵7 d后，兩者的含量變化趨于穩定。與未發酵的天麻相比，發酵7 d后天麻樣品中的總黃酮質量濃度由（0.85±0.01）mg/mL顯著增至（52.09±5.03）mg/mL（增加約60 倍），總酚質量濃度由（32.54±0.89）mg/mL增至（57.67±2.72） mg/mL（增加約1 倍）。但總三萜質量濃度呈逐漸下降趨勢，由（0.20±0.02）mg/mL下降至（0.12±0.01）mg/mL，值得注意的是，在發酵過程中發酵天麻樣品中的總三萜的質量濃度范圍在（0.20±0.02）～（0.01±0.01）mg/L之間，其在總活性成分中的占比均遠低于總黃酮和總酚。綜上，發酵能夠顯著提高天麻中總黃酮和總酚的質量濃度，這表明天麻的藥效活性和其他生物學特性可能有所增強。

1.2 GAS和HBA

天麻中的GAS和HBA是天麻治療失眠抗抑郁的主要活性成分，二者的總含量不得少于0.25%。如圖2所示，發酵0～5 d過程中GAS質量濃度逐漸升高，于第5天到達峰值（4 739.74±45.99）μg/mL（P＜0.001），HBA質量濃度的變化趨勢與GAS相似。GAS和HBA總質量濃度在第7天時達到最高值，為（6 779.35±58.76）μg/mL（P＜0.001）；然而經過更長時間的發酵，其GAS和HBA含量降低，在第14天和第21天檢測出的含量極低。綜合比較未發酵的樣品，天麻在發酵第7天的GAS（（4 714.62±45.94）μg/mL）和HBA（（2 064.73±12.82）μg/mL）質量濃度提升效果較好，此時的GAS含量和HBA含量分別為發酵前的3 倍和1.3 倍。

2 發酵對天麻抗氧化能力的影響

單一的抗氧化檢測方案不能綜合評價樣品的自由基清除能力，本研究利用3 種抗氧化試劑盒進行測定，分析天麻發酵各時間點的抗氧化能力（樣品終質量濃度為0.02 mg/L）。如圖3所示，隨著發酵時間的延長，DPPH自由基清除率和羥自由基清除率整體呈穩定上升趨勢。發酵21 d天麻的DPPH自由基清除能力是發酵前的2.2 倍；天麻的羥自由基清除率在發酵21 d時達到最大，為（54.03±1.53）%，相較于未發酵樣品提升了（27.19±0.75）%。天麻的ABTS陽離子自由基清除能力在發酵前期較穩定，發酵5 d后清除率從（39.84±1.76）%線性上升至（52.83±0.95）%，在發酵7～14 d時ABTS陽離子自由基清除率最大，為（74.34±1.24）%～（75.57±0.80）%，發酵21 d后變化趨勢略微下降。

3 發酵天麻對神經細胞的保護活性

谷氨酸鹽是一種強效神經毒素，能夠通過細胞凋亡破壞神經元。谷氨酸誘導損傷的PC12細胞和HT-22細胞是常用于神經保護活性篩選的體外模型。綜合發酵天麻樣品的活性成分含量變化和抗氧化活性分析，選擇發酵7 d的天麻進行神經細胞保護活性的測定。由圖4可知，與對照組相比，模型組的PC12細胞和HT-22細胞存活率高度顯著降低（P＜0.001），分別為（54.79±1.48）%和（59.28±2.53）%，表明細胞損傷模型成功。FGR組對谷氨酸誘導的PC12細胞損傷表現出極顯著的保護活性（P＜0.01），較GR組活性更強；在HT-22細胞中，二者的保護活性相當。結果表明，FGR對谷氨酸誘導PC12損傷的保護活性優于GR。

4 活性成分含量與活性相關性分析

將發酵樣品的抗氧化活性、活性成分含量和神經細胞保護活性進行相關性分析，結果如圖5所示。發酵天麻的總酚、總黃酮含量與抗氧化活性呈極顯著正相關（P＜0.01）；GAS含量與PC12細胞活性呈顯著相關（P＜0.05），表明發酵提升了天麻的總酚和總黃酮含量，從而增強了其抗氧化活性，而較高濃度的GAS是增強PC12細胞保護活性的重要影響因素。

