Προσδιορισμός βασικής σύστασης μεταλλικών στοιχείων και ταυτοποίηση πτητικών ενώσεων με SPME-GC/MS σε καρποσώματα αυτοφυών ελληνικών εδώδιμ...

Abstract

Wild edible mushrooms are a popular and favorite delicacy in many European countries, mainly in middle and South Europe. For instance, in Greece existing figures produce a total of about 2100 recorded mushroom species, and many people across the country collect many of them and consume them as a part of their daily food intake. Therefore, is important to determine their basic composition, levels of minerals and toxic elements, and volatiles which have significant contribution to their aroma profile. In the present study, twenty-three wild edible mushroom species (Amanita caesaria, Amanita rubescens var. rubescens, Amanita ceciliae, Armillaria mellea, Armillaria tabescens, Boletus aureus, Boletus edulis, Boletus luridiformis var. luridiformis, Cantharellus cibarius, Clitocybe odora, Fistulina hepatica, Hydnum repandum, Hygrophorus chrysodon, Hygrophorus eburneus, Hygrocybe russocoriacea, Hygrophorus russula, Lactarius salmonicolor, Lepista nuda, Macrolepiota procera var. procera, Pleurotus ostreatus, Ramaria largentii, Russula delica, and Suillus granulatus) from West Macedonia and Epirus, regions of Northern Greece, were analyzed for their basic composition (moisture, crude protein, crude fat, total carbohydrates and ash) and metal content profile (Mg, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Pb, Cd, Al, and Sn) by atomic absorption spectrometry (AAS). Also, the volatile composition of these wild edible species was analyzed by headspace-solid phase microextraction combined with gas chromatography-mass spectrometry (SPME/GC-MS). The moisture content of mushrooms varied from 82.5% (Cantharellus cibarius) to 92.8% (Suillus granulatus). Also, mushrooms were found to be good sources of proteins ant total carbohydrates, with contents varying in the range 11.65% (Fistulina hepatica) - 43.24% (Clitocybe odora) and 40.05% (Hygrophorus eburneus) -80.90% (Fistulina hepatica) dry weight respectively. In addition, the fat contents were very low 1.56% (Armillaria tabescens) - 9.88% (Hygrophorus russula) dry weight. This study proves that wild edible fungi consumed traditionally in Epirus and West Macedonia can be used in well-balanced diets due to their high contents of total carbohydrates and proteins and low contents of fat. The mineral elements of mushroom samples ranged from 690-1166μg/g for Mg, 0-11.1 for Cr, 7.26-100 for Mn, 38.3-501 for Fe, 0-7.26 for Co, 0.28-10.1 for Ni, 4.65-61.3 for Cu, 35.9-159 for Zn, 0-1.59 for Pb, 0.07-3.5 μg/g for Cd. As, Sn and Al concentrations were under the detection limit of the method used (0.02μg/g). Low contents of heavy metals in the studied mushroom samples indicates that collection areas are not polluted, therefore all collected edible mushroom species can be unreservedly consumed without any health risk. Among the species, many volatile compounds were identified, including