基于“因果链分析”指导双孢菇中浓厚感物质发现的研究

孙雅慧，姜竹茂，于京华，张舒凡，姚 璐，何若菡，冯 磊，姚圣圣，赵玉平

（烟台大学生命科学学院，山东 烟台 264005）

发明问题的解决理论（TRIZ）由是阿奇舒勒带领的研究团队对250万份具有较高价值的发明专利研究后得出的理论[1]。因果链分析是TRIZ理论功能分析的方法之一，是全方位识别工程系统因素的工具[2]，可以挖掘出隐藏于初始缺点背后的因素。通过不断探究上一层级因素为什么会发生，得到一系列影响因素，并把各种原因串在一起，就得到一条完整的因果链。暴露在问题表面的往往是初始因素，通过初始因素分析中间因素和末端因素并进一步探究得到关键因素，解决了关键因素所对应的关键问题，这个难题就迎刃而解了。

Kokumi最早是由日本科学家提出的概念，是一种可以引起滋味品尝方面复杂，圆润平衡，具有满口感、持久感、浓厚感等一系列令人愉悦的味道，与4种基本味酸甜苦咸不同，具有增咸、增鲜、抑苦的作用[3]。

双孢菇又称蘑菇、白蘑菇，双孢菇肉质细嫩爽滑。鲜蘑菇中蛋白质含量高达4%，被誉为“素中之王”[4]，具有抗氧化、抗衰老、抑制细菌的滋生、降低胆固醇的生物学功效。双孢菇烹饪制成的食物，尤其是炖煮而成的汤类，具有浓厚的鲜味，这种鲜味主要是双孢菇中的浓厚感肽Kokumi物质所致。

根据冯涛等人[5]的研究，如何提取双孢菇中的浓厚感肽Kokumi物质，拟使用因果链进行分析，探究问题的关键因素，提出解决问题的方法。

1 因果链分析

首先发现初始因素，进一步探究中间因素和末端因素，从而得到关键因素，提出关键问题，最终解决项目的难题[6]。

1.1 探究初始因素

初始因素往往是显而易见的，由项目的目标决定的。由于双孢菇制品风味浓厚，主要是双孢菇中的浓厚感肽Kokumi物质的作用，初始因素即为双孢菇中的浓厚感肽Kokumi物质。

1.2 探究中间因素和末端因素

中间因素即初始因素的下一层级，也就是造成初始因素的原因。通常情况下，造成上一层级因素的原因有多个，将其全部列出，并判断相互关系，用And或Or运算符连接起来[7]。

如果同一层级的所有中间因素对上一层级来说缺一不可，那么中间因素互为And的关系。如果同一层级的所有中间因素对上一层级是满足其一即成立，那么中间因素互为Or的关系。

重复以上步骤，一层层往下分析，直至末端因素（不能进一步探究下一层原因，达到极限或满足自然生理规律时的中间因素。）

1.2.1 第一层中间因素

为什么双孢菇烹饪而成的汤类味道鲜美？是因为双孢菇可以经过水提法得到水溶性部分和非水溶性部分，风味提取物大多是一些氨基酸、核苷酸类的物质，可溶于水。所以最好的提取方法就是使其溶解于水中，再进行分离纯化。由图1可知，水溶性部分和非水溶性部分即为第一层中间缺点，两者互为Or的关系。

获得水溶性提取物的具体方法为取一定量的双孢菇，加入去离子水，在室温下搅拌，分别用温水提取法、沸水提取法、高压提取法对双孢菇进行120 min处理。取其上清液过滤离心，对其沉淀进行加水离心复提，合并上清液，对上清液进行减压旋蒸浓缩，并冷冻干燥，得到水溶性风味物质。

分别对这3种方法得到的成品进行提取率分析，高压蒸煮法得到的目标物质提取率最高。

再将这3种方法得到的水溶性风味物质放入鸡汤中进行感官评价，高压蒸煮法得到的水溶性风味物质产生的口感和风味明显优于其他2种方法。

综上所述，选择了高压蒸煮法作为提取双孢菇中水溶性风味物质的方法。选择了高压蒸煮法作为提取工艺后，为选择合适的试验条件，先进行单因素试验，再进行正交试验，得到提取时间130 min，料液比1∶2，蒸煮压力55 kPa的工艺优化条件[4]。