5 風味特征感官評價

感官評價是食品品質及質量控制的評估方法，可直觀描述并評判其風味特征的變化。如圖6所示，發酵顯著改善了天麻的不良氣味，發酵過程中變化最為顯著的氣味為馬尿味、蘑菇味、花果香和泥土味。發酵前3 d的天麻具有強烈的馬尿味和泥土味，隨發酵時間的延長，這兩種異味均顯著減弱。發酵14 d后，樣品的蘑菇香達到最高強度，同時花果香強度也逐漸增加并趨于穩定。這表明蜜環菌混合發酵能有效減弱天麻的不良氣味并增加香味。然而，發酵14 d后樣品呈現出較強的青草味和泥土味，推測可能與老化菌絲的死亡腐敗有關。綜合感官評價可知，發酵7 d的樣品馬尿味、泥土味和青草味等異味強度最低，同時愉悅香氣特征最為顯著。

6 發酵天麻的風味變化特性

6.1 發酵前后天麻揮發性成分的TIC

綜合活性成分含量、抗氧化活性和感官評價的結果可知，發酵7 d的天麻（FGR）最優，故采用HS-SPME技術提取發酵樣品的揮發性成分并通過GC-MS分析獲得TIC。如圖7所示，所使用的GC-MS法實現了對樣品中揮發性成分的良好分離。GE組與FGR組的TIC圖譜峰數量存在差異，且均含有各自的特有峰，說明發酵能夠使天麻中的物質消失或新生成，如苯甲醛在發酵后消失，而乙醇、異丁醇、2-甲基丁醇、乙酸異丁酯、4-庚醇、苯乙醇、異佛爾酮、樟腦為發酵后新產生的物質。此外，在兩組樣品共有的部分物質響應值存在顯著變化，如乙酸乙酯、異戊醇、苯酚、3,4-二甲基苯甲醛在發酵后響應值升高；二甲基丁醛、3-羥基-2-丁酮、(+)-檸檬烯、2-苯基乙醛、正壬醛在發酵后響應值降低。結果表明，發酵導致GE與FGR的揮發性成分譜產生差異。

6.2 發酵天麻的揮發性物質分析

對蜜環菌發酵天麻不同時間風味物質的GC-MS結果進行對比分析，樣品中共含有9大類85 種揮發性化合物（表1）。其中GR中醇類9 種、酚類3 種、酮類10 種、含氮雜環類8 種、酯類5 種、醛類12 種、烴類4 種、酸類5 種；FGR中醇類16 種、酚類2 種、酮類15 種、含氮雜環類6 種、酯類5 種、醛類10 種、烴類6 種、酸類2 種、醚類1 種。由圖8可知，FGR組的各成分種類含量與GR組相比差異明顯，FGR組的醇類和酯類總質量濃度增加，分別為（1 366.97±62.37）mg/L和（219.59±1.89）mg/L；醛類和含氮雜環類總質量濃度減少，分別為（136.34±3.55）mg/L和（14.45±0.31）mg/L。

GE與FGR組的揮發性成分含量存在顯著差異。在共有成分中，FGR組的異戊醇質量濃度顯著高于GE組（（122.41±0.41）mg/L）；而川芎嗪、2,3-丁二醇、2-乙基己醇、異戊醛和2-苯基乙醛等成分在FGR組中的質量濃度則顯著降低。此外，天麻中的部分揮發性成分在發酵后消失，如苯甲醛和2-乙基-3,6-二甲基吡嗪。同時，發酵使天麻產生了新的揮發性成分，如苯乙醇（（936.62±54.24）mg/L）、異丁醇（（98.86±1.72）mg/L）和2-甲基丁醇（（61.22±0.41）mg/L），在FGR組樣品中被檢測到且質量濃度較高。綜上所述，這些差異成分（包括共有成分含量變化、消失成分及新增成分）共同構成了發酵天麻的風味特征。

6.3 特征風味物質的OAV分析

OAV是評價揮發性化合物對整體香氣貢獻程度的關鍵指標。OAV越大表示該化合物的貢獻度越高；當OAV≥1時，表示該化合物對整體風味具有顯著貢獻；當0.1≤OAV＜1時，表示該化合物主要起修飾作用；當OAV＜0.1時，則表示該化合物對整體風味無顯著影響。