alcohols, aldehydes, ketones, hydrocarbons, esters, acids, lactones and terpenes. The most abundant compounds in the mushroom samples, are C8 compounds such as 1-octanol, 2-octanol, 3-octanol, 1-octen-3-ol, octenal, 3-octanone and 1-octen-3-one. The characteristic aroma of the mushrooms may be attributed to a series of C8 volatile compounds common to most mushroom species, with differences arising due to fluctuations in concentration and particular compounds characteristic of specific genera, species or strains. The concentration of C8 compounds relative to the total volatiles varied widely ranging for example from 0.11% (octanol –Clitocybe odora) to 78.53% (3-octanone- Russula delica). This large variation may be a result of the differences among mushroom species, maturity or post-harvest conditions. In the present study, aliphatic aldehydes such as 2-methyl propanal, butanal, 3-methyl butanal, pentanal, hexanal, heptanal and 2-octenal were also found from fungal fruiting bodies along with a significant number of terpenes such as limonene, camphene, p-cymene, thujopsene, beta-Sesquiphellandrene, longifolene–(V4), b-acoradiene, a-longipinene, b-chamigrene, aromadedrene, b-himachalene, cuparene, and longicyclene mainly in Hygrophorus genus species, and especially in Hygrophorus russoccoreacius confirms the characteristic distinctive cedar odor of this species. However, many different compounds which are identfied in the present study emerge important number of aromatic impressions. For instance, C6 compounds such as hexanol and hexanal have a characteristic grass odor. Trans- or cis-linalool has a sweet, earthy, pleasant floral odor. Gamma-hexalactone which is present in Hydnum repandum and found in beef, chicken, apricots, blackberries, strawberries, tomatoes, lemons, plums, pineapples, cocoa beans, bread, beer, wine and vinegar, gives a characteristic peach aroma, and finally p-anisaldehyde, basic volatile compound of Clitocybe odora, gives aniseed flavor mixed with spice odor impressions. Although odors formed de novo in fruiting bodies of mushrooms suffer from a low yield, a detailed investigation of volatile compounds from specific mushroom species is a critical and basic start to reveal the mechanism of flavor formation in fruiting bodies. The full-scale investigations may open up new avenues for discovering related enzymes and genes responsible for the flavor development. This will accelerate the process of engineering the biosynthesis of natural flavors. Finally, the elucidation of flavor profiles contributes to the discovery of novel secondary metabolites from the fungal kingdom, and may serve as a new method for a chemo- taxonomical index of fungi.