1.2.2 第二层中间因素

经高压蒸煮法得到的水溶性风味物质可以直接加入调味品中，制成双孢菇酱料，或者将水溶性部分继续提取，制得相应的提取液。由图1可知，此为第二层中间缺点，直接在酱料中加入双孢菇水溶性部分和进一步提取互为Or的关系。

1.2.3 第三层中间因素

选择提取液作为继续分析的对象，对水溶性部分进行超滤和纳滤。超滤和纳滤都是膜分离的方式，在一定压力下，使待分离样液通过孔径不同的滤膜来达到分离的效果[8]。最终得到了3个截留组分，分别是U1，U2，U3，它们就是提取液中产生鲜味的原因，由图1可知，为第三层中间因素，之间互为Or的关系。

将这3种截留组分分别放到水中和鸡汤中进行感官评价，得到加入U2样品的水和鸡汤风味更加浓厚。

再对肽中氨基酸总量以及肽中氨基酸分布比例进行测定发现，截留组分U2的相关数值仍高于其他两者，所以选择U2作为下一步分离的对象。

1.2.4 第四层中间因素

得到U2后，对其进行凝胶过滤分离纯化。凝胶过滤主要是依据凝胶的网状结构来对物质进行分离，凝胶层析分离图谱上显示5个分离峰，即凝胶层析得到5个分离组分，分别是F1，F2，F3，F4，F5。这5个组分是U2的主要组成部分，是其具有风味的原因，由图1可知为第四层中间缺点，互为Or的关系。

将这5个组分分别加入水中和鸡汤中，并进行感官评价，发现添加F5的水和鸡汤口感最佳。

再对F1，F2，F3，F4，F5进行味觉稀释因子分析，即将样品按比例进行稀释，随着稀释比例的增大，在最低浓度仍可以被品尝到的成分被确定为关键味觉成分[9]，其味觉稀释因子最高，在整体风味中起主导作用。最终结果是F5的稀释因子最高，与滤液的稀释因子相差不大，并且F5所表现出的风味与滤液的风味大致相似，即F5是关键味觉成分。

1.2.5 第五层中间因素

得到F5后，为进一步分析，得到浓厚感肽物质，采用反向液相色谱进行分离，得到5个亚组分（S5.1-S5.5），5个亚组分中存在产生浓厚感的物质，所以5个亚组分为第五层中间因素，互为Or的关系。对这5个组分进行感官评价发现S5.2-S5.5没有表现出浓郁的风味[4]，只有S5.1的风味最浓厚，则选择S5.1作为进一步分析的对象。

1.2.6 末端因素

得到S5.1后，需要对其进行结构鉴定，得出准确的氨基酸序列[10]，以便下一步的合成。最后得到了浓厚感肽的氨基酸序列为Gly-His-Gly-Asp，相对分子质量为383.99Da，即为浓厚感肽Kokumi物质，至此得到末端因素，因果链分析结束。

1.3 关键因素与关键问题

因为末端因素很多，一个一个解决会费时费力，而且末端因素有时并不容易解决，所以要找关键因素，而关键因素有可能是中间因素或末端因素。

通过因果链选出关键因素，需要解决关键因素所对应的问题，也就是关键问题，解决了关键问题后，因果链分析结束。

关键因素是得出Gly-His-Gly-Asp肽的氨基酸序列，关键问题即合成Gly-His-Gly-Asp肽。通过固相合成，根据相应的氨基酸序列合成肽链，然后再进行感官评价和电子舌分析，发现浓厚感肽对2种基本味的呈味作用都有影响，可以明显改善食品风味。

双孢菇中的浓厚感肽Kokumi物质提取因果链分析见图1。

图1 双孢菇中的浓厚感肽Kokumi物质提取因果链分析

2 结语

运用TRIZ理论的因果链分析，提出从双孢菇中提取浓厚感肽Kokumi物质的具体过程，得到了初始因素为双孢菇中含有浓厚感肽Kokumi物质、中间因素为进一步的提取工艺，如浓厚感肽kokumi物质的分离纯化、结构鉴定，以及末端因素为浓厚感肽的氨基酸序列，选择了浓厚感肽氨基酸序列这一关键因素，提出了固相合成浓厚感肽的方式。

利用TRIZ理论的因果链分析，提出了加入双孢菇中的浓厚感肽Kokumi物质来增强食品的风味这一思路。因果链分析可广泛地应用于各个领域，给予具体的解决方案，在未来将有无限的发展空间。