GR與FGR組共84 種揮發性成分的OAV如表2所示。FGR組的2-苯基乙醛、異戊醛、氧化芳樟醇、萘以及多種吡嗪衍生物（包括2,5-二甲基吡嗪、2-乙基-5-甲基吡嗪、2-乙基-6-甲基吡嗪、川芎嗪和2,3,5-三甲基吡嗪）OAV明顯降低，這些成分具有不良氣味（土腥味、酸敗味、焦臭味）。相反，FGR組的3,4-二甲基苯甲醛和芳樟醇OAV明顯升高，二者分別貢獻果香、花香和木質香氣。在GR組特有的揮發性成分中，含硫化合物（甲硫醇、3-甲硫基丙醛）、吡嗪類（3,5-二乙基-2-甲基吡嗪、2-乙基-3,6-二甲基吡嗪）以及部分醛、醇類（1-辛烯-3-醇、苯甲醛、正己醛）表現出極高的OAV（遠大于1）。在FGR新檢測到的揮發性成分中，3-甲基-1-丁醇、苯乙醇、2,3-己二酮和4-N-丙基苯甲醛等成分具有較高的OAV（OAV＞1）。這些新增成分是FGR的關鍵香氣化合物，為其發酵體系賦予了突出的果香、奶油味和花香特征。

3 討論與結論

基于天麻為藥食同源物質，在產品開發過程中應關注其物質成分、藥理活性和風味特征等多樣因素，以便能夠更好地開發和利用天麻。為綜合評價蜜環菌發酵天麻的品質特征，本實驗分析了其在發酵過程中主要活性成分（總酚、總黃酮、總三萜）含量、標志成分含量（GAS、HBA）、抗氧化活性指標（DPPH自由基、羥自由基、ABTS陽離子自由基清除率）的變化規律、神經細胞保護活性，以及發酵后風味特征。眾多神經系統疾病的發生和發展與體內氧化應激水平升高密切相關。天麻和蜜環菌均具有良好的抗氧化能力，能夠有效清除自由基、減輕氧化損傷，作為天然的神經保護劑和抗氧化劑，在藥物研發等領域展現被廣泛應用。本研究結果表明，隨著發酵時間的延長，天麻的總黃酮和總酚質量濃度均升高，發酵7 d時分別增加約60 倍和1 倍，達到（52.09±5.03）mg/mL和（57.67±2.72）mg/mL；微生物發酵產生的酶可降解植物細胞壁結構，促進總酚、總黃酮等活性成分的溶出和積累。發酵天麻的抗氧化活性（DPPH自由基、羥自由基和ABTS陽離子自由基清除能力）隨發酵時間的延長而顯著增強，并在發酵7 d后趨于穩定。同時發酵天麻對谷氨酸誘導損傷的PC12細胞具有更好的保護作用。相關性分析結果表明，天麻的總酚和總黃酮含量與其DPPH自由基清除率、ABTS陽離子自由基清除率和羥自由基清除率呈極顯著正相關。這與多項報道一致，提取物中的總酚和黃酮含量是決定其抗氧化能力的關鍵因素。

GAS和HBA是天麻的主要活性成分，具有保護神經細胞、抗氧化、抗抑郁，鎮靜催眠等多種作用。GAS可有效保護PC12細胞免受谷氨酸誘導的神經毒性，對抗谷氨酸介導HT-22細胞的氧化應激，減輕谷氨酸誘導的神經毒性，減少細胞凋亡達到保護神經細胞活性的作用。本研究結果表明，GAS和HBA含量分別隨著發酵時間的延長而逐漸上升，兩者總含量在第7天達到最大值，GAS含量和HBA含量分別是發酵前的3 倍和1.3 倍，且發現GAS含量與PC12細胞保護活性呈顯著正相關。有研究表明，巴利森苷化合物可分解產生HBA與GAS，同時蜜環菌能夠使HBA與葡萄糖底物合成GAS。發酵體系中多因素協同作用下使天麻的GAS和HBA含量大幅度增加，是其增強PC12細胞保護活性的關鍵。