Τα αυτοφυή εδώδιμα μανιτάρια αποτελούν ένα εξαιρετικό και ιδιαίτερα δημοφιλές έδεσμα σε πολλές Ευρωπαϊκές χώρες, κυρίως της Κεντρικής και Νότιας Ευρώπης. Για παράδειγμα, στην Ελλάδα μέχρι στιγμής έχουν καταγραφεί 2100 είδη μακρομυκήτων και αρκετά από αυτά συλλέγονται σε όλη την επικράτεια ως πηγή διατροφής. Για το λόγο αυτό, είναι πολύ σημαντικός ο προσδιορισμός της βασικής σύστασης των καρποσωμάτων, ο προσδιορισμός των μεταλλικών στοιχείων και των βαρέων μετάλλων τους, καθώς και η ταυτοποίηση των πτητικών ενώσεων τους που συμβάλλουν καθοριστικά στο αρωματικό τους προφίλ. Στην παρούσα μελέτη, είκοσι τρία είδη αυτοφυών εδώδιμων μακρομυκήτων (Amanita caesaria, Amanita rubescens var. rubescens, Amanita ceciliae, Armillaria mellea, Armillaria tabescens, Boletus aureus, Boletus edulis, Boletus luridiformis var. luridiformis, Cantharellus cibarius, Clitocybe odora, Fistulina hepatica, Hydnum repandum, Hygrophorus chrysodon, Hygrophorus eburneus, Hygrocybe russocoriacea, Hygrophorus russula, Lactarius salmonicolor, Lepista nuda, Macrolepiota procera var. procera, Pleurotus ostreatus, Ramaria largentii, Russula delica, και Suillus granulatus) από τις περιοχές της Ηπείρου και της Δυτικής Μακεδονίας, αναλύθηκαν ως προς τη βασική τους σύσταση (υγρασία, πρωτεΐνες, λίπη, υδατάνθρακες και τέφρα) και την περιεκτικότητα τους σε μεταλλικά στοιχεία (Mg, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Pb, Cd, Al, και Sn) με την μέθοδο της φασματοσκοπίας ατομικής απορρόφησης (Atomic Absorption Spectrometry- AAS). Επίσης, οι πτητικές ενώσεις ταυτοποιήθηκαν με την τεχνική της μικροεκχύλισης στερεάς φάσης σε συνδυασμό με αέρια χρωματογραφία- φασματοσκοπία μαζών (SPME/GC-MS). Η περιεχόμενη υγρασία μεταξύ των ειδών κυμάνθηκε από 82,5% (Cantharellus cibarius) έως 92,8% (Suillus granulatus). Επίσης, τα μανιτάρια που μελετήθηκαν έδειξαν ότι αποτελούν καλή πηγή πρωτεϊνών και υδατανθράκων με τα ποσοστά τους να κυμαίνονται επί ξηρού από 11,65% (Fistulina hepatica) – 43,24% (Clitocybe odora) και από 40,05% (Hygrophorus eburneus) - 80,90% (Fistulina hepatica) αντιστοίχως. Επιπροσθέτως, το περιεχόμενο λίπος κυμάνθηκε σε πολύ μικρό ποσοστό επί ξηρού από 1,56% (Armillaria tabescens) έως 9,88% (Hygrophorus russula). Η μελέτη αυτή αποδεικνύει ουσιαστικά ότι τα καρποσώματα αυτά που καταναλώνονται παραδοσιακά στις περιοχές της Ηπείρου και της Δυτικής Μακεδονίας, μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε ισορροπημένα διατροφικά σχήματα εξαιτίας των υψηλών ποσοστών πρωτεϊνών και υδατανθράκων που περιέχουν και του χαμηλού ποσοστού λίπους που τα διακρίνει. Ταυτόχρονα, τα αντίστοιχα ποσοστά επί ξηρού για τα προσδιοριζόμενα μεταλλικά στοιχεία κυμάνθηκαν από 690-1166μg/g για το Mg, 0-11,1 για το Cr, 7,26-100 για το Mn, 38,3-501 για το Fe, 0-7,26 για το Co, 0,28-10,1 για το Ni, 4,65-61,3 για το Cu, 35,9-159 για το Zn, 0-1,59 για το Pb, και 0,07-3,5 μg/g για το Cd. Οι συγκεντρώσεις για το As, Sn και Al σε όλα τα είδη ήταν κάτω από το όριο ανίχνευσης της μεθόδου που χρησιμοποιήθηκε. Οι χαμηλές συγκεντρώσεις των βαρέων μετάλλων στα είδη που μελετήθηκαν δείχνει παράλληλα ότι οι παραπάνω περιοχές συλλογής δεν ήταν περιβαλλοντικά επιβαρημένες, άρα όλα τα εδώδιμα είδη μπορούν να καταναλωθούν χωρίς να ελλοχεύει κίνδυνος για την ανθρώπινη υγεία. Μεταξύ των ειδών που μελετήθηκαν, ανιχνεύθηκαν πολλά πτητικά συστατικά, συμπεριλαμβανομένων αλκοολών, αλδεϋδών, κετονών, υδρογονανθράκων, εστέρων, οξέων, λακτονών και τερπενίων. Τα πλέον κοινά πτητικά συστατικά μεταξύ των δειγμάτων μανιταριών ήταν οι ενώσεις με οκτώ άτομα άνθρακα (C8), όπως η 1-οκτανόλη, 2-οκτανόλη, 3-οκτανόλη, 1-οκτεν-3-όλη, οκτενάλη, 3-οκτανόνη και 1-οκτεν-3-όνη. Το χαρακτηριστικό άρωμα μανιταριού οφείλεται στις ενώσεις αυτές, με τη διαφοροποίηση της συγκέντρωσης τους ανά δείγμα να οφείλεται στη διαφορετικότητα των γενών, των ειδών ή των στελεχών των μυκήτων. Η συγκέντρωση των ενώσεων αυτών στα διάφορα είδη σε σχέση με το σύνολο των προσδιοριζόμενων πτητικών συστατικών κυμάνθηκε για παράδειγμα από 0,11% για την οκτανόλη-1 στο είδος Clitocybe odora έως 78,53% για την 3- οκτανόνη στο είδος Russula delica. Αυτή η μεγάλη διακύμανση στη συγκέντρωση είναι πιθανόν αποτέλεσμα της διαφορετικότητας των ειδών, της ωριμότητας τους καθώς και των συνθηκών πριν τη συλλογή. Στην παρούσα μελέτη, ανιχνεύθηκαν στα καρποσώματα των μακρομυκήτων αλειφατικές αλδεϋδες όπως οι ενώσεις 2-μέθυλ-προπανάλη, βουτανάλη, 3-μέθυλ-βουτανάλη, πεντανάλη, εξανάλη, επτανάλη και 2-οκτενάλη, καθώς και σημαντικός αριθμός τερπενίων όπως λεμονένιο, καμφένιο, p-κουμόλιο, θουτζοπσένιο, βήτα-σεσκιφελανδρένιο, λονγιφολένιο, β-ακοραδιένιο, α-λονγκιπινένιο, β-σαμιγκρένιο, αρομαδενδρένιο, β-χιμασαλένιο, κουπαρένιο, και λονγκικυκλένιο κυρίως στα είδη του γένους Hygrophorus, και ειδικότερα στο είδος Hygrophorus russoccoreacius στo οποίo και προσδίδουν ιδιαίτερη οσμή κέδρου.

Εντούτοις, οι διάφορες ενώσεις κάθε κατηγορίας που ταυτοποιήθηκαν στην παρούσα μελέτη αναδύουν πλήθος αρωματικών εντυπώσεων όπως για παράδειγμα οι ενώσεις με 6-άτομα άνθρακα (εξανάλη, εξανόλη) που διακρίνονται για το χαρακτηριστικό άρωμα γρασιδιού, το οξείδιο της λιναλοόλης που είτε στην trans, είτε στην cis μορφή του διαθέτει γλυκιά, γήινη οσμή λουλουδιών, η γ-εξαλακτόνη που ανιχνεύθηκε στο είδος Hydnum repandum, και η οποία έχει προσδιοριστεί σε ποικιλία φυτικών και ζωικών τροφίμων όπως μοσχάρι, κοτόπουλο, βερίκοκο, βατόμουρο, φράουλα, σταφίδα, τομάτα, ανανά, λεμόνι, κακάο, ψωμί, μπύρα, κρασί και ξύδι παρέχοντας χαρακτηριστικό άρωμα ροδάκινου, καθώς και η p- ανισαλδεΰδη, βασική αρωματική ένωση του είδους Clitocybe odora, στο οποίο προσδίδει χαρακτηριστικό άρωμα γλυκάνισου με νότες μπαχαρικών. Μολονότι τα αρώματα συντίθενται de novo στα καρποσώματα, η ποσότητα που παράγεται είναι μικρή. Άρα, μια ενδελεχής έρευνα των πτητικών συστατικών από συγκεκριμένα είδη αποτελεί βασική και κυρίαρχη ανάγκη για την αποκάλυψη του μηχανισμού σχηματισμού των αρωμάτων στα καρποσώματα. Οι εμπεριστατωμένες έρευνες μπορούν να ανοίξουν νέους ορίζοντες στην ανακάλυψη σχετικών ενζύμων και γονιδίων που είναι υπεύθυνα για την ανάπτυξη του αρώματος. Το γεγονός αυτό, θα επιταχύνει τη διαδικασία βιοσύνθεσης των φυσικών αρωμάτων τεχνητά. Τέλος, η αποσαφήνιση του αρωματικού προφίλ των μανιταριών μπορεί ακόμη να συμβάλει στην ανακάλυψη νέων δευτερογενών μεταβολιτών από το βασίλειο των μυκήτων και μπορεί να προωθήσει με τον τρόπο αυτό μια νέα μέθοδο χημικής ταξινόμησης των ειδών.