揮發性有機化合物在形成植物氣味和確定它們的香味特征方面起著關鍵作用。發酵需要維持體系內的微生物穩態，更短的發酵時間可減小雜菌污染的概率，綜合判斷發酵7 d的天麻活性成分含量和抗氧化能力更均衡穩定，且感官評價結果表明發酵改善了天麻的不良氣味。HS-SPME-GC-MS分析結果顯示，經過蜜環菌發酵后增加了酯類和醇類物質等揮發性化合物含量，減少了醛類、酚類和含氮雜環物質的含量。在發酵過程中微生物會代謝產生二肽酶和氨基肽酶，在酶的作用下促使發酵基質中多肽片段和蛋白質的降解，形成游離氨基酸，同時氨基酸和二氧化碳被進一步酶解，形成相應的醇類化合物，產生的大量醇類化合物通過與有機酸進行化學反應縮合形成酯。酯類物質可以賦予愉悅的水果香氣（如乙酸乙酯具有果香，乙酸苯乙酯具有花香）；而醛類化合物嗅覺感知為麥芽味、堅果味，高濃度醛類物質通常具有刺激性的油脂腥味。天麻中的對甲酚已被鑒定為是與“馬尿味”相關的高辨識度氣味標志物，是導致天麻產生“馬尿味”的關鍵因素。苯酚和對甲酚具有泥土和糞臭氣味，是臭豆腐鹽水中含量相對較高的揮發性風味物質。萘具有類似于樟腦丸氣味的強烈難聞氣味，會抑制花香和焦糖香等風味的積累。本研究結果顯示，未發酵樣品中產生不愉悅氣味含量較高的物質包括對甲酚、苯酚和萘，發酵后其質量濃度顯著下降。此外，發酵后的天麻中硫化合物（甲硫醇、3-甲硫基丙醛）、吡嗪類（2,5-二甲基吡嗪、2-乙基-5-甲基吡嗪、2-乙基-6-甲基吡嗪、川芎嗪、2,3,5-三甲基吡嗪、3,5-二乙基-2-甲基吡嗪、2-乙基-3,6-二甲基吡嗪）大量減少或消失，這些化合物的感官閾值普遍極低（0.001～0.005），意味著其在極低濃度下也能產生顯著的不良氣味。硫化物具有硫磺的味道，如果濃度超過閾值，會產生強烈的谷倉和麥芽氣味；甲硫醇可賦予強烈而辛辣的味道，可產生硫磺味、洋蔥刺鼻氣味。3-甲硫基丙醛具有煮馬鈴薯的刺鼻氣味，是藍紋奶酪的主要氣味來源。吡嗪化合物具有堅果味、咖啡味、烘烤味、泥土味和霉味等，是納豆中的重要揮發性化合物，同樣其閾值極低，氣味強度隨氮雜環上取代基數量的增加而增加。FGR中含硫揮發性化合物和吡嗪類的OAV較GR均大幅減小，提示天麻的氣味得到了有效改善。

FGR中異戊醇和3,4-二甲基苯甲醛含量顯著增加，同時生成了OAV較大的芳香化合物（苯乙醇、異丁醇和3,4-二甲基苯甲醛）。苯乙醇具有玫瑰香氣，是白酒中重要的特色風味物質，對其他香氣化合物具有協調作用。異戊醇具有果香和玫瑰樣香氣，對白酒、黃酒等發酵產物的風味特征有重大貢獻。異丁醇具有酒精味和青草香，可以積極增加感知風味的強度，同時抑制酸味和苦味等不良風味。3,4-二甲基苯甲醛呈杏仁香氣。這些具有芳香味的物質在一定程度上減輕了部分“馬尿味”，改變風味平衡，提升了天麻氣味的可接受程度，賦予發酵天麻各種水果清香、花香和堅果香等風味特征。綜上，結合“活性成分-抗氧化活性-風味特征”的品質評價策略，利用蜜環菌進行發酵可有效提高天麻中酚類、黃酮類物質、GAS和HBA的含量以及增強其抗氧化和神經細胞保護能力，改善其口感風味。本研究可為功能性食品、膳食補充劑以及輔助治療神經系統疾病的天麻相關產品開發提供參考。

引文格式：

張俊敏, 楊修, 劉莎, 等. 基于活性成分動態、抗氧化活性及風味特征探究蜜環菌發酵天麻的品質[J]. 食品科學, 2026, 47(2): 162-173. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250716-127.

ZHANG Junmin, YANG Xiu, LIU Sha, et al. Exploring the quality of Armillaria gallica fermented Gastrodia elata Bl. based on dynamic changes in bioactive substance contents, functional activities, and flavor characteristics[J]. Food Science, 2026, 47(2): 162-173. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250716-127.

實習編輯：劉芯；責任編輯：張睿梅。點擊下方閱讀原文即可查看全文。圖片來源于文章原文及攝圖網